Celik, Ozan;Terrell, Thomas;Gul, Mustafa;Catbas, F. Necati
Structural Monitoring and Maintenance
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v.5
no.2
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pp.273-295
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2018
In this study, an investigation of a damage detection methodology for global condition assessment is presented. A particular emphasis is put on the utilization of wireless sensors for more practical, less time consuming, less expensive and safer monitoring and eventually maintenance purposes. Wireless sensors are deployed with a sensor roving technique to maintain a dense sensor field yet requiring fewer sensors. The time series analysis method called ARX models (Auto-Regressive models with eXogeneous input) for different sensor clusters is implemented for the exploration of artificially induced damage and their locations. The performance of the technique is verified by making use of the data sets acquired from a 4-span bridge-type steel structure in a controlled laboratory environment. In that, the free response vibration data of the structure for a specific sensor cluster is measured by both wired and wireless sensors and the acceleration output of each sensor is used as an input to ARX model to estimate the response of the reference channel of that cluster. Using both data types, the ARX based time series analysis method is shown to be effective for damage detection and localization along with the interpretations and conclusions.
Journal of the Korean Data and Information Science Society
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v.22
no.5
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pp.829-837
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2011
Since Harvey (1989), many approaches for applying unobserved components (UC) models to both univariate and multivariate time series analysis have been developed. However, practitioners still tend to use traditional methods such as exponential smoothing or ARIMA models for modeling and predicting time series data. It is well known that the UC model combines the flexibility of ARIMA models and the easy interpretability of exponential smoothing models by using unobserved components such as trend, cycle, season, and irregular components. This study reviews the UC model and compares its relative performances with those of the other models in modeling and predicting the real gross domestic products (GDP) in Korea. We conclude that the optimal model is the UC model on basis of root mean squared error.
This paper presents an improved time series based damage detection approach with experimental verifications for detection, localization, and quantification of damage in shear-type structures under varying mass effects using output-only vibration data. The proposed method can be very effective for automated monitoring of buildings to develop proactive maintenance strategies. In this method, Auto-Regressive Moving Average models with eXogenous inputs (ARMAX) are built to represent the dynamic relationship of different sensor clusters. The damage features are extracted based on the relative difference of the ARMAX model coefficients to identify the existence, location and severity of damage of stiffness and mass separately. The results from a laboratory-scale shear type structure show that different damage scenarios are revealed successfully using the approach. At the end of this paper, the methodology limitations are also discussed, especially when simultaneous occurrence of mass and stiffness damage at multiple locations.
Choi, Mijin;Jung, Hwee Kwon;Taylor, Stuart G.;Farinholt, Kevin M.;Lee, Jung-Ryul;Park, Gyuhae
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.36
no.2
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pp.93-101
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2016
This paper presents the results obtained using time-series-based methods for structural damage assessment. The methods are applied to a wind turbine blade structure subjected to fatigue loads. A 9 m CX-100 (carbon experimental 100 kW) blade is harmonically excited at its first natural frequency to introduce a failure mode. Consequently, a through-thickness fatigue crack is visually identified at 8.5 million cycles. The time domain data from the piezoelectric active-sensing techniques are measured during the fatigue loadings and used to detect incipient damage. The damage-sensitive features, such as the first four moments and a normality indicator, are extracted from the time domain data. Time series autoregressive models with exogenous inputs are also implemented. These features could efficiently detect a fatigue crack and are less sensitive to operational variations than the other methods.
Jeong, Min Chul;Kim, Gun Woo;Kim, Jung Hoon;Kang, Yun Suk;Kong, Jung Sik
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.25
no.4
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pp.331-338
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2012
Irregularity data inspected by EM-120, an railway inspection system in Korea includes unavoidable incomplete and erratic information, so it is encountered lots of problem to analyse those data without appropriate pre-data-refining processes. In this research, for the efficient management and maintenance of railway system, characteristics and problems of the detected track irregularity data have been analyzed and efficient processing techniques were developed to solve the problems. The correlation between track irregularity and seasonal changes was conducted based on ARIMA model analysis. Finally, time series analysis was carried out by various forecasting model, such as regression, exponential smoothing and ARIMA model, to determine the appropriate optimal models for forecasting track irregularity progress.
Kim, Chul-Woo;Isemoto, Ryo;Sugiura, Kunitomo;Kawatani, Mitsuo
Smart Structures and Systems
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v.11
no.1
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pp.1-17
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2013
This paper intended to investigate the feasibility of bridge health monitoring using a linear system parameter of a time series model identified from traffic-induced vibrations of bridges through a laboratory moving vehicle experiment on scaled model bridges. This study considered the system parameter of the bridge-vehicle interactive system rather than modal ones because signals obtained under a moving vehicle are not the responses of the bridge itself but those of the interactive system. To overcome the shortcomings of modal parameter-based bridge diagnosis using a time series model, this study considered coefficients of Autoregressive model (AR coefficients) as an early indicator of anomaly of bridges. This study also investigated sensitivity of AR coefficients in detecting anomaly of bridges. Observations demonstrated effectiveness of using AR coefficients as an early indicator for anomaly of bridges.
