• 제목/요약/키워드: Long Short Term Memory (LSTM)

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LSTM 기반 ANC를 이용한 외부 소음 저감에 관한 연구 (External Noise Reduction with LSTM-Based ANC)

  • 장준영;조현준;김환웅;강승훈;김정민
    • 한국정보처리학회:학술대회논문집
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    • 한국정보처리학회 2023년도 추계학술발표대회
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    • pp.1108-1109
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    • 2023
  • 본 논문은 선박 내부 소음을 효과적으로 감소시키기 위한 ANC(Active Noise Cancellation)및 인공 지능 (AI) 결합 시스템의 개발과 적용에 관한 연구를 다룬다. 선박 환경에서의 소음은 승원의 스트레스 증가와 불편을 초래하므로, 이를 해결하기 위한 방법을 제안하고자 한다. 외부 소음과 내부 소음 데이터를 수집하고, STFT(Short-Time Fourier Transform)알고리즘을 통해 소음 데이터를 분석 가능한 형태로 전처리한다. 그 후, LSTM(Long Short-Term Memory)알고리즘을 사용하여 선박 외부에서 발생한 소음을 입력으로 받아 내부에서 들리는 외부 소음을 예측하고 제어하는 모델을 훈련시킨다. 이후 최적화 과정을 거쳐 예측 소음의 반대 파형을 생성 및 출력을 통해 ANC 를 구현한다.

Time-Series Estimation based AI Algorithm for Energy Management in a Virtual Power Plant System

  • Yeonwoo LEE
    • 한국인공지능학회지
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    • 제12권1호
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    • pp.17-24
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    • 2024
  • This paper introduces a novel approach to time-series estimation for energy load forecasting within Virtual Power Plant (VPP) systems, leveraging advanced artificial intelligence (AI) algorithms, namely Long Short-Term Memory (LSTM) and Seasonal Autoregressive Integrated Moving Average (SARIMA). Virtual power plants, which integrate diverse microgrids managed by Energy Management Systems (EMS), require precise forecasting techniques to balance energy supply and demand efficiently. The paper introduces a hybrid-method forecasting model combining a parametric-based statistical technique and an AI algorithm. The LSTM algorithm is particularly employed to discern pattern correlations over fixed intervals, crucial for predicting accurate future energy loads. SARIMA is applied to generate time-series forecasts, accounting for non-stationary and seasonal variations. The forecasting model incorporates a broad spectrum of distributed energy resources, including renewable energy sources and conventional power plants. Data spanning a decade, sourced from the Korea Power Exchange (KPX) Electrical Power Statistical Information System (EPSIS), were utilized to validate the model. The proposed hybrid LSTM-SARIMA model with parameter sets (1, 1, 1, 12) and (2, 1, 1, 12) demonstrated a high fidelity to the actual observed data. Thus, it is concluded that the optimized system notably surpasses traditional forecasting methods, indicating that this model offers a viable solution for EMS to enhance short-term load forecasting.

머신 러닝과 데이터 전처리를 활용한 증류탑 온도 예측 (Prediction of Distillation Column Temperature Using Machine Learning and Data Preprocessing)

  • 이예찬;최영렬;조형태;김정환
    • Korean Chemical Engineering Research
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    • 제59권2호
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    • pp.191-199
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    • 2021
  • 화학 공정의 주요 설비 중 하나인 증류탑은 물질들의 끓는점 차이를 이용하여 혼합물에서 원하는 생산물을 분리하는 설비이며 증류 공정은 많은 에너지가 소비되기 때문에 최적화 및 운전 예측이 필요하다. 본 연구의 대상 공정은 공급처에 따라 원료의 조성이 일정하지 않아 정상 상태로 운전이 어려워 효율적인 운전이 어렵다. 이를 해결하기 위해 데이터 기반 예측 모델을 이용하여 운전 조건을 예측 할 수 있다. 하지만 미가공 공정 데이터에는 이상치 및 노이즈가 포함되어 있어 예측 성능을 향상시키기 위해 데이터 전처리가 필요하다. 본 연구에서는 인공 신경망 모델인 Long short-term memory (LSTM)과 Random forest (RF)를 사용하여 모델을 최적화한 후, 데이터 전처리 방법으로 Low-pass filter와 One-class support vector machine을 사용하여 데이터 전처리 방법 및 범위에 따른 예측 성능을 비교하였다. 각 모델의 예측 성능과 데이터 전처리의 영향은 R2과 RMSE를 사용하여 비교하였다. 본 연구의 결과, 전처리를 통해 LSTM의 경우 R2은 0.791에서 0.977으로 RMSE는 0.132에서 0.029로 각각 23.5%, 78.0% 향상되었고, RF의 경우 R2은 0.767에서 0.938으로 RMSE는 0.140에서 0.050으로 각각 22.3%, 64.3% 향상되었다.

