For geotechnical applications, engineers use data obtained from a site investigation to interpret the structure and potential behavior of the subsurface. In most cases, these data consist of samples that represent 1/100,000 or less of the total volume of soil. These samples and associated field and lab testing provide the information used to estimate soil parameter values. The resulting values are estimated ones and there exists some likelihood that actual soil conditions are significantly different from the estimates. This may be the case even if the sampling and interpretation procedures are performed in accordance with standard practice. Although these efforts have been made to characterize the uncertainty associated with geotechnical parameters, there is no commonly accepted method to evaluate quantitatively the quality of an investigation plan as a whole or the relative significance of individual sampling points or potential sampling points.
Atmospheric nitrogen dioxide (NO2) is mainly caused by anthropogenic emissions. It contributes to the formation of secondary pollutants and ozone through chemical reactions, and adversely affects human health. Although ground stations to monitor NO2 concentrations in real time are operated in Korea, they have a limitation that it is difficult to analyze the spatial distribution of NO2 concentrations, especially over the areas with no stations. Therefore, this study conducted a comparative experiment of spatial interpolation of NO2 concentrations based on two linear-regression methods(i.e., multi linear regression (MLR), and regression kriging (RK)), and two machine learning approaches (i.e., random forest (RF), and support vector regression (SVR)) for the year of 2020. Four approaches were compared using leave-one-out-cross validation (LOOCV). The daily LOOCV results showed that MLR, RK, and SVR produced the average daily index of agreement (IOA) of 0.57, which was higher than that of RF (0.50). The average daily normalized root mean square error of RK was 0.9483%, which was slightly lower than those of the other models. MLR, RK and SVR showed similar seasonal distribution patterns, and the dynamic range of the resultant NO2 concentrations from these three models was similar while that from RF was relatively small. The multivariate linear regression approaches are expected to be a promising method for spatial interpolation of ground-level NO2 concentrations and other parameters in urban areas.
Emergency tracks are necessary in case a broken down train evacuates, a train needs to make way for a faster train behind it, or a train suddenly stops and following trains must avoid colliding with it. Magnetic Levitated (maglev) Trains can change track to enter an emergency track using a segmented switch or a traverse switch. On a traverse switch, a train can change its track when the part of the track that the train is on moves to the other track. Currently manufactured Maglev trains have two bodies and the total length is 25 meters. If a traverse switch is used, it will only require 30 meters of track to move the train to the other track, so, when it comes to efficiency of costs and space, the traverse switch surpasses the articulated switch. Therefore, in this paper, an optimized design to secure structural safety and weight lightening is suggested. To achieve these results, the heights of the piled concrete and girders which are both placed on the top of the traverse switch, are set as design variables. The Finite Element Method (FEM), in application of kriging and in the design of the experiments (DOE), is used. Maximum stress, deformation, and structural weight are compared with the results, and through this process structural safety and weight lightening is proven.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.36
no.11
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pp.1305-1310
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2012
The performance of a system can be affected by the variance of noise factors, which arise owing to uncertainties of the material properties and environmental factors acting on the system. For robust design optimization of the system performance, it is necessary to minimize the effect of the variance of the noise factors that are impossible to control. However, present robust design techniques consider the variation of design factors, and not the noise factors, as being important. Furthermore, it is necessary to assume a normal distribution; however, a normal distribution is often not suitable to estimate the variations. In this study, a robust design technique is proposed to consider the variation of noise factors that are estimated as non-normal distributions in a real experiment. As an example of an engineering problem, a deep-sea manganese nodule miner tracked vehicle is used to demonstrate the feasibility of the proposed method.
Jung, Moon Young;Kim, In Kee;Sung, Won Mo;Kang, Jung Keuk
Economic and Environmental Geology
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v.28
no.3
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pp.199-211
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1995
The deep sea camera system could render it possible to obtain the detailed information of the nodule distribution, but difficult to estimate nodule abundance quantitatively. In order to estimate nodule abundance quantitatively from deep seabed photographs, the nodule abundance equation was derived from the box core data obtained in KODOS area(long.: $154^{\circ}{\sim}151^{\circ}W$, lat.: $9^{\circ}{\sim}12^{\circ}N$) during two survey cruises carried out in 1989 and 1990. The regression equation derived by considering extent of burial of nodule to Handa's equation compensates for the abundance error attributable to partial burial of some nodules by sediments. An average long axis and average extent of burial of nodules in photographed area are determined according to the surface textures of nodules, and nodule coverage is calculated by the image analysis method. Average nodule abundance estimated from seabed photographs by using the equation is approximately 92% of the actual average abundance in KODOS area. The measured sampling points by box core or free fall grab are in general very sparse and hence nodule abundance distribution should be interpolated and extrapolated from measured data to uncharacterized areas. The another goal of this study is to depict continuous distribution of nodule abundance in KODOS area by using PC-version of geostatistical model in which several stages are systematically proceeded. Geostatistics was used to analyse spatial structure and distribution of regionalized variable(nodule abundance) within sets of real data. In order to investigate the spatial structure of nodule abundance in KODOS area, experimental variograms were calculated and fitted to a spherical models in isotropy and anisotropy, respectively. The spherical structure models were used to map out distribution of the nodule abundance for isotropic and anisotropic models by using the kriging method. The result from anisotropic model is much more reliable than one of isotropic model. Distribution map of nodule abundance produced by PC-version of geostatistical model indicates that approximately 40% of KODOS area is considered to be promising area(nodule abundance > $5kg/m^2$) for mining in case of anisotropy.
