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隧道建设(中英文) ›› 2026, Vol. 46 ›› Issue (3): 478-490.DOI: 10.3973/j.issn.2096-4498.2026.03.003
刘泓志1, 2, 3, 郝淑宁1, 2, 郭易东1, 2, 李兴高1, 2, *
LIU Hongzhi1, 2, 3, HAO Shuning1, 2, GUO Yidong1, 2, LI Xinggao1, 2, *
摘要: 针对盾构施工中渣石图像存在颗粒密集堆叠、尺寸差异大、边缘遮挡严重,导致语义分割方法在个体分割精度上受限的问题,提出一种基于改进Mask R-CNN的渣石几何特征识别模型。首先,构建包含实验室分散/堆叠场景与北京市南水北调配套工程团城湖至第九水厂(二期)工程不同地层场景的渣石图像数据集,采用数据增强扩充样本; 然后,通过对比试验确定以Mask R-CNN为基准模型,并引入高效多尺度注意力机制(EMA)增强骨干网络对多尺度特征的提取能力,同时采用Confluence-NMS算法替代传统非极大值抑制,降低密集场景下的误检与漏检; 最后,利用工程数据集进行消融试验。结果表明: 1)引入EMA与Confluence-NMS后,模型AP0.50、AP0.75、AP0.50∶0.95分别达到82.70%、73.69%、59.13%,较原始模型分别提升4.93%、3.19%和2.60%,F1-score提升3.63%,显著性检验证实改进效果显著; 2)基于分割掩膜,结合旋转卡壳算法与参照物换算,自动提取渣石的长短轴、面积、周长等几何特征; 3)在工程测试集上,模型预测的粒径分布与人工标注结果高度一致,长轴尺寸集中分布在25~75 mm,短轴尺寸集中分布在15~45 mm,各区间占比最大误差小于7.53%,仅在小粒径区间(<25 mm)因密集遮挡导致漏检而使误差略高; 4)泛化性能验证中,模型对青岛某隧道渣石图像的AP0.50∶0.95达57.62%,表明其具备跨工程适用性。