시계열 분석 딥러닝 알고리즘을 적용한 낙동강 하굿둑 염분 예측 (Prediction of Salinity of Nakdong River Estuary Using Deep Learning Algorithm (LSTM) for Time Series Analysis)

  • 우정운;김연중;윤종성
    • 한국해안·해양공학회논문집
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    • 제34권4호
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    • pp.128-134
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    • 2022
  • 낙동강 하굿둑은 올해 2022년 해수 유입기간을 매월 대조기마다로 확대, 하굿둑 상류 15 km 이내로 기수역 조성을 목표로 운영되고 있다. 목표 기수역 조성구간 및 염수피해 방지를 위한 신속한 의사결정을 위해 본 연구에서는 딥러닝 알고리즘 Long Short-Term Memory(LSTM)을 적용하여 낙동대교(하굿둑 상류 약 5 km)지점의 염분 예측을 수행하였다. 창녕·함안보 방류량 등 낙동강 하구역의 시·공간적 특성을 반영하기 위한 입력데이터를 구축하였으며, Sequence length에 따른 정도 변화를 통해 낙동강 하구역의 수리학적 특성을 고려한 최적모델을 구축하였다. 예측 정확도는 결정계수(R-squred)와 RMSE(root mean square error) 이용하여 통계분석을 실시하였으며. Sequence length가 12일 때 R-squred 0.997, RMSE 0.122로 가장 정도가 높았으며, 선행 예측시간은 12시간 간격까지 R -squred 0.93 이상으로 높은 정도를 보였다.

LSTM을 이용한 탄천에서의 시간별 하천수위 모의 (Hourly Water Level Simulation in Tancheon River Using an LSTM)

  • 박창언
    • 한국농공학회논문집
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    • 제66권4호
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    • pp.51-57
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    • 2024
  • This study was conducted on how to simulate runoff, which was done using existing physical models, using an LSTM (Long Short-Term Memory) model based on deep learning. Tancheon, the first tributary of the Han River, was selected as the target area for the model application. To apply the model, one water level observatory and four rainfall observatories were selected, and hourly data from 2020 to 2023 were collected to apply the model. River water level of the outlet of the Tancheon basin was simulated by inputting precipitation data from four rainfall observation stations in the basin and average preceding 72-hour precipitation data for each hour. As a result of water level simulation using 2021 to 2023 data for learning and testing with 2020 data, it was confirmed that reliable simulation results were produced through appropriate learning steps, reaching a certain mean absolute error in a short period time. Despite the short data period, it was found that the mean absolute percentage error was 0.5544~0.6226%, showing an accuracy of over 99.4%. As a result of comparing the simulated and observed values of the rapidly changing river water level during a specific heavy rain period, the coefficient of determination was found to be 0.9754 and 0.9884. It was determined that the performance of LSTM, which aims to simulate river water levels, could be improved by including preceding precipitation in the input data and using precipitation data from various rainfall observation stations within the basin.

자연 언어의 장기 의존성을 고려한 심층 학습 모델 (Deep learning model that considers the long-term dependency of natural language)

  • 박찬용;최호진
    • 한국정보과학회 언어공학연구회:학술대회논문집(한글 및 한국어 정보처리)
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    • 한국정보과학회언어공학연구회 2018년도 제30회 한글 및 한국어 정보처리 학술대회
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    • pp.281-284
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    • 2018
  • 본 논문에서는 machine reading 분야에서 기존의 long short-term memory (LSTM) 모델이 가지는 문제점을 해결하는 새로운 네트워크를 제안하고자 한다. 기존의 LSTM 모델은 크게 두가지 제한점을 가지는데, 그 중 첫째는 forget gate로 인해 잊혀진 중요한 문맥 정보들이 복원될 수 있는 방법이 없다는 것이다. 자연어에서 과거의 문맥 정보에 따라 현재의 단어의 의미가 크게 좌지우지될 수 있으므로 올바른 문장의 이해를 위해 필요한 과거 문맥의 정보 유지는 필수적이다. 또 다른 문제는 자연어는 그 자체로 단어들 간의 복잡한 구조를 통해 문장이 이루어지는 반면 기존의 시계열 모델들은 단어들 간의 관계를 추론할 수 있는 직접적인 방법을 가지고 있지 않다는 것이다. 본 논문에서는 최근 딥 러닝 분야에서 널리 쓰이는 attention mechanism과 본 논문이 제안하는 restore gate를 결합한 네트워크를 통해 상기 문제를 해결하고자 한다. 본 논문의 실험에서는 기존의 다른 시계열 모델들과 비교를 통해 제안한 모델의 우수성을 확인하였다.

