ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ

Машинное обучение для устойчивого распознавания объектов в видеопотоках при ограниченных вычислительных ресурсах периферийных устройств

Авторы

  • Х. Хэ Белорусский государственный университет, 220030, Республика Беларусь, г. Минск, пр. Независимости, 4
  • Э. Ся Белорусский государственный университет, 220030, Республика Беларусь, г. Минск, пр. Независимости, 4
  • Л. Фань Белорусский государственный университет, 220030, Республика Беларусь, г. Минск, пр. Независимости, 4
  • И. Сюй Белорусский государственный университет, 220030, Республика Беларусь, г. Минск, пр. Независимости, 4

Как цитировать

ГОСТ Хэ Х., Ся Э., Фань Л., Сюй И. Машинное обучение для устойчивого распознавания объектов в видеопотоках при ограниченных вычислительных ресурсах периферийных устройств // СТРОИТЕЛЬНЫЕ И ДОРОЖНЫЕ МАШИНЫ. 2025. Т. 69. № 11. С. 143-152.
APA Хэ, Х., Ся, Э., Фань, Л. & Сюй, И. (2025). Машинное обучение для устойчивого распознавания объектов в видеопотоках при ограниченных вычислительных ресурсах периферийных устройств. СТРОИТЕЛЬНЫЕ И ДОРОЖНЫЕ МАШИНЫ, 69(11), 143-152.

Аннотация

Статья посвящена разработке и экспериментальной верификации методов машинного обучения для устойчивого распознавания объектов в видеопотоках на периферийных устройствах с жестко ограниченными вычислительными и энергетическими ресурсами, применяемых в системах мониторинга строительных площадок и городской среды. Цель исследования – обосновать подход к выбору архитектур нейросетевых моделей и режимов их оптимизации, обеспечивающий баланс между точностью распознавания, задержкой инференса и энергопотреблением в сценариях реального времени. В качестве материалов использован специализированный видеодатасет объемом более 500 часов, включающий наземные и дронированные съемки строительных объектов, размеченные по классам техники, средств индивидуальной защиты и дефектов конструкций, а также линейка типичных edge-платформ (одноплатные компьютеры и нейроускорители), на которых проводилось тестирование. Методология включает применение техник структурного и неструктурного прунинга, квантования весов до FP16 и INT8 на легковесных архитектурах (YOLOv8-nano, MobileNetV3, EfficientDet-D0), многофакторное статистическое сравнение по метрикам mAP, F1-score, латентности, энергопотреблению и коэффициенту стабильности трекинга, а также построение интегрального безразмерного индекса эффективности. Показано, что квантованная модель YOLOv8-nano INT8 обеспечивает почти четырехкратное уменьшение размера модели и более чем полуторакратное снижение времени инференса и энергозатрат на кадр при падении точности менее чем на 1,5 процентного пункта, формируя наилучшее соотношение точность/энергия среди рассмотренных решений. Анализ устойчивости к внешним возмущениям (туман, дождь, низкое освещение) выявил чувствительность полноты детекции и рост ошибок классификации в сложных условиях, что требует включения адаптивной предобработки и гибридных схем с переключением между легкими и тяжелыми ветвями вычислений. Результаты длительных нагрузочных испытаний продемонстрировали критические режимы по температуре и пропуску кадров при совмещении детекции и передачи данных, на основе чего сформулированы рекомендации по распределению функций между периферией и облаком и минимальным требованиям к аппаратной платформе. Сделан вывод, что глубокая оптимизация нейросетевых моделей и учет энергетической стоимости операции являются ключевыми условиями масштабируемого внедрения систем компьютерного зрения в инфраструктуру умного строительства и городского хозяйства.

Ключевые слова

машинное обучение периферийные вычисления распознавание объектов оптимизация нейросетевых моделей умный город

Библиографические ссылки

Баенова Г.М., Агадилова К.С., Сеилов Ш.Ж., Узаккызы Н. Использование алгоритмов компьютерного зрения для идентификации подвижных объектов // Вестник университета Шакарима. Серия технические науки. 2025. № 1. С. 49-56.

Бердюгин С.Ю., Биманов И.К. Алгоритм распознавания объектов на видеопотоке // Научная мысль. 2025. Т. 25. № 2-1. С. 77-79.

Березкин А.А., Ченский А.А., Киричек Р.В. Маскирование кодированного FPV видеопотока при управлении БПЛА. Часть II. Обучение моделей и эксперименты // Электросвязь. 2025. № 5. С. 34-41.

Братусь Н.В., Маличенко С.В., Мордвинов В.А. Мультимодальный подход к обнаружению объектов на видео и тепловизионных данных при помощи сверточной нейросети // Защита информации. Инсайд. 2024. № 2. С. 50-53.

Булыгин В.В. Максимизация коэффициента однозначности для объектов, состоящих из множества признаков // Вестник Донецкого национального университета. Серия Г: Технические науки. 2022. № 4. С. 34-38.

Ваганов А.В., Печененко К.С., Хворова Л.А. Алгоритмы обработки изображений и распознавания объектов животного мира на фотоснимках фотовидеорегистраторов методами машинного обучения // Известия Алтайского государственного университета. 2024. № 1. С. 89-94.

Власов С.О., Богуславский А.А., Соколов С.М. Гибридный алгоритм распознавания объекта в системе компьютерного зрения // Робототехника и техническая кибернетика. 2025. Т. 13. № 2. С. 121-128.

Дорофеев К.А., Ручай А.Н. Комбинированный 2D/3D подход для повышения надежности систем распознавания лиц с применением глубокого обучения // Челябинский физико-математический журнал. 2022. Т. 7. № 4. С. 490-504.

Николюкин М.С., Обухов А.Д. Адаптивная обработка видеопотока, полученного с камер, при ограничениях на пропускную способность сети передачи данных // Информационные технологии. 2024. Т. 30. № 5. С. 252-260.

Обухова Н.А., Мотыко А.А., Чиркунова А.А. и др. Автоматический захват и сопровождение объектов интереса в видеоданных с глобальным движением // Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника. 2024. Т. 27. № 5. С. 24-40.

Сигалов Д.И. Использование алгоритмов компьютерного зрения для анализа качества видеопотока // Научный аспект. 2024. Т. 29. № 3. С. 3672-3680.

Фахми Ш.С., Шаталова Н.В., Костикова Е.В., Бородина О.В. Алгоритмы семантической оперативной передачи морских изображений // Морские интеллектуальные технологии. 2022. № 4-1. С. 201-207.

Федоров В.Д., Винокуров А.М. Исследование методов реставрационной обработки изображений основанных на машинном обучении, для применения в условиях беспроводной передачи видеопотока // Телекоммуникации и информационные технологии. 2024. Т. 11. № 1. С. 159-169.

Фраленко В.П. Повышение качества видеопотока от системы технического зрения беспилотного летательного аппарата // Программные системы: теория и приложения. 2023. Т. 14. № 2. С. 3-26.

Фролов М.М., Миняев А.А., Тарасенко С.С., Кравцов М.В. Сравнительный анализ классических и использующих искусственные нейронные сети реализаций алгоритмов отслеживания объектов // Телекоммуникации. 2023. № 1. С. 17-23.

Выпуск

Раздел

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ

Метрики

252 просмотров
0 скачиваний
Хотите опубликоваться?
Подать статью

Машиночитаемые метаданные

Похожие статьи

<< < 1 2 3 4 5 6 > >> 

Вы также можете начать расширеннвй поиск похожих статей для этой статьи.