留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

基于YOLOv5的轻量化轨道扣件检测模型研究

谢省 王越 李立明 郑树彬 彭乐乐 朱挺

谢省, 王越, 李立明, 郑树彬, 彭乐乐, 朱挺. 基于YOLOv5的轻量化轨道扣件检测模型研究[J]. 上海工程技术大学学报, 2025, 39(3): 257-265. doi: 10.12299/jsues.24-0050
引用本文: 谢省, 王越, 李立明, 郑树彬, 彭乐乐, 朱挺. 基于YOLOv5的轻量化轨道扣件检测模型研究[J]. 上海工程技术大学学报, 2025, 39(3): 257-265. doi: 10.12299/jsues.24-0050
XIE Xing, WANG Yue, LI Liming, ZHENG Shubin, PENG Lele, ZHU Ting. Research on lightweight rail fastener inspection model based on YOLOv5[J]. Journal of Shanghai University of Engineering Science, 2025, 39(3): 257-265. doi: 10.12299/jsues.24-0050
Citation: XIE Xing, WANG Yue, LI Liming, ZHENG Shubin, PENG Lele, ZHU Ting. Research on lightweight rail fastener inspection model based on YOLOv5[J]. Journal of Shanghai University of Engineering Science, 2025, 39(3): 257-265. doi: 10.12299/jsues.24-0050

基于YOLOv5的轻量化轨道扣件检测模型研究

doi: 10.12299/jsues.24-0050
基金项目: 国家自然科学基金(51975347,51907117);上海市科技计划项目(22010501600)
详细信息
    作者简介:

    谢省:谢 省(1997 − ),男,硕士生,研究方向为轨道缺陷检测。E-mail:1040370859@qq.com

    通讯作者:

    李立明(1982 − ),男,高级实验师,博士,研究方向为轨道检测和图像处理。E-mail:liliming@sues.edu.cn

  • 中图分类号: U216.3

Research on lightweight rail fastener inspection model based on YOLOv5

  • 摘要: 针对轨道扣件检测算法在模型参数量、检测精度和效率等方面的问题,提出一种基于YOLOv5n的轻量化网络模型YOLO-FBS。该模型嵌入了Faster Block模块,实现了网络参数轻量化的改进,引入SimAM无参数特征选择模块和CAFARE轻量级上采样模块,提升了模型的检测精度,最后采用基于LAMP分数的剪枝方式裁剪掉权重较小的通道,得到网络参数仅为0.28×106的YOLO-FBS模型,其检测精度达到89.2%,检测速度达到190.2 帧/s。该网络模型具有低参数量和高检测速度的优势,同时保证了较高的检测精度。
  • 图  1  YOLO-FBS网络结构

    Figure  1.  YOLO-FBS network structure

    图  2  C3_FBS模块结构

    Figure  2.  C3_FBS module structure

    图  3  SimAM特征选择模块网络结构图

    Figure  3.  SimAM feature selection module network structure diagram

    图  4  PCS模块

    Figure  4.  PCS module

    图  5  YOLOv5 + C3_FBS网络结构图

    Figure  5.  YOLOv5 + C3_FBS network structure diagram

    图  6  CARAFE上采样算子结构图

    Figure  6.  Structure of sampling operator on CARAFE

    图  7  LAMP剪枝方式

    Figure  7.  LAMP pruning method

    图  8  轨道扣件状态

    Figure  8.  Status of track fasteners

    图  9  YOLOv5n与YOLO-FBS训练效果图

    Figure  9.  YOLOv5n and YOLO-FBS training effect picture

    图  10  YOLO-FBS检测结果图

    Figure  10.  YOLO-FBS test result graph

    表  1  轻量化网络改进对比

    Table  1.   Lightweight network improvement comparison

    网络 参数 FLOPs fps mAP0.5:0.95
    MobileNet 2.21×106 6.3×109 138.8 0.867
    GhostNet 1.98×106 5.8×109 135.3 0.876
    C3_FB 2.19×106 6.3×109 161.5 0.870
    下载: 导出CSV

    表  2  各特征选择模块消融实验数据对比

    Table  2.   Comparison of experimental data for each feature selection module

    网络 修改 参数 fps mAP0.5:0.95
    C3_FBNet 2.19×106 161.5 0.870
    + SE 2.20×106 122.0 0.867
    + CBAM 2.21×106 62.8 0.852
    + CA 2.21×106 95.5 0.859
    + ECA 2.21×106 62.0 0.852
    + EMA 2.20×106 83.9 0.868
    + SimAM 2.19×106 143.1 0.890
    下载: 导出CSV

    表  3  C3_FBS不同位置的实验数据对比

    Table  3.   Comparison of experimental data for different locations of C3_FBS

    网络 参数 FLOPs fps mAP0.5:0.95
    C3_FBNet 2.19×106 6.3×109 161.5 0.870
    FBS_1 2.19×106 6.3×109 131.1 0.882
    FBS_2 2.19×106 6.3×109 143.2 0.890
    FBS_3 2.19×106 6.3×109 137.7 0.879
    下载: 导出CSV