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LRCN을 이용한 리튬 이온 배터리의 건강 상태 추정 (State of Health Estimation for Lithium-Ion Batteries Using Long-term Recurrent Convolutional Network)

  • 홍선리;강모세;정학근;백종복;김종훈
    • 전력전자학회논문지
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    • 제26권3호
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    • pp.183-191
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    • 2021
  • A battery management system (BMS) provides some functions for ensuring safety and reliability that includes algorithms estimating battery states. Given the changes caused by various operating conditions, the state-of-health (SOH), which represents a figure of merit of the battery's ability to store and deliver energy, becomes challenging to estimate. Machine learning methods can be applied to perform accurate SOH estimation. In this study, we propose a Long-Term Recurrent Convolutional Network (LRCN) that combines the Convolutional Neural Network (CNN) and Long Short-term Memory (LSTM) to extract aging characteristics and learn temporal mechanisms. The dataset collected by the battery aging experiments of NASA PCoE is used to train models. The input dataset used part of the charging profile. The accuracy of the proposed model is compared with the CNN and LSTM models using the k-fold cross-validation technique. The proposed model achieves a low RMSE of 2.21%, which shows higher accuracy than others in SOH estimation.

Bidirectional LSTM을 이용한 전이기반 한국어 의존 구문분석 (Transition-Based Korean Dependency Parsing using Bidirectional LSTM)

  • 하태빈;이태현;서영훈
    • 한국정보과학회 언어공학연구회:학술대회논문집(한글 및 한국어 정보처리)
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    • 한국정보과학회언어공학연구회 2018년도 제30회 한글 및 한국어 정보처리 학술대회
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    • pp.527-529
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    • 2018
  • 초기 자연언어처리에 FNN(Feedforward Neural Network)을 적용한 연구들에 비해 LSTM(Long Short-Term Memory)은 현재 시점의 정보뿐만 아니라 이전 시점의 정보를 담고 있어 문장을 이루는 어절들, 어절을 이루는 형태소 등 순차적인(sequential) 데이터를 처리하는데 좋은 성능을 보인다. 본 논문에서는 스택과 버퍼에 있는 어절을 양방향 LSTM encoding을 이용한 representation으로 표현하여 전이기반 의존구문분석에 적용하여 현재 UAS 89.4%의 정확도를 보였고, 자질 추가 및 정제작업을 통해 성능이 개선될 것으로 보인다.

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LSTM-CRF를 이용한 생명과학분야 개체명 인식 (Bio-NER using LSTM-CRF)

  • 최경호;황현선;이창기
    • 한국정보과학회 언어공학연구회:학술대회논문집(한글 및 한국어 정보처리)
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    • 한국정보과학회언어공학연구회 2015년도 제27회 한글 및 한국어 정보처리 학술대회
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    • pp.85-89
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    • 2015
  • 본 논문에서는 시퀀스 레이블링 문제에 적합하다고 알려진 Long Short Term Memory Recurrent Neural Network에 아웃풋간의 의존관계를 추가한 LSTM-CRF(Conditional Random Field)를 이용하여 생명과학분야 개체명 인식 시스템을 구축하였다. 학습 및 평가를 위해 BioNLP 2011-st REL data를 개체명 인식 실험에 사용하였으며, 실험결과 LSTM-CRF를 사용한 시스템은 81.83의 F1-score를 기록해, 기존의 시스템인 "BANNER"의 F1-score 81.96과 비슷한 성능을 보였다.

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A LSTM-based method for intelligent prediction on mechanical response of precast nodular piles

  • Chen, Xiao-Xiao;Zhan, Chang-Sheng;Lu, Sheng-Liang
    • Smart Structures and Systems
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    • 제30권2호
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    • pp.209-219
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    • 2022
  • The determination for bearing capacity of precast nodular piles is conventionally time-consuming and high-cost by using numerous experiments and empirical methods. This study proposes an intelligent method to evaluate the bearing capacity and shaft resistance of the nodular piles with high efficiency based on long short-term memory (LSTM) approach. A series of field tests are first designed to measure the axial force, shaft resistance and displacement of the combined nodular piles under different loadings, in comparison with the single pre-stressed high-strength concrete piles. The test results confirm that the combined nodular piles could provide larger ultimate bearing capacity (more than 100%) than the single pre-stressed high-strength concrete piles. Both the LSTM-based method and empirical methods are used to calculate the shift resistance of the combined nodular piles. The results show that the LSTM-based method has a high-precision estimation on shaft resistance, not only for the ultimate load but also for the working load.