In this paper, we propose an automatic modulation classification method for ten digitally modulated baseband signals, such as 2-FSK, 4-FSK, 8-FSK, MSK, BPSK, QPSK, 8-PSK, 16-QAM, 32-QAM, and 64-QAM based on higher order statistics of cyclostationary process. The first order cyclic moments and higher order cyclic cumulants of the signal are used as features of the modulation signals. The proposed method consists of two stages. At the first stage, we classify modulation signals as M-FSK and non-FSK using peaks of the first order cyclic moment. At the next step, we apply the Gaussian mixture model-based classifier to classify non-FSK. Simulation results are demonstrated to evaluate the proposed scheme. The results show high probability of classification even in the presence of frequency and phase offsets.
A first-order moment method (FORM) reliability analysis is commonly used for structural stability analysis. It requires the values and partial derivatives of the performance to function with respect to the random variables for the design. These calculations can be cumbersome when the performance functions are implicit. A Gaussian process (GP)-based response surface is adopted in this study to approximate the limit state function. By using a trained GP model, a large number of values and partial derivatives of the performance functions can be obtained for conventional reliability analysis with a FORM, thereby reducing the number of stability analysis calculations. This dynamic renewed knowledge source can provide great assistance in improving the predictive capacity of GP during the iterative process, particularly from the view of machine learning. An iterative algorithm is therefore proposed to improve the precision of GP approximation around the design point by constantly adding new design points to the initial training set. Examples are provided to illustrate the GP-based response surface for both structural and non-structural reliability analyses. The results show that the proposed approach is applicable to structural reliability analyses that involve implicit performance functions and structural response evaluations that entail time-consuming finite element analyses.
A stochastic response spectrum method is proposed for simple evaluation of the structural response of an actively controlled aseismic structure. The response spectrum is constructed assuming a linear structure with an active mass damper (AMD) system, and an earthquake wave model given by the product of a non-stationary envelope function and a stationary Gaussian random process with Kanai-Tajimi power spectral density. The control design is executed using a linear quadratic Gaussian control strategy for an enlarged state space system, and the response amplification factor is given by the combination of the obtained statistical response values and extreme value theory. The response spectrum thus produced can be used for simple dynamical analyses. The response factors obtained by this method for a multi-degree-of-freedom structure are shown to be comparable with those determined by numerical simulations, demonstrating the validity and utility of the proposed technique as a simple design tool. This method is expected to be useful for engineers in the initial design stage for structures with active aseismic control.
Magnetic Flux Leakage (MFL) inspection is a general non-destructive testing (NDT) method to detect the corrosion of natural gas pipelines. Currently, it is subjectively analyzed by trained analysts. In spite of investing much time and human resources, the inspection results may be different according to the analysts' expertise. So, many gas suppliers are keenly interested in the automation of the interpretation process. This paper presents a Gaussian variance filtering method of MFL signals, which is taken from MFL pigging of underground pipelines. In the proposed algorithm the original MFL signals are filtered by multiple Gaussians with different variance. Experimental results show that this approach does not need to align bias and to use explicit noise reduction algorithm.
Reliable wind signal reconstruction can be beneficial to the operational safety of long-span bridges. Non-Gaussian characteristics of wind signals make the reconstruction process challenging. In this paper, non-Gaussian wind signals are converted into a combined prediction of two kinds of features, actual wind speeds and wind angles of attack. First, two decomposition techniques, empirical mode decomposition (EMD) and variational mode decomposition (VMD), are introduced to decompose wind signals into intrinsic mode functions (IMFs) to reduce the randomness of wind signals. Their principles and applicability are also discussed. Then, four artificial intelligence (AI) algorithms are utilized for wind signal reconstruction by combining the particle swarm optimization (PSO) algorithm with back propagation neural network (BPNN), support vector regression (SVR), long short-term memory (LSTM) and bidirectional long short-term memory (Bi-LSTM), respectively. Measured wind signals from a bridge site in a deep-cutting gorge are taken as experimental subjects. The results showed that the reconstruction error of high-frequency components of EMD is too large. On the contrary, VMD fully extracts the multiscale rules of the signal, reduces the component complexity. The combination of VMD-PSO-Bi-LSTM is demonstrated to be the most effective among all hybrid models.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.18
no.5
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pp.518-523
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2017
This paper proposes a novel denoising method based on non-local(NL) means. The NL-means algorithm is effective for removing an additive Gaussian noise, but the denoising parameter should be controlled depending on the noise level for proper noise elimination. Therefore, the proposed method optimizes the denoising parameter according to the noise levels. The proposed method consists of two processes: off-line and on-line. In the off-line process, the relations between the noise level and the denoising parameter of the NL-means filter are analyzed. For a given noise level, the various denoising parameters are applied to the NL-means algorithm, and then the qualities of resulting images are quantified using a structural similarity index(SSIM). The parameter with the highest SSIM is chosen as the optimal denoising parameter for the given noise level. In the on-line process, we estimate the noise level for a given noisy image and select the optimal denoising parameter according to the estimated noise level. Finally, NL-means filtering is performed using the selected denoising parameter. As shown in the experimental results, the proposed method accurately estimated the noise level and effectively eliminated noise for various noise levels. The accuracy of noise estimation is 90.0% and the highest Peak Signal-to-noise ratio(PSNR), SSIM value.
