The aerodynamic force is a significant component that influences the stability and safety of structures. It has unstable properties and depends on computer precision, making its long-term prediction challenging. Accurately estimating the aerodynamic traits of structures is critical for structural design and vibration control. This paper establishes an unsteady aerodynamic time series prediction model using Long Short-Term Memory (LSTM) network. The unsteady aerodynamic force under varied Reynolds number and angles of attack is predicted by the LSTM model. The input of the model is the aerodynamic coefficients of the 1 to n sample points and output is the aerodynamic coefficients of the n+1 sample point. The model is predicted by interpolation and extrapolation utilizing Unsteady Reynolds-average Navier-Stokes (URANS) simulation data of flow around a circular cylinder, square cylinder and airfoil. The results illustrate that the trajectories of the LSTM prediction results and URANS outcomes are largely consistent with time. The mean relative error between the forecast results and the original results is less than 6%. Therefore, our technique has a prospective application in unsteady aerodynamic force prediction of structures and can give technical assistance for engineering applications.
The Journal of the Institute of Internet, Broadcasting and Communication
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v.19
no.5
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pp.79-85
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2019
In this paper, we propose a short-term power forecasting method by applying Long Short Term Memory (LSTM) and Gated Recurrent Unit (GRU) neural network to Internet of Things (IoT) power meter. We analyze performance based on real power consumption data of households. Mean absolute error (MAE), mean absolute percentage error (MAPE), mean percentage error (MPE), mean squared error (MSE), and root mean squared error (RMSE) are used as performance evaluation indexes. The experimental results show that the GRU-based model improves the performance by 4.52% in the MAPE and 5.59% in the MPE compared to the LSTM-based model.
This article presents machine learning based approach on Big data to analyzing time series data for anomaly detection in such industrial complex system. Long Short-Term Memory (LSTM) network have been demonstrated to be improved version of RNN and have become a useful aid for many tasks. This LSTM based model learn the higher level temporal features as well as temporal pattern, then such predictor is used to prediction stage to estimate future data. The prediction error is the difference between predicted output made by predictor and actual in-coming values. An error-distribution estimation model is built using a Gaussian distribution to calculate the anomaly in the score of the observation. In this manner, we move from the concept of a single anomaly to the idea of the collective anomaly. This work can assist the monitoring and management of Smart Factory in minimizing failure and improving manufacturing quality.
This paper presents an attempt to apply Deep Learning technology to solve the problem of forecasting floods in urban areas. We employ Recurrent Neural Networks (RNNs), which are suitable for analyzing time series data, to learn observed data of river water and to predict the water level. To test the model, we use water observation data of a station in the Trinity river, Texas, the U.S., with data from 2013 to 2015 for training and data in 2016 for testing. Input of the neural networks is a 16-record-length sequence of 15-minute-interval time-series data, and output is the predicted value of the water level at the next 30 minutes and 60 minutes. In the experiment, we compare three Deep Learning models including standard RNN, RNN trained with Back Propagation Through Time (RNN-BPTT), and Long Short-Term Memory (LSTM). The prediction quality of LSTM can obtain Nash Efficiency exceeding 0.98, while the standard RNN and RNN-BPTT also provide very high accuracy.
A hybrid approach using Long Short Term Memory (LSTM) Recurrent Neural Network (RNN) has showed great improvement in speech recognition accuracy. For training acoustic model based on hybrid approach, it requires forced alignment of HMM state sequence from Gaussian Mixture Model (GMM)-Hidden Markov Model (HMM). However, high computation time for training GMM-HMM is required. This paper proposes an end-to-end approach for LSTM RNN-based Korean speech recognition to improve learning speed. A Connectionist Temporal Classification (CTC) algorithm is proposed to implement this approach. The proposed method showed almost equal performance in recognition rate, while the learning speed is 1.27 times faster.
This study investigates the potential of bidirectional long short-term memory (Bi-LSTM) for efficient modeling of temporal information in crop classification using multitemporal remote sensing images. Unlike unidirectional LSTM models that consider only either forward or backward states, Bi-LSTM could account for temporal dependency of time-series images in both forward and backward directions. This property of Bi-LSTM can be effectively applied to crop classification when it is difficult to obtain full time-series images covering the entire growth cycle of crops. The classification performance of the Bi-LSTM is compared with that of two unidirectional LSTM architectures (forward and backward) with respect to different input image combinations via a case study of crop classification in Anbadegi, Korea. When full time-series images were used as inputs for classification, the Bi-LSTM outperformed the other unidirectional LSTM architectures; however, the difference in classification accuracy from unidirectional LSTM was not substantial. On the contrary, when using multitemporal images that did not include useful information for the discrimination of crops, the Bi-LSTM could compensate for the information deficiency by including temporal information from both forward and backward states, thereby achieving the best classification accuracy, compared with the unidirectional LSTM. These case study results indicate the efficiency of the Bi-LSTM for crop classification, particularly when limited input images are available.
