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应用地球物理  2025, Vol. 22 Issue (2): 488-498    DOI: 10.1007/s11770-024-1105-8
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基于CNN和Grad-CAM的探地雷达道路地下目标自动识别研究
窦艺涛*,董国旗,李鑫
1. 中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院,北京,100083
Automatic identification of GPR targets on roads based on CNN and Grad-CAM
Dou Yi-Tao*, Dong Guo-Qi, Li Xin
1. School of Geosciences and Surveying Engineering, China University of Mining and Technology (Beijing), Beijing 100083, China.
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摘要 本文利用探地雷达(Ground Penetrating Radar,GPR)与卷积神经网络(Ground Penetrating Radar, CNN)相结合的方法对道路地下目标进行智能探测,并通过梯度 类激活热力图(gradient class activation map, Grad-CAM)实现了目标定位。首先采用GPR检测道路并获取雷达图像,构建了3000张地下管线 地下空洞等道路地下雷达目标的雷达图像数据集。然后基于此数据集,利用ResNet50网络结构对不同地下目标进行分类训练,训练准确率逐渐变大,最终在85%上下波动,其损失值逐渐降低,最终处于0.2-0.3之间。最后,通过Gard-CAM激活图对目标进行定位,其单目标和多目标的定位结果与实际位置都非常吻合,说明该方法能够有效地实现探地雷达道路地下目标的智能检测。
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关键词探地雷达   深度学习   目标识别   CNN    Grad-CAM     
Abstract: This study combines ground penetrating radar (GPR) and convolutional neural networks for the intelligent detection of underground road targets. The target location was realized using a gradient-class activation map (Grad-CAM). First, GPR technology was used to detect roads and obtain radar images. This study constructs a radar image dataset containing 3000 underground road radar targets, such as underground pipelines and holes. Based on the dataset, a ResNet50 network was used to classify and train different underground targets. During training, the accuracy of the training set gradually increases and finally fluctuates approximately 85%. The loss function gradually decreases and falls between 0.2 and 0.3. Finally, targets were located using Grad-CAM. The positioning results of single and multiple targets are consistent with the actual position, indicating that the method can effectively realize the intelligent detection of underground targets in GPR.
Key wordsGPR    Deep learning    Targets detection    CNN    Grad-CAM   
收稿日期: 2023-07-22;
基金资助:基金项目:国家自然科学基金(52074306);国家重点研发计划(2019YFC1805504);中央高校基本科研业务费(2023JCCXHH02)
通讯作者: 窦艺涛(E-mail: 617471045@qq.com).     E-mail: 617471045@qq.com
作者简介: 窦艺涛,现为硕士研究生。2021年毕业于南京邮电大学人文地理与城乡规划专业,获理学学士学位。同年进入中国矿业大学(北京)攻读地图学与地理信息系统专业硕士学位,主要研究方向为地球物理勘探与机器学习的交叉应用。
引用本文:   
. 基于CNN和Grad-CAM的探地雷达道路地下目标自动识别研究[J]. 应用地球物理, 2025, 22(2): 488-498.
. Automatic identification of GPR targets on roads based on CNN and Grad-CAM[J]. APPLIED GEOPHYSICS, 2025, 22(2): 488-498.
 
没有本文参考文献
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