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Deep Learning-based Rail Surface Damage Evaluation

딥러닝 기반의 레일표면손상 평가

  • Received : 2024.01.03
  • Accepted : 2024.02.25
  • Published : 2024.03.31
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Abstract

Since rolling contact fatigue cracks can always occur on the rail surface, which is the contact surface between wheels and rails, railway rails require thorough inspection and diagnosis to thoroughly inspect the condition of the cracks and prevent breakage. Recent detailed guidelines on the performance evaluation of track facilities present the requirements for methods and procedures for track performance evaluation. However, diagnosing and grading rail surface damage mainly relies on external inspection (visual inspection), which inevitably relies on qualitative evaluation based on the subjective judgment of the inspector. Therefore, in this study, we conducted a deep learning model study for rail surface defect detection using Fast R-CNN. After building a dataset of rail surface defect images, the model was tested. The performance evaluation results of the deep learning model showed that mAP was 94.9%. Because Fast R-CNN has a high crack detection effect, it is believed that using this model can efficiently identify rail surface defects.

철도 레일은 차륜과 레일의 접촉면인 레일 표면에서 구름 접촉 피로 균열이 상시 발생할 수 있는 조건이기 때문에 균열의 상태를 철저히 점검하고 절손을 방지하기 위한 정밀한 점검 및 진단이 필요하다. 최근 궤도 시설의 성능 평가에 대한 세부 지침에서는 궤도 성능평가를 위한 방법과 절차에 관한 필요사항을 제시하고 있다. 그러나 레일 표면 손상을 진단하고 등급을 산정하는 것은 주로 외관 조사(육안 조사)에 의존하며, 이는 점검자의 주관적인 판단에 따른 정성적인 평가에 의존할 수밖에 없는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 Fast R-CNN을 사용하여 레일 표면 결함 검출에 대한 딥러닝 모델 연구를 수행하였다. 레일 표면 결함 이미지의 데이터 세트를 구축한 후, 모델을 테스트하였다. 딥러닝 모델의 성능평가 결과에서 mAP가 94.9%로 나타났다. Fast R-CNN의 균열 검출 효과가 높기 때문에 이 모델을 사용하면 레일표면 결함을 효율적으로 식별할 수 있을 것으로 판단된다.

Keywords

Acknowledgement

이 논문은 2023년도 정부(과학기술정보통신부)의 재원으로 정보통신기획평가원의 지원을 받아 수행된 연구임 (No. RS-2023-00233470, 인공신경망 이미지 분석을 이용한 레일표면손상 진단시스템 개발)

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