一种识别弓网受流燃弧大小的方法

阅读:927发布:2024-02-26

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1.一种识别弓网受流燃弧大小的方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1:获取数据集图片,在所述数据集图片中选取部分图片按照燃弧大小分为5类,将每张图片按照其分类打上标签,生成训练集,将所述数据集中剩余的图片作为测试集;
S2:建立燃弧模型,所述燃弧模型为卷积神经网络模型;
S3:利用所述训练集图片对所述燃弧模型进行训练,调整和优化模型参数,得到优化的燃弧模型;
S4:利用所述优化的燃弧模型对所述测试集的图片进行识别。
2.如权利要求1所述的一种识别弓网受流燃弧大小的方法,其特征在于,所述S1步骤中所述数据集图片为车载接触网运行状态检测装置在列车运行途中拍取的弓网受流燃弧图片。
3.如权利要求1所述的一种识别弓网受流燃弧大小的方法,其特征在于,所述S3步骤的利用所述训练集图片对所述燃弧模型进行训练,调整和优化所述模型参数,得到优化的燃弧模型具体为:训练过程中将所述训练集中的图片数据输入燃弧模型进行前向传播,得到当前模型的输出值,通过减小当前模型的输出值与训练集图片实际类别的损失值来对所述燃弧模型进行优化,进而调整燃弧模型中的参数,训练完毕得到优化的燃弧模型。
4.如权利要求1所述的一种识别弓网受流燃弧大小的方法,其特征在于,所述S4步骤的利用所述优化的燃弧模型对所述测试集的图片进行识别具体为,在优化的燃弧模型中输入测试集图片,进行前向传播,利用训练好的模型参数得到分类结果,实现对弓网受流燃弧大小的识别。
5.如权利要求1所述的一种识别弓网受流燃弧大小的方法,其特征在于,所述燃弧大小分为5类具体为:较小,小,中,较大,大。
6.如权利要求1所述的一种识别弓网受流燃弧大小的方法,其特征在于,所述燃弧模型共有11个卷积层,3个池化层,2个局部响应归一化层,3个全连接层,其顺序依次为:第一卷积层(201)、第二卷积层(202)、第一局部响应归一化层(203)、第一池化层(204)、第三卷积层(205)、第四卷积层(206)、第二局部响应归一化层(207)、第二池化层(208)、第五卷积层(209)、第六卷积层(210)、第七卷积层(211)、第八卷积层(212)、第九卷积层(213)、第十卷积层(214)、第三池化层(215)、第一全连接层(216)、第二全连接层(217)、第三全连接层(218)。
7.如权利要求6所述的一种识别弓网受流燃弧大小的方法,其特征在于,所述第一卷积层(201)使用的2个大小规格为7*7,步长为2的卷积核进行特征提取, 特征图单元数由输入图像规格的224*224*1转化为112*112*2;
所述第二卷积层(202)使用的2个大小规格为7*7,步长为2的卷积核进行特征提取, 特征图单元数由112*112*2转化为56*56*2;
所述第三卷积层(205)使用的4个大小规格为3*3,步长为1的卷积核进行特征提取, 特征图单元数由27*27*2转化为27*27*4;
所述第四卷积层(206)使用的8个大小规格为3*3,步长为1的卷积核进行特征提取, 特征图单元数由27*27*4转化为27*27*8;
所述第五卷积层(209)使用的16个大小规格为2*2,步长为1的卷积核进行特征提取, 特征图单元数由13*13*8转化为13*13*16;
所述第六卷积层(210)使用的32个大小规格为2*2,步长为1的卷积核进行特征提取, 特征图单元数由13*13*16转化为13*13*32;
所述第七卷积层(211)使用的32个大小规格为2*2,步长为1的卷积核进行特征提取, 特征图单元数由13*13*32转化为13*13*32;
所述第八卷积层(212)使用的16个大小规格为2*2,步长为1的卷积核进行特征提取, 特征图单元数由13*13*32转化为13*13*16;
所述第九卷积层(213)使用的8个大小规格为2*2,步长为1的卷积核进行特征提取, 特征图单元数由13*13*16转化为13*13*8;
所述第十卷积层(214)使用的4个大小规格为2*2,步长为1的卷积核进行特征提取, 特征图单元数由13*13*8转化为13*13*4。
8.如权利要求6所述的一种识别弓网受流燃弧大小的方法,其特征在于,所述第一局部响应归一化层(203)、所述第二局部响应归一化层(207)均用于对局部神经元的活动创建竞争机制,使的其中响应比较大的值变得相对较大,并抑制其他反馈较小的神经元,增强模型的泛化能
9.如权利要求6所述的一种识别弓网受流燃弧大小的方法,其特征在于,所述第一池化层(204)对输入的特征图进行压缩,特征图单元数由56*56*2转化为27*27*2;
所述第二池化层(208)对输入的特征图进行压缩,特征图单元数由27*27*8转化为13*
13*8;
所述第三池化层(215)对输入的特征图进行压缩,特征图单元数由13*13*4转化为6*6*
4。
10.如权利要求6所述的一种识别弓网受流燃弧大小的方法,其特征在于,所述第一全连接层(216)的输入特征图单元数为6*6*4,输出特征图单元数为64;
所述第二全连接层(217)的输入特征图单元数为64,输出特征图单元数为16;
所述第三全连接层(218)的输入特征图单元数为16,输出特征图单元数为5。

