Kim, Seong Han;Choi, Doo Yong;Kim, Kyoung Pil;Lee, Sang Cheol
Journal of Korean Society of Water and Wastewater
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v.30
no.5
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pp.491-500
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2016
Pressure monitoring is expected to be expanded in a water distribution system according to accelerated development of smart water network management technologies caused by appearances of affordable digital infrastructures like computing, storage and bandwidth. However, the placement of pressure sensors has been determined by engineer's technical decisions since there is no well-defined criteria for deciding a suitable location of pressure sensor. This study presents a placement method of pressure sensors based on the consideration of allowable error in calibrating water network analysis modeling. The proposed method is to find a minimum set of pressure sensors for achieving a reliable management of water transmissions main and increasing the efficiency of their real-time operation. In the case study in Y area's transmission main, the proposed method shows equally distributed pressure sensors in terms of hydraulics. It is expected that the proposed method can be used to manage transmission mains stably and construct a robust real-time network analysis system as a minimal criteria.
Ali Faghfouri;Hamidreza Vosoughifar;Seyedehzeinab Hosseininejad
Smart Structures and Systems
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v.31
no.6
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pp.545-559
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2023
Nanoparticle strips (NPS) are widely used as external reinforcers for two-way reinforced concrete slabs. However, the Structural Health Monitoring (SHM) of these slabs is a very important issue and was evaluated in this study. This study has been done analytically and numerically to optimize the placement of sensors. The properties of slabs and carbon nanotubes as composite sheets were considered isotopic and orthotropic, respectively. The nonlinear Finite Element Method (FEM) approach and suitable optimal placement of sensor approach were developed as a new MATLAB toolbox called DECOMAC by the authors of this paper. The Suitable multi-objective function was considered in optimized processes based on distributed ECOMAC method. Some common concrete slabs in construction with different aspect ratios were considered as case studies. The dimension and distance of nano strips in retrofitting process were selected according to building codes. The results of Optimal Sensor Placement (OSP) by DECOMAC algorithm on un-retrofitted and retrofitted slabs were compared. The statistical analysis according to the Mann-Whitney criteria shows that there is a significant difference between them (mean P-value = 0.61).
Journal of Korean Society for Geospatial Information Science
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v.18
no.2
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pp.3-12
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2010
In previous studies, the digital measurement systems and analysis algorithms were developed by using the related techniques, such as the aerial photograph detection and high resolution satellite image process. However, these studies were limited in 2-dimensional geo-processing. Therefore, it is necessary to apply the 3-dimensional spatial information and coordinate system for higher accuracy in recognizing and locating of geo-features. The objective of this study was to develop a stochastic algorithm for the optimal sensor placement using the 3-dimensional spatial analysis method. The 3-dimensional information of the LiDAR was applied in the sensor field algorithm based on 2- and/or 3-dimensional gridded points. This study was conducted with three case studies using the optimal sensor placement algorithms; the first case was based on 2-dimensional space without obstacles(2D-non obstacles), the second case was based on 2-dimensional space with obstacles(2D-obstacles), and lastly, the third case was based on 3-dimensional space with obstacles(3D-obstacles). Finally, this study suggested the methodology for the optimal sensor placement - especially, for ground-settled sensors - using the LiDAR data, and it showed the possibility of algorithm application in the information collection using sensors.
Proper placement of sensors plays a key role in construction and implementation of an effective structural health monitoring (SHM) system. This paper proposes a novel methodology called the distributed monkey algorithm (DMA) for the optimum design of SHM system sensor arrays. Different from the existing algorithms, the dual-structure coding method is adopted for the representation of design variables and the single large population is partitioned into subsets and each subpopulation searches the space in different directions separately, leading to quicker convergence and higher searching capability. After the personal areas of all subpopulations have been finished, the initial optimal solutions in every subpopulation are extracted and reordered into a new subpopulation, and the harmony search algorithm (HSA) is incorporated to find the final optimal solution. A computational case of a high-rise building has been implemented to demonstrate the effectiveness of the proposed method. Investigations have clearly suggested that the proposed DMA is simple in concept, few in parameters, easy in implementation, and could generate sensor configurations superior to other conventional algorithms both in terms of generating optimal solutions as well as faster convergence.
The present study investigates the employing of piezoelectric patches in active control of a sandwich plate. Indeed, the active control and optimal patch distribution on this structure are presented together. A sandwich plate with honeycomb core and composite reinforced by carbon nanotubes in facesheet layers is considered so that the optimum position of actuator/sensor patches pair is guaranteed to suppress the vibration of sandwich structures. The sandwich panel consists of a search space which is a square of 200 × 200 mm with a numerous number of candidates for the optimum position. Also, different dimension of square and rectangular plates to obtain the optimal placement of piezoelectric actuator/senor patches pair is considered. Based on genetic algorithm and LQR, the optimum position of patches and fitness function is determined, respectively. The present study reveals that the efficiency and performance of LQR control is affected by the optimal placement of the actuator/sensor patches pair to a large extent. It is also shown that an intelligent selection of the parent, repeated genes filtering, and 80% crossover and 20% mutation would increase the convergence of the algorithm. It is noted that a fitness function is achieved by collection actuator/sensor patches pair cost functions in the same position (controllability). It is worth mentioning that the study of the optimal location of actuator/sensor patches pair is carried out for different boundary conditions of a sandwich plate such as simply supported and clamped boundary conditions.
