基于迁移学习的飞机线束模板图纸识别模型研究.pdf
《基于迁移学习的飞机线束模板图纸识别模型研究.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于迁移学习的飞机线束模板图纸识别模型研究.pdf(6页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、D O I:1 0.3 9 6 9/j.i s s n.1 0 0 3-0 9 7 2.2 0 2 4.0 2.0 1 7 文章编号:1 0 0 3-0 9 7 2(2 0 2 4)0 2-0 2 4 0-0 6基于迁移学习的飞机线束模板图纸识别模型研究周文举1,朱一丁1*,杨庆华1,朱 喜2,王长法1,2(1.上海大学 机电工程与自动化学院,上海 2 0 0 4 4 4;2.中国商飞上海飞机设计研究院,上海 2 0 1 2 1 0)摘 要:针对航空电气线路互联系统(EW I S)线束模板图纸在更改时的识别与分类问题,设计了一种基于迁移学习的飞机线束模板图纸内容分类方法。由现有的线束模板图纸建
2、立线束模板图纸元素数据集,选定VG G-1 6网络作为基础网络进行改进,优化模型结构与参数。为了解决数据集规模较小并提高模型的识别精度及训练效率的问题,将大规模数据集训练的预训练模型迁移至线束模板图纸元素数据集进行训练,并比较不同迁移学习方式及不同网络结构对模型性能的影响。试验结果表明,微调迁移学习模型具有较高的分类准确度,达到了9 8.8 9%。与其他网络相比,该微调迁移学习模型具有更短的训练时长以及更高的识别准确率,具有较好的应用前景。关键词:航空电气线路互联系统(EW I S);线束模板图纸;卷积神经网络;V G G-1 6网络;迁移学习中图分类号:T P 3 9 1.4;V 2 4 2
3、 文献标识码:A开放科学(资源服务)标识码(O S I D):R e s e a r c h o n R e c o g n i t i o n M o d e l o f A i r c r a f t W i r i n g H a r n e s s T e m p l a t e D r a w i n g s B a s e d o n T r a n s f e r L e a r n i n gZ H O U W e n j u1,Z H U Y i d i n g1*,Y A N G Q i n g h u a1,Z H U X i 2,WA N G C h a n g f a
4、1,2(1.S c h o o l o f M e c h a t r o n i c E n g i n e e r i n g a n d A u t o m a t i o n,S h a n g h a i U n i v e r s i t y,S h a n g h a i 2 0 0 4 4 4,C h i n a;2.S h a n g h a i A i r c r a f t D e s i g n a n d R e s e a r c h I n s t i t u t e,C OMA C,S h a n g h a i 2 0 1 2 1 0,C h i n a)A
5、b s t r a c t:A t r a n s f e r l e a r n i n g-b a s e d c l a s s i f i c a t i o n m e t h o d f o r a i r c r a f t h a r n e s s t e m p l a t e d r a w i n g c o n t e n t w a s d e s i g n e d f o r t h e r e c o g n i t i o n a n d c l a s s i f i c a t i o n o f E l e c t r i c a l W i r i
6、n g I n t e r c o n n e c t i o n S y s t e m s(EW I S)h a r n e s s t e m p l a t e d r a w i n g s d u r i n g c h a n g e r e v i e w.T h e h a r n e s s t e m p l a t e d r a w i n g e l e m e n t d a t a s e t w a s e s t a b l i s h e d f r o m t h e e x i s t i n g h a r n e s s t e m p l a t