    表  4  LAMP不同加速比剪枝效果

    Table  4.   Effect of pruning with different speedup ratios in LAMP

    Speed-up 参数 FLOPs fps mAP0.5:0.95
    1 2.19×106 6.3×109 146.1 0.892
    1.5 0.86×106 4.2×109 156.5 0.900
    2 0.59×106 3.1×109 162.3 0.896
    2.5 0.44×106 2.5×109 164.0 0.891
    3(Ours) 0.35×106 2.1×109 184.2 0.891
    3.5 0.28×106 1.8×109 190.2 0.892
    4 0.23×106 1.5×109 202 0.880
    下载: 导出CSV

    表  5  消融实验各模型数据对比

    Table  5.   Comparison of data across models for ablation experiments

    优化方式 FB SimA M CARAFE LAMP 参数 FLOPs fps mAP0.5:0.95
    YOLOv5n 2.51×106 7.1×109 176.7 0.881
    FB 2.19×106 6.3×109 161.5 0.870
    SimAM 2.19×106 6.3×109 137.7 0.890
    CARAFE 2.25×106 6.5×109 146.1 0.892
    LAMP 0.28×106 1.8×109 190.2 0.892
    下载: 导出CSV
  • [1] 李海锋, 许玉德. 计算机编制铁路轨道养护维修计划的方法[J] . 同济大学学报, 2004, 32(4): 480 − 484.
    [2] 张曦. 浅析超声波探伤技术在钢轨探伤中的应用[J] . 中国设备工程, 2023(5): 130 − 132. doi: 10.3969/j.issn.1671-0711.2023.05.054
    [3] 叶杭璐, 王超, 吴杨娜, 等. 轨道交通涡流探伤仪的设计与实现[J] . 浙江树人大学学报(自然科学版), 2016, 16(3): 7 − 11.
    [4] 韦若禹, 李舒婷, 吴松荣, 等. 基于改进YOLO V3算法的轨道扣件缺陷检测[J] . 铁道标准设计, 2020, 64(12): 30 − 36.
    [5] 邹文武, 许贵阳, 白堂博. 基于EfficientDet的轨道扣件识别与检测[J] . 武汉大学学报(工学版), 2024, 57(7): 1006 − 1012.
    [6] HOWARD A G, ZHU M L, CHEN B, et al. MobileNets: efficient convolutional neural networks for mobile vision applications[EB/OL] . (2017-04-17)[2021-01-12] . https://arxiv.org/abs/1704.04861.
    [7] SANDLER M, HOWARD A, ZHU M L, et al. MobileNetV2: inverted residuals and linear bottlenecks[C] //Proceedings of the IEEE/CVF Conference on Computer Vision and Pattern Recognition. Salt Lake City: IEEE, 2018: 4510-4520.
    [8] ZHANG X Y, ZHOU X Y, LIN M X, et al. ShuffleNet: an extremely efficient convolutional neural network for mobile devices[C] //Proceedings of the IEEE/CVF Conference on Computer Vision and Pattern Recognition. Salt Lake City: IEEE, 2018: 6848−6856.
    [9] HAN K, WANG Y H, TIAN Q, et al. GhostNet: more features from cheap operations[C] //Proceedings of the IEEE/CVF Conference on Computer Vision and Pattern Recognition. Seattle: IEEE, 2020: 1577−1586.
    [10] CHEN J R, KAO S H, HE H, et al. Run, don't walk: chasing higher FLOPS for faster neural networks[C] //Proceedings of the IEEE/CVF Conference on Computer Vision and Pattern Recognition. Vancouver: IEEE, 2023: 12021−12031.
    [11] YANG L X, ZHANG R Y, LI L D, et al. SimAM: a simple, parameter-free attention module for convolutional neural networks[J] . PMLR, 2021, 139: 11863−11874.
    [12] WANG J Q, CHEN K, XU R, et al. CARAFE: content-aware ReAssembly of FEatures[C] //IEEE/CVF International Conference on Computer Vision (ICCV). Seoul: IEEE, 2019: 3007−3016.
    [13] LEE J, PARK S, MO S, et al. Layer-adaptive sparsity for the magnitude-based pruning[EB/OL] . (2020-10-15)[2024-01-15] . https://doi.org/10.48550/arXiv.2010.07611.
    [14] HU J, SHEN L, SUN G. Squeeze-and-excitation networks[C] //IEEE/CVF Conference on Computer Vision and Pattern Recognition. Salt Lake City: IEEE, 2018: 7132−7141.
    [15] WOO S, PARK J, LEE J Y, et al. CBAM: convolutional block attention module[C] //Proceedings of the 15th European Conference on Computer Vision. Munich: Springer, 2018: 3−19.
  • 加载中
图(10) / 表(5)
计量
  • 文章访问数:  21
  • HTML全文浏览量:  10
  • PDF下载量:  2
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2024-03-04
  • 网络出版日期:  2025-12-22
  • 刊出日期:  2025-09-30

目录

    /

    返回文章
    返回