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基于YOLO-DS的排水管道缺陷检测、追踪信息管理系统.pdf

编号：162635

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基于YOLO-DS的排水管道缺陷检测、追踪信息管理系统.pdf

1、汇汇报报人：人：段懿航段懿航汇报日期：汇报日期：2023.11.23指导老师：王念念教授指导老师：王念念教授基于基于YOLO-DS的排水管道缺陷检的排水管道缺陷检测、追踪信息管理系统测、追踪信息管理系统2023 中国国际地下管线大会暨中国测中国国际地下管线大会暨中国测绘学会地下管线专业委员会绘学会地下管线专业委员会代表大会代表大会Underground Pipeline Committee of CSGPC目录目录一、选题背景及一、选题背景及研究意义研究意义二、国内外研究二、国内外研究现状现状三、技术三、技术内容内容四、总结四、总结展望展望引发基本消除城市基本消除城市，增强土壤污染源头防控

2、，增强土壤污染源头防控，提升环境基础设施建设水平，推进城乡人居环境整治。提升环境基础设施建设水平，推进城乡人居环境整治。必须把必须把作为作为里子工程里子工程摆在更加突出的位置摆在更加突出的位置近三年公开报道近三年公开报道551起起造成造成65人死亡人死亡每年发生超每年发生超200起起60%以上城市曾出现以上城市曾出现2住建部：黑臭在水里，住建部：黑臭在水里，根源在岸上，根源在岸上，核心在管网核心在管网据中国工程院咨询课题统计：据中国工程院咨询课题统计：平均每公里结构病害约平均每公里结构病害约24处处一、选题背景及研究一、选题背景及研究意义意义我国地下排水管道总里程已突破我国地下排水管道总里程已

3、突破90万公里，且增长迅速万公里，且增长迅速一、选题背景及研究一、选题背景及研究意义意义选题背景及研究意义选题背景及研究意义背景背景：随着管道投入使用年限的增长，出现了一系列管道病害问题，如管随着管道投入使用年限的增长，出现了一系列管道病害问题，如管道整体结构的道整体结构的变形、破损变形、破损，管道内部的，管道内部的腐蚀、障碍物和异物插入腐蚀、障碍物和异物插入等，都会导等，都会导致城市地下管道无法顺利有效地发挥功能。因此，定期对管道进行病害检测致城市地下管道无法顺利有效地发挥功能。因此，定期对管道进行病害检测和修复，提升管道的运行质量和预防城市病的发生十分和修复，提升管道的运行质量和预防城市

4、病的发生十分重要。重要。变形变形破破损损异物插入异物插入意义：意义：在实际检测防治中，随着在实际检测防治中，随着CCTV机器人、无人机等基础设施视觉巡机器人、无人机等基础设施视觉巡检技术的广泛发展和应用，在巡检过程中产生大量的巡检图像或视频，但是检技术的广泛发展和应用，在巡检过程中产生大量的巡检图像或视频，但是检测结果需要检测结果需要人工判读。人工判读。为了克服人工解释的局限性，采用为了克服人工解释的局限性，采用智能化方法检测智能化方法检测管道缺陷图像已成为一种趋势，具有广泛的应用领域。管道缺陷图像已成为一种趋势，具有广泛的应用领域。国内外研究情国内外研究情况况巡检图巡检图像、视像、视频频传统

5、方法传统方法深度学习方法深度学习方法人工判读方法人工判读方法基于机器学习基于机器学习效率低下效率低下效果不佳效果不佳非参数学习非参数学习参数学习参数学习基于有监督学习基于有监督学习基于无监督学习基于无监督学习相比于传统人工方法和机器学习算法，深度学习方法在模型的检测精度和实时性相比于传统人工方法和机器学习算法，深度学习方法在模型的检测精度和实时性的表现的表现进一步提高进一步提高，FPS帧率更高帧率更高具有具有数据集易获得数据集易获得、结果准确率高结果准确率高和和易于应用易于应用等优点等优点二、国内外研究二、国内外研究现状现状三、技术三、技术内容内容技术路线图技术路线图本系统主要由管道缺陷

