The characteristics of the typhoon's extratropical transition (ET) over the western North Pacific area were investigated using the cyclone phase space (CPS) diagram method suggested by Hart (2003). The data used in this study were the global data assimilation prediction system (GDAPS) and NCEP data set. The number of typhoons selected were 75 cases during 2002 to 2007, and the three parameters were analyzed : the motion relative thickness asymmetry of the storm (B), the upper thermal wind shear and the lower thermal wind shear. Comparing the best-track data provided by the Regional Specialized Meteorological Center /Tokyo, the time of the ET based on CPS was 2~6 hours earlier than the best-track data. And it was shown that the 400- km and 30 kt wind radius of storm for the CPS method were better agreement than the previous suggested radius 500- km.
The Global Positioning System (GPS) is widely used to aid the navigation of aerial vehicles. However, the GPS cannot be used indoors, so alternative navigation methods are needed to be developed for micro aerial vehicles (MAVs) flying in GPS-denied environments. In this paper, a real-time three-dimensional (3-D) indoor navigation system and closed-loop control of a quad-rotor aerial vehicle equipped with an inertial measurement unit (IMU) and a low-cost light detection and ranging (LIDAR) is presented. In order to estimate the pose of the vehicle equipped with the two-dimensional LIDAR, an octree-based grid map and Monte-Carlo Localization (MCL) are adopted. The navigation results using the MCL are then evaluated by making a comparison with a motion capture system. Finally, the results are used for closed-loop control in order to validate its positioning accuracy during procedures for stable hovering and waypoint-following.
Recently, direct load analysis using ship motion program is required to confirm structural safety for the Post-Panamax class large container carrier. However, there is no exact comparative study data for structural response between 20 and 30 wave load. So, in this paper, to compare the hull girder stress response between 20 versus 3D wave load calculation method, direct load analysis and global F.E analysis have been performed for three kinds of large container vessels using each 20 and 30 wave load calculation program. The results of 2D wave load RAO(Response Amplitude Operator) of each dominant load parameter(vertical, torsional and horizontal moment) are generally bigger than that of 30 results, especially in vertical wave bending moment. And the results of structural analysis based on the equivalent design wave method shows that there is a big difference in view of stress, but the stress distribution is very similar for each wave load case.
The purpose of this paper is to analyze GPS (Global Positioning System) satellite orbital mechanics, and then to propose a novel long-term GPS satellite orbit prediction scheme including virtual planet perturbation. The GPS orbital information is a necessary prerequisite to pinpointing the location of a GPS receiver. When a GPS receiver has been shut down for a long time, however, the time needed to fix it before its reuse is too long due to the long-standing GPS orbital information. To overcome this problem, the GPS orbital mechanics was studied, such as Newton's equation of motion for the GPS satellite, including the non-spherical Earth effect, the luni-solar attraction, and residual perturbations. The residual perturbations are modeled as a virtual planet using the least-square algorithm for a moment. Through the modeling of the virtual planet with the aforementioned orbital mechanics, a novel GPS orbit prediction scheme is proposed. The numerical results showed that the prediction error was dramatically reduced after the inclusion of virtual planet perturbation.
Farsangi, E. Noroozinejad;Yang, T.Y.;Tasnimi, A.A.
Structural Engineering and Mechanics
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제59권4호
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pp.653-669
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2016
Recent earthquakes worldwide show that a significant portion of the earthquake shaking happens in the vertical direction. This phenomenon has raised significant interests to consider the vertical ground motion during the seismic design and assessment of the structures. Strong vertical ground motions can alter the axial forces in the columns, which might affect the shear capacity of reinforced concrete (RC) members. This is particularly important for non-ductile RC frames, which are very vulnerable to earthquake-induced collapse. This paper presents the detailed nonlinear dynamic analysis to quantify the collapse risk of non-ductile RC frame structures with varying heights. An array of non-ductile RC frame architype buildings located in Los Angeles, California were designed according to the 1967 uniform building code. The seismic responses of the architype buildings subjected to concurrent horizontal and vertical ground motions were analyzed. A comprehensive array of ground motions was selected from the PEER NGA-WEST2 and Iran Strong Motions Network database. Detailed nonlinear dynamic analyses were performed to quantify the collapse fragility curves and collapse margin ratios (CMRs) of the architype buildings. The results show that the vertical ground motions have significant impact on both the local and global responses of non-ductile RC moment frames. Hence, it is crucial to include the combined vertical and horizontal shaking during the seismic design and assessment of non-ductile RC moment frames.