说明书全文

一种识别弓网受流燃弧大小的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及高速路车载接触网运行状态检测技术领域,尤其涉及一种识别弓网受流燃弧大小的方法。

背景技术

[0002] 随着高速铁路的建设与发展现状,接触网燃弧已逐渐成为制约牵引供电接触网可靠性的关键因素,不管从供电可靠性与接触网设备的使用寿命考虑,接触网燃弧检测与预防措施的理论性研究都是势在必行的。
[0003] 根据电接触理论可知,受电弓-接触网受流系统为典型的滑动电接触模型,在列车高速运行的过程中,弓网不良接触现象的发生不可避免。弓网系统振动、滑板或者接触线异物、接触线缺陷如硬点等因素都将可能造成弓网不良接触现象的发生,而弓网系统的不良接触往往伴随着受电弓与接触网间强烈放电现象——弓网燃弧的发生。对燃弧的大小进行识别在一定程度上可以反应受电弓与接触网间强烈放电现象的严重程度,对于特别严重的现象优先上报,优先解决。
[0004] 现有的经典卷积神经网络有AlexNet,VGGNet,Google InceptionNet,ResNet——这四中网络依照出现的先后顺序排列,深度和复杂度也依次递进。当这些现有的模型解决工业上的现有图片问题分类时,虽然正确率表现还不错,但往往会由于参数量太大,模型过于复杂而导致消耗的资源较多,训练的时间较长,这导致这些经典卷积神经网络无法在实际工业中运用。

