Geostatistical data are obtained only at selected sites even though they are potentially available at any location In a continuous surface. Therefore it is necessary to estimate the unknown values at unsampled locations based on observations. In this study we compared the accuracy of 5 spatial interpolation methods: local trend surface, IDW, RBF, ordinary kriging, universal kriging. These interpolation methods were applied to annual rainfall data. As the results of validation tests, universal kriging with gaussian variogram model showed the best accuracy in comparison with other interpolation methods. In the case of kriging, the predicted values were more accurate and within a more narrow range than other methods. In contrast with kriging, local trend surface analysis, IDW and RBF showed the wide range of predicted values and abrupt changes between neighbors.
Vahedi, Jafar;Ghasemi, Mohammad Reza;Miri, Mahmoud
Structural Engineering and Mechanics
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v.66
no.6
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pp.677-691
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2018
Reliability assessment of complex structures using simulation methods is time-consuming. Thus, surrogate models are usually employed to reduce computational cost. AK-MCS is a surrogate-based Active learning method combining Kriging and Monte-Carlo Simulation for structural reliability analysis. This paper proposes three modifications of the AK-MCS method to reduce the number of calls to the performance function. The first modification is related to the definition of an initial Design of Experiments (DoE). In the original AK-MCS method, an initial DoE is created by a random selection of samples among the Monte Carlo population. Therefore, samples in the failure region have fewer chances to be selected, because a small number of samples are usually located in the failure region compared to the safe region. The proposed method in this paper is based on a uniform selection of samples in the predefined domain, so more samples may be selected from the failure region. Another important parameter in the AK-MCS method is the size of the initial DoE. The algorithm may not predict the exact limit state surface with an insufficient number of initial samples. Thus, the second modification of the AK-MCS method is proposed to overcome this problem. The third modification is relevant to the type of regression trend in the AK-MCS method. The original AK-MCS method uses an ordinary Kriging model, so the regression part of Kriging model is an unknown constant value. In this paper, the effect of regression trend in the AK-MCS method is investigated for a benchmark problem, and it is shown that the appropriate choice of regression type could reduce the number of calls to the performance function. A stepwise approach is also presented to select a suitable trend of the Kriging model. The numerical results show the effectiveness of the proposed modifications.
Journal of the Korean association of regional geographers
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v.17
no.4
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pp.432-442
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2011
Climatic variables such as temperature and precipitation tend to vary both in space and in time simultaneously. Thus, it is necessary to include space-time autocorrelation into conventional spatial interpolation methods for reliable time-series mapping. This paper introduces and applies space-time variogram modeling and space-time kriging to generate time-series temperature maps using hourly Automatic Weather System(AWS) temperature observation data for a one-month period. First, temperature observation data are decomposed into deterministic trend and stochastic residual components. For trend component modeling, elevation data which have reasonable correlation with temperature are used as secondary information to generate trend component with topographic effects. Then, space-time variograms of residual components are estimated and modelled by using a product-sum space-time variogram model to account for not only autocorrelation both in space and in time, but also their interactions. From a case study, space-time kriging outperforms both conventional space only ordinary kriging and regression-kriging, which indicates the importance of using space-time autocorrelation information as well as elevation data. It is expected that space-time kriging would be a useful tool when a space-poor but time-rich dataset is analyzed.
Zafor, Md. Abu;Alam, Md. Jahir Bin;Rahman, Md. Azizur;Amin, Mohammad Nurul
Environmental Engineering Research
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v.22
no.4
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pp.369-376
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2017
The trend analysis of the study was acquired by selecting multiyear monthly groundwater table data and monitors the wells in each sub-district under the study area. The intention of this research was to analyze the outcome of the non-parametric Mann-Kendall test at greater than the significance level which is 95% of groundwater level in Sylhet. The aptitude is effective at two conjunctures where the confidence bounds are 95% and it meets the estimate line of Sen's. To calculate and assess the spatial differences in the inanition of groundwater table, geostatistical methods was applied based on data from 27 groundwater wells during the period from January 1975 to December 2011 which were obtained from a secondary source, Bangladesh Water Development Board. The geographic information system was used to assess the spatial change in order to find the level of groundwater. Cross-validation errors were found within an advisable level in estimating the groundwater depth with different interpolation models of ordinary kriging methods. Finally, surface maps were generated with the best-fitted model. The southeast region was found highly vulnerable from groundwater level point of view. Northern region was detected highest hazard prone area for diverge groundwater using kriging method.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.6
no.3
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pp.38-46
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2007
Weight reduction for an automobile component has been sought to achieve fuel efficiency and energy conservation. In response to this trend, a new disc-brake called the circumferential friction disc-brake is suggested. This paper compares the mechanical performances of a conventional disc-brake and a suggested disc-brake, under the dynamic braking condition. The thermoelastic instability is considered to simulate the test condition. Furthermore, the metamodel using kriging interpolation method is introduced to obtain the optimum design of a suggested circumferential friction disc-brake. The design results obtained by the kriging method are compared with those obtained by the ANSYS.
