شماره ركورد
31663
پديد آورنده
مبينا حقدوست
عنوان
شناسايي آسيب در سازه ها با استفاده از تقسيم بندي معنايي تصاوير
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي عمران-گرايش مهندسي زلزله
سال تحصيل
1401
تاريخ دفاع
1403/06/18
استاد راهنما
دكترغلامرضا قدرتي اميري-دكتر مرتضي رئيسي دهكردي
استاد مشاور
دكتر احسان درويشان
دانشكده
مهندسي عمران
چكيده
پايش سلامت سازه (SHM) يكي از زمينه هاي مهم تحقيقاتي در مهندسي سازه است كه هدف آن تشخيص، مكان يابي و ارزيابي آسيب در سازه ها براي اطمينان از ايمني، قابليت اطمينان و كارايي آنهاست. روش هاي سنتي SHM اغلب به دليل نياز به بازرسي هاي دستي، هزينه بالا و ناتواني در تشخيص آسيب هاي پنهان، با چالش هايي روبرو هستند. اين پژوهش يك روش نوآورانه مبتني بر تركيب تكنيك هاي پردازش سيگنال، پردازش تصوير و يادگيري عميق براي پايش سلامت سازه ارائه مي دهد.
در اين روش، ابتدا سيگنال هاي ارتعاشي خام توسط تكنيك هاي پيش پردازش مانند حذف نويز و فيلترينگ پاكسازي مي شوند. سپس، با استفاده از تبديل موجك پيوسته (CWT)، سيگنال ها به تصاوير زمان-فركانس تبديل مي شوند كه ويژگي هاي مرتبط با آسيب را برجسته مي كنند. تصاوير CWT با استفاده از الگوريتم سگمنت بندي واترشد به نواحي همگن تقسيم مي شوند و ويژگي هاي آماري و هندسي از هر ناحيه استخراج مي شود. براي ايجاد برچسب هاي اوليه بدون نياز به داده هاي برچسب دار، از الگوريتم خوشه بندي خودنظارتي FSSC استفاده مي شود. در نهايت، يك شبكه عصبي عميق كانولوشني اختصاصي با مكانيزم خودتوجهي براي طبقه بندي وضعيت سلامت سازه آموزش داده مي شود.
روش پيشنهادي بر روي سه مجموعه داده متنوع ارزيابي شد: داده هاي واقعي از پل تيانجين يانگ، داده هاي شبيه سازي شده از مدل المان محدود پل دانشگاه مركزي فلوريدا، و داده هاي آزمايشگاهي از سازه فولادي دانشگاه قطر. نتايج نشان داد كه اين روش قادر به تشخيص آسيب با دقت بالاي 96٪ در تمام موارد است، كه بيانگر قابليت تعميم پذيري و انطباق پذيري آن است. مقايسه با ساير روش هاي رايج، برتري قابل توجه روش پيشنهادي را تأييد كرد.
نوآوري هاي اصلي اين پژوهش شامل استفاده از تبديل موجك پيوسته براي توليد تصاوير زمان-فركانس، بكارگيري الگوريتم سگمنت بندي واترشد براي استخراج ويژگي هاي مرتبط با آسيب، استفاده از خوشه بندي خودنظارتي براي يادگيري از داده هاي بدون برچسب، و طراحي يك معماري شبكه عصبي عميق اختصاصي با مكانيزم توجه است. علي رغم نتايج اميدواركننده، محدوديت هايي مانند نياز به مجموعه داده هاي بزرگتر و پيچيدگي محاسباتي همچنان وجود دارد.
زمينه هاي تحقيقاتي آينده شامل بررسي معماري هاي شبكه عصبي پيشرفته تر، ادغام چندحسگري، توسعه رويكردهاي انتقال يادگيري، و اعمال تكنيك هاي توضيح پذيري است. با پيشرفت در اين جهات، انتظار مي رود كه سيستم هاي پايش سلامت سازه مبتني بر يادگيري ماشين به طور فزاينده اي در صنعت پذيرفته شوند و منجر به بهبود ايمني، قابليت اطمينان و كارايي زيرساخت هاي مهندسي شوند.
