Journal of the Korean Society of Systems Engineering
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v.18
no.2
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pp.94-107
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2022
Accidents prevention and mitigation is the highest priority of nuclear power plant (NPP) operation, particularly in the aftermath of the Fukushima Daiichi accident, which has reignited public anxieties and skepticism regarding nuclear energy usage. To deal with accident scenarios more effectively, operators must have ample and precise information about key safety parameters as well as their future trajectories. This work investigates the potential of machine learning in forecasting NPP response in real-time to provide an additional validation method and help reduce human error, especially in accident situations where operators are under a lot of stress. First, a base-case SGTR simulation is carried out by the best-estimate code RELAP5/MOD3.4 to confirm the validity of the model against results reported in the APR1400 Design Control Document (DCD). Then, uncertainty quantification is performed by coupling RELAP5/MOD3.4 and the statistical tool DAKOTA to generate a large enough dataset for the construction and training of neural-based machine learning (ML) models, namely LSTM, GRU, and hybrid CNN-LSTM. Finally, the accuracy and reliability of these models in forecasting system response are tested by their performance on fresh data. To facilitate and oversee the process of developing the ML models, a Systems Engineering (SE) methodology is used to ensure that the work is consistently in line with the originating mission statement and that the findings obtained at each subsequent phase are valid.
Evaluating the performance of Tunnel Boring Machines (TBMs) stands as a pivotal juncture in the domain of hard rock mechanized tunneling, essential for achieving both a dependable construction timeline and utilization rate. In this investigation, three advanced artificial neural networks namely, gated recurrent unit (GRU), back propagation neural network (BPNN), and simple recurrent neural network (SRNN) were crafted to prognosticate TBM-rate of penetration (ROP). Drawing from a dataset comprising 1125 data points amassed during the construction of the Alborze Service Tunnel, the study commenced. Initially, five geomechanical parameters were scrutinized for their impact on TBM-ROP efficiency. Subsequent statistical analyses narrowed down the effective parameters to three, including uniaxial compressive strength (UCS), peak slope index (PSI), and Brazilian tensile strength (BTS). Among the methodologies employed, GRU emerged as the most robust model, demonstrating exceptional predictive prowess for TBM-ROP with staggering accuracy metrics on the testing subset (R2 = 0.87, NRMSE = 6.76E-04, MAD = 2.85E-05). The proposed models present viable solutions for analogous ground and TBM tunneling scenarios, particularly beneficial in routes predominantly composed of volcanic and sedimentary rock formations. Leveraging forecasted parameters holds the promise of enhancing both machine efficiency and construction safety within TBM tunneling endeavors.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.27
no.5
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pp.574-583
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2021
Predicting shipping markets is an important issue. Such predictions form the basis for decisions on investment methods, fleet formation methods, freight rates, etc., which greatly affect the profits and survival of a company. To this end, in this study, we propose a shipping freight rate prediction model for container ships using gated recurrent units (GRUs) and long short-term memory structure. The target of our freight rate prediction is the China Container Freight Index (CCFI), and CCFI data from March 2003 to May 2020 were used for training. The CCFI after June 2020 was first predicted according to each model and then compared and analyzed with the actual CCFI. For the experimental model, a total of six models were designed according to the hyperparameter settings. Additionally, the ARIMA model was included in the experiment for performance comparison with the traditional analysis method. The optimal model was selected based on two evaluation methods. The first evaluation method selects the model with the smallest average value of the root mean square error (RMSE) obtained by repeating each model 10 times. The second method selects the model with the lowest RMSE in all experiments. The experimental results revealed not only the improved accuracy of the deep learning model compared to the traditional time series prediction model, ARIMA, but also the contribution in enhancing the risk management ability of freight fluctuations through deep learning models. On the contrary, in the event of sudden changes in freight owing to the effects of external factors such as the Covid-19 pandemic, the accuracy of the forecasting model reduced. The GRU1 model recorded the lowest RMSE (69.55, 49.35) in both evaluation methods, and it was selected as the optimal model.
Yoo, Hyung Ju;Lee, Seung Oh;Choi, Seo Hye;Park, Moon Hyung
Journal of Korean Society of Disaster and Security
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v.13
no.4
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pp.75-92
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2020
In most cases of the water balance analysis, the return flow ratio for each water supply was uniformly determined and applied, so it has been contained a problem that the volume of available water would be incorrectly calculated. Therefore, sewage and wastewater among the return water were focused in this study and the data-driven model was developed to forecast the outflow from the sewage treatment plant. The forecasting results of LSTM (Long Short-Term Memory), GRU (Gated Recurrent Units), and SVR (Support Vector Regression) models, which are mainly used for forecasting the time series data in most fields, were compared with the observed data to determine the optimal model parameters for forecasting outflow. As a result of applying the model, the root mean square error (RMSE) of the GRU model was smaller than those of the LSTM and SVR models, and the Nash-Sutcliffe coefficient (NSE) was higher than those of others. Thus, it was judged that the GRU model could be the optimal model for forecasting the outflow in sewage treatment plants. However, the forecasting outflow tends to be underestimated and overestimated in extreme sections. Therefore, the additional data for extreme events and reducing the minimum time unit of input data were necessary to enhance the accuracy of forecasting. If the water use of the target site was reviewed and the additional parameters that could reflect seasonal effects were considered, more accurate outflow could be forecasted to be ready for climate variability in near future. And it is expected to use as fundamental resources for establishing a reasonable river water management system based on the forecasting results.