Current trend of design technologies shows engineers to objectify or automate the given decision-making process. The numerical optimization is an example of such technologies. However, in numerical optimization, the uncertainties are uncontrollable to efficiently objectify or automate the process. To better manage these uncertainties, Taguchi method, reliability-based optimization and robust optimization are being used. To obtain the target performance with the maximum robustness is the main functional requirement of a mechanical system. In this research, the robust design strategy is developed based on the DACE and the global optimization approaches. The DACE modeling, known as the one of Kriging interpolation, is introduced to obtain the surrogate approximation model of the system. The robustness is determined by the DACE model to reduce the real function calculations. The simulated annealing algorithm of global optimization methods is adopted to determine the global robust design of a surrogated model. The mathematical problems and the MEMS design problem are investigated to show the validity of the proposed method.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.29
no.9
s.240
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pp.1243-1252
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2005
A current trend of design methodologies is to make engineers objectify or automate the decision-making process. Numerical optimization is an example of such technologies. However, in numerical optimization, the uncertainties are uncontrollable to efficiently objectify or automate the process. To better manage these uncertainties, the Taguchi method, reliability-based optimization and robust optimization are being used. To obtain the target performance with the maximum robustness is the main functional requirement of a mechanical system. In this research, a design procedure for global robust optimization is developed based on the kriging and global optimization approaches. The DACE modeling, known as the one of Kriging interpolation, is introduced to obtain the surrogate approximation model of the function. Robustness is determined by the DACE model to reduce real function calculations. The simulated annealing algorithm of global optimization methods is adopted to determine the global robust design of a surrogated model. As the postprocess, the first order second-moment approximation method is applied to refine the robust optimum. The mathematical problems and the MEMS design problem are investigated to show the validity of the proposed method.
Kim, Dong-Hee;Ryu, Dong-Woo;Lee, Ju-Hyoung;Choi, In-Gul;Kim, Jong-Kook;Lee, Woo-Jin
Journal of the Korean Geotechnical Society
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v.26
no.5
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pp.57-64
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2010
Kriging techniques have been used to estimate the spatial distribution of soil layers and soil properties in the geotechnical engineering area. Since the selected kriging technique may provide different values of estimation, the selection of method is important in the geotechnical estimation. In this paper, the spatial distribution of the thickness of consolidation layer of Songdo International City is estimated using simple, ordinary, and universal kriging techniques, and the reliability of estimated results is analyzed. It is shown that the consolidation layer thickness estimated by the simple kriging technique is larger than those by other kriging techniques when the location of estimation is far from the locations where the measured data exist. In this case, the reliability of the simple kriging technique is observed to be lower than those of other techniques. Universal kriging gives a negative value for thickness of consolidation layer in some locations away from the data. It is concluded that the ordinary kriging is the most optimized estimation technique because the reliability of ordinary kriging technique is higher than those of other ones and the consolidation layer thickness estimated by the ordinary kriging locates within the reasonable range.
A lot of data which are used in environment analysis of air pollution have characteristics that are distributed continuously in space. In this point, the collected data value such as precipitation, temperature, altitude, pollution density, PM10 have spatial aspect. When geostatistical data analysis are needed, acquisition of the value in every point is the best way, however, it is impossible because of the costs and time. Therefore, it is necessary to estimate the unknown values at unsampled locations based on observations. In this study, spatial interpolation method such as local trend surface model, IDW(inverse distance weighted), RBF(radial basis function), Kriging were applied to PM10 annual average concentration of Seoul in 2005 and the accuracy was evaluated. For evaluation of interpolation accuracy, range of estimated value, RMSE, average error were analyzed with observation data. The Kriging and RBF methods had the higher accuracy than others.
Journal of the Korean Association of Geographic Information Studies
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v.2
no.2
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pp.45-58
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1999
Digital map is utilized for an effective display of the distributions of the hydrogeological variables such as water table height(hydraulic head) and log-transmissivity(lnT) in north Pohang, KyungBug. Specifically the geostatistical method kriging is used to construct the distributions in an unconfined aquifer from a finite set of measured data. The experimental variograms for both the head and lnT suggest spherical models with nugget of 0 and range of 6km. The kriged results by using these variograms show that the head decreases primarily from the west to the east with a large peak in the north-western part and lnT is at the maximum level in the central part with outwardly decreasing trend. The constructed delineation is also used to calculate the flow field in the region. Finite differences with second order consistency are used to calculate the fluxes in the east(x) and north(y) across a vertical cross-section of unit width and height equal to the thickness of the wet zone in the aquifer. It is demonstrated that the flow is dominantly in the east with diverging trend on the eastern hillside of the water table peak. A few convergent spots also appear.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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