Seo, Young-Ho;Ku, Myeong-Seong;Choi, Jin-Won;Kim, Kyeong-Min;Kim, Sang-Mi;Sul, Kyung-Hwa;Jo, Hyo-Jae;Kim, Su-Jin;Kim, Ki-Hyun
Journal of Korean Society for Atmospheric Environment
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v.31
no.2
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pp.97-104
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2015
The pollution of particulate matter (PM) is considered one of the hot socioenvironmental issues at present time. In this study, we investigated the distribution of fine particulate matter ($PM_{2.5}$) in Wangsimni commercial areas in Seoul, Korea to learn more about its environmental behavior in an urban area. Our analysis of $PM_{2.5}$ was made to distinguish the $PM_{2.5}$ pollution levels between three different types of site characteristics: (1) densely populated area, (2) thinly populated area, and (3) traffic roadside. Moreover, to assess the temporal trends in our study, the concentration levels of $PM_{2.5}$ were also compared between weekdays and weekends and between early in the afternoon and evening. The average concentration of $PM_{2.5}$ from densely and thinly populated areas were measured as $36.0{\pm}13.1$ and $32.3{\pm}11.2{\mu}g/m^3$, respectively. If the results are compared between different time bands, there were apparent differences between weekdays ($29.6{\pm}10.8{\mu}g/m^3$) and weekends ($36.9{\pm}12.1{\mu}g/m^3$). Such difference was also evident between noon ($27.8{\pm}5.8{\mu}g/m^3$) and evening ($38.3{\pm}13.7{\mu}g/m^3$). According to our research, concentration of $PM_{2.5}$ in the study area was affected more sensitively by time zone rather than the population density. The measurement data was also analyzed by drawing concentration map of $PM_{2.5}$ in the Wangsimni commercial areas based on data contouring method.
In any applications using various types of spatial data, it is very important to account for the scale differences among available data sets and to change the scale to the target one as well. In this paper, we propose to use a geostatistical downscaling approach based on vaiorgram deconvloution and block simulation to generate fine-scale categorical thematic maps from coarse-scale fraction data. First, an iterative variogram deconvolution method is applied to estimate a point-support variogram model from a block-support variogram model. Then, both a direct sequential simulation based on area-to-point kriging and the estimated point-support variogram are applied to produce alternative fine-scale fraction realizations. Finally, a maximum a posteriori decision rule is applied to generate the fine-scale categorical thematic maps. These analytical steps are illustrated through a case study of land-cover mapping only using the block fraction data of thematic classes without point data. Alternative fine-scale fraction maps by the downscaling method presented in this study reproduce the coarse-scale block fraction values. The final fine-scale land-cover realizations can reflect overall spatial patterns of the reference land-cover map, thus providing reasonable inputs for the impact assessment in change of support problems.
The N-value from the Standard Penetration Test (SPT), which is one of the representative in-situ test, is an important index that provides basic geological information and the depth of the bearing layer for the design of geotechnical structures. In the aspect of time and cost-effectiveness, there is a need to carry out a representative sampling test. However, the various variability and uncertainty are existing in the soil layer, so it is difficult to grasp the characteristics of the entire field from the limited test results. Thus the spatial interpolation techniques such as Kriging and IDW (inverse distance weighted) have been used for predicting unknown point from existing data. Recently, in order to increase the accuracy of interpolation results, studies that combine the geotechnics and deep learning method have been conducted. In this study, based on the SPT results of about 22,000 holes of ground survey, a comparative study was conducted to predict the depth of the bearing layer using deep learning methods and IDW. The average error among the prediction results of the bearing layer of each analysis model was 3.01 m for IDW, 3.22 m and 2.46 m for fully connected network and PointNet, respectively. The standard deviation was 3.99 for IDW, 3.95 and 3.54 for fully connected network and PointNet. As a result, the point net deep learing algorithm showed improved results compared to IDW and other deep learning method.
