《电子技术应用》
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NI-LabVIEW 2025
基于改进U-Net的沥青拌合站混合料装车语义分割
电子技术应用
李东丽1,成高立1,郭涛2,夏晓华2
1.陕西高速机械化工程有限公司; 2.长安大学 道路施工技术与装备教育部重点实验室
摘要: 针对现有的沥青拌合站混合料装车语义分割方法平均交并比(Mean Intersection over Union,mIoU)值较低、检测速度较慢等问题,提出一种轻量化网络RCS-UNet对沥青拌合站混合料装车状态进行语义分割。首先在U-Net网络中加入残差连接以缓解梯度消失的问题,使网络在训练过程中更加稳定,提高模型的收敛速度和泛化能力;其次加入坐标注意力(Coordinate Attention,CA)机制,增强位置与通道的信息感知,提高模型的特征提取能力,使模型更加关注图像中的重要区域;最后将U-Net网络中的标准卷积修改为深度可分离卷积,以减小模型的体积和参数量,使得模型在保持较高性能的同时,具有更低的资源消耗和更快的推理速度。实验结果表明,改进模型的准确率、mIoU值以及FPS值分别为99.20%、98.41%和22.98,与经典模型和当前先进模型相比三个指标均为最高,取得了最优的语义分割效果。
中图分类号:U415 文献标志码:A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.245955
中文引用格式: 李东丽,成高立,郭涛,等. 基于改进U-Net的沥青拌合站混合料装车语义分割[J]. 电子技术应用,2025,51(4):29-34.
英文引用格式: Li Dongli,Cheng Gaoli,Guo Tao,et al. Semantic segmentation of mix loading at asphalt mixing plant based on improved U-Net[J]. Application of Electronic Technique,2025,51(4):29-34.
Semantic segmentation of mix loading at asphalt mixing plant based on improved U-Net
Li Dongli1,Cheng Gaoli1,Guo Tao2,Xia Xiaohua2
1.Shaanxi Expressway Mechanization Engineering Limited Company; 2.Key Laboratory of Road Construction Technology and Equipment of MOE, Chang'an University
Abstract: Aiming at the existing asphalt mixing plant mixture loading semantic segmentation methods with low Mean Intersection over Union(mIoU) values and slow detection speed, a lightweight network RCS-UNet is proposed for semantic segmentation of asphalt mixing plant mixture loading state.Firstly, residual connections are integrated into the U-Net network to mitigate the gradient vanishing issue, promoting stability during training, enhancing convergence speed, and improving generalization abilities. Secondly, the Coordinate Attention(CA) mechanism is incorporated to boost the perception of positional and channel information, refining feature extraction and enabling a sharper focus on critical regions within the image. Finally, the standard convolution in the U-Net network is modified to depth-separable convolution in order to reduce the size and parameters of the model, so that the model has a lower resource consumption and a faster inference speed while maintaining a higher performance. The experimental results show that the accuracy, mIoU, and FPS of the improved model are 99.20%, 98.41% and 22.98, respectively, which are the highest compared with the classical model and the current state-of-the-art model. The best segmentation results are obtained.
Key words : residual connectivity;CA;depth-separable convolution;semantic segmentation;asphalt mixing plant

引言

随着科技的进步,工业领域对于智能化和自动化的需求日益增强。沥青拌合站作为道路建设中的关键设备[1],其智能化和自动化水平的提升对于提高道路建设效率、保证建设质量以及降低运营成本都具有重要意义。

目前,沥青拌合站混合料装车的状态主要依靠人工监测,这种监测方法不仅效率低下,而且容易出现误差[2]。此外,工人长期工作在沥青烟气的环境中,严重影响其身心健康。随着计算机技术的发展,基于深度学习的语义分割技术逐渐应用到沥青拌合站混合料装车的状态识别。Wang等[3]提出了M-DeepLabV3+模型对沥青拌合站混合料装车图像进行语义分割,通过计算料堆最高点与车辆挡板的高度差判断车辆是否装满,实现了深度学习在沥青拌合站混合料装车状态识别上的首次应用。李许峰等[4]提出一种轻量级的语义分割网络S-DeepLabV3+,将原DeepLabV3+的主干网络Xception替换为ShuffleNetV2,实现了沥青拌合站装车的自动化监测。以上方法虽然对沥青拌合站混合料装车状态的智能识别做出了贡献,但都存在语义分割mIoU值较低、检测速度较慢等问题。

针对上述问题,本文对U-Net[5]模型进行改进,提出了一种轻量化模型RCS-UNet。首先在U-Net网络中加入残差连接[6]以缓解梯度消失的问题,其次加入CA注意力机制[7]提高模型的特征提取能力,最后将U-Net网络中的标准卷积修改为深度可分离卷积[8]以减小模型体积,提高模型的检测速度。


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作者信息:

李东丽1,成高立1,郭涛2,夏晓华2

(1.陕西高速机械化工程有限公司,陕西 西安 710038;

2.长安大学 道路施工技术与装备教育部重点实验室,陕西 西安710064)


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