In this work the stationary bootstrap of Politis and Romano [27] is applied to the empirical distribution function of stationary and associated random variables. A weak convergence theorem for the stationary bootstrap empirical processes of associated sequences is established with its limiting to a Gaussian process almost surely, conditionally on the stationary observations. The weak convergence result is proved by means of a random central limit theorem on geometrically distributed random block size of the stationary bootstrap procedure. As its statistical applications, stationary bootstrap quantiles and stationary bootstrap mean residual life process are discussed. Our results extend the existing ones of Peligrad [25] who dealt with the weak convergence of non-random blockwise empirical processes of associated sequences as well as of Shao and Yu [35] who obtained the weak convergence of the mean residual life process in reliability theory as an application of the association.
It is widely known that axially loaded fiber-reinforced polymer (FRP) confined concrete presents significant and enhanced mechanical properties with reference to the unconfined concrete. Therefore, to predict the mechanical behavior of FRP-confined concrete two quantities-peak strength and ultimate strain are required. Despite the significant advances, the determination of the ultimate strain of FRP-confined concrete is one of the most challenging problems to be resolved. This is often attributed to our persistence in desiring the conventional methods as the sole technique to examine this phenomenon and the complex nature of the ultimate strain of FRP-confined concrete. To bridge the research gap, this study adopted two machine learning (ML) techniques-artificial neural network (ANN) and Gaussian process regression (GPR)-to analyze observations obtained from 627 datasets of FRP-confined concrete circular and non-circular sections under axial loading test. Besides, the techniques are also used to predict the ultimate strain of FRP-confined concrete. Seven parameters namely width/diameter of the specimens, corner radius ratio, the strength of concrete, FRP elastic modulus, FRP thickness, FRP tensile rupture strain, and the axial strain of unconfined concrete-are the input parameters used to predict the ultimate strain of FRP-confined concrete. The results of the current study highlight the merit of using AI techniques in structural engineering applications given their extraordinary ability to comprehend multidimensional phenomena of FRP-confined concrete structures with ease, low computational cost, and high performance over the existing empirical models.
The Journal of the Convergence on Culture Technology
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v.8
no.6
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pp.765-773
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2022
This study is a study on the application of a horizontal excavation machine system to improve constructability. In this study, the structural stability of non-covered temporary facilities was evaluated by comparing field measurements and numerical analysis. In addition, the appropriateness of the measurement results was analyzed by comparing and analyzing the results of numerical analysis with the analysis results applying the Gaussian probability density function to the measurement results. In this study, structural safety and long-term durability of the linkage were analyzed based on numerical analysis. As a result of the study, it was analyzed that the non-open cut method (H.A.S. method) of this study secures structural safety and constructability as the behavior in the actual construction process is more safe than the numerical analysis results, even if the uncertainty of the ground condition is taken into account.
Data modelling and interpretation for structural health monitoring (SHM) field data are critical for evaluating structural performance and quantifying the vulnerability of infrastructure systems. In order to improve the data modelling accuracy, and extend the application range from data regression analysis to out-of-sample forecasting analysis, an improved most likely heteroscedastic Gaussian process (iMLHGP) methodology is proposed in this study by the incorporation of the outof-sample forecasting algorithm. The proposed iMLHGP method overcomes this limitation of constant variance of Gaussian process (GP), and can be used for estimating non-stationary typhoon-induced response statistics with high volatility. The first attempt at performing data regression and forecasting analysis on structural responses using the proposed iMLHGP method has been presented by applying it to real-world filed SHM data from an instrumented cable-stay bridge during typhoon events. Uncertainty quantification and correlation analysis were also carried out to investigate the influence of typhoons on bridge strain data. Results show that the iMLHGP method has high accuracy in both regression and out-of-sample forecasting. The iMLHGP framework takes both data heteroscedasticity and accurate analytical processing of noise variance (replace with a point estimation on the most likely value) into account to avoid the intensive computational effort. According to uncertainty quantification and correlation analysis results, the uncertainties of strain measurements are affected by both traffic and wind speed. The overall change of bridge strain is affected by temperature, and the local fluctuation is greatly affected by wind speed in typhoon conditions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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