Real-time pavement classification using an embedded artificial neural network

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Cavalcanti, Filipe do Ó
Data de Publicação: 2023
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPB
Texto Completo: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/27607
Resumo: The capacity to analyze pavement condition can be a very important feature for either automobiles or general road quality surveys. This information can be used as reference to decide when a road requires maintenance or as a means to select a different route when travelling, based on a driver requirement for comfort. There are methods available for general road analysis such as the Pavement Condition Index (PCI) that requires extensive manual survey of the pavement. In this context, this work presents a system that uses machine learning techniques for automatic pavement classification, based on accelerometer readings that are used to classify roads between two categories: asphalt or paving stone. A triaxial accelerometer and Global Positioning System (GPS) modules are used as peripherals to a real-time operating system (RTOS) that can execute high precision data acquisitions and also classify the road in real time. This operation requires that an accelerometer module is mounted next to the vehicles center of gravity and is calibrated to the vehicle mounting point. The data acquisition mode is used to obtain data in the city of Campinas, SP - Brazil, containing acceleration from longitudinal, lateral and vertical axis and geolocation data from the GPS. Then, this data is analyzed and an extensive feature selection process is executed to filter the best metrics that can be used for training the Artificial Neural Network (ANN) for pavement classification between the two types of road. The model uses features extracted from acceleration data in both time and frequency domains and achieved an accuracy of 94% in the test set. The model was added to the embedded system, allowing classification of the pavement in real time.
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In this context, this work presents a system that uses machine learning techniques for automatic pavement classification, based on accelerometer readings that are used to classify roads between two categories: asphalt or paving stone. A triaxial accelerometer and Global Positioning System (GPS) modules are used as peripherals to a real-time operating system (RTOS) that can execute high precision data acquisitions and also classify the road in real time. This operation requires that an accelerometer module is mounted next to the vehicles center of gravity and is calibrated to the vehicle mounting point. The data acquisition mode is used to obtain data in the city of Campinas, SP - Brazil, containing acceleration from longitudinal, lateral and vertical axis and geolocation data from the GPS. Then, this data is analyzed and an extensive feature selection process is executed to filter the best metrics that can be used for training the Artificial Neural Network (ANN) for pavement classification between the two types of road. The model uses features extracted from acceleration data in both time and frequency domains and achieved an accuracy of 94% in the test set. The model was added to the embedded system, allowing classification of the pavement in real time.A análise da condição de pavimentos pode ser uma funcionalidade muito importante para automóveis e também para pesquisas sobre qualidade de pavimentação em geral. Tal análise fornece dados que podem ser utilizados desde referência para decidir se uma rua necessita de manutenção, até como uma maneira de selecionar uma rota diferente no mapa durante uma viagem, baseado em uma definição de conforto selecionada pelo motorista. Existem métodos para análise de pavimentação, como o Pavement Condition Index (PCI), que requer grande análise manual do pavimento. Neste contexto, este trabalho apresenta um sistema que utiliza técnicas de aprendizado de máquina para classificação automática do tipo de pavimentação baseando-se em amostras de um acelerômetro acoplado a um veículo. Isto permite classificar uma rua entre duas categorias de pavimento: asfalto ou paralelepípedo. Um acelerômetro triaxial e um módulo capaz de obter sinais do Sistema de Posicionamento Global (GPS) são utilizados como periféricos em um sistema operacional de tempo real (RTOS) capaz de executar aquisição de dados com precisão e também classificar um terreno em tempo real. Tal operação requer que o módulo acelerômetro esteja montado próximo ao centro de gravidade do veículo e calibrado conforme o ponto de apoio na montagem ao chassi. O modo de aquisição de dados foi testado na cidade de Campinas, SP - Brasil, cujos dados obtidos são a aceleração nos eixos longitudinal, lateral e vertical e dados de geolocalização a partir do módulo GPS. Estes dados são analisados e uma extensa seleção de atributos é realizada para escolher as melhores métricas que podem ser utilizadas para treinar uma Rede Neural Artificial capaz de classificar entre as duas categorias de pavimento. O modelo utiliza valores de entrada extraídos das informações de aceleração tanto no domínio do tempo quanto na frequência e atinge uma acurácia de 94% no conjunto de testes. O modelo treinado é inserido no sistema embarcado, permitindo a classificação do terreno em tempo real.Universidade Federal da ParaíbaBrasilEngenharia ElétricaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaUFPBCarvalho, Fabrício Braga Soares dehttp://lattes.cnpq.br/3435653179239615Cavalcanti, Filipe do Ó2023-08-07T17:51:11Z2023-05-262023-08-07T17:51:11Z2023-03-30info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesishttps://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/27607porAttribution-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPBinstname:Universidade Federal da Paraíba (UFPB)instacron:UFPB2023-08-08T06:03:42Zoai:repositorio.ufpb.br:123456789/27607Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufpb.br/PUBhttp://tede.biblioteca.ufpb.br:8080/oai/requestdiretoria@ufpb.br|| bdtd@biblioteca.ufpb.bropendoar:2023-08-08T06:03:42Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPB - Universidade Federal da Paraíba (UFPB)false
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