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http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/83018| Type: | Tese |
| Title: | Computer vision and convolutional neural networks applied in pavement evaluation |
| Authors: | Espindola, Aline Calheiros |
| Advisor: | Nobre Junior, Ernesto Ferreira |
| Co-advisor: | Rahman, Mujib |
| Keywords in Brazilian Portuguese : | Sistema de Gerência de Pavimentos;: Redes neurais convolucionais;Classificação de imagens;Índice Simplificado do Estado do Pavimento;Pavimentos - Classificação;Pavimentos - Defeitos |
| Keywords in English : | Pavement Management System;Convolutional neural networks;Image classification;Simplified Pavement State Index;Pavement classification;Pavements - Defects |
| Knowledge Areas - CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE TRANSPORTES |
| Issue Date: | 2024 |
| Citation: | ESPINDOLA, Aline Calheiros. Computer vision and convolutional neural networks applied in pavement evaluation. 220 f. 2024. Tese (Doutorado em Engenharia de Transportes) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2024. |
| Abstract in Brazilian Portuguese: | A implementação denovas tecnologias no sistema degerência depavimentos (SGP) é essencial, especialmente por meio da visão computacional e do aprendizado de máquina, para o desenvolvimento de sistemas automáticos de avaliação de pavimentos. Esta pesquisa apresenta um modelo profundo de rede neural convolucional (CNN) capaz de classificar diversos tipos depavimentos – incluindo concreto, asfalto, blocos intertravados, paralelepípedos / pedra e vias não pavimentadas – alcançando uma precisão próxima de 100%. Adicionalmente, o estudo explora o diagnóstico de defeitos com base em imagens, utilizando modelos de classificação multi-rótulo (MLC) com arquitetura ResNet-50, obtendo uma precisão de 96% e um F1-score de 91%, identificando eficazmente deteriorações do pavimento a partir de levantamentos em vídeo em nível de rede. Essa abordagem reduz a necessidade de sensores caros, oferecendo uma alternativa econômica para avaliações abrangentes das condições das vias. O exame contínuo e extensivo das superfícies de pavimento é vital para a eficácia do SGP, e as avaliações automatizadas com CNNs representam uma solução viável ao identificar defeitos de forma rápida e precisa, reduzindo os custos com avaliações manuais. A pesquisa propõe um Índice Simplificado doEstado do Pavimento (SPS), utilizando imagens 2D de câmeras debaixo custo, demonstrando alta similaridade na priorização de segmentos para intervenção quando comparado ao tradicional Índice Global de Gravidade (IGG). A automação da coleta de dados por meio de CNNs proporciona maior eficiência, permitindo o monitoramento contínuo e a manutenção oportuna. Apesar do investimento inicial e dos desafios para garantir a robustez do sistema, o uso de câmeras de ação e smartphones apresenta uma alternativa de baixo custo que apoia as iniciativas do SGPem nível de rede. Este estudo enfatiza a importância da colaboração entre a academia e os órgãos degestão rodoviária para a melhoria contínua e destaca o potencial das avaliações automatizadas para revolucionar a gestão de pavimentos, oferecendo avaliações rápidas e abrangentes, auxiliando na manutenção eficaz e prolongando a vida útil do pavimento. |
| Abstract: | The implementation of new technologies in pavement management systems (PMS) is crucial, particularly through computer vision and machine learning to develop automatic pavement evaluation systems. This research presents a deep convolutional neural network (CNN) model capable of classifying various pavement types, including concrete, asphalt, interlocking, cobblestone/stone, and unpaved roads, achieving nearly 100% accuracy. Additionally,the study explores image-based distress diagnosis using multi-label classification (MLC) models with ResNet-50 architecture, achieving a 96% accuracy rate and a 91% F1-score, effectively identifying pavement distress from network-level video surveys. This approach reduces the need for expensive sensors, offering a cost-effective alternative for comprehensive road condition assessments. Continuous and extensive examination of pavement surfaces is vital for PMS effectiveness, and automated assessments using CNNs offera feasible solution by quickly and accurately identifying defects, thereby reducing manual evaluation costs. The research proposes a Simplified Pavement State Index (SPS) using 2D images from low-cost cameras, demonstrating high similarity in prioritizing segments for intervention compared to the traditional Global Severity Index (IGG). Automating data collection through CNNs provides increased efficiency, enabling continuous monitoring and timely maintenance. Despite the initial investment and challenges in ensuring system robustness, the use of action cameras and smartphones presents a low-cost alternative supporting network-level PMS initiative. This study emphasizes the importance of collaboration between academia and highway management agencies for continuous improvement and underscores the potential of automated assessments to revolutionize pavement management, providing rapid, and comprehensive evaluations, ultimately aiding in effective maintenance and extending pavement service life. |
| Description in Brazilian Portuguese: | Este documento está disponível online com base na Portaria no 348, de 08 de dezembro de 2022, disponível em: https://biblioteca.ufc.br/wp-content/uploads/2022/12/portaria348-2022.pdf, que autoriza a digitalização e a disponibilização no Repositório Institucional (RI) da coleção retrospectiva de TCC, dissertações e teses da UFC, sem o termo de anuência prévia dos autores. Em caso de trabalhos com pedidos de patente e/ou de embargo, cabe, exclusivamente, ao autor(a) solicitar a restrição de acesso ou retirada de seu trabalho do RI, mediante apresentação de documento comprobatório à Direção do Sistema de Bibliotecas. |
| URI: | http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/83018 |
| Author's ORCID: | https://orcid.org/0000-0001-7790-3855 |
| Author's Lattes: | http://lattes.cnpq.br/4521033460312471 |
| Advisor's Lattes: | http://lattes.cnpq.br/3427970021550102 |
| Access Rights: | Acesso Aberto |
| Aparece en las colecciones: | DET - Teses defendidas na UFC |
Ficheros en este ítem:
| Fichero | Descripción | Tamaño | Formato | |
|---|---|---|---|---|
| 2024_tese_acespindola.pdf | 29,52 MB | Adobe PDF | Visualizar/Abrir |
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