7、 e d r a w i n g s,t h e V G G-1 6 n e t w o r k w a s s e l e c t e d a s t h e b a s i c n e t w o r k t o o p t i m i z e t h e m o d e l s t r u c t u r e a n d p a r a m e t e r s.T o s o l v e t h e p r o b l e m o f s m a l l d a t a s e t s i z e a n d t o i m p r o v e t h e r e c o g n i t
8、 i o n a c c u r a c y a n d t r a i n i n g e f f i c i e n c y o f t h e m o d e l,t h e p r e-t r a i n e d m o d e l t r a i n e d i n t h e l a r g e-s c a l e d a t a s e t w a s m i g r a t e d t o t h e h a r n e s s t e m p l a t e d r a w i n g e l e m e n t d a t a s e t f o r t r a i n i
9、 n g,a n d t h e e f f e c t s o f d i f f e r e n t m i g r a t i o n l e a r n i n g m e t h o d s a n d d i f f e r e n t n e t w o r k s t r u c t u r e s o n t h e m o d e l p e r f o r m a n c e w e r e c o m p a r e d.T h e e x p e r i m e n t a l r e s u l t s s h o w e d t h a t t h e f i n
10、 e-t u n i n g t r a n s f e r l e a r n i n g m o d e l h a d a h i g h c l a s s i f i c a t i o n a c c u r a c y o f 9 8.8 9%.M o r e o v e r,c o m p a r e d w i t h o t h e r n e t w o r k s,t h e f i n e-t u n i n g t r a n s f e r l e a r n i n g m o d e l h a d a s h o r t e r t r a i n i n
11、g t i m e a n d h i g h e r r e c o g n i t i o n a c c u r a c y,w h i c h h a s b e t t e r a p p l i c a t i o n p r o s p e c t s.K e y w o r d s:E l e c t r i c a l W i r i n g I n t e r c o n n e c t i o n S y s t e m s(EW I S);a i r c r a f t w i r i n g h a r n e s s d r a w i n g s;c o n v
12、o l u t i o n a l n e u r a l n e t w o r k;V G G-1 6 n e t w o r k;t r a n s f e r l e a r n i n g0 引言航空 电 气 线 路 互 联 系 统(E l e c t r i c a l W i r i n g I n t e r c o n n e c t i o n S y s t e m s,EW I S)指安装在飞机上任何区域,在两个或多个端接点之间传输电能(包含数据和信号)的各种导线电缆、端接器件、支撑器 收稿日期:2 0 2 3-0 3-1 5;修回日期:2 0 2 3-1 1-2 1;
13、*.通信联系人,E-m a i l:z h o u w e n j u s h u.e d u.c n;y i d i n g 0 7 0 3 f o x m a i l.c o m 基金项目:国家自然科学基金项目(6 2 0 0 5 1 5 5);上海市科技攻关“揭榜挂帅”项目(Y D Z X 2 0 2 2 3 1 0 0 0 0 4 0 0 8)作者简介:周文举(1 9 6 8),男,山东烟台人,教授,博士生导师,主要从事机器视觉、人工智能、先进测控技术等方向的研究。引用格式:周文举,朱一丁,杨庆华,等.基于迁移学习的飞机线束模板图纸识别模型研究J.信阳师范学院学报(自然科学版),2 0
