Aging civil infrastructures are closely monitored by engineers for damage and critical defects. As the manual inspection of such large structures is costly and time-consuming, we are working towards fully automating the visual inspections to support the prioritization of maintenance activities. To that end we combine recent advances in drone technology and deep learning. Unfortunately, annotation costs are incredibly high as our proprietary civil engineering dataset must be annotated by highly trained engineers. Active learning is, therefore, a valuable tool to optimize the trade-off between model performance and annotation costs. Our use-case differs from the classical active learning setting as our dataset suffers from heavy class imbalance and consists of a much larger already labeled data pool than other active learning research. We present a novel method capable of operating in this challenging setting by replacing the traditional active learning acquisition function with an auxiliary binary discriminator. We experimentally show that our novel method outperforms the best-performing traditional active learning method (BALD) by 5% and 38% accuracy on CIFAR-10 and our proprietary dataset respectively.


翻译:土木基础设施的老化是由工程师对损坏和严重缺陷进行密切监测。由于对大型建筑进行人工检查费用昂贵且耗时,我们正在努力使目视检查完全自动化,以支持对维护活动的优先排序。为此,我们结合了无人机技术的最近进展和深层学习。不幸的是,批注成本非常高,因为我们的专有土木工程数据集必须由训练有素的工程师附加说明。因此,积极学习是优化模型性能和批注成本之间平衡的宝贵工具。我们使用的情况不同于传统的主动学习环境,因为我们的数据集存在严重的阶级不平衡,而且由比其他积极学习研究更庞大的标注数据库组成。我们提出了一种新的方法,能够在这个富有挑战的环境中运作,用辅助的二进制歧视器取代传统的主动学习获取功能。我们实验性地表明,我们的新方法比最佳的传统积极学习方法(BALD)分别比CIFAR-10和专有数据集的精准率高出5%和38%。

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主动学习是机器学习(更普遍的说是人工智能)的一个子领域,在统计学领域也叫查询学习、最优实验设计。“学习模块”和“选择策略”是主动学习算法的2个基本且重要的模块。 主动学习是“一种学习方法,在这种方法中,学生会主动或体验性地参与学习过程,并且根据学生的参与程度,有不同程度的主动学习。” (Bonwell&Eison 1991)Bonwell&Eison(1991) 指出:“学生除了被动地听课以外,还从事其他活动。” 在高等教育研究协会(ASHE)的一份报告中,作者讨论了各种促进主动学习的方法。他们引用了一些文献,这些文献表明学生不仅要做听,还必须做更多的事情才能学习。他们必须阅读,写作,讨论并参与解决问题。此过程涉及三个学习领域,即知识,技能和态度(KSA)。这种学习行为分类法可以被认为是“学习过程的目标”。特别是,学生必须从事诸如分析,综合和评估之类的高级思维任务。
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