Due to COVID-19, many paradigm shifts in existing manufacturing facilities and the expansion of non-face-to-face services are accelerating worldwide. A representative technology is digital twin technology. Such digital twin technology, which existed only conceptually in the past, has recently become feasible with the construction of a 5G-based network. Accordingly, this paper designed and implemented a part of the USB process to enable digital twins based on OPC UA communication, which is a standard interlocking structure, between real object objects and virtual reality-based USB process in accordance with this paradigm change. By reflecting the physical characteristics of real objects together, it is possible to simulate real-time synchronization of these with real objects. In the future, this can be applied to various industrial fields, and it is expected that it will be possible to reduce costs for decision-making and prevent dangerous accidents.
Rojas-Mercedes, Norberto;Erazo, Kalil;Di Sarno, Luigi
Earthquakes and Structures
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v.22
no.5
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pp.503-515
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2022
This paper presents the development of seismic fragility curves for a precast reinforced concrete bridge instrumented with a structural health monitoring (SHM) system. The bridge is located near an active seismic fault in the Dominican Republic (DR) and provides the only access to several local communities in the aftermath of a potential damaging earthquake; moreover, the sample bridge was designed with outdated building codes and uses structural detailing not adequate for structures in seismic regions. The bridge was instrumented with an SHM system to extract information about its state of structural integrity and estimate its seismic performance. The data obtained from the SHM system is integrated with structural models to develop a set of fragility curves to be used as a quantitative measure of the expected damage; the fragility curves provide an estimate of the probability that the structure will exceed different damage limit states as a function of an earthquake intensity measure. To obtain the fragility curves a digital twin of the bridge is developed combining a computational finite element model and the information extracted from the SHM system. The digital twin is used as a response prediction tool that minimizes modeling uncertainty, significantly improving the predicting capability of the model and the accuracy of the fragility curves. The digital twin was used to perform a nonlinear incremental dynamic analysis (IDA) with selected ground motions that are consistent with the seismic fault and site characteristics. The fragility curves show that for the maximum expected acceleration (with a 2% probability of exceedance in 50 years) the structure has a 62% probability of undergoing extensive damage. This is the first study presenting fragility curves for civil infrastructure in the DR and the proposed methodology can be extended to other structures to support disaster mitigation and post-disaster decision-making strategies.
In this study, to build a spatial information infrastructure, which is a component of a smart city, a 3D digital twin model in the downtown area was built based on the latest spatial information acquisition technology, the drone. Several analysis models were implemented by utilizing. While the data processing time and quality of the three types of drone photogrammetry software are different, the accuracy of the construction model is ± 0.04 in the N direction and ± 0.03m in the E direction. In the m and Z directions, ± 0.02m was found to be less than 0.1m, which is defined as the allowable range of surveying performance and inspection performance for the boundary point in the area where the registration of the boundary point registration is executed. 1: 500 to 1 of the aerial survey work regulation: The standard deviation, which is the error limit of the photographic reference point of the 600 scale, appeared within 0.14 cm, and it was found that the error limit of the large scale specified in the cadastral and aerial survey was satisfied. In addition, in order to increase the usability of smart city realization using a drone-based 3D urban digital twin model, the model built in this study was used to implement Prospect right analysis, landscape analysis, Right of light analysis, patrol route analysis, and fire suppression simulation training. Compared to the existing aerial photographic survey method, it was judged that the accuracy of the naked eye reading point is more accurate (about 10cm) than the existing aerial photographic survey, and it is possible to reduce the construction cost compared to the existing aerial photographic survey at a construction area of about 30㎢ or less.
Journal of the Korean Society of Surveying, Geodesy, Photogrammetry and Cartography
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v.39
no.5
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pp.297-311
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2021
Around the world, there is an increasing interest in Digital Twin cities. Although geospatial data is critical for building a digital twin city, currently-established spatial data cannot be used directly for its implementation. Integration of geospatial data is vital in order to construct and simulate the virtual space. Existing studies for data integration have focused on data transformation. The conversion method is fundamental and convenient, but the information loss during this process remains a limitation. With this, standardization of the data model is an approach to solve the integration problem while hurdling conversion limitations. However, the standardization within indoor space data models is still insufficient compared to 3D building and city models. Therefore, in this study, we present a comparative analysis of data models commonly used in indoor space modeling as a basis for establishing a generic indoor space feature model. By comparing five models of IFC (Industry Foundation Classes), CityGML (City Geographic Markup Language), AIIM (ArcGIS Indoors Information Model), IMDF (Indoor Mapping Data Format), and OmniClass, we identify essential elements for modeling indoor space and the feature classes commonly included in the models. The proposed generic model can serve as a basis for developing further indoor feature models through specifying minimum required structure and feature classes.
Recently, there has been a significant interest in the development of autonomous driving simulation environment based on digital twin. In the development of such digital twin-based simulation environment, many researches has been conducted not only performance and functionality validation of autonomous driving, but also generation of virtual training data for deep learning. However, such digital twin-based autonomous driving simulation system has the problem of requiring a significant amount of time and cost for the system development and the data construction. Therefore, in this research, we aim to propose a method for rapidly designing and implementing a digital twin-based autonomous driving simulation system, using only the existing 3D models and high-definition map. Specifically, we propose a method for integrating 3D model of FBX and NGII HD Map for the Busan EDC area into CARLA, and a method for adding and modifying CARLA functions. The results of this research show that it is possible to rapidly design and implement the simulation system at a low cost by using the existing 3D models and NGII HD map. Also, the results show that our system can support various functions such as simulation scenario configuration, user-defined driving, and real-time simulation of traffic light states. We expect that usability of the system will be significantly improved when it is applied to broader geographical area in the future.