14、 2 4,3 7(2):2 4 0-2 4 5.Z HOU W e n j u,Z HU Y i d i n g,YANG Q i n g h u a,e t a l.R e s e a r c h o n R e c o g n i t i o n M o d e l o f A i r c r a f t W i r i n g H a r n e s s T e m p l a t e D r a w i n g s B a s e d o n T r a n s f e r L e a r n i n gJ.J o u r n a l o f X i n y a n g N o r m
15、 a l U n i v e r s i t y(N a t u r a l S c i e n c e E d i t i o n),2 0 2 4,3 7(2):2 4 0-2 4 5.042信阳师范学院学报(自然科学版)J o u r n a l o f X i n y a n g N o r m a l U n i v e r s i t y第3 7卷 第2期 2 0 2 4年4月 N a t u r a l S c i e n c e E d i t i o n V o l.3 7 N o.2 A p r.2 0 2 4件的组合1,EW I S的设计与布置会直接影响到飞机的经济性、可
16、靠性和安全性。目前EW I S设计手段已经进入数字化全三维设计阶段,但为了将产品几何形状和尺寸能够正确传递到制造过程中,仍需使用二维生产图纸,即:首先在计算机上建立三维实体设计模型,再由三维模型投影成所需角度的二维图纸,即线束模板图纸2。EW I S设计处于整个飞机设计流程的末端,在系统设计冻结飞机的气动外形、机体结构等之后,当上游系统提出工程更改指令后,EW I S产品设计也要随之进行适应更改。在工程更改指令提出后,为了保证图纸的延续性和飞机实际安装状态的一致性,更改差异描述文档是提交更改不可或缺的需求。更改差异描述文档中的线束模板图纸是生产制造过程中的重要依据,其内容包括线束分支、线束保护
17、材料、线束交点、连接器及尾附件、剪切线、线束号标识、卡箍标识、接线端子、永久接头、区域环境边界等生产制造所需信息。因此,在更改差异描述文档中,应标明模板线束图纸更改类型、图面位置、具体内容等信息。在线束模板图纸差异化对比工作流程中,对更改内容的分类识别是整个工程的难点。传统基于图像特征识别的方法对于线束模板图纸中复杂繁多的组件不能起到很好的效果。在现有的研究工作中,工程图纸识别的方法包括细化算法、径向基概率神经网络和卷积神经网络等。D E等3提出一种工 程 制 图 图 形 识 别 和 分 类 方 法。E L YAN等4提出了一种基于启发式的半自动方法来识别和定位图纸中的符号。翟传敏等5采用径向
18、基概率神经网络对从工程图纸图像中分割出的图形符号进行了识别。徐剑等6采用F a s t e r R C NN网络设计了一种电网工程图纸图元识别方法。周超等7提出了一种基于轮廓检测的轴类零件图特征识别与匹配方法。王贝贝8设计了一种基于视觉内容的工程图纸检索系统。刘立等9设计了一种基于卷积神经网络的工程图纸类文档识别分类方法。卷积神经网络是一种深度学习模型,具有优秀的特征提取能力。它可以自适应地提取图像特征,同时对图像的平移、缩放和扭曲等变形具有良好的适应性。然而训练卷积神经网络通常需要大量的样本数据,而对于线束模板图纸元素而言,存在相似性高,种类多,但数据量较小,使用常规的卷积神经网络进行训练可
19、能存在过拟合和泛化能力较差的问题。而迁移学习可利用预先训练好的神经网络模型,通过微调参数来更好地适应目标任务1 0。因此,本文基于VG G-1 6网络模型,使用迁移学习的方法,构建1 0种线束模板图纸元素的分类识别模型,以期对线束模板组件元素特征的学习和训练,形成线束模板图纸元素分类器,对线束模板图纸更改内容进行识别。1 实验数据1.1 EW I S线束模板图纸数据集本实验的数据集是由现有机型部分图纸元素截取而来。图像数据包括1 3 9 2张图像样本,包含连接器及尾附件2 2 1张、线束保护材料1 8 3张、字符标识1 6 8张、接线端子1 2 0张、线束交点1 3 1张、卡箍标识1 4 8张
