Rail Defect Detection Using Ultrasonic A-Scan Data and Deep Autoencoder

自编码 稳健性(进化) 人工智能 计算机科学 超声波传感器 深度学习 模式识别(心理学) 混淆矩阵 灵敏度(控制系统) 噪音(视频) 工程类 声学 电子工程 图像(数学) 化学 物理 基因 生物化学
作者
Yuning Wu,Xuan Zhu
出处
期刊:Transportation Research Record [SAGE Publishing]
卷期号:2677 (7): 62-73 被引量:8
标识
DOI:10.1177/03611981221150923
摘要

Rail defects, especially transverse defects (TDs), can pose risks to safe and efficient railroad operations. Effective rail defect detection is critical for the prevention of broken rail-induced accidents and derailments. In this study, a deep autoencoder (DAE) rail defect detection framework is developed to process ultrasonic A-scan data collected by a roller search unit and to identify the presence of TDs in rail samples. An autoencoder is a semi-supervised learning algorithm that identifies observations in a dataset that significantly deviate from the remaining observations and can be used for rail defect detection. Ultrasonic A-scan signals collected from both pristine and damaged rail segments are analyzed, where the pristine dataset is used to train a DAE model. To improve the accuracy and sensitivity of defect detection, we optimize the architecture and hyperparameters of the DAE model. Moreover, we evaluate the performance of two features extracted from the DAE model through receiver operating characteristic curves and confusion matrix. The DAE features outperformed conventional knowledge-driven features in the accuracy and robustness of defect detection, especially with the presence of noise.
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