The objective of this study is to improve the survivability and reliability of the FBG sensor network in the structural health monitoring (SHM) system. Therefore, a model reconstruction soft computing recognition algorithm based on support vector regression (SVR) is proposed to achieve the high reliability of the FBG sensor network, and the grid search algorithm is used to optimize the parameters of SVR model. Furthermore, in order to demonstrate the effectiveness of the proposed model reconstruction algorithm, a SHM system based on an eight-point fiber Bragg grating (FBG) sensor network is designed to monitor the foreign-object low velocity impact of a CFRP composite plate. Simultaneously, some sensors data are neglected to simulate different kinds of FBG sensor network failure modes, the predicting results are compared with non-reconstruction for the same failure mode. The comparative results indicate that the performance of the model reconstruction recognition algorithm based on SVR has more excellence than that of non-reconstruction, and the model reconstruction algorithm almost keeps the consistent predicting accuracy when no sensor, one sensor and two sensors are invalid in the FBG sensor network, thus the reliability is improved when there are FBG sensors are invalid in the structural health monitoring system.
Engineered cementitious composites with calcined clay limestone cement (LC3-ECC) as a kind of green, low-carbon and high toughness concrete, has recently received significant investigation. However, the complicated relationship between potential influential factors and LC3-ECC compressive strength makes the prediction of LC3-ECC compressive strength difficult. Regarding this, the machine learning-based prediction models for the compressive strength of LC3-ECC concrete is firstly proposed and developed. Models combine three novel meta-heuristic algorithms (golden jackal optimization algorithm, butterfly optimization algorithm and whale optimization algorithm) with support vector regression (SVR) to improve the accuracy of prediction. A new dataset about LC3-ECC compressive strength was integrated based on 156 data from previous studies and used to develop the SVR-based models. Thirteen potential factors affecting the compressive strength of LC3-ECC were comprehensively considered in the model. The results show all hybrid SVR prediction models can reach the Coefficient of determination (R2) above 0.95 for the testing set and 0.97 for the training set. Radar and Taylor plots also show better overall prediction performance of the hybrid SVR models than several traditional machine learning techniques, which confirms the superiority of the three proposed methods. The successful development of this predictive model can provide scientific guidance for LC3-ECC materials and further apply to such low-carbon, sustainable cement-based materials.
Online reviews written by tourists provide important information for the management and operation of the tourism industry. The star rating of online reviews is a simple quantitative evaluation of a product or service, but it is difficult to reflect the sincere attitude of tourists. There is also an issue; the star rating and review content are not matched. In this study, a star rating prediction model based on online review content was proposed to solve the discrepancy problem. We compared the differences in star ratings and sentiment by continent through sentiment analysis on tourist attractions and hotels written by foreign tourists who visited Korea. Variables were selected through TF-IDF vectorization and sentiment analysis results. Logit, artificial neural network, and SVM(Support Vector Machine) were used for the classification model, and artificial neural network and SVR(Support Vector regression) were applied for the rating prediction model. The online review rating prediction model proposed in this study could solve inconsistency problems and also could be applied even if when there is no star rating.
Water consumption is strongly affected by numerous factors, such as population, climatic, geographic, and socio-economic factors. Therefore, the implementation of a reliable predictive model of water consumption pattern is challenging task. This study investigates the performance of predictive models based on multi-layer perceptron (MLP), multiple linear regression (MLR), and support vector regression (SVR). To understand the significant factors affecting water consumption, the stepwise regression (SW) procedure is used in MLR to obtain suitable variables. Then, this study also implements three predictive models based on these significant variables (e.g., SWMLR, SWMLP, and SWSVR). Annual data of water consumption in Thailand during 2006 - 2015 were compiled and categorized by provinces and distributors. By comparing the predictive performance of models with all variables, the results demonstrate that the MLP models outperformed the MLR and SVR models. As compared to the models with selected variables, the predictive capability of SWMLP was superior to SWMLR and SWSVR. Therefore, the SWMLP still provided satisfactory results with the minimum number of explanatory variables which in turn reduced the computation time and other resources required while performing the predictive task. It can be concluded that the MLP exhibited the best result and can be utilized as a reliable water demand predictive model for both of all variables and selected variables cases. These findings support important implications and serve as a feasible water consumption predictive model and can be used for water resources management to produce sufficient tap water to meet the demand in each province of Thailand.
In this paper, a simple two-step method for structural vibration-based health monitoring for beam-like structures have been extended to plate-like structures with though-thickness cracks. Crack locations and severities of plate-like structures are detected using a hybrid approach. The interval wavelet transform is employed to extract crack singularity locations from mode shape and support vector regression (SVR) is applied to predict crack serviettes form crack severity detection database (the relationship of natural frequencies and crack serviettes) using several natural frequencies as inputs. Of particular interest is the natural frequencies estimation for cracked plate-like structures using Rayleigh quotient. Only the natural frequencies and mode shapes of intact structures are needed to calculate the natural frequencies of cracked plate-like structures using a simple formula. The crack severity detection database can be easily obtained with this formula. The hybrid method is investigated using numerical simulation and its validity of the usage of interval wavelet transform and SVR are addressed.
