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Tipo do documento: Tese
Título: Ensemble de Redes Convolucionais para Inspeção Visual de Estruturas de Concreto Armado
Título(s) alternativo(s): Convolutional Network Ensemble for Inspection Visual Inspection of Reinforced Concrete Structures
Autor: DINIZ, Joel de Conceição Nogueira 
Primeiro orientador: PAIVA, Anselmo Cardoso de
Primeiro coorientador: CUNHA, Sandra Cristina Alves Pereira da Silva
Primeiro membro da banca: PAIVA, Anselmo Cardoso de
Segundo membro da banca: CUNHA, Sandra Cristina Alves Pereira da Silva
Terceiro membro da banca: BRAZ JUNIOR, Geraldo
Quarto membro da banca: ALMEIDA, João Dallyson Sousa de
Quinto membro da banca: CONCI, Aura
Resumo: Patologias em estruturas de concreto podem ser evidenciadas visualmente em sua superfície, tais como fissuras ou trincas, fragmentação de parte do concreto, eflorescência, manchas de corrosão, e barras de aço expostas, sendo estes dois últimos ocorrência em concreto armado. Portanto, estas patologias podem ser analisadas a partir de imagens de estruturas de concreto armado. Esta tese propõe um ensemble de redes convolucionais para inspeção visual de estruturas de concreto armado. Este método permite agilizar a tarefa de detecção e aumentar sua eficácia, por meio do ganho de tempo nas identificações a serem analisadas, e eliminação, ou redução, de erros, como os advindos de falhas humanas mediante execução massiva de tarefas tediosas nas análises. A tarefa de identificação de patologia pode ocorrer mediante uso de uma rede neural convolucional, caso as imagens estejam recortadas para a patologia específica a ser identificada, ou, com uso de rede de detecção, caso seja uma imagem ampla onde a patologia está inserida em um contexto com diversas classes de patologia, e mesmo área sem patologia. Outra tarefa que possibilita a identificação e a análise destas patologias é a segmentação. O método foi testado nas tarefas de detecção e classificação. As arquiteturas de rede neural utilizadas para detecção foram a YOLO v11 e a TOOD (Task-aligned One-stage Object Detection), na abordagem de redes neurais de um estágio, e a Faster R-CNN, na abordagem de redes neurais de dois estágios. As três redes foram posteriormente combinadas para a aplicação do Ensemble, sendo utilizada Weighted Box Fusion. Já no caso da tarefa de classificação, as arquiteturas de redes utilizadas foram DenseNet121, ResNet50 e MobileNeV3. Realizou-se uma pesquisa para identificar e selecionar conjuntos de dados adequados ao método proposto. O dataset selecionado para classificação é o Ozgnel e o de detecção é o CODEBRIM. A tarefa de detecção consiste em localizar um artefato e classificá-lo. Embora esta abordagem seja eficiente, a pesquisa testou a detecção para a localização de patologias, sem definir inicialmente a qual classe pertencem, e, posteriormente, usar uma rede neural específica de classificação para definir os tipos de patologias e, sobretudo, permitir a eliminação de falsos positivos. A abordagem de combinar rede de detecção e rede dedicada de classificação proporcionou o resultado pretendido, potencializado por Ensemble, que aumentou a sensibilidade na fase de detecção e elevou o número de artefatos localizados. Essa abordagem permite identificar falsos positivos na primeira fase, mas esses são eliminados na última fase.
Abstract: Pathologies in concrete structures can be visually detected on their surface, such as cracks or fissures, fragmentation of concrete, efflorescence, corrosion stains, and exposed steel bars (the latter two occurring in reinforced concrete). Therefore, these pathologies can be analyzed via images of reinforced concrete structures. This thesis proposes an ensemble of convolutional networks for visual inspection of reinforced concrete structures. This method speeds up the detection task and increases its effectiveness by saving time on the identification to be analyzed and by eliminating or reducing errors, such as those arising from human error during the massive execution of tedious tasks in the analysis. The task of identifying pathology can be performed using a convolutional neural network if the images are cropped to the specific pathology to be identified, or using a detection network if the images are broad and the pathology is inserted into a context with several classes of pathology, including areas without pathology. Another task that enables the identification and analysis of these pathologies is segmentation. The method was tested with detection and classification tasks. The neural network architectures used for detection were YOLO v11 and TOOD (Taskaligned One-stage Object Detection) for the single-stage approach, and Faster RCNN for the two-stage approach. The three networks were then combined for the Ensemble application, using Weighted Box Fusion. For the classification task, the network architectures used were DenseNet121, ResNet50, and MobileNetV3. Research was conducted to locate and select appropriate datasets for the proposed method. The dataset selected for classification is Ozgnel, and the one for detection is CODEBRIM. The detection task allows an artifact to be located and classified. Although this approach is efficient, the research tested using detection to locate pathologies without initially defining which class they belong to, and then using a specific classification neural network to define the types of pathologies and, above all, to eliminate false positives. The approach of combining a detection network and a dedicated classification network achieved the desired result, with Ensemble used to increase sensitivity in the detection phase, thereby increasing the number of artifacts located. This approach allows false positives to pass in the first phase, but they are eliminated in the last phase.
Palavras-chave: Patologias no Concreto;
Aprendizado Profundo;
Visão Computacional;
Detecção;
Classificação
Deep Learning;
Computer Vision;
Detection;
Classification;
Concrete Pathologies
Área(s) do CNPq: Estruturas de Concreto
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade Federal do Maranhão
Sigla da instituição: UFMA
Departamento: DEPARTAMENTO DE INFORMÁTICA/CCET
Programa: PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO DOUTORADO EM CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO
Citação: DINIZ, Joel de Conceição Nogueira. Ensemble de Redes Convolucionais para Inspeção Visual de Estruturas de Concreto Armado. 2025. 106 f. Tese( Programa de Pós-graduação Doutorado em Ciência da Computação) - Universidade Federal do Maranhão, São Luís, 2025.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: https://tedebc.ufma.br/jspui/handle/tede/6651
Data de defesa: 2025
Aparece nas coleções:TESES DE DOUTORADO - PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO (ASSOCIAÇÃO UFMA/UFPI)

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