The Journal of The Korea Institute of Intelligent Transport Systems
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v.13
no.6
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pp.64-76
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2014
This study identified the causes of errors that could take place in the estimation process of vehicle miles traveled and quantified the effects of each of those causes on the estimation accuracy of vehicle miles traveled via error rate to propose an efficient way to estimate vehicle miles traveled. The study proceeded as follows: first, the study established survey data of vehicle miles traveled in the pilot test areas to test the accuracy of a method to estimate vehicle miles traveled. Second, the causes of errors with the estimation of vehicle miles traveled were categorized into errors with the sample size, sampling methods, and homogeneous link setting methods. In addition, many different methodologies were set to minimize errors with the estimation of vehicle miles traveled according to each of the causes. Third, error rates of estimation of vehicle miles traveled were compared and analyzed according to each of the methodologies. Finally, a toy network was established to propose a way of estimating vehicle miles traveled by taking the local characteristics into consideration. The study finds its significance in that it proposed an efficient way to estimate vehicle miles traveled through an experiment and planning approach and made use of survey data of vehicle miles traveled to test estimation accuracy. The proposed way of estimating vehicle miles traveled by taking into account the local characteristics will make a contribution to the estimation of vehicle miles traveled by the areas in future along with the level of data offered in the study.
Proceedings of the Korean Society for Agricultural Machinery Conference
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2017.04a
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pp.171-171
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2017
전산유체역학(CFD: Computational Fluid Dynamics)를 이용한 스마트팜 환경 내부의 정밀 제어 연구가 진행 중이다. 시계열 데이터의 난해한 동적 해석을 극복하기위해, 비선형 모델링 기법의 일종인 인공신경망을 이용하는 방안을 고려하였다. 선행 연구를 통하여 환경 데이터의 비선형 모델링을 위한 Tensorflow활용 방법이 하드웨어 가속 기능을 바탕으로 월등한 성능을 보임을 확인하였다. 그럼에도 오프라인 일괄(Offline batch)처리 방식의 한계가 있는 인공신경망 모델링 기법과 현장 보급이 불가능한 고성능 하드웨어 연산 장치에 대한 대안 마련이 필요하다고 판단되었다. CFD 해석을 위한 Solver로 SU2(http://su2.stanford.edu)를 이용하였다. 운영 체제 및 컴파일러는 1) Mac OS X Sierra 10.12.2 Apple LLVM version 8.0.0 (clang-800.0.38), 2) Windows 10 x64: Intel C++ Compiler version 16.0, update 2, 3) Linux (Ubuntu 16.04 x64): g++ 5.4.0, 4) Clustered Linux (Ubuntu 16.04 x32): MPICC 3.3.a2를 선정하였다. 4번째 개발환경인 병렬 시스템의 경우 하드웨어 가속는 OpenCL(https://www.khronos.org/opencl/) 엔진을 이용하고 저전력 ARM 프로세서의 일종인 옥타코어 Samsung Exynos5422 칩을 장착한 ODROID-XU4(Hardkernel, AnYang, Korea) SBC(Single Board Computer)를 32식 병렬 구성하였다. 분산 컴퓨팅을 위한 환경은 Gbit 로컬 네트워크 기반 NFS(Network File System)과 MPICH(http://www.mpich.org/)로 구성하였다. 공간 분해능을 계측 주기보다 작게 분할할 경우 발생하는 미지의 바운더리 정보를 정의하기 위하여 3차원 Kriging Spatial Interpolation Method를 실험적으로 적용하였다. 한편 병렬 시스템 구성이 불가능한 1,2,3번 환경의 경우 내부적으로 이미 존재하는 멀티코어를 활용하고자 OpenMP(http://www.openmp.org/) 라이브러리를 활용하였다. 64비트 병렬 8코어로 동작하는 1,2,3번 운영환경의 경우 32비트 병렬 128코어로 동작하는 환경에 비하여 근소하게 2배 내외로 연산 속도가 빨랐다. 실시간 CFD 수행을 위한 분산 컴퓨팅 기술이 프로세서의 속도 및 운영체제의 정보 분배 능력에 따라 결정된다고 판단할 수 있었다. 이를 검증하기 위하여 4번 개발환경에서 운영체제를 64비트로 개선하여 5번째 환경을 구성하여 검증하였다. 상반되는 결과로 64비트 72코어로 동작하는 분산 컴퓨팅 환경에서 단일 프로세서 기반 멀티 코어(1,2,3번) 환경보다 보다 2.5배 내외 연산속도 향상이 있었다. ARM 프로세서용 64비트 운영체제의 완성도가 낮은 시점에서 추후 성공적인 실시간 CFD 모델링을 위한 지속적인 검토가 필요하다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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