6、检测、管道缺陷跟踪和缺陷信息管理三个模块组成，利用本系统主要由管道缺陷检测、管道缺陷跟踪和缺陷信息管理三个模块组成，利用YOLO网络进行训练，网络进行训练，保存最优训练结果保存最优训练结果。结合结合YOLO-DS网络对管道缺陷视频中网络对管道缺陷视频中的缺陷进行的缺陷进行追踪追踪，对追踪结果进行指标评估分析，最后构建管道缺陷信息管理平台，对追踪结果进行指标评估分析，最后构建管道缺陷信息管理平台三、技术三、技术内容内容管道影像数据采集将图像使用将图像使用LabelImg标注软件采用相同的标准进行统一手工标注，并将数据集标注软件采用相同的标准进行统一手工标注，并将数据集划分为训练集、验证集、测

7、试集三部分。采取随机旋转、翻转镜像、裁剪和缩放划分为训练集、验证集、测试集三部分。采取随机旋转、翻转镜像、裁剪和缩放进行数据增强。进行数据增强。l CCTV管道机器人拍摄排水管道内部图片，拍摄的图片管道机器人拍摄排水管道内部图片，拍摄的图片中主要包括三类病害：中主要包括三类病害：错口错口、破损破损和和障碍物障碍物，每张图像每张图像上至少包括一种缺陷上至少包括一种缺陷。三、技术三、技术内容内容缺陷检测与追踪方法缺陷检测与追踪方法本文主要采用了一种基于检测的追踪方法本文主要采用了一种基于检测的追踪方法u首先采用首先采用检测算法检测算法检测到管道图像或视频中的缺检测到管道图像或视频中的缺陷，得到检

8、测结果陷，得到检测结果u然后利用卡尔曼滤波器、匈牙利算法以及特征提然后利用卡尔曼滤波器、匈牙利算法以及特征提取通过级联匹配和取通过级联匹配和IOU匹配获得缺陷的匹配获得缺陷的追踪轨迹追踪轨迹信息信息u最终实现对每一帧中缺陷的追踪最终实现对每一帧中缺陷的追踪三、技术三、技术内容内容具体算法的实现流程图具体算法的实现流程图三、技术三、技术内容内容目标检测算法目标检测算法p网络模型网络模型本文采用的目标检测方法是本文采用的目标检测方法是YOLOv7模型，该模型模型，该模型提出了一提出了一个新的网络架构，在训练过程中加入了辅助头，增加了训练时个新的网络架构，在训练过程中加入了辅助头，增加了训练时

9、间，但提升了检测精度，并不影响测试速度，它主要由间，但提升了检测精度，并不影响测试速度，它主要由Input、Backbone和和Head三部分组成。三部分组成。三三、技术、技术内容内容目标追踪算法目标追踪算法破损破损错口错口追踪效果较为突出，不同距离的缺陷目标都能够准确追踪到。追踪效果较为突出，不同距离的缺陷目标都能够准确追踪到。排水管道破损不同角度均可排水管道破损不同角度均可检测。检测。三三、技术、技术内容内容跟踪结果鲁棒性分析跟踪结果鲁棒性分析环境模糊环境模糊p当管道内部产生烟雾时拍摄到比较当管道内部产生烟雾时拍摄到比较模糊模糊视频，本模型可以成功跟踪缺视频，本模型可以成功跟踪缺陷，

10、并且当有两个缺陷出现在同一帧中，对不同的缺陷用不同颜色的陷，并且当有两个缺陷出现在同一帧中，对不同的缺陷用不同颜色的框进行标注并赋予框进行标注并赋予ID，其中一个缺陷消失之后，另一个缺陷仍能和，其中一个缺陷消失之后，另一个缺陷仍能和之前保持相同的之前保持相同的ID。p摄像机镜头在摄像机镜头在左右旋转左右旋转时追踪得到的视频帧，刚开始可以看到整个破时追踪得到的视频帧，刚开始可以看到整个破损缺陷，旋转的过程中能够持续跟踪该缺陷直到部分损伤消失在镜头损缺陷，旋转的过程中能够持续跟踪该缺陷直到部分损伤消失在镜头中，并一直保持破损的中，并一直保持破损的ID不变不变。镜头旋转镜头旋转三三、技术内容技术内容

