Structural health monitoring (SHM) is of great importance to super high-rise buildings. The Shanghai Tower is currently the tallest building in China, and a complete SHM system was simultaneously constructed at the beginning of the construction of the tower. Due to the variety of sensor types and the large number of measurement points in the SHM system, an online automatic structural health assessment method with few computations and no manual intervention is needed. This paper introduces a structural health assessment method for the Shanghai Tower that uses the coefficients of an autoregressive (AR) time series model as structural state indicators. An analysis of collected data indicates that the coefficients of the AR model are affected by environmental factors, and the principal component analysis method is used to remove the influence of environmental factors. Finally, the control chart method is used to track the changes in structural state indicators, and a plan for online automatic structure health state evaluation is proposed. This method is applied to long-term acceleration and inclination data from the Shanghai Tower and successfully identifies the changes in the structural state. Overall, the structural state indicators of the Shanghai Tower are stable, and the structure is in a healthy state.
In this study, we examined the structural analysis of water demand fluctuation for water distribution control of water supply network. In order to analyze for the length of stationary time series, we calculate autocorrelation coefficient of each case equally divided data size. As a result, it was found that, with the data size of around three months, any case could be used as stationary time series. we analyze cross-correlation coefficient between the daily water consumption's data and primary influence factors. As a result, we have decided to use weather conditions and maximum temperature as natural primary factors and holidays as a social factor. Applying the multiple ARIMA model, we obtains an effective model to describe the daily water demand prediction. From the forecasting result, even though we forecast water distribution quantity of the following year, estimated values well express the flctuations of measurements. Thus, the suitability of the model for practical use can be confirmed. When this model is used for practical water distribution control, water distribution quantity for the following day should be found by inputting maximum temperature and weather conditions obtained from weather forecast, and water purification plants and service reservoirs should be operated based on this information while operation of pumps and valves should be set up. Consequently, we will be able to devise a rational water management system.
Stay cables play an essential role in cable-stayed bridges. Severe vibrations and/or harsh environment may result in cable failures. Therefore, an efficient structural health monitoring (SHM) solution for cable damage detection is necessary. This study proposes a data-driven method for immediately detecting cable damage from measured cable forces by recognizing pattern transition from the intact condition when damage occurs. In the proposed method, pattern recognition for cable damage detection is realized by time series classification (TSC) using a deep learning (DL) model, namely, the long short term memory fully convolutional network (LSTM-FCN). First, a TSC classifier is trained and validated using the cable forces (or cable force ratios) collected from intact stay cables, setting the segmented data series as input and the cable (or cable pair) ID as class labels. Subsequently, the classifier is tested using the data collected under possible damaged conditions. Finally, the cable or cable pair corresponding to the least classification accuracy is recommended as the most probable damaged cable or cable pair. A case study using measured cable forces from an in-service cable-stayed bridge shows that the cable with damage can be correctly identified using the proposed DL-TSC method. Compared with existing cable damage detection methods in the literature, the DL-TSC method requires minor data preprocessing and feature engineering and thus enables fast and convenient early detection in real applications.
Autoregressive models are used to analyze an univariate time series data; however, these methods can be inappropriate when a structural break appears in a time series since they assume that a trend is consistent. Threshold autoregressive models (popular regime-switching models) have been proposed to address this problem. Recently, the models have been extended to two regime-switching models with delay parameter. We discuss two regime-switching threshold autoregressive models from a Bayesian point of view. For a Bayesian analysis, we consider a parametric threshold autoregressive model and a nonparametric threshold autoregressive model using Dirichlet process prior. The posterior distributions are derived and the posterior inferences is performed via Markov chain Monte Carlo method and based on two Bayesian threshold autoregressive models. We present a simulation study to compare the performance of the models. We also apply models to gross domestic product data of U.S.A and South Korea.
Journal of the Korean Operations Research and Management Science Society
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v.21
no.3
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pp.197-214
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1996
Financial analysis of stock data usually involves extensive computation of large amount of time series data sets. To handle the large size of the data sets and complexity of the analyses, database management systems have been increasingly adaopted for efficient management of stock data. Specially, relational database management system is employed more widely due to its simplistic data management approach. However, the normalized two-dimensional tables and the structured query language of the relational system turn out to be less effective than expected in accommodating time series stock data as well as the various computational operations. This paper explores a new data management approach to stock data management on the basis of an object-oriented database management system (ODBMS), and proposes a data model supporting times series data storage and incorporating a set of financial analysis functions. In terms of functional stock data analysis, it specially focuses on a primitive set of operations such as variance of stock data. In accomplishing this, we first point out the problems of a relational approach to the management of stock data and show the strength of the ODBMS. We secondly propose an object model delineating the structural relationships among objects used in the stock data management and behavioral operations involved in the financial analysis. A prototype system is developed using a commercial ODBMS.