Deciding on an optimal sensor placement (OSP) is a common problem encountered in many engineering applications and is also a critical issue in the construction and implementation of an effective structural health monitoring (SHM) system. The present study focuses with techniques for selecting optimal sensor locations in a sensor network designed to monitor the health condition of Dalian World Trade Building which is the tallest in the northeast of China. Since the number of degree-of-freedom (DOF) of the building structure is too large, multi-modes should be selected to describe the dynamic behavior of a structural system with sufficient accuracy to allow its health state to be determined effectively. However, it's difficult to accurately distinguish the translational and rotational modes for the flexible structures with closely spaced modes by the modal participation mass ratios. In this paper, a new method of the OSP that computing the mode shape matrix in the weak axis of structure by the simplified multi-DOF system was presented based on the equivalent rigidity parameter identification method. The initial sensor assignment was obtained by the QR-factorization of the structural mode shape matrix. Taking the maximum off-diagonal element of the modal assurance criterion (MAC) matrix as a target function, one more sensor was added each time until the maximum off-diagonal element of the MAC reaches the threshold. Considering the economic factors, the final plan of sensor placement was determined. The numerical example demonstrated the feasibility and effectiveness of the proposed scheme.
Monitoring large-scale civil engineering structures such as offshore platforms and high-large buildings requires a large number of sensors of different types. Innovative sensor data information technologies are very extremely important for data transmission, storage and retrieval of large volume sensor data generated from large sensor networks. How to obtain the optimal sensor set and placement is more and more concerned by researchers in vibration-based SHM. In this paper, a method of determining the sensor location which aims to extract the dynamic parameter effectively is presented. The method selects the number and place of sensor being installed on or in structure by through the tolerance domain statistical inference algorithm combined with second order sensitivity technology. The method proposal first finds and determines the sub-set sensors from the theoretic measure point derived from analytical model by the statistical tolerance domain procedure under the principle of modal effective independence. The second step is to judge whether the sorted out measured point set has sensitive to the dynamic change of structure by utilizing second order characteristic value sensitivity analysis. A 76-high-building benchmark mode and an offshore platform structure sensor optimal selection are demonstrated and result shows that the method is available and feasible.
Optimal sensor placement (OSP) is a critical issue in construction and implementation of a sophisticated structural health monitoring (SHM) system. The uncertainties in the identified structural parameters based on the measured data may dramatically reduce the reliability of the condition evaluation results. In this paper, the information entropy, which provides an uncertainty metric for the identified structural parameters, is adopted as the performance measure for a sensor configuration, and the OSP problem is formulated as the multi-objective optimization problem of extracting the Pareto optimal sensor configurations that simultaneously minimize the appropriately defined information entropy indices. The nondirective movement glowworm swarm optimization (NMGSO) algorithm (based on the basic glowworm swarm optimization (GSO) algorithm) is proposed for identifying the effective Pareto optimal sensor configurations. The one-dimensional binary coding system is introduced to code the glowworms instead of the real vector coding method. The Hamming distance is employed to describe the divergence of different glowworms. The luciferin level of the glowworm is defined as a function of the rank value (RV) and the crowding distance (CD), which are deduced by non-dominated sorting. In addition, nondirective movement is developed to relocate the glowworms. A numerical simulation of a long-span suspension bridge is performed to demonstrate the effectiveness of the NMGSO algorithm. The results indicate that the NMGSO algorithm is capable of capturing the Pareto optimal sensor configurations with high accuracy and efficiency.
The response sensitivity method in time domain has been applied extensively for damage identification. In this paper, the relationship between the error of damage identification and the sensitivity matrix is investigated through perturbation analysis. An index is defined according to the perturbation amplify effect and an optimal sensor placement method is proposed based on the minimization of that index. A sequential sub-optimal algorithm is presented which results in consistently good location selection. Numerical simulations with a two-dimensional high truss structure are conducted to validate the proposed method. Results reveal that the damage identification using the optimal sensor placement determined by the proposed method can identify multiple damages of the structure more accurately.
The Journal of The Korea Institute of Intelligent Transport Systems
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v.8
no.5
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pp.26-37
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2009
This paper suggests a sensor's placement method for detecting the dilemma zone problem when real-time driver's safety service is provided at signalized intersections by multiple pointed traffic sensors using USN environments. For detecting the dangerous situations from vehicles accelerating through yellow intervals, red-light running and stopping abruptly like as dilemma zone problem, VISSIM(microscopic, behavior-based multi-purpose traffic simulation program) is used to perform a real-time multiple detection situation by changing the input data like as various inflow-volume, design speed change, driver perception and response time. As a result, the optimal interval of traffic sensors is 20~27m, and the initialized sensor location from stop-line is different according to road design speed. Moreover, the pattern of detection about dilemma zone is also different according to inflow-volumes. This paper shows that the method is useful to evaluate the sensor's placement problem based on micro-simulation and the results can be used as the basic research for USN services.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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