Guaranteeing the quality and integrity of structural health monitoring (SHM) data is very important for an effective assessment of structural condition. However, sensory system may malfunction due to sensor fault or harsh operational environment, resulting in multiple types of data anomaly existing in the measured data. Efficiently and automatically identifying anomalies from the vast amounts of measured data is significant for assessing the structural conditions and early warning for structural failure in SHM. The major challenges of current automated data anomaly detection methods are the imbalance of dataset categories. In terms of the feature of actual anomalous data, this paper proposes a data anomaly detection method based on data-level and deep learning technique for SHM of civil engineering structures. The proposed method consists of a data balancing phase to prepare a comprehensive training dataset based on data-level technique, and an anomaly detection phase based on a sophisticatedly designed network. The advanced densely connected convolutional network (DenseNet) and Transformer encoder are embedded in the specific network to facilitate extraction of both detail and global features of response data, and to establish the mapping between the highest level of abstractive features and data anomaly class. Numerical studies on a steel frame model are conducted to evaluate the performance and noise immunity of using the proposed network for data anomaly detection. The applicability of the proposed method for data anomaly classification is validated with the measured data of a practical supertall structure. The proposed method presents a remarkable performance on data anomaly detection, which reaches a 95.7% overall accuracy with practical engineering structural monitoring data, which demonstrates the effectiveness of data balancing and the robust classification capability of the proposed network.
Lee, Seungwoo;Kang, Minjae;Son, Youngjae;Gil, Gun Wook;Cheong, Seok Hyun;Bae, Ha Neul;Noh, Dong Kun
Proceedings of the Korean Society of Computer Information Conference
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2020.07a
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pp.135-138
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2020
무선 센서 네트워크에서 모바일 싱크의 도입은 기존의 고정된 위치의 싱크를 사용하는 WSN에서 발생하는, 싱크 주변 노드들과 외곽 노드들 간의 에너지 불균형 문제(에너지 핫스팟 문제)를 어느 정도 해결할 수 있게 하였다. 그러나 모바일 싱크의 에너지 제약으로 인해 싱크가 모든 노드를 방문하여 데이터를 수집할 수 없기 때문에, 앵커(또는 헤드)라고 불리는 특정 노드에서 데이터를 모으고, 모바일 싱크는 이러한 앵커 노드들만을 방문하는 방법이 널리 사용되고 있다. 최근 연구에서는 모바일 싱크가 보다 효율적으로 에너지 불균형 문제를 해결하기 위하여 모바일 싱크 이동 경로 및 앵커 노드 선정 최적화 방법이 활발히 연구되고 있다. 본 연구에서는 태양 에너지 기반 센서 네트워크를 위한 영역 기반 앵커 선정 기법 및 모바일 싱크 이동 경로 선택 기법을 제안한다. 제안 기법은 각 노드가 수집하는 태양 에너지의 활용을 최대화하고, 에너지 핫스팟 문제를 완화하기 위해 두 개의 라인(영역)을 설정하고 이 라인을 따라 앵커 노드가 선정된다. 모바일 싱크는 데이터 수집을 위해 이 두 라인을 왕복 이동 경로로 택하여 라인 내의 앵커 노드를 방문한다. 실험을 통해 제안 기법이 기존 기법보다 에너지 불균형 문제가 완화되어 노드의 정전 시간이 줄어들고, 이에 따라 모바일 싱크에서 수집되는 데이터의 양이 증가하는 것을 확인하였다.
Journal of Korean Society of Disaster and Security
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v.16
no.1
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pp.105-113
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2023
Jeollanam-do has 25 land-to-island and island-to-island bridges, the largest number in Korea. It is a local government rich in specialized marine and tourism resources centered on the archipelago and the sea bridges connecting them. However, in the case of sea-crossing bridges, when strong winds or typhoons occur, there is an issue that increases anxiety among users and local residents due to excessive vibration of the bridge, apart from structural safety of the bridge. In fact, in the case of Cheonsa Bridge in Shinan-gun, which was recently opened in 2019, vehicle traffic restrictions due to strong winds and excessive vibrations frequently occurred, resulting in complaints from local residents and drivers due to increased anxiety. Therefore, based on the data measured using IoT measurement technology, it is possible to relieve local residents' anxiety about the safety management of marine bridges by providing quantitative and accurate bridge vibration levels related to traffic and wind conditions of bridges in real time to local residents. This study uses the existing measurement system and IoT sensor to constantly observe the wind speed and vibration of the marine bridge, and transmits it to local residents and managers to relieve anxiety about the safety and traffic of the sea-crossing bridge, and strong winds and to develop technologies capable of preemptively responding to large-scale disasters.
Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers
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v.54
no.4
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pp.68-74
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2017
This paper presents a joint demosaicking and arbitrary-ratio down sampling algorithm for color filter array (CFA) images. Color demosaiking is a necessary part of image signal processing pipeline for many types of digital image recording system using single sensor. Also, such as smart phone, obtained high resolution image from image sensor has to be down-sampled to be displayed on the screen. The conventional solution is "Demosaicking first and down sampling later". However, this scheme requires a significant amount of memory and computational cost. Also, artifacts can be introduced or details get damaged during demosaicking and down sampling process. In this paper, we propose a method in which demosaicking and down sampling are working simultaneously. We use inverse mapping of Bayer CFA and then joint demosaicking and down sampling with arbitrary-ratio scheme based on signal decomposition of high and low frequency component in input data. Experimental results show that our proposed algorithm has better image quality performance and much less computational cost than those of conventional solution.
Seo, Dong-Woo;Huh, Taesang;Kim, Myungil;Oh, Jae-Won;Cho, Su-Gil
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.21
no.11
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pp.672-682
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2020
The Korea Nowadays, which is research on digital twin technology for efficient operation in various industrial/manufacturing sites, is being actively conducted, and gradual depletion of fossil fuels and environmental pollution issues require new renewable/eco-friendly power generation methods, such as wave power plants. In wave power generation, however, which generates electricity from the energy of waves, it is very important to understand and predict the amount of power generation and operational efficiency factors, such as breakdown, because these are closely related by wave energy with high variability. Therefore, it is necessary to derive a meaningful correlation between highly volatile data, such as wave height data and sensor data in an oscillating water column (OWC) chamber. Secondly, the methodological study, which can predict the desired information, should be conducted by learning the prediction situation with the extracted data based on the derived correlation. This study designed a workflow-based training model using a machine learning framework to predict the pressure of the OWC. In addition, the validity of the pressure prediction analysis was verified through a verification and evaluation dataset using an IoT sensor data to enable smart operation and maintenance with the digital twin of the wave generation system.
Nowadays, recognizing human activities is an important subject; it is exploited widely and applied to many fields in real-life, especially in health care and context aware application. Research achievements are mainly focused on activities of daily living which are useful for suggesting advises to health care applications. Falling event is one of the biggest risks to the health and well-being of the elderly especially in independent living because falling accidents may be caused from heart attack. Recognizing this activity still remains in difficult research area. Many systems equipped wearable sensors have been proposed but they are not useful if users forget to wear the clothes or lack ability to adapt themselves to mobile systems without specific wearable sensors. In this paper, we develop a novel method based on analyzing the change of acceleration, orientation when the fall occurs and measure their similarity to featured fall patterns. In this study, we recruit five volunteers in our experiment including various fall categories. The results are effective for recognizing fall activity. Our system is implemented on G1 smart phone which are already plugged accelerometer and orientation sensors. The popular phone is used to get data from accelerometer and results showthe feasibility of our method and significant contribution to fall detection.