در مجموع، اين پژوهش سهم قابل توجهي در زمينه پايش سلامت سازه و كاربرد فناوري هاي هوش مصنوعي در مهندسي سازه داشته است. روش پيشنهادي نشان مي دهد كه چگونه تركيب تكنيك هاي پيشرفته پردازش سيگنال، پردازش تصوير و يادگيري عميق مي تواند منجر به توسعه سيستم هاي نوآورانه و مؤثر براي تشخيص خودكار آسيب شود. يافته هاي اين تحقيق مي تواند الهام بخش توسعه بيشتر روش هاي SHM مبتني بر هوش مصنوعي باشد و در نهايت به ارتقاي مديريت و نگهداري زيرساخت هاي مهندسي كمك كند.
تاريخ ورود اطلاعات
1403/09/17
عنوان به انگليسي
Damage detection in structures using semantic image segmentation
تاريخ بهره برداري
9/8/2025 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
مبينا حق دوست
چكيده به لاتين
Structural Health Monitoring (SHM) is a significant research area in structural engineering, aimed at detecting, locating, and assessing damage in structures to ensure their safety, reliability, and efficiency. Traditional SHM methods often face challenges due to the need for manual inspections, high costs, and the inability to detect hidden damages. This study presents an innovative approach that combines signal processing, image processing, and deep learning techniques for SHM.
In this method, raw vibration signals are first cleaned using preprocessing techniques such as noise removal and filtering. Then, the signals are converted into time-frequency images using Continuous Wavelet Transform (CWT), highlighting damage-related features. The CWT images are segmented into homogeneous regions using the watershed algorithm, and statistical and geometric features are extracted from each region. To generate initial labels without the need for labeled data, a self-supervised clustering algorithm (FSSC) is employed. Finally, a custom deep convolutional neural network with a self-attention mechanism is trained to classify the structural health status.
The proposed method was evaluated on three diverse datasets: real data from the Tianjin Yang Bridge, simulated data from the finite element model of the Central Florida University Bridge, and laboratory data from a steel structure at Qatar University. The results demonstrated that this method could detect damage with an accuracy of over 96% in all cases, indicating its generalizability and adaptability. A comparison with other common methods confirmed the significant superiority of the proposed approach.
The main innovations of this research include the use of Continuous Wavelet Transform to produce time-frequency images, the application of the watershed segmentation algorithm to extract damage-related features, the use of self-supervised clustering for learning from unlabeled data, and the design of a custom deep neural network architecture with an attention mechanism. Despite the promising results, limitations such as the need for larger datasets and computational complexity remain.
Future research areas include exploring more advanced neural network architectures, integrating multi-sensor data, developing transfer learning approaches, and applying explainability techniques. With advancements in these directions, machine learning-based SHM systems are expected to be increasingly adopted in the industry, leading to improved safety, reliability, and efficiency of engineering infrastructures.
Overall, this study makes a significant contribution to the field of SHM and the application of AI technologies in structural engineering. The proposed method demonstrates how combining advanced signal processing, image processing, and deep learning techniques can lead to the development of innovative and effective systems for automated damage detection. The findings of this research can inspire further development of AI-based SHM methods and ultimately contribute to the enhancement of engineering infrastructure management and maintenance.
كليدواژه هاي فارسي
پايش سلامت سازه ها , تشخيص آسيب , تقسيم بندي معنايي تصاوير , شبكه هاي عصبي كانولوشني
كليدواژه هاي لاتين
Structural Health Monitoring , Damage Detection , Semantic Image Segmentation , Convelutional Neural Networks
Author
Mobina Haghdoost
SuperVisor
Gholamreza Ghodrati Amiri-Morteza Raissi Dehkordi