基于改进YOLO v8的铁路人员入侵检测方法研究

作     者：吴浩楠 史宏 王瑞 杨文 胡昊 

作者机构：中国铁道科学研究院研究生部 中国铁道科学研究院集团有限公司电子计算技术研究所 

出 版 物：《铁道科学与工程学报》 (Journal of Railway Science and Engineering)

年 卷 期：2024年

学科分类：08[工学] 082303[工学-交通运输规划与管理] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 0823[工学-交通运输工程] 

基　　金：中国国家铁路集团有限公司重大课题(K2023T003) 

主　　题：YOLOv8算法 人员检测 注意力机制 检测头 损失函数 

摘      要：我国铁路运输规模庞大，运行环境复杂，一旦人员入侵铁路运行区域，将严重威胁铁路运输安全。使用智能算法对铁路沿线摄像头采集到的视频图像进行分析检测，实时判断是否存在安全隐患，可以高效地维护铁路运输安全。然而，由于铁路沿线摄像头分布不均匀，当有远距离人员入侵时，在视频图像中呈现为小目标，易产生误检、漏检的问题。针对上述问题，提出一种改进的YOLOv8人员入侵检测方法。首先，在YOLOv8模型的Backbone层引入坐标注意力机制，提升了模型对小目标的特征提取能力，还增强了其在复杂背景下的鲁棒性；其次，将Head层中的检测头改为融合了尺寸感知，空间感知和任务感知的动态检测头，将多个感知模块融合至一个检测头，使模型在检测不同尺寸目标时更加精准和高效；最后，将损失函数改为Wise Intersection over Union(Wise-IoU)，使网络可以动态聚焦学习，更加专注于关键特征，提高了模型的泛化能力。经实验验证，每种改进均显著提升了模型的检测效果，与原始YOLOv8n模型相比，改进模型的精确率和召回率分别提升了2.2%和2.3%，达到91.6%和83.7%,mAP50和mAP50-95分别提升了2.6%和2.9%，达到89.9%和60.9%。相较其他先进的目标检测方法，研究结果也有更高的平均检测精度，证明其在铁路人员入侵检测场景中具有更高的应用价值，为铁路运输安全提供了更加可靠的技术保障。