In this paper we are trying to explain the effect of temperature on polymer membrane exchange water electrolysis (PEMWE) and polymer membrane exchange fuel cell (PEMFC) simultaneously. A comprehensive studying approach is proposed and applied to a 50Watt PEM fuel cell system in the laboratory. The monitoring process is carried out through wireless LoRa node and gateway network concept. In this experiment, temperature sensor measure the temperature level of electrolyzer, fuel cell stack and $H_2$ storage tank and transmitted the measured value of data to the management control unit (MCU) through the individual node and gateway of each PEMWE and PEMFC. In MCU we can monitor the temperature and its effect on the performance of the fuel cell system and control it to keep the lower heating value to increase the efficiency of the fuel cell system. And we also proposed a mathematical model and operation algorithm for PEMWE and PEMFC. In this model, PEMWE gives higher efficiency at lower heating level where as PEMFC gives higher efficiency at higher heating value. In order to increase the performance of the fuel cell system, we are going to monitor, communicate and control the temperature and pressure of PEMWE and PEMFC by installing these systems in a building of university which is located in the southern part of Korea.
With more and more built long-term structural health monitoring (SHM) systems, it has been considered to apply monitored data to learn the reliability of bridges. In this paper, based on a long-term SHM system, especially in which the sensors were embedded from the beginning of the construction of the bridge, a method to calculate the localized reliability around an embedded sensor is recommended and implemented. In the reliability analysis, the probability distribution of loading can be the statistics of stress transferred from the monitored strain which covered the effects of both the live and dead loads directly, and it means that the mean value and deviation of loads are fully derived from the monitored data. The probability distribution of resistance may be the statistics of strength of the material of the bridge accordingly. With five years' monitored strains, the localized reliabilities around the monitoring sensors of a bridge were computed by the method. Further, the monitored stresses are classified into two time segments in one year period to count the loading probability distribution according to the local climate conditions, which helps us to learn the reliability in different time segments and their evolvement trends. The results show that reliabilities and their evolvement trends in different parts of the bridge are different though they are all reliable yet. The method recommended in this paper is feasible to learn the localized reliabilities revealed from monitored data of a long-term SHM system of bridges, which would help bridge engineers and managers to decide a bridge inspection or maintenance strategy.
Kim, Yang-Soo;Kwon, Sook-Youn;Hwang, Jun;Lim, Jae-Hyun
Journal of Internet Computing and Services
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v.17
no.1
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pp.35-45
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2016
Melatonin hormone involved in human's circadian rhythm adjustment sensitively responds to light's specific short wavelength ratio. A shift worker's circadian rhythm disturbance and sleep disorder are caused by the existing lighting conditions, whose short wavelength ratio is fixed. The life pattern of a shift worker changes irregularly because of irregular working hours and the same lighting environment; thus, his/her concentration is reduced. For such a reason, negative effects ensue to the detriment of healthy everyday life, including a high risk of accidents or having unsound sleep after leaving work. A smartphone-based wavelength control LED lighting system that targets shift workers and that can easily measure and control lighting suitable for wake-sleep cycle, according to working hours and closing hours, is proposed in this paper. First, after the light characteristics of LED lighting that changes depending on light control ratio are measured through the color sensor installed on the smartphone and the externally-linked Mini-Spectrometer, they are stored in the database. Based on the stored optical characteristics data, the measurement module and light control module are implemented. Lighting is offered using a control ratio having the maximum rate of short wavelength in consideration of the target illuminance, classified according to work type by identifying working hours as time when waking is required for shift workers. After a shift work leaves work, the amount of lighting is varied, using a control ratio having a minimum short wavelength rate so that a shift worker can enter the sleep state naturally.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SC
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v.48
no.6
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pp.63-70
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2011
A bicycle is different from vehicles in the structure that a rider is fully exposed to the surrounding environment. Therefore, it needs to make use of prior information about local weather, air quality, trail road condition. Moreover, since it depends on human power for moving, it should acquire route property such as hill slope, winding, and road surface to improve its efficiency in everyday use. Recent mobile applications which are to be used during bicycle riding let us aware of the necessity of development of intelligent bicycles. This study aims to develop a riding state (up-hill, down-hill, accelerating, braking) recognition algorithm using a low-power wrist watch type embedded system which has 3-axis accelerometer and wireless communication capability. The developed algorithm was applied to 19 experimental riding data and showed more than 95% of correct recognition over 83.3% of the total dataset. The altitude and temperature sensor also in the embedded system mounted on the bicycle is being used to improve the accuracy of the algorithm. The developed riding state recognition algorithm is expected to be a platform technology for intelligent bicycle interface system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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