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Enregistrement W4293680188 · doi:10.3390/s22166193

Data Augmentation for Deep-Learning-Based Multiclass Structural Damage Detection Using Limited Information

2022· article· en· W4293680188 sur OpenAlexafffund
Kyle Dunphy, Mohammad Navid Fekri, Katarina Grolinger, Ayan Sadhu

Notice bibliographique

RevueSensors · 2022
Typearticle
Langueen
DomaineEngineering
ThématiqueInfrastructure Maintenance and Monitoring
Établissements canadiensWestern University
Organismes subventionnairesGovernment of Ontario
Mots-clésStructural health monitoringComputer scienceIdentification (biology)Deep learningConvolutional neural networkField (mathematics)ScarcityMachine learningArtificial intelligenceRisk analysis (engineering)Data scienceEngineeringBusiness

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

The deterioration of infrastructure's health has become more predominant on a global scale during the 21st century. Aging infrastructure as well as those structures damaged by natural disasters have prompted the research community to improve state-of-the-art methodologies for conducting Structural Health Monitoring (SHM). The necessity for efficient SHM arises from the hazards damaged infrastructure imposes, often resulting in structural collapse, leading to economic loss and human fatalities. Furthermore, day-to-day operations in these affected areas are limited until an inspection is performed to assess the level of damage experienced by the structure and the required rehabilitation determined. However, human-based inspections are often labor-intensive, inefficient, subjective, and restricted to accessible site locations, which ultimately negatively impact our ability to collect large amounts of data from inspection sites. Though Deep-Learning (DL) methods have been heavily explored in the past decade to rectify the limitations of traditional methods and automate structural inspection, data scarcity continues to remain prevalent within the field of SHM. The absence of sufficiently large, balanced, and generalized databases to train DL-based models often results in inaccurate and biased damage predictions. Recently, Generative Adversarial Networks (GANs) have received attention from the SHM community as a data augmentation tool by which a training dataset can be expanded to improve the damage classification. However, there are no existing studies within the SHM field which investigate the performance of DL-based multiclass damage identification using synthetic data generated from GANs. Therefore, this paper investigates the performance of a convolutional neural network architecture using synthetic images generated from a GAN for multiclass damage detection of concrete surfaces. Through this study, it was determined the average classification performance of the proposed CNN on hybrid datasets decreased by 10.6% and 7.4% for validation and testing datasets when compared to the same model trained entirely on real samples. Moreover, each model's performance decreased on average by 1.6% when comparing a singular model trained with real samples and the same model trained with both real and synthetic samples for a given training configuration. The correlation between classification accuracy and the amount and diversity of synthetic data used for data augmentation is quantified and the effect of using limited data to train existing GAN architectures is investigated. It was observed that the diversity of the samples decreases and correlation increases with the increase in the number of synthetic samples.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,001
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,003
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,004
Score d'incertitude au seuil0,008

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,003
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0000,001
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0010,002
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0020,001

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,018
Tête enseignante GPT0,251
Écart entre enseignants0,232 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations42
Publié2022
Routes d'admission2
Résumé présentoui

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