发明内容

[0005] 为了解决上述问题,本发明提出一种识别弓网受流燃弧大小的方法,所采用的燃弧模型能够大大的减少训练时参数量和计算量,节省了资源和时间的消耗,同时通过网络的加深也能保证较高的正确率,使其能够适应实际工业运用。
[0006] 具体的,一种识别弓网受流燃弧大小的方法,其特征在于,包括如下步骤:S1:获取数据集图片,在所述数据集图片中选取部分图片按照燃弧大小分为5类,将每张图片按照其分类打上标签,生成训练集,将所述数据集中剩余的图片作为测试集;
S2:建立燃弧模型,所述燃弧模型为卷积神经网络模型;
S3:利用所述训练集图片对所述燃弧模型进行训练,调整和优化模型参数,得到优化的燃弧模型;
S4:利用所述优化的燃弧模型对所述测试集的图片进行识别。
[0007] 优选地,所述S1步骤中所述数据集图片为车载接触网运行状态检测装置在列车运行途中拍取的弓网受流燃弧图片。
[0008] 优选地,所述S3步骤的利用所述训练集图片对所述燃弧模型进行训练,调整和优化所述模型参数,得到优化的燃弧模型具体为:训练过程中将所述训练集中的图片数据输入燃弧模型进行前向传播,得到当前模型的输出值,通过减小当前模型的输出值与训练集图片实际类别的损失值来对所述燃弧模型进行优化,进而调整燃弧模型中的参数,训练完毕得到优化的燃弧模型。
[0009] 优选地,所述S4步骤的利用所述优化的燃弧模型对所述测试集的图片进行识别具体为,在优化的燃弧模型中输入测试集图片,进行前向传播,利用训练好的模型参数得到分类结果,实现对弓网受流燃弧大小的识别。
[0010] 优选地,所述燃弧大小分为5类具体为:较小,小,中,较大,大。
[0011] 优选地,所述燃弧模型共有11个卷积层,3个池化层,2个局部响应归一化层,3个全连接层,其顺序依次为:第一卷积层(201)、第二卷积层(202)、第一局部响应归一化层(203)、第一池化层(204)、第三卷积层(205)、第四卷积层(206)、第二局部响应归一化层(207)、第二池化层(208)、第五卷积层(209)、第六卷积层(210)、第七卷积层(211)、第八卷积层(212)、第九卷积层(213)、第十卷积层(214)、第三池化层(215)、第一全连接层(216)、第二全连接层(217)、第三全连接层(218)。
[0012] 优选地,所述第一卷积层(201)使用的2个大小规格为7*7,步长为2的卷积核进行特征提取, 特征图单元数由输入图像规格的224*224*1转化为112*112*2;所述第二卷积层(202)使用的2个大小规格为7*7,步长为2的卷积核进行特征提取, 特征图单元数由112*112*2转化为56*56*2;
所述第三卷积层(205)使用的4个大小规格为3*3,步长为1的卷积核进行特征提取, 特征图单元数由27*27*2转化为27*27*4;
所述第四卷积层(206)使用的8个大小规格为3*3,步长为1的卷积核进行特征提取, 特征图单元数由27*27*4转化为27*27*8;
所述第五卷积层(209)使用的16个大小规格为2*2,步长为1的卷积核进行特征提取, 特征图单元数由13*13*8转化为13*13*16;
所述第六卷积层(210)使用的32个大小规格为2*2,步长为1的卷积核进行特征提取, 特征图单元数由13*13*16转化为13*13*32;
所述第七卷积层(211)使用的32个大小规格为2*2,步长为1的卷积核进行特征提取, 特征图单元数由13*13*32转化为13*13*32;
所述第八卷积层(212)使用的16个大小规格为2*2,步长为1的卷积核进行特征提取, 特征图单元数由13*13*32转化为13*13*16;
所述第九卷积层(213)使用的8个大小规格为2*2,步长为1的卷积核进行特征提取, 特征图单元数由13*13*16转化为13*13*8;
所述第十卷积层(214)使用的4个大小规格为2*2,步长为1的卷积核进行特征提取, 特征图单元数由13*13*8转化为13*13*4;
优选地,所述第一局部响应归一化层(203)、所述第二局部响应归一化层(207)均用于对局部神经元的活动创建竞争机制,使的其中响应比较大的值变得相对较大,并抑制其他反馈较小的神经元,增强模型的泛化能
[0013] 优选地,所述第一池化层(204)对输入的特征图进行压缩,特征图单元数由56*56*2转化为27*27*2;
所述第二池化层(208)对输入的特征图进行压缩,特征图单元数由27*27*8转化为13*
13*8;
所述第三池化层(215)对输入的特征图进行压缩,特征图单元数由13*13*4转化为6*6*
4。
[0014] 优选地,所述第一全连接层(216)的输入特征图单元数为6*6*4,输出特征图单元数为64;所述第二全连接层(217)的输入特征图单元数为64,输出特征图单元数为16;
所述第三全连接层(218)的输入特征图单元数为16,输出特征图单元数为5。
[0015] 本发明的有益效果在于:(1)本发明提出的方法可以对弓网受流燃弧大小进行自动识别,利用该识别数据能够对受电弓与接触网间强烈放电现象的严重程度进行评估,相关运营人员可根据评估结果及时采取措施,有效保障高速铁路的运营安全。
[0016] (2)本发明提出的方法采用燃弧模型对弓网受流燃弧图片进行分类,判断燃弧大小,相较于现有的方法,可大大的减少训练时参数量和计算量,节省了资源和时间的消耗,同时通过网络的加深也能保证较高的正确率,使得对弓网受流燃弧大小进行自动识别得以实现并能适应实际工业应用。附图说明
[0017] 图1是本发明提出的一种识别弓网受流燃弧大小的方法的步骤流程图
[0018] 图2是本发明提出的燃弧模型结构图。
[0019] 图3是现有技术的AlexNet模型结构图。
[0020] 图4是使用本发明提出的一种识别弓网受流燃弧大小的方法判断燃弧大小的示例。

