Otimização de hiperparâmetros de redes neurais para identificação de trincas em pavimentos flexíveis

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Casiraghi, Yohan
Data de Publicação: 2022
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca de teses e dissertações da Universidade de Passo Fundo (BDTD UPF)
Texto Completo: http://tede.upf.br:8080/jspui/handle/tede/2660
Resumo: Crack detection methods using neural networks have been used to analyze pavements due to their versatility, adaptability and because they have a minimal impact on road network traffic. In this context, there are still challenges to be explored, one of which is the optimization of neural network hyperparameters. Hyperparameters can be related to network architecture (filter size, network depth) or training (learning rate, dropout), and can significantly impact network performance. The present study focuses on the selection of better network architectures, and subsequent optimization of hyperparameters. 2D images of asphalt pavements were obtained using an unmanned aerial vehicle (UAV) on Campus I of the University of Passo Fundo. From images with a resolution of 5472 x 3078 pixels, cropping of 256x256 pixels, in gray scale and color, was processed and manipulated. Then, using as a basis the architecture of the MobileNet, AlexNet, DenseNet, SqueezeNet, VGG19, ResNet18, ResNet50, ResNet101 networks, the training stage of the neural networks began, which used 40,000 images, of which 80% were used to training, and 20% for the validation phase. Based on these data, a comparative study was carried out on the precision, recall, error and inference time values ​​generated by each of the trained networks, so that it was possible to define the four best network architectures and optimize them. Finally, the AlexNet architecture was defined, with an accuracy of 97.14%, F1-Score of 86.96%, as being the best architecture choice, due to the low inference time, of around 34 milliseconds, and the effectiveness in detecting cracks, with the least use of computational power.
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The present study focuses on the selection of better network architectures, and subsequent optimization of hyperparameters. 2D images of asphalt pavements were obtained using an unmanned aerial vehicle (UAV) on Campus I of the University of Passo Fundo. From images with a resolution of 5472 x 3078 pixels, cropping of 256x256 pixels, in gray scale and color, was processed and manipulated. Then, using as a basis the architecture of the MobileNet, AlexNet, DenseNet, SqueezeNet, VGG19, ResNet18, ResNet50, ResNet101 networks, the training stage of the neural networks began, which used 40,000 images, of which 80% were used to training, and 20% for the validation phase. Based on these data, a comparative study was carried out on the precision, recall, error and inference time values ​​generated by each of the trained networks, so that it was possible to define the four best network architectures and optimize them. Finally, the AlexNet architecture was defined, with an accuracy of 97.14%, F1-Score of 86.96%, as being the best architecture choice, due to the low inference time, of around 34 milliseconds, and the effectiveness in detecting cracks, with the least use of computational power.Métodos de detecção de trincas utilizando redes neurais vêm sendo utilizados para analisar pavimentos devido a sua versatilidade, adaptabilidade e por terem um impacto mínimo no tráfego da rede viária. Nesse contexto, ainda existem desafios a serem explorados, sendo a otimização de hiperparâmetros das redes neurais um deles. Os hiperparâmetros podem ser relacionados à arquitetura de rede (tamanho dos filtros, profundidade da rede) ou treinamento (taxa de aprendizado, dropout), e podem impactar no desempenho da rede de forma significativa. O presente estudo tem como foco a seleção de melhores arquiteturas de rede, e posterior otimização dos hiperparâmetros. A obtenção das imagens 2D dos pavimentos asfálticos, ocorreu por meio de um veículo aéreo não tripulado (VANT) no Campus I da Universidade de Passo Fundo. A partir de imagens com resolução de 5472 x 3078 pixels, tratou-se e foram manipulados recortes de 256x256 pixels, em escala de cinza e colorido. Em seguida, utilizando como base a arquitetura das redes MobileNet, AlexNet, DenseNet, SqueezeNet, VGG19, ResNet18, ResNet50, ResNet101, iniciou-se a etapa de treinamento das redes neurais, as quais utilizaram 40.000 imagens, em que 80% foram utilizados para treinamento, e 20% para a fase de validação. Com base nesses dados, realizou-se um estudo comparativo dos valores de precisão, recall, erro e tempo de inferência gerados por cada uma das redes treinadas, de forma que foi possível definir as quatro melhores arquiteturas de rede, e otimizá-las. Por fim, definiu-se a arquitetura AlexNet, com acurácia de 97,14%, F1-Score de 86,96% como sendo a melhor escolha de arquitetura, devido ao baixo tempo de inferência, de cerca de 34 milissegundos, e pela eficácia na detecção de trincas, com a menor utilização de poder computacional.Submitted by Franciele Silva (francielesilva@upf.br) on 2024-05-28T16:36:34Z No. of bitstreams: 1 2022YohanCasiraghi.pdf: 32367177 bytes, checksum: 9bf2a2e813f4909e5f5c53e03e364ca8 (MD5)Made available in DSpace on 2024-05-28T16:36:34Z (GMT). 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