Jo, Chul-Hee;Kim, Do-Youb;Hwang, Su-Jin;Rho, Yu-Ho
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제38권2호
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pp.195-201
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2014
Flexible risers have been used extensively in recent years for floating and early production systems. Such risers offer the advantage of having inherent heave compliance in their catenary thereby greatly reducing the complexity of the riser-to-rig and riser-to subsea interfaces. Another advantage with flexible risers is their greater reliability. Concerns about fatigue life, gas permeation and pigging of lines have been overcome by extensive experience with these risers in production applications. In this paper, flexible riser analysis results were compared through coupled and uncoupled dynamic analyses methods. A time domain coupled analysis capability has been developed to model the dynamic responses of an integrated floating system incorporating the interactions between vessel, moorings and risers in a marine environment. For this study, SPM (Single Point Mooring) system for an FSU in shallow water was considered. This optimization model was integrated with a time-domain global motion analysis to assess both stability and design constraints of the flexible riser system.
Kang, Hooi-Siang;Kim, Moo-Hyun;Aramanadka, Shankar S. Bhat
Ocean Systems Engineering
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제7권1호
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pp.21-38
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2017
In real sea environments, excessive dynamic axial tension variations can be exerted on the top-tensioned risers (TTRs) and lead to structural integrity issues. The traditional riser-tension-variation analysis, however, by using parametric formulation is only conditionally valid under certain strict limits and potentially underestimates the total magnitudes of tension variations. This phenomenon is especially important for the long stroke tensioner in dry-tree semisubmersible with larger global heave motion and longer stroke. In this paper, the hydro-pneumatic tensioner (HPT) is modeled in detailed component-level which includes a set of hydraulic and pneumatic components. The viscous fluid frictional effect in the HPT is considered. The main objectives are (i) to develop a detailed tension variation model of the HPT; (ii) to identify the deviations between the conventional parametric formulation and component-level formulation; (iii) to numerically analyze the tension variation of long stroke tensioner in a dry-tree semisubmersible (DTS). The results demonstrate the necessity of component-level formulation for long stroke tensioner in the development of DTS.
Path planning is an important task for optimal motion of a robot in structured or unstructured environment. The goal of this paper is to plan the optimal collision-free path in 3D, when a robot is navigated to pick up some tools or to repair some parts from various locations. To accomplish the goal, the Path Coordinator is proposed to have the capabilities of an obstacle avoidance strategy and a traveling salesman problem strategy (TSP). The obstacle avoidance strategy is to plan the shortest collision-free path between each pair of n locations in 2D or in 3D. The TSP strategy is to compute a minimal system cost of a tour that is defined as a closed path navigating each location exactly once. The TSP strategy can be implemented by the Hopfield Network. The obstacle avoidance strategy in 2D can be implemented by the VGraph Algorithm. However, the VGraph Algorithm is not useful in 3D, because it can't compute the global optimality in 3D. Thus, the Path Coordinator is used to solve this problem, having the capabilities of selecting the optimal edges by the modified Genetic Algorithm and computing the optimal nodes along the optimal edges by the Recursive Compensation Algorithm.
This paper proposes a navigation system with a robust localization method for an underwater unmanned vehicle. For robust localization with IMU (Inertial Measurement Unit), a DVL (Doppler Velocity Log), and depth sensors, the EKF (Extended Kalman Filter) has been utilized to fuse multiple nonlinear data. Note that the GPS (Global Positioning System), which can obtain the absolute coordinates of the vehicle, cannot be used in the water. Additionally, the DVL has been used for measuring the relative velocity of the underwater vehicle. The DVL sensor measures the velocity of an object by using Doppler effects, which cause sound frequency changes from the relative velocity between a sound source and an observer. When the vehicle is moving, the motion trajectory to a target position can be recorded by the sensors attached to the vehicle. The performance of the proposed navigation system has been verified through real experiments in which an underwater unmanned vehicle reached a target position by using an IMU as a primary sensor and a DVL as the secondary sensor.
Estimation of vertical position is critical in applications of sports science and fall detection and also controls of unmanned aerial vehicles and motor boats. Due to low accuracy of GPS(global positioning system) in the vertical direction, the integration of IMU(inertial measurement unit) with the GPS is not suitable for the vertical position estimation. This paper investigates an IMU-barometer integration for estimation of vertical position (as well as vertical velocity). In particular, a new two-step Kalman/complementary filter is proposed for accurate and efficient estimation using 6-axis IMU and barometer signals. The two-step filter is composed of (i) a Kalman filter that estimates vertical acceleration via tilt orientation of the sensor using the IMU signals and (ii) a complementary filter that estimates vertical position using the barometer signal and the vertical acceleration from the first step. The estimation performance was evaluated against a reference optical motion capture system. In the experimental results, the averaged estimation error of the proposed method was 19.7 cm while that of the raw barometer signal was 43.4 cm.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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