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高精度輕量級目標檢測產業應用,實現多類通訊塔識別

在日常生活中,各種即時通訊早已是不可分割的一部分,而這一便捷服務的實現離不開各種通訊塔。通訊塔,主要用於運營商、廣播電視等部門架設訊號發射天線或微波傳輸裝置。

目前,全國已經擁有百萬座通訊塔,不同類別的通訊塔,其維護方式和運營策略均不相同,因此為了保障無線通訊系統的正常執行,用AI技術實時準確地識別通訊塔並採取維護措施極其重要。

但在真實的產業中,通訊塔處於露天環境,周圍干擾資訊較多;部分類別的通訊塔外觀相似度很高,如下圖;下雨、下雪、強光、陰天等環境,對於通訊塔的高精度識別都具有嚴重影響。

高效準確的塔型識別關乎國家每年高達數億元的收入與支出,那如何對通訊塔進行準確地實時識別呢?

飛槳產業實踐範例庫開源通訊塔識別場景應用,提供了從資料準備、技術方案、模型訓練優化,到模型部署的全流程,有效解決了戶外複雜環境下高精度目標檢測的問題,對於高長寬比目標物、高實時性要求的場景有很好的參考意義,比如城市治理中的建築物檢測。

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專案難點

  • 資料方面,部分類別塔身外觀相似度高、露天環境干擾資訊多,易導致誤檢;
  • 模型方面,目標檢測模型眾多,如何快速選擇最契合場景的優秀演算法?
  • 部署方面,想要便攜又易用,手機端的高效部署如何實現?

專案方案

基於上述難點,我們與中國鐵塔股份有限公司就通訊塔識別專案開展了合作研發。經過多次業務場景討論和模型效果驗證,最終選用飛槳目標檢測開發套件PaddleDetection中的PP-PicoDet模型進行訓練與優化。

方案優化:

在優化方面,嘗試了以下模型優化策略:遷移學習(預訓練模型)、修改Loss、學習率、量化訓練,下表詳細展示了不同的實驗結果(在麒麟980移動端測試速度):

方案 模型 推理時間/ms mAP0.5
1 PP-PicoDet(Baseline) - 90.6%
2 PP-PicoDet+COCO預訓練 125 94.7%
3 PP-PicoDet+COCO預訓練+修改loss - 94.5%
4 PP-PicoDet+COCO預訓練+調小lr - 94.7%
5 PP-PicoDet+COCO預訓練+修改lr再訓練 - 94.9%
6 PP-PicoDet+COCO預訓練+量化 78 94.5%

專案效果:

根據實驗結果,我們推薦方案6使用PP-PicoDet+COCO預訓練模型+量化訓練的模型,mAP達到94.5%的同時,預測速度可提升至78ms,實現了速度與精度的平衡。

另外,我們發現其他優化策略幾乎沒有提升精度,這是因為PP-PicoDet網路本身已經包含了目前得到驗證的最優策略,如自研的輕量級骨幹網路、啟用函式、高效資料增強等,已經達到了目前開源模型的最優效能,因此很難再僅通過疊加策略大幅提升模型精度。具體的模型調優思路,歡迎大家鎖定直播!

部署方案:

在模型部署上,PaddleDetection支援飛槳輕量化推理引擎PaddleLite,可以輕鬆實現高效能端側部署。同時也支援ONNX轉出,適配MNN/NCNN/OpenVINO等預測庫。不僅如此,我們還提供了完備的Android部署方案和demo,方便開發者能夠參考快速進行端側效果驗證。

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  • 真實產業場景:與實際具有AI應用的企業合作共建,選取企業高頻需求的AI應用場景如智慧城市-安全帽檢測、智慧製造-表計讀數等;
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