This paper investigates the load model for single footfall trace of human walking. A large amount of single person walking load tests were conducted using the three-dimensional gait analysis system. Based on the experimental data, Fourier series functions were adopted to model single footfall trace in three directions, i.e. along walking direction, direction perpendicular to the walking path and vertical direction. Function parameters such as trace duration time, number of Fourier series orders, dynamic load factors (DLFs) and phase angles were determined from the experimental records. Stochastic models were then suggested by treating walking rates, duration time and DLFs as independent random variables, whose probability density functions were obtained from experimental data. Simulation procedures using the stochastic models are presented with examples. The simulated single footfall traces are similar to the experimental records.
Majority of the damage in engineering structures is nonlinear. Damage sensitive features (DSFs) extracted by traditional methods from linear time series models cannot effectively handle nonlinearity induced by structural damage. A new DSF is proposed based on vector space cosine similarity (VSCS), which combines K-means cluster analysis and Bayesian discrimination to detect nonlinear structural damage. A reference autoregressive moving average (ARMA) model is built based on measured acceleration data. This study first considers an existing DSF, residual standard deviation (RSD). The DSF is further advanced using the VSCS, and then the advanced VSCS is classified using K-means cluster analysis and Bayes discriminant analysis, respectively. The performance of the proposed approach is then verified using experimental data from a three-story shear building structure, and compared with the results of existing RSD. It is demonstrated that combining the linear ARMA model and the advanced VSCS, with cluster analysis and Bayes discriminant analysis, respectively, is an effective approach for detection of nonlinear damage. This approach improves the reliability and accuracy of the nonlinear damage detection using the linear model and significantly reduces the computational cost. The results indicate that the proposed approach is potential to be a promising damage detection technique.
Hyun Joung Jin;Seong-yoon Heo;Hunjoo Lee;Boyoun Jang
Journal of Environmental Health Sciences
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v.50
no.2
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pp.125-137
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2024
Background: The Korea Risk Information Surveillance System (K-RISS) was developed to enable the early detection of food and drug safety-related issues. Its goal is to deliver real-time risk indicators generated from ongoing food and drug risk monitoring. However, the existing K-RISS system suffers under several limitations. Objectives: This study aims to augment K-RISS with more detailed indicators and establish a severity standard that takes into account structural changes in the daily time series of K-RISS values. Methods: First, a Delphi survey was conducted to derive the required weights. Second, a control chart, commonly used in statistical process controls, was utilized to detect outliers and establish caution, attention, and serious levels for K-RISS values. Furthermore, Bai and Perron's method was employed to determine structural changes in K-RISS time series. Results: The study incorporated 'closeness to life' and 'sustainability' indicators into K-RISS. It obtained the necessary weights through a survey of experts for integrating variables, combining indicators by data source, and aggregating sub K-RISS values. We defined caution, attention, and serious levels for both average and maximum values of daily K-RISS. Furthermore, when structural changes were detected, leading to significant variations in daily K-RISS values according to different periods, the study systematically verified these changes and derived respective severity levels for each period. Conclusions: This study enhances the existing K-RISS system and introduces more advanced indicators. K-RISS is now more comprehensively equipped to serve as a risk warning index. The study has paved the way for an objective determination of whether the food safety risk index surpasses predefined thresholds through the application of severity levels.
The main idea of the framework is to seamlessly combine a reasonably accurate and fast surrogate model with the importance sampling strategy. Developing a surrogate model for predicting structures' dynamic responses is challenging because it involves high-dimensional inputs and outputs. For this purpose, a novel surrogate model based on cutting-edge deep learning architectures specialized for capturing temporal relationships within time-series data, namely Long-Short term memory layer and Transformer layer, is designed. After being properly trained, the surrogate model could be utilized in place of the finite element method to evaluate structures' responses without requiring any specialized software. On the other hand, the importance sampling is adopted to reduce the number of calculations required when computing the failure probability by drawing more relevant samples near critical areas. Thanks to the portability of the trained surrogate model, one can integrate the latter with the Importance sampling in a straightforward fashion, forming an efficient framework called TTIS, which represents double advantages: less number of calculations is needed, and the computational time of each calculation is significantly reduced. The proposed approach's applicability and efficiency are demonstrated through three examples with increasing complexity, involving a 1D beam, a 2D frame, and a 3D building structure. The results show that compared to the conventional Monte Carlo simulation, the proposed method can provide highly similar reliability results with a reduction of up to four orders of magnitudes in time complexity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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