20、、线束分支1 9 8张、剪切线1 0 9张、在线永久接头1 1 4张、环境分界标识1 0 2张,共1 0种分类,如图1所示。图1 EW I S线束模板图纸示例F i g.1 E x a m p l e o f EW I S h a r n e s s d r a w i n g1.2 数据集划分及增强首先,从 采 集 的 线 束 模 板 图 纸 中 随 机 选 取8 0%作为训练集,剩下2 0%作为测试集。随后,对训练集图像按9 0 为倍数进行旋转,并进行上下及左右翻转变换,将训练集扩充到6 6 8 1张。最后,将图像尺寸统一调整至2 2 42 2 4像素。利用以上数据增强方法,可以通过P y
21、 t h o n程序批量生成图像数据来满足训练模型所需的数量。扩充后的数据集还可以降低过拟合的影响,从而提高卷积神经网络模型的预测准确率。2 线束组件元素识别模型构建2.1 卷积神经网络模型卷积神经网络是一种模仿生物视觉感知机制,包含卷积计算且具有深度结构的前馈神经网络。卷积神经网络的基本结构包括卷积层、池化层、全连接层。卷积神经网络训练过程采用反向传播算法,先将输入数据送入网络,计算输出与误差,再反向传播误差计算每个参数的梯度,优化算法利用梯142周文举,朱一丁,杨庆华,等.基于迁移学习的飞机线束模板图纸识别模型研究度更新参数,使网络输出更接近标签。在卷积神经网络中,卷积层的作用是提取图像的
22、特征,每层卷积层由若干卷积单元组成,输入图像与卷积核进行卷积运算,输出为特征向量。每个卷积单元的参数通过反向传播算法优化而得。卷积层计算公式为yli,j=Hm=0Wn=0 xli+m,j+n,(1)式中:xli+m,j+n为卷积层的输入张量,为维度HW的卷积核,yli,j为卷积层l的输出张量,i、j为张量的坐标值,m、n为卷积核的坐标值。池化层主要作用为降低特征图的空间尺寸,也可被称为非线性下采样操作层。经过池化层处理后的特征图的尺度会一定程度上减小,同时还能提高模型对图像发生位移、旋转等变换的泛化能力。最常用的池化方法为最大池化,以尺度为2、步长为2的最大池化函数为:fp o o l=m a
23、 x(xi,j,xi+1,j,xij+1,xi+1,j+1),(2)式中:fp o o l 为池化后的结果,xi,j为特征图张量上(i,j)位置上的值。全连接层一般位于整个卷积神经网络的最后,负责将卷积输出的二维特征图转化成一维向量,由此实现了端到端的学习过程,再将得到的一维向量输入到分类器中进行分类。2.2 迁移学习传统神经网络学习需要大量的训练样本来保证分类模型的准确性,而且需要独立同分布的训练与测试样本保证分类模型的可靠性。但在实际应用中经常存在训练样本有限、独立同分布不满足的问题。为了解决这一问题,可以采用迁移学习的方法。迁移学习是一种机器学习技术,其基本原理是利用已经学习好的模型在不
24、同的任务中进行重用,从而提高学习效率和精度。相较于从头开始训练新模型,迁移学习可更快速实现模型训练和调试,并通常能够获得更好的性能表现。在迁移学习中,已经训练好的模型被称为源模型,而需要训练的模型被称为目标模型。源模型的知识和经验可以通过不同的方式被传递到目标模型中,例如使用预训练的权重、特征提取器等。迁移学习首先设计适合新任务的全连接层,以替换预训练模型的全连接层;然后保持卷积层和全连接层结构不变,载入预训练模型的参数和权重到卷积层;最后使用目标数据集训练新的网络模型。迁移学习通常有两种训练方式:一种是把预训练模型当作特征提取器,即冻结模型的卷积层,仅训练全连接层;另一种是微调迁移学习,即除
25、训练全连接层以外,同时训练网络的卷积层。2.3 基于迁移学习的线束模板图纸识别模型构建为了构建基于迁移学习的线束模板图纸识别模型,本文选择使用VG G-1 6网络作为源模型,并对该网络针对新的分类任务重新设计全连接层,得到目标模型,从而进行迁移学习训练。VG G-1 6网络结构模型如图2所示,共有1 6个权重层,包含1 3个卷积层和3个全连接层。输入图像为2 2 42 2 4的彩色图像,在卷积层采用33卷积核,滑动步长为1,通过两层和三层卷积串联,模仿出更大的感受野效果。池化层采用最大池化(M a x P o l l i n g),池化窗口为22,步长为2,用于减小卷积后的特征图像尺寸大小,并
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 迁移 学习 飞机 模板 图纸 识别 模型 研究
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,个别因单元格分列造成显示页码不一将协商解决,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。