Artificial intelligence clouds help to efficiently develop the autonomous things integrating artificial intelligence technologies and control technologies by sharing the learned models and providing the execution environments. The existing autonomous things development technologies only take into account for the accuracy of artificial intelligence models at the cost of the increment of the complexity of the models including the raise up of the number of the hidden layers and the kernels, and they consequently require a large amount of computation. Since resource-constrained computing environments, could not provide sufficient computing resources for the complex models, they make the autonomous things violate time criticality. In this paper, we propose a digital twin software development framework that selects artificial intelligence models optimized for the computing environments. The proposed framework uses a load estimation DNN model to select the optimal model for the specific computing environments by predicting the load of the artificial intelligence models with digital twin data so that the proposed framework develops the control software. The proposed load estimation DNN model shows up to 20% of error rate compared to the formula-based load estimation scheme by means of the representative CNN models based experiments.
Proceedings of the Korean Institute of Navigation and Port Research Conference
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2022.11a
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pp.362-365
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2022
With the development of the 4th industrial revolution technology, smartization in various fields is accelerating. The shipping and logistics industry is also promoting smartization by combining advanced new technologies such as digital twin, Internet of Things, and artificial intelligence. In Korea, the Ministry of Maritime Affairs and Fisheries is promoting a strategy to spread the smart shipping logistics system in line with the changing global shipping logistics trend, and through this, it is creating a foundation for smart shipping logistics. This study aims to present the concept of a communication tool that recognizes the importance of communication between each logistics entity and exchanges opinions between logistics entities in a virtual digital twin environment to cope with the changing shipping logistics process. In addition, for the development of these communication tools, this study derive a software design model, including architecture.
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.26
no.6_3
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pp.1251-1258
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2023
Traditional markets are infrastructure with facilities and characteristics of very high population density. Recently, arcades have been installed through traditional market modernization policies, and aging infrastructure has been repaired. However, gas and electrical facilities of traditional markets cannot be easily replaced because of its high density. And because regular inspections are not conducted, management of facilities is on very poor condition. In addition, when a fire occurs in a traditional market, the fire easily spreads to nearby stores and is likely to spread to a large fire because of a lot of highly flammable substances. Smoke detectors and heat detectors are installed in most traditional markets to monitor fires, but malfunctions are frequent due to the nature of smoke detectors and heat detectors, and network facilities are not properly maintained. Therefore, in this study, gas detection sensors and flame detectors are additionally installed in Gwangmyeong Traditional Market, and a digital twin-based traditional market fire monitoring system is implemented in conjunction with existing sensors in the market's 3D model. With this digital twin based fire monitoring system, we can reduce the malfunctions of fire detect sensors, and can easily guide the evacuation route.
Electronics industrial wastewater treatment facilities release organic wastewaters containing high concentrations of organic pollutants and more than 20 toxic non-biodegradable pollutants. One of the major challenges of the fourth industrial revolution era for the electronics industry is how to treat electronics industrial wastewater efficiently. Therefore, it is necessary to develop an electronics industrial wastewater modeling technique that can evaluate the removal efficiency of organic pollutants, such as chemical oxygen demand (COD), total nitrogen (TN), total phosphorous (TP), and tetramethylammonium hydroxide (TMAH), by digital twinning an electronics industrial organic wastewater treatment facility in a cyber physical system (CPS). In this study, an electronics industrial wastewater activated sludge model (e-ASM) was developed based on the theoretical reaction rates for the removal mechanisms of electronics industrial wastewater considering the growth and decay of micro-organisms. The developed e-ASM can model complex biological removal mechanisms, such as the inhibition of nitrification micro-organisms by non-biodegradable organic pollutants including TMAH, as well as the oxidation, nitrification, and denitrification processes. The proposed e-ASM can be implemented as a Water Digital Twin for real electronics industrial wastewater treatment systems and be utilized for process modeling, effluent quality prediction, process selection, and design efficiency across varying influent characteristics on a CPS.
Purpose: Recently, due to the aging of safety facilities in national industrial complexes, there has been an increase in the frequency and scale of safety accidents, highlighting the need for a shift toward a prevention-centered disaster management paradigm and the establishment of a digital safety network. In response, this study aims to provide an information system that supports more rapid and precise decision-making during disasters by utilizing digital twin-based integrated control technology to predict the spread of hazardous substances, trace the origin of accidents, and offer safe evacuation routes. Method: We considered various simulation results, such as surface diffusion, upper-level diffusion, and combined diffusion, based on the actual characteristics of hazardous substances and weather conditions, addressing the limitations of previous studies. Additionally, we designed an integrated management system to minimize the limitations of spatiotemporal monitoring by utilizing an IoT sensor-based backtracking model to predict leakage points of hazardous substances in spatiotemporal blind spots. Results: We selected two pilot companies in the Gumi Industrial Complex and installed IoT sensors. Then, we operated a living lab by establishing an integrated management system that provides services such as prediction of hazardous substance dispersion, traceback, AI-based leakage prediction, and evacuation information guidance, all based on digital twin technology within the industrial complex. Conclusion: Taking into account the limitations of previous research, we used digital twin-based AI analysis to predict hazardous chemical leaks, detect leakage accidents, and forecast three-dimensional compound dispersion and traceback diffusion.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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