Recently, with the development of artificial intelligence (AI) and deep learning, the importance of conversational artificial intelligence chatbots is being highlighted. In addition, chatbot research is being conducted in various fields. To build a chatbot, it is developed using an open source platform or a commercial platform for ease of development. These chatbot platforms mainly use RNN and application algorithms. The RNN algorithm has the advantages of fast learning speed, ease of monitoring and verification, and good inference performance. In this paper, a method for improving the inference performance of RNNs and applied algorithms was studied. The proposed method used the word group expansion learning technique of key words for each sentence when RNN and applied algorithm were applied. As a result of this study, the RNN, GRU, and LSTM three algorithms with a cyclic structure achieved a minimum of 0.37% and a maximum of 1.25% inference performance improvement. The research results obtained through this study can accelerate the adoption of artificial intelligence chatbots in related industries. In addition, it can contribute to utilizing various RNN application algorithms. In future research, it will be necessary to study the effect of various activation functions on the performance improvement of artificial neural network algorithms.
Seoje Jeong;Wookeen Chung;Sungryul Shin;Donghyeon Kim;Jeasoo Kim;Gihoon Byun;Dawoon Lee
Geophysics and Geophysical Exploration
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v.26
no.3
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pp.126-137
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2023
In this study, a recurrent neural network (RNN) was employed as a methodological approach to classify dolphin click signals derived from ocean monitoring data. To improve the accuracy of click signal classification, the single time series data were transformed into fractional domains using fractional Fourier transform to expand its features. Transformed data were used as input for three RNN models: long short-term memory (LSTM), gated recurrent unit (GRU), and bidirectional LSTM (BiLSTM), which were compared to determine the optimal network for the classification of signals. Because the fractional Fourier transform displayed different characteristics depending on the chosen angle parameter, the optimal angle range for each RNN was first determined. To evaluate network performance, metrics such as accuracy, precision, recall, and F1-score were employed. Numerical experiments demonstrated that all three networks performed well, however, the BiLSTM network outperformed LSTM and GRU in terms of learning results. Furthermore, the BiLSTM network provided lower misclassification than the other networks and was deemed the most practically appliable to field data.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.22
no.2
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pp.127-133
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2021
A recent study of people physically falling focused on analyzing the motions of the falls using a recurrent neural network (RNN) and a deep learning approach to get good results from detecting 2D human poses from a single color image. In this paper, we investigate a detection method for estimating the position of the head and shoulder keypoints and the acceleration of positional change using the skeletal keypoints information extracted using PoseNet from an image obtained with a low-cost 2D RGB camera, increasing the accuracy of judgments about the falls. In particular, we propose a fall detection method based on the characteristics of post-fall posture in the fall motion-analysis method. A public data set was used to extract human skeletal features, and as a result of an experiment to find a feature extraction method that can achieve high classification accuracy, the proposed method showed a 99.8% success rate in detecting falls more effectively than a conventional, primitive skeletal data-use method.
Journal of the Korea Society of Computer and Information
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v.28
no.8
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pp.21-30
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2023
The study proposes a model that utilizes Python-based deep learning text classification techniques to detect the legality of illegal financial advertising posts on the internet. These posts aim to promote unlawful financial activities, including the trading of bank accounts, credit card fraud, cashing out through mobile payments, and the sale of personal credit information. Despite the efforts of financial regulatory authorities, the prevalence of illegal financial activities persists. By applying this proposed model, the intention is to aid in identifying and detecting illicit content in internet-based illegal financial advertisining, thus contributing to the ongoing efforts to combat such activities. The study utilizes convolutional neural networks(CNN) and recurrent neural networks(RNN, LSTM, GRU), which are commonly used text classification techniques. The raw data for the model is based on manually confirmed regulatory judgments. By adjusting the hyperparameters of the Korean natural language processing and deep learning models, the study has achieved an optimized model with the best performance. This research holds significant meaning as it presents a deep learning model for discerning internet illegal financial advertising, which has not been previously explored. Additionally, with an accuracy range of 91.3% to 93.4% in a deep learning model, there is a hopeful anticipation for the practical application of this model in the task of detecting illicit financial advertisements, ultimately contributing to the eradication of such unlawful financial advertisements.
Lee, Jun Hee;Lee, Soo Hwan;Tae, Soo Ho;Seo, Dong Hoan
Journal of Korea Multimedia Society
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v.22
no.11
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pp.1223-1232
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2019
The injection is the input method of the image feature vector from the encoder to the decoder. Since the image feature vector contains object details such as color and texture, it is essential to generate image captions. However, the bidirectional decoder model using the existing injection method only inputs the image feature vector in the first step, so image feature vectors of the backward sequence are vanishing. This problem makes it difficult to describe the context in detail. Therefore, in this paper, we propose the parallel injection method to improve the description performance of image captions. The proposed Injection method fuses all embeddings and image vectors to preserve the context. Also, We optimize our image caption model with Bidirectional Gated Recurrent Unit (Bi-GRU) to reduce the amount of computation of the decoder. To validate the proposed model, experiments were conducted with a certified image caption dataset, demonstrating excellence in comparison with the latest models using BLEU and METEOR scores. The proposed model improved the BLEU score up to 20.2 points and the METEOR score up to 3.65 points compared to the existing caption model.
The Journal of the Institute of Internet, Broadcasting and Communication
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v.19
no.5
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pp.93-99
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2019
In this paper, we propose a smart meter that uses GRU model, which is one of artificial neural networks, for the efficient energy management. We collected power consumption data that train GRU model through the proposed smart meter. The implemented smart meter has automatic power measurement and real-time observation function and load control function through power consumption prediction. We determined a reference value to control the load by using Root Mean Squared Error (RMS), which is one of performance evaluation indexes, with 20% margin. We confirmed that the smart meter with automatic load control increases the efficiency of energy management.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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