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专利号: 2020111794359
申请人: 电子科技大学中山学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 信号装置
更新日期:2024-04-12
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于深度学习的森林火灾预警方法,其特征在于,依次包括数据生成、分类模型训练、树莓派部署和实时监控预警;数据生成:线上搜集部分森林场景图片及森林火灾场景图片,线下实地采集森林现场图片,利用生成式对抗网络生成大量的置信度高的森林火灾仿真图片,并创建分类数据集;数据生成过程,包括以下步骤:S11:线上收集初始森林图片数据集X0和森林火灾数据集Y0;S12:创建生成式对抗网络模型的虚拟环境,划分X0和Y0为trainA、testA、trainB和testB,设置loss参数和学习率,准备训练模型;训练模型,用于将正常森林场景图片转换成森林火灾场景图片;同时,设置两个样本空间,分别为:正常森林场景X和森林火灾场景Y;S13:线下实地采集森林现场图片,创建新数据集X1;对最终部署现场进行图片采集,在最终摄像头部署位置进行高密度图片采集;S14:使用图片生成模型对X1生成森林火灾仿真数据集Y1;利用生成式对抗网络训练完的模型对X1进行本地推理,通过调整阈值得到多张森林火灾仿真图片集Y1;S15:以X0和X1为第一组,以Y0和Y1为第二组,创建分类数据集;剔除第一组中与现场场景差异明显的图片;剔除在Y1中生成效果不好的图片;两组图片分别记录为正负样本集;分类模型训练:通过轻量级卷积神经网络对分类数据集进行训练;分类模型训练过程,包括以下步骤:S21:对分类图片数据集进行预处理,及数据增强;对数据集,进行旋转、平移、缩放和边缘填充处理;S22:搭建轻量级分类模型shuffleNetV2;使用pytorch框架,搭建shuffleNetV2模型,在每个单元的开始,通过Channel  split将c特征通道的输入被分为两支,每个分支的结构仍然保持不变;卷积之后,把两个分支拼接,通道数量不变,然后进行Channel  Shuffle操作,以使得两个分支能进行信息交流;S23:设置超参并进行分类训练,如下:设置neck为GlobalAveragePooling;设置head为LinearClsHead,num_classes为2;设置in_channels为256;设置loss为CrossEntropyLoss;设置loss_weight为1.0;设置optimizer为SGD;设置lr=0.1,total_epochs为200;设置完成后,使用GPU进行分类模型训练;S24:分类模型输出:将训练得到的最优网络参数checkpoint保存为pth文件;树莓派部署:将训练结果模型部署到树莓派上;树莓派部署过程,包括以下步骤:S31:去掉训练得到的checkpoint参数模型的optizimer及dropout层,生成pth文件;S32:将pth文件to_onnx转换为中间格式文件onnx;转换为onxx格式,即,开放神经网络交换格式,以使模型在不同框架之间进行转移;S33:将:onnx裁剪为simonnx;其中,去掉onnx中多余的操作层,将simonnx转换为param参数文件和bin二进制文件;param文件和bin文件为最终的运行模型;

S34:C++调用ncnn接口,编写CMakeList;在树莓派下安装ncnn框架,然后使用C++直接加载param和bin,用自己的数据结构Mat来存放输入和输出数据,输入图像的数据要转换为Mat,减去均值和乘系数,执行前向网络,获得计算结果;编译输出可执行文件;实时监控预警:在树莓派预警平台上实时采集图像并立刻进行模型推理,将推理结果及现场图片、位置作为预警信息发送回服务器端。2.根据权利要求1所述的基于深度学习的森林火灾预警方法,其特征在于,实时监控预警过程,包括以下步骤:S41:将部署分类模型的树莓派及摄像头一起安装在多个静态监测点;静态监测点用于实时拍摄森林场景图片数据;S42:通过深度学习模型判定火灾发生概率;S44:经由信号传输网络将上述监测数据传输至后台服务器监控中心;S45:监控中心根据返回数据后生成相应的告警数据信息,并发送至消防人员的移动终端上。

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