The hybrid method using the extended finite element method (XFEM) and the forward Euler approach is widely employed to predict the fatigue life of plate structures. Due to the accuracy of the forward Euler approach is determined by a small step size, the performance of fatigue life prediction of the hybrid method is not agreeable. Instead the forward Euler approach, a prediction method using midpoint method and support vector regression (SVR) is presented to evaluate the stress intensity factors (SIFs) and the fatigue life. Firstly, the XFEM is employed to calculate the SIFs with given crack sizes. Then use the history of SIFs as a function of either number of fatigue life cycles or crack sizes within the current cycle to build a prediction model. Finally, according to the prediction model predict the SIFs at different crack sizes or different cycles. Three numerical cases composed by a homogeneous plate with edge crack, a composite plate with edge crack and center crack are introduced to verify the performance of the proposed method. The results show that the proposed method enables large step sizes without sacrificing accuracy. The method is expected to predict the fatigue life of complex structures.
In this paper, a dynamic response mapping model of the wheel-rail system is established by using the support vector regression (SVR) method, and the hierarchical safety thresholds of the subgrade void are proposed based on the reliability theory. Firstly, the vehicle-track coupling dynamic model considering the subgrade void is constructed. Secondly, the subgrade void area, the subgrade compaction index K30 and the fastener stiffness are selected as random variables, and the mapping model between these three random parameters and the dynamic response of the wheel-rail system is built by using the orthogonal test and the SVR. The sensitivity analysis is carried out by the range analysis method. Finally, the hierarchical safety thresholds for the subgrade void are proposed. The results show that the subgrade void has the most significant influence on the carbody vertical acceleration, the rail vertical displacement, the vertical displacement and the slab tensile stress. From the range analysis, the subgrade void area has the largest effect on the dynamic response of the wheel-rail system, followed by the fastener stiffness and the subgrade compaction index K30. The recommended safety thresholds for the subgrade void of level I, II and III are 4.01㎡, 6.81㎡ and 9.79㎡, respectively.
Hidden Markov model (HMM) is a statistical model in which the system consists of two elements, hidden states and observable results. HMM has been actively used in various fields, especially for time series data in the financial sector, since it has a variety of mathematical structures. Based on the HMM theory, this research is intended to apply the domestic KOSPI200 stock index as well as the prediction of global stock indexes such as NIKKEI225, HSI, S&P500 and FTSE100. In addition, we would like to compare and examine the differences in results between the HMM and support vector regression (SVR), which is frequently used to predict the stock price, due to recent developments in the artificial intelligence sector.
Seo, In-Yong;Shin, Ho-Cheol;Park, Moon-Ghu;Kim, Seong-Jun
Journal of the Korea Society for Simulation
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v.18
no.3
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pp.103-112
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2009
In a nuclear power plant (NPP), periodic sensor calibrations are required to assure sensors are operating correctly. However, only a few faulty sensors are found to be calibrated. For the safe operation of an NPP and the reduction of unnecessary calibration, on-line calibration monitoring is needed. In this paper, principal component-based Auto-Associative support vector regression (PCSVR) was proposed for the sensor signal validation of the NPP. It utilizes the attractive merits of principal component analysis (PCA) for extracting predominant feature vectors and AASVR because it easily represents complicated processes that are difficult to model with analytical and mechanistic models. With the use of real plant startup data from the Kori Nuclear Power Plant Unit 3, SVR hyperparameters were optimized by the response surface methodology (RSM). Moreover the statistical techniques are integrated with PCSVR for the failure detection. The residuals between the estimated signals and the measured signals are tested by the Shewhart Control Chart, Exponentially Weighted Moving Average (EWMA), Cumulative Sum (CUSUM) and generalized likelihood ratio test (GLRT) to detect whether the sensors are failed or not. This study shows the GLRT can be a candidate for the detection of sensor drift.
Bonding carbon fiber-reinforced polymer (CFRP) laminates have been extensively employed in the restoration of steel constructions. In addition to the mechanical properties of the CFRP, the bond strength (PU) between the CFRP and steel is often important in the eventual strengthened performance. Nonetheless, the bond behavior of the CFRP-steel (CS) interface is exceedingly complicated, with multiple failure causes, giving the PU challenging to forecast, and the CFRP-enhanced steel structure is unsteady. In just this case, appropriate methods were established by hybridized Random Forests (RF) and support vector regression (SVR) approaches on assembled CS single-shear experiment data to foresee the PU of CS, in which a recently established optimization algorithm named Aquila optimizer (AO) was used to tune the RF and SVR hyperparameters. In summary, the practical novelty of the article lies in its development of a reliable and efficient method for predicting bond strength at the CS interface, which has significant implications for structural rehabilitation, design optimization, risk mitigation, cost savings, and decision support in engineering practice. Moreover, the Fourier Amplitude Sensitivity Test was performed to depict each parameter's impact on the target. The order of parameter importance was tc> Lc > EA > tA > Ec > bc > fc > fA from largest to smallest by 0.9345 > 0.8562 > 0.79354 > 0.7289 > 0.6531 > 0.5718 > 0.4307 > 0.3657. In three training, testing, and all data phases, the superiority of AO - RF with respect to AO - SVR and MARS was obvious. In the training stage, the values of R2 and VAF were slightly similar with a tiny superiority of AO - RF compared to AO - SVR with R2 equal to 0.9977 and VAF equal to 99.772, but large differences with results of MARS.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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