11、模型性能模型性能对比对比由由mAP曲线图可以看出曲线图可以看出YOLOv7的平均精的平均精度均值曲线度均值曲线明显高于明显高于其他三条曲线的其他三条曲线的mAP值值，并且在迭代次数达到，并且在迭代次数达到20次以后次以后mAP值的大值的大小进入一个稳定状态，而小进入一个稳定状态，而YOLOv5模型的模型的mAP值相对来说波动性较大，值相对来说波动性较大，YOLOv3虽然虽然较稳定，但是精度值在四个模型中最低。因较稳定，但是精度值在四个模型中最低。因此本文的模型无论在稳定性还是精度上都优此本文的模型无论在稳定性还是精度上都优于其他三个模型。于其他三个模型。不同模型测试结果对比不同模型测试结果

12、对比网络类型mAPF1FPSYOLOv30.8680.86195YOLOv50.8880.883167Ours0.9110.898172三三、技术内容技术内容管道病害管理系统管道病害管理系统通过专业人员对检测结果进行检查和评估，导出该管段的健康评估报告通过专业人员对检测结果进行检查和评估，导出该管段的健康评估报告。该平台中。该平台中由由管道缺陷检测管道缺陷检测、专业人员服务专业人员服务以及以及健康信息反馈健康信息反馈三个模块的三个模块的具体功能实现具体功能实现。管道缺陷的检测以及追踪过程集中可视化展示管道缺陷的检测以及追踪过程集中可视化展示三三、技术、技术内容内容专业人员服务专业人员服务

13、u检测人员、维护人员信息和专业人员交流构成了检测人员、维护人员信息和专业人员交流构成了专业人员服务专业人员服务模块模块，专业人员信息主要包括了他们的年龄、联系方式、技术背景和工作专业人员信息主要包括了他们的年龄、联系方式、技术背景和工作范围等，范围等，专业人员交流主要通过对管道缺陷检测模块的专业人员交流主要通过对管道缺陷检测模块的视频检测视频检测和和追踪结果追踪结果分析其中的缺陷等级。分析其中的缺陷等级。人员交流人员交流三三、技术、技术内容内容健康信息反馈健康信息反馈健康信息反馈模块主要是对管道的整体结构健康状况进行评估分析，根据健康信息反馈模块主要是对管道的整体结构健康状况进行评估分析，根

14、据管道检测结果、专业人员交流信息以及管段的一些其他资料管道检测结果、专业人员交流信息以及管段的一些其他资料。如图生成并导。如图生成并导出不同管段的健康评估报告。出不同管段的健康评估报告。三三、技术、技术内容内容评估报告导出界面评估报告导出界面u评估报告中主要包括以下内容：管段名称、检测日期、起始井号、终止井评估报告中主要包括以下内容：管段名称、检测日期、起始井号、终止井号、起点埋深、终点埋深、管段类型、管段材质、管段直径、管段长度、修复号、起点埋深、终点埋深、管段类型、管段材质、管段直径、管段长度、修复指数、养护指数以及检测的每个缺陷的类型和对应的图片，从检测追踪得到的指数、养护指数以及检测

15、的每个缺陷的类型和对应的图片，从检测追踪得到的视频中采用帧提取得到每个缺陷的图片。视频中采用帧提取得到每个缺陷的图片。创建了创建了排水管道缺陷检测信息管理平台，实现对缺陷的排水管道缺陷检测信息管理平台，实现对缺陷的智能检测和追踪。智能检测和追踪。采采用了用了基于基于YOLOv7的排水管道内部错口、的排水管道内部错口、破损和障碍物缺陷检测算法破损和障碍物缺陷检测算法设计了设计了基于基于YOLO算法的检测结果，利用深度跟踪算法算法的检测结果，利用深度跟踪算法 YOLO-DS对管道内的缺陷进一步跟踪和计数对管道内的缺陷进一步跟踪和计数基于基于YOLO-DS的排水管道缺陷检测、追踪信息管理系统的排水管道缺陷检测、追踪信息管理系统四、总结四、总结展望展望贡献与创新点贡献与创新点感谢观看！感谢观看！Underground Pipeline Committee of CSGPC

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