具体实施方式

[0021] 为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解,现对照附图说明本发明的具体实施方式。
[0022] 图1为本发明提出的一种识别弓网受流燃弧大小的方法步骤流程图,包括如下步骤:S1:获取数据集图片,在数据集图片中选取部分图片按照燃弧大小分为5类,将每张图片按照其分类打上标签,生成训练集,将数据集中剩余的图片作为测试集;
S2:建立燃弧模型,燃弧模型为卷积神经网络模型;
S3:利用训练集图片对燃弧模型进行训练,调整和优化模型参数,得到优化的燃弧模型;
S4:利用优化的燃弧模型对测试集的图片进行识别。
[0023] 作为一种优选实施例,所述S1步骤中所述数据集图片为车载接触网运行状态检测装置在列车运行途中拍取的弓网受流燃弧图片。
[0024] 作为一种优选实施例,燃弧大小分为5类具体为:较小,小,中,较大,大。
[0025] 作为一种优选实施例,S3步骤的利用训练集图片对燃弧模型进行训练,调整和优化模型参数,得到优化的燃弧模型具体为:训练过程中将训练集中的图片数据输入燃弧模型进行前向传播,得到当前模型的输出值,通过减小当前模型的输出值与训练集图片实际类别的损失值来对燃弧模型进行优化,进而调整燃弧模型中的参数,训练完毕得到优化的燃弧模型。
[0026] 作为一种优选实施例,S4步骤的利用优化的燃弧模型对测试集的图片进行识别具体为,在优化的燃弧模型中输入测试集图片,进行前向传播,利用训练好的模型参数得到分类结果,实现对弓网受流燃弧大小的识别。
[0027] 作为一种优选实施例,本发明提出的燃弧模型结构如图2所示。燃弧模型共有11个卷积层,3个池化层,2个局部响应归一化层,3个全连接层,其顺序依次为:第一卷积层201、第二卷积层202、第一局部响应归一化层203、第一池化层204、第三卷积层205、第四卷积层206、第二局部响应归一化层207、第二池化层208、第五卷积层209、第六卷积层210、第七卷积层211、第八卷积层212、第九卷积层213、第十卷积层214、第三池化层215、第一全连接层
216、第二全连接层217、第三全连接层218。
[0028] 其中,卷积层(Conv)的作用是:用它来进行特征提取。
[0029] 池化层(MaxPooling)的作用是:对输入的特征图进行压缩,一方面使特征图变小,简化网络计算复杂度;一方面进行特征压缩,提取主要特征。
[0030] 局部响应归一化层(Local Response Norm,LRN)的作用是:对局部神经元的活动创建竞争机制,使的其中响应比较大的值变得相对较大,并抑制其他反馈较小的神经元,增强模型的泛化能力。
[0031] 全连接层(FC)的作用是:在整个卷积神经网络中起到“分类器”的作用。
[0032] 作为一种优选实施例,第一卷积层201使用的2个大小规格为7*7,步长为2的卷积核进行特征提取, 特征图单元数由224*224*1转化为112*112*2。其中,224*224*1即为输入图像的规格(图像的宽*图像的高*图像的通道数),输入图像采用灰度图像,通道为1。
[0033] 第二卷积层202使用的2个大小规格为7*7,步长为2的卷积核进行特征提取, 特征图单元数由112*112*2转化为56*56*2。
[0034] 第三卷积层205使用的4个大小规格为3*3,步长为1的卷积核进行特征提取, 特征图单元数由27*27*2转化为27*27*4。
[0035] 第四卷积层206使用的8个大小规格为3*3,步长为1的卷积核进行特征提取, 特征图单元数由27*27*4转化为27*27*8。
[0036] 第五卷积层209使用的16个大小规格为2*2,步长为1的卷积核进行特征提取, 特征图单元数由13*13*8转化为13*13*16。
[0037] 第六卷积层210使用的32个大小规格为2*2,步长为1的卷积核进行特征提取, 特征图单元数由13*13*16转化为13*13*32。
[0038] 第七卷积层211使用的32个大小规格为2*2,步长为1的卷积核进行特征提取, 特征图单元数由13*13*32转化为13*13*32。
[0039] 第八卷积层212使用的16个大小规格为2*2,步长为1的卷积核进行特征提取, 特征图单元数由13*13*32转化为13*13*16。
