شماره ركورد
26078
شماره راهنما
TRA2 113
عنوان
تشخيص اشيا در مسير راهآهن مبتني بر شبكه يادگيري عميق
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي خطوط راه آهن
دانشكده
مهندسي عمران و حمل و نقل
تاريخ دفاع
30/07/1404
صفحه شمار
103 ص.
استاد راهنما
پگاه همداني
كليدواژه فارسي
تشخيص اشيا , پردازش تصوير , مدلهاي يادگيري عميق , شبكه عصبي كانولوشن , مسير راهآهن , YOLO
چكيده فارسي
امروزه حمل و نقل ريلي كاربرد وسيعي در صنعت حمل و نقل دارد و مورد استقبال عموم قرار گرفته است. افزايش تقاضا براي حمل و نقل سريعتر منجر به رشد سريع شبكههاي ريلي در كشورهاي سراسر دنيا شده است. امنيت، يكي از مهمترين شاخصها در صنعت حمل و نقل محسوب ميشود و عدم توجه به آن منجر به ايجاد نارضايتي شديد ميگردد. يكي از مشكلات موجود در مسير ريلي كه منجر به حادثه ميشود، حضور مانع در مسير ريلي، عدم تشخيص آن و ناتواني در ترمز گرفتن به موقع توسط لكوموتيوران است. عموما، وجود بينظمي در نظارت صحيح ريلهاي راهآهن، از دلايل برخورد قطارها با موانعي مانند انسان، حيوانات، درختان افتاده، مصالح ساختماني و يا ساير وسايل نقليه در هنگام عبور از مسير راهآهن بوده است و بروز حادثه منجر به ايجاد خرابي در زيرساخت خط ريلي و ضررهاي مالي و جاني ميشود.
هدف اين پاياننامه، مطالعه و ارائه روشي مبتني بر شبكه عميق جهت تشخيص خودكار اشيا در مسير راهآهن است. بهگونهاي كه روش پيشنهادي بتواند توسط فيلم و عكس¬هاي دريافتشده ازمسير، قادر به شناسايي مسير، محدوده ريلي، اشيا در اطراف محدوده ريلي و موانع از قبل تعيين شده باشد. همچنين در اين پژوهش سعي شده در آموزش مدل، هدف بررسي كيفيت لايه بالاست جهت كاربرد در تعمير و نگهداري مسير، درنظر گرفته شود. جهت انجام اين تحقيق، از منابع تصويري موجود در بسترهاي عمومي برخط استفاده شد. دادههاي اوليه از يك ويدئوي مربوط به حركت روبهجلوي يك قطار ديزلي بر روي مسير راهآهن به طول حدود 55 كيلومتر، شامل 23 ايستگاه و زمان تقريبي 75 دقيقه در كشور آرژانتين كه توسط دوربين نصب شده روي لكوموتيو ناوگان ضبط شده است، استخراج شده است. در اين راستا، بيش از 900 تصوير استخراج گرديد و توسط مدل YOLOv8 در نسخههاي small، medium و large آموزش داده شد. مدل ارائه شده قادر خواهد بود مسير ريلي، قطار، ايستگاه، انسانها، تقاطعها، خودروها و لايه بالاست همراه با توصيف كيفي آن (مناسب و نامناسب) را شناسايي كند. سپس مدلهاي آموزش داده شده بر روي تصاوير جديد ارزيابي شده و نتايج حاصل از ارزيابي، براساس پارامترهاي آماري تعريف شده باهم مقايسه شدند. مدل آموزش ديده قادر است مسير ريلي را با دقت 1± 97 درصد، ايستگاه را با دقت 2± 96 درصد و لايه بالاست را با دقت 4±94 درصد شناسايي كند. در اين پژوهش از برنامه LabelImg جهت برچسب زدن دادهها، از زبان برنامهنويسي Python جهت نوشتن كدهاي مربوط به پيش پردازش تصاوير و خروجي گرفتن از نتايج در قالبهاي مختلف و همچنين، از محيط برنامهنويسي گوگل كولب جهت اجراي توابع استفاده شده است. در نهايت، با توجه به نتايج حاصل از اين پژوهش، نسخه برتر YOLOv8 از نظر عملكرد مشخص شد. نتايج نشان ميدهد كه نسخه medium با دقت بيش از 90 درصد و سرعت پردازش 42/7 ميليثانيه بر تصوير معادل 134 فريم بر ثانيه نسبت به ساير نسخهها در اين پژوهش برتري دارد.
كليدواژه لاتين
Object Detection , Image Processing , Deep Learning Models , Convolutional Neural Network , Railway Track , YOLO
عنوان لاتين
Object Detection On Railway Tracks Based On Deep Learning
گروه آموزشي
مهندسي راه آهن و برنامه ريزي حمل و نقل
چكيده لاتين
Nowadays, railway transportation plays a significant role in the transport industry and has been widely embraced by the public. The growing demand for faster transportation has led to the rapid expansion of railway networks across countries worldwide. Safety is considered one of the most critical indicators in the transportation sector, and neglecting it can result in severe dissatisfaction. One of the existing issues in railway routes that can lead to accidents is the presence of obstacles on the track, the failure to detect them, and the locomotive operator’s inability to brake in time. Generally, irregularities in proper track monitoring have been among the main causes of train collisions with obstacles such as humans, animals, fallen trees, construction materials, or other vehicles during passage along the railway. Such incidents can cause damage to railway infrastructure and lead to financial loss as well as casualties.
The objective of this thesis is to investigate and propose a deep-learning–based method for the automatic detection of objects along the railway track. The proposed method should be capable of identifying the track, the rail corridor, objects surrounding the railway boundary, and predefined obstacles using the images and video frames captured from the route. Additionally, this study aims to incorporate the assessment of ballast layer quality into the model training process, considering its importance for maintenance operations. To conduct this research, publicly available online image resources were utilized. The primary dataset was extracted from a forward-facing video recorded by a locomotive-mounted camera on a diesel train traveling approximately 55 kilometers along a railway route in Argentina, covering 23 stations over about 75 minutes. More than 900 images were extracted and used to train the YOLOv8 model in its small, medium, and large versions.
The proposed model is capable of detecting railway tracks, trains, stations, humans, crossings, vehicles, and the ballast layer, including its qualitative condition (acceptable or unacceptable). The trained models were then evaluated on new images, and their performance was compared using predefined statistical metrics. The trained model can identify railway tracks with an accuracy of 97% ± 1, stations with 96% ± 2, and ballast conditions with 94% ± 4. In this study, the LabelImg software was used for data annotation, Python was employed for image preprocessing and generating outputs in various formats, and Google Colab served as the development and execution environment. Ultimately, based on the evaluation results, the superior YOLOv8 version in terms of performance was identified. The findings indicate that the medium version—achieving over 90% accuracy and a processing speed of 42.7 milliseconds per image (equivalent to 134 frames per second)—outperforms the other versions examined in this research.
تعداد فصل ها
5
فهرست مطالب pdf
166897
نويسنده