Segmentação semântica de defeitos em pavimentos asfálticos com uso de redes neurais convolucionias

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2023
Autor(a) principal: Andrade, Rafaela Kummer de
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade de Passo Fundo
Instituto de Tecnologia – ITEC
Brasil
UPF
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil e Ambiental
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: https://repositorio.upf.br/handle/123456789/2720
Resumo: The classification of defects in asphalt pavements is one of the essential factors for the correct management of the road network. Carrying out this survey manually is time-consuming, uses a considerable amount of financial resources and makes a complete inspection unsustainable. A more automatic, faster and more comprehensive alternative to this process is the application of image processing by computer vision. Recent research indicates that approaches using Convolutional Neural Networks demonstrate a good capacity to identify and classify defects in asphalt pavements. In this context, this work proposes a semi-automatic inspection method for asphalt pavements to identify and classify defects such as interconnected cracks, potholes and patches by images, employing a Convolutional Neural Network through an algorithm developed with the Python language. The research uses an Unmanned Aerial Vehicle to acquire images of asphalt pavements to compose the database carried out in two stages: images of interconnected cracks, and subsequently a complete set of images, containing the three defects. In Stage 1, 1985 images of 256 x 256 pixels were segmented, obtained at Campus I of the University of Passo Fundo, and in Stage 2, 100 images of 5472 x 3078 pixels were segmented, obtained at the same location and also on Rua Rui Barbosa, in the city of Passo Fundo/RS. The ground truth was developed using the Hasty application. The proposed Convolutional Neural Network uses the U-Net architecture associated with pre-trained networks to perform the image segmentation task. In Stage 1, the model with U-Net architecture associated with the RESNET 34 backbone presented the best performance in the segmentation of interconnected cracks. With this in mind, Stage 2 considered this model as the basis for the development of a multiclassification network with three patch variations. The best performing multiclassification network was the model that uses 32x32 pixel patches, achieving average IoU values ​​of 0.429 and average Dice of 0.526. The values ​​were considered suboptimal since the defect classes obtained inferior results in relation to the noise and pavement classes. It was also observed the need to expand the database, with balancing between classes, as a key to improving the multiclass models and enabling them to be used as support tools in defect identification.
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In this context, this work proposes a semi-automatic inspection method for asphalt pavements to identify and classify defects such as interconnected cracks, potholes and patches by images, employing a Convolutional Neural Network through an algorithm developed with the Python language. The research uses an Unmanned Aerial Vehicle to acquire images of asphalt pavements to compose the database carried out in two stages: images of interconnected cracks, and subsequently a complete set of images, containing the three defects. In Stage 1, 1985 images of 256 x 256 pixels were segmented, obtained at Campus I of the University of Passo Fundo, and in Stage 2, 100 images of 5472 x 3078 pixels were segmented, obtained at the same location and also on Rua Rui Barbosa, in the city of Passo Fundo/RS. The ground truth was developed using the Hasty application. The proposed Convolutional Neural Network uses the U-Net architecture associated with pre-trained networks to perform the image segmentation task. In Stage 1, the model with U-Net architecture associated with the RESNET 34 backbone presented the best performance in the segmentation of interconnected cracks. With this in mind, Stage 2 considered this model as the basis for the development of a multiclassification network with three patch variations. The best performing multiclassification network was the model that uses 32x32 pixel patches, achieving average IoU values ​​of 0.429 and average Dice of 0.526. The values ​​were considered suboptimal since the defect classes obtained inferior results in relation to the noise and pavement classes. It was also observed the need to expand the database, with balancing between classes, as a key to improving the multiclass models and enabling them to be used as support tools in defect identification.A classificação de defeitos em pavimentos asfálticos é um dos fatores primordiais para o correto gerenciamento da malha viária. Realizar este levantamento de forma manual demanda tempo, emprega uma quantia de recursos financeiros considerável e torna a realização de uma inspeção completa insustentável. Uma alternativa mais automática, rápida e abrangente a este processo é a aplicação de processamento de imagens por visão computacional. Pesquisas recentes apontam que abordagens utilizando Redes Neurais Convolucionais demonstram uma boa capacidade em identificar e classificar defeitos em pavimentos asfálticos. Nesse contexto, este trabalho propõe um método de inspeção semiautomática de pavimentos asfálticos para identificar e classificar defeitos do tipo trincas interligadas, panelas e remendos por imagens, empregando uma Rede Neural Convolucional por meio de um algoritmo desenvolvido com a linguagem Python. A pesquisa utiliza um Veículo Aéreo Não Tripulado para a aquisição de imagens de pavimentos asfálticos para compor o banco de dados realizado em duas etapas: imagens de trincas interligadas, e posteriormente um conjunto de imagens completo, contendo os três defeitos. Na Etapa 1 realizou-se a segmentação de 1985 imagens de 256 x 256 pixels, obtidas no campus I da Universidade de Passo Fundo, e na Etapa 2, 100 imagens de 5472 x 3078 pixels, obtidas no mesmo local e ainda na Rua Rui Barbosa, na cidade de Passo Fundo/RS. A elaboração do ground truth foi feita através do aplicativo Hasty. A Rede Neural Convolucional proposta utiliza a arquitetura U-Net associada a redes pré-treinadas para realizar a tarefa de segmentação das imagens. Na Etapa 1 o modelo com arquitetura U-Net associado ao backbone RESNET 34 apresentou o melhor desempenho na segmentação de trincas interligadas. Com isto em mente, a Etapa 2 considerou esse modelo como base no desenvolvimento de uma rede multiclassificatória com três variações de patch. A rede multiclassificatória de melhor desempenho foi o modelo que utiliza patches de 32x32 pixels, alcançando valores de IoU médio 0,429 e Dice médio de 0,526. Os valores foram considerados abaixo do ideal uma vez que as classes de defeitos obtiveram resultados inferiores em relação às classes de ruído e pavimento. Observou-se também a necessidade de ampliação do banco de dados, com balanceamento entre as classes, como chave para melhorar os modelos multiclasse e possibilitar que sejam utilizados como ferramentas de apoio na identificação de defeitos.Universidade de Passo FundoInstituto de Tecnologia – ITECBrasilUPFPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Civil e AmbientalDalla Rosa, Franciscohttp://lattes.cnpq.br/4152617439488738http://lattes.cnpq.br/3010497094377497Rieder, RafaelAndrade, Rafaela Kummer de2025-05-07T14:29:13Z2023-04-05info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfapplication/pdfANDRADE, Rafaela Kummer de. Segmentação semântica de defeitos em pavimentos asfálticos com uso de redes neurais convolucionias. 2023. 76 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil e Ambiental) - Universidade de Passo Fundo, Passo Fundo, RS, 2023.https://repositorio.upf.br/handle/123456789/2720porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UPFinstname:Universidade de Passo Fundo (UPF)instacron:UPF2025-05-07T14:38:34Zoai:repositorio.upf.br:123456789/2720Repositório InstitucionalPRIhttp://repositorio.upf.br/oai/requestjucelei@upf.br||biblio@upf.bropendoar:16102025-05-07T14:38:34Repositório Institucional da UPF - Universidade de Passo Fundo (UPF)false
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