Flood prediction is an important issue to prevent damages by flood inundation caused by increasing high-intensity rainfall with climate change. In recent years, machine learning algorithms have been receiving attention in many scientific fields including hydrology, water resources, natural hazards, etc. The performance of a machine learning algorithm was investigated to predict the water elevation of a river in this study. The aim of this study was to develop a new method for securing a large enough lead time for flood defenses by predicting river water elevation using the a long- short-term memory (LSTM) technique. The water elevation data at the Oisong gauging station were selected to evaluate its applicability. The test data were the water elevation data measured by K-water from 15 February 2013 to 26 August 2018, approximately 5 years 6 months, at 1 hour intervals. To investigate the predictability of the data in terms of the data characteristics and the lead time of the prediction data, the data were divided into the same interval data (group-A) and time average data (group-B) set. Next, the predictability was evaluated by constructing a total of 36 cases. Based on the results, group-A had a more stable water elevation prediction skill compared to group-B with a lead time from 1 to 6 h. Thus, the LSTM technique using only measured water elevation data can be used for securing the appropriate lead time for flood defense in a river.
Forearm electromyography (EMG) generated by wrist movements has been widely used to develop an electrical prosthetic hand, but EMG generated by finger movements has been rarely used even though 20% of amputees lose fingers. The goal of this study is to improve the classification performance of different finger movements using a deep learning algorithm, and thereby contributing to the development of a high-performance finger-based prosthetic hand. Ten participants took part in this study, and they performed seven different finger movements forty times each (thumb, index, middle, ring, little, fist and rest) during which EMG was measured from the back of the right hand using four bipolar electrodes. We extracted mean absolute value (MAV), root mean square (RMS), and mean (MEAN) from the measured EMGs for each trial as features, and a 5x5-fold cross-validation was performed to estimate the classification performance of seven different finger movements. A long short-term memory (LSTM) model was used as a classifier, and linear discriminant analysis (LDA) that is a widely used classifier in previous studies was also used for comparison. The best performance of the LSTM model (sensitivity: 91.46 ± 6.72%; specificity: 91.27 ± 4.18%; accuracy: 91.26 ± 4.09%) significantly outperformed that of LDA (sensitivity: 84.55 ± 9.61%; specificity: 84.02 ± 6.00%; accuracy: 84.00 ± 5.87%). Our result demonstrates the feasibility of a deep learning algorithm (LSTM) to improve the performance of classifying different finger movements using EMG.
Seo, Jaehong;Park, Junsung;Yoo, Joonwoo;Park, Heejun
Journal of Korean Society for Quality Management
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v.49
no.4
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pp.581-594
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2021
Purpose: The purpose of this study is to compare machine learning models for anomaly detection of mechanical facility equipment and suggest an anomaly detection system for mechanical facility equipment in subway stations. It helps to predict failures and plan the maintenance of facility. Ultimately it aims to improve the quality of facility equipment. Methods: The data collected from Daejeon Metropolitan Rapid Transit Corporation was used in this experiment. The experiment was performed using Python, Scikit-learn, tensorflow 2.0 for preprocessing and machine learning. Also it was conducted in two failure states of the equipment. We compared and analyzed five unsupervised machine learning models focused on model Long Short-Term Memory Variational Autoencoder(LSTM-VAE). Results: In both experiments, change in vibration and current data was observed when there is a defect. When the rotating body failure was happened, the magnitude of vibration has increased but current has decreased. In situation of axis alignment failure, both of vibration and current have increased. In addition, model LSTM-VAE showed superior accuracy than the other four base-line models. Conclusion: According to the results, model LSTM-VAE showed outstanding performance with more than 97% of accuracy in the experiments. Thus, the quality of mechanical facility equipment will be improved if the proposed anomaly detection system is established with this model used.
Park, Jong-Min;Kim, Yoonju;Kim, Haeun;Kim, Youn-Jung
Journal of Korean Biological Nursing Science
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v.21
no.3
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pp.217-223
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2019
Purpose: Caffeine is the most widely consumed psychostimulant of the methylxanthine class. Among adolescents, high-dose of caffeine consumption has increased rapidly over the last few decades due to the introduction of energy drinks. However, little is known about the time-dependent effect of high doses of caffeine consumption in adolescents. The present study aims to examine the short- and long-term influence of high-dose caffeine on behavior of adolescence. Methods: The animals were divided into three groups: a "vehicle" group, which was injected with 1 ml of phosphate-buffered saline for 14 days; a "Day 1" group, which was injected with caffeine (30 mg/kg), 2 h before the behavioral tests; and a "Day 14" group, which was infused with caffeine for 14 days. An open-field test, a Y-maze test, and a passive avoidance test were conducted to assess the rats'activity levels, anxiety, and cognitive function. Results: High-dose caffeine had similar effects in short-and long-term treatment groups. It increased the level of locomotor activity and anxiety-like behavior, as evidenced by the increase in the number of movements and incidences of rearing and grooming in the caffeine-treated groups. No significant differences were observed between the groups in the Y-maze test. However, in the passive avoidance test, the escape latency in the caffeine-treated group was decreased significantly, indicating impaired memory acquisition. Conclusion: These results indicate that high-dose caffeine in adolescents may increase locomotor activity and anxiety-like behavior and impair learning and memory, irrespective of the duration of administration. The findings will be valuable for both evidence-based education and clinical practice.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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