International conference on construction engineering and project management
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2022.06a
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pp.814-822
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2022
The deployment of sensors for Structural Health Monitoring requires a complicated network arrangement, ground truthing, and calibration for validating sensor performance periodically. Any conventional sensor on a structural element is also subjected to static and dynamic vertical loadings in conjunction with other environmental factors, such as brightness, noise, temperature, and humidity. A structural model with strain gauges was built and tested to get realistic sensory information. This paper investigates different deep learning architectures and algorithms, including unsupervised, autoencoder, and supervised methods, to benchmark blind drift calibration methods using deep learning. It involves a fully connected neural network (FCNN), a long short-term memory (LSTM), and a gated recurrent unit (GRU) to address the blind drift calibration problem (i.e., performing calibrations of installed sensors when ground truth is not available). The results show that the supervised methods perform much better than unsupervised methods, such as an autoencoder, when ground truths are available. Furthermore, taking advantage of time-series information, the GRU model generates the most precise predictions to remove the drift overall.
This study focuses on the system identification of reinforced concrete bridges using vector autoregressive model (VAR). First, the time series output response from a bridge establishes the autoregressive (AR) models. AR models are one of the most accurate methods for stationary time series. Burg's algorithm estimates the autoregressive coefficients (ARCs) at p-lag by reducing the sum of the forward and the backward errors. The computed ARCs are assembled in the state system matrix and the eigen-system realization algorithm (ERA) computes: the eigenvector matrix that contains the vectors of the mode shapes, and the eigenvalue matrix that contains the associated natural frequencies. By taking advantage of the characteristic of the AR model with ERA (ARMERA), civil engineering can address problems related to damage detection. Operational modal analysis using ARMERA is applied to three experiments. One experiment is coupled with an artificial neural network algorithm and it can detect damage locations and extension. The neural network uses a specific number of ARCs as input and multiple submatrix scaling factors of the structural stiffness matrix as output to represent the damage.
Noh, Hae Young;Nair, Krishnan K.;Kiremidjian, Anne S.;Loh, C.H.
Smart Structures and Systems
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v.5
no.1
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pp.95-117
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2009
In this paper, the time series based damage detection algorithms developed by Nair, et al. (2006) and Nair and Kiremidjian (2007) are applied to the benchmark experimental data from the National Center for Research on Earthquake Engineering (NCREE) in Taipei, Taiwan. Both acceleration and strain data are analyzed. The data are modeled as autoregressive (AR) processes, and damage sensitive features (DSF) and feature vectors are defined in terms of the first three AR coefficients. In the first algorithm developed by Nair, et al. (2006), hypothesis tests using the t-statistic are applied to evaluate the damaged state. A damage measure (DM) is defined to measure the damage extent. The results show that the DSF's from the acceleration data can detect damage while the DSF from the strain data can be used to localize the damage. The DM can be used for damage quantification. In the second algorithm developed by Nair and Kiremidjian (2007) a Gaussian Mixture Model (GMM) is used to model the feature vector, and the Mahalanobis distance is defined to measure damage extent. Additional distance measures are defined and applied in this paper to quantify damage. The results show that damage measures can be used to detect, quantify, and localize the damage for the high intensity and the bidirectional loading cases.
Lee, Hyun Sang;Jo, Bo Geun;Oh, Se Hwan;Ha, Sung Ho
The Journal of Information Systems
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v.30
no.3
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pp.201-216
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2021
Purpose The purpose of this study is to analyze the trend of patent technology in textile materials using text mining methodology based on Dynamic Embedded Topic Model and Structural Topic Model. It is expected that this study will have positive impact on revitalizing and developing textile materials industry as finding out technology trends. Design/methodology/approach The data used in this study is 866 domestic patent text data in textile material from 1974 to 2020. In order to analyze technology trends from various aspect, Dynamic Embedded Topic Model and Structural Topic Model mechanism were used. The word embedding technique used in DETM is the GloVe technique. For Stable learning of topic modeling, amortized variational inference was performed based on the Recurrent Neural Network. Findings As a result of this analysis, it was found that 'manufacture' topics had the largest share among the six topics. Keyword trend analysis found the fact that natural and nanotechnology have recently been attracting attention. The metadata analysis results showed that manufacture technologies could have a high probability of patent registration in entire time series, but the analysis results in recent years showed that the trend of elasticity and safety technology is increasing.
There is greater significance in identifying the incipient damages in structures at the time of their initiation as timely rectification of these minor incipient cracks can save huge maintenance cost. However, the change in the global dynamic characteristics of a structure due to these subtle damages are insignificant enough to detect using the majority of the current damage diagnostic techniques. Keeping this in view, we propose a hybrid damage diagnostic technique for detection of minor incipient damages in the structures. In the proposed automated hybrid algorithm, the raw dynamic signatures obtained from the structure are decomposed to uni-modal signals and the dynamic signature are reconstructed by identifying and combining only the uni-modal signals altered by the minor incipient damage. We use these reconstructed signals for damage diagnostics using ARMAX model. Numerical simulation studies are carried out to investigate and evaluate the proposed hybrid damage diagnostic algorithm and their capability in identifying minor/incipient damage with noisy measurements. Finally, experimental studies on a beam are also presented to compliment the numerical simulations in order to demonstrate the practical application of the proposed algorithm.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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