[0040] 第九卷积层213使用的8个大小规格为2*2,步长为1的卷积核进行特征提取, 特征图单元数由13*13*16转化为13*13*8。
[0041] 第十卷积层214使用的4个大小规格为2*2,步长为1的卷积核进行特征提取, 特征图单元数由13*13*8转化为13*13*4。
[0042] 作为一种优选实施例,第一局部响应归一化层203、第二局部响应归一化层207均用于对局部神经元的活动创建竞争机制,使的其中响应比较大的值变得相对较大,并抑制其他反馈较小的神经元,增强模型的泛化能力。
[0043] 作为一种优选实施例,第一池化层204、第二池化层208、第三池化层215均为最大池化层,其池化核的规格为3*3,步长为2。最大池化层的设置避免了平均池化的模糊化效果,并且让步长比池化核的尺寸小,这样池化层的输出之间会有重叠和覆盖,提升了特征的丰富性。
[0044] 第一池化层204对输入的特征图进行压缩,特征图单元数由56*56*2转化为27*27*2。
[0045] 第二池化层208对输入的特征图进行压缩,特征图单元数由27*27*8转化为13*13*8。
[0046] 第三池化层215对输入的特征图进行压缩,特征图单元数由13*13*4转化为6*6*4。
[0047] 作为一种优选实施例,第一全连接层216的输入特征图单元数为6*6*4,输出特征图单元数为64。
[0048] 第二全连接层217的输入特征图单元数为64,输出特征图单元数为16。
[0049] 第三全连接层218的输入特征图单元数为16,输出特征图单元数为5,即代表燃弧分类总个数,总共有5类,分别代表燃弧大小为:较小,小,中,较大,大。
[0050] 本发明实施例提出的燃弧模型,相较于现有的Alexnet模型(如图3所示),能够大大的减少训练时参数量和计算量。例如,当一张灰度图输入时,Alexnet模型Conv1的参数量为(11*11+1)*96=11712,本发明提出的燃弧模型Conv1参数量为:(7*7+1)*2=100。由此,本发明提出的燃弧模型节省了资源和时间的消耗,同时通过神经网络的加深也能保证较高的正确率。
[0051] 本发明实施例提出的方法可以对弓网受流燃弧大小进行自动识别,利用该识别数据能够对受电弓与接触网间强烈放电现象的严重程度进行评估,相关运营人员可根据评估结果及时采取措施,有效保障高速铁路的运营安全;本发明实施例提出的方法采用燃弧模型对弓网受流燃弧图片进行分类,判断燃弧大小,相较于现有的方法,可大大的减少训练时参数量和计算量,节省了资源和时间的消耗,同时通过网络的加深也能保证较高的正确率,使得对弓网受流燃弧大小进行自动识别得以实现并能适应实际工业应用。
[0052] 需要说明的是,对于前述的各个方法实施例,为了简单描述,故将其都表述为一系列的动作组合,但是本领域技术人员应该知悉,本申请并不受所描述的动作顺序的限制,因为依据本申请,某一些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次,本领域技术人员也应该知悉,说明书中所描述的实施例均属于优选实施例,所涉及的动作和单元并不一定是本申请所必须的。
[0053] 在上述实施例中,对各个实施例的描述都各有侧重,某个实施例中没有详细描述的部分,可以参见其他实施例的相关描述。
[0054] 本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程,是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成,所述的程序可存储于计算机可读取存储介质中,该程序在执行时,可包括如上述各方法的实施例的流程。其中,所述的存储介质可为磁碟、光盘、ROM、RAM等。
[0055] 以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已,当然不能以此来限定本发明之权利范围,因此依本发明权利要求所作的等同变化,仍属本发明所涵盖的范围。
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