This paper presents a unique study of Structural Health Monitoring (SHM) for the maintenance decision making about a real life movable bridge. The mechanical components of movable bridges are maintained on a scheduled basis. However, it is desired to have a condition-based maintenance by taking advantage of SHM. The main objective is to track the operation of a gearbox and a rack-pinion/open gear assembly, which are critical parts of bascule type movable bridges. Maintenance needs that may lead to major damage to these components needs to be identified and diagnosed timely since an early detection of faults may help avoid unexpected bridge closures or costly repairs. The fault prediction of the gearbox and rack-pinion/open gear is carried out using two types of Artificial Neural Networks (ANNs): 1) Multi-Layer Perceptron Neural Networks (MLP-NNs) and 2) Fuzzy Neural Networks (FNNs). Monitoring data is collected during regular opening and closing of the bridge as well as during artificially induced reversible damage conditions. Several statistical parameters are extracted from the time-domain vibration signals as characteristic features to be fed to the ANNs for constructing the MLP-NNs and FNNs independently. The required training and testing sets are obtained by processing the acceleration data for both damaged and undamaged condition of the aforementioned mechanical components. The performances of the developed ANNs are first evaluated using unseen test sets. Second, the selected networks are used for long-term condition evaluation of the rack-pinion/open gear of the movable bridge. It is shown that the vibration monitoring data with selected statistical parameters and particular network architectures give successful results to predict the undamaged and damaged condition of the bridge. It is also observed that the MLP-NNs performed better than the FNNs in the presented case. The successful results indicate that ANNs are promising tools for maintenance monitoring of movable bridge components and it is also shown that the ANN results can be employed in simple approach for day-to-day operation and maintenance of movable bridges.
Hosny, Ossama A.;Elbarkouky, Mohamed M.G.;Elhakeem, Ahmed
Journal of Construction Engineering and Project Management
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v.5
no.1
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pp.11-19
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2015
This paper presents optimized artificial neural networks (ANNs) claims prediction and decision awareness framework that guides owner organizations in their pre-bid construction project decisions to minimize claims. The framework is composed of two genetic optimization ANNs models: a Claims Impact Prediction Model (CIPM), and a Decision Awareness Model (DAM). The CIPM is composed of three separate ANNs that predict the cost and time impacts of the possible claims that may arise in a project. The models also predict the expected types of relationship between the owner and the contractor based on their behavioral and technical decisions during the bidding phase of the project. The framework is implemented using actual data from international projects in the Middle East and Egypt (projects owned by either public or private local organizations who hired international prime contractors to deliver the projects). Literature review, interviews with pertinent experts in the Middle East, and lessons learned from several international construction projects in Egypt determined the input decision variables of the CIPM. The ANNs training, which has been implemented in a spreadsheet environment, was optimized using genetic algorithm (GA). Different weights were assigned as variables to the different layers of each ANN and the total square error was used as the objective function to be minimized. Data was collected from thirty-two international construction projects in order to train and test the ANNs of the CIPM, which predicted cost overruns, schedule delays, and relationships between contracting parties. A genetic optimization backward analysis technique was then applied to develop the Decision Awareness Model (DAM). The DAM combined the three artificial neural networks of the CIPM to assist project owners in setting optimum values for their behavioral and technical decision variables. It implements an intelligent user-friendly input interface which helps project owners in visualizing the impact of their decisions on the project's total cost, original duration, and expected owner-contractor relationship. The framework presents a unique and transparent hybrid genetic algorithm-ANNs training and testing method. It has been implemented in a spreadsheet environment using MS Excel$^{(R)}$ and EVOLVERTM V.5.5. It provides projects' owners of a decision-support tool that raises their awareness regarding their pre-bid decisions for a construction project.
Proceedings of the Korea Electromagnetic Engineering Society Conference
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2002.11a
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pp.366-369
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2002
Two artificial neural networks (ANN) are used to model the electric coupling probe in the combline resonators. One is used to analyze and synthesize the electric probe, and the other is used to correct errors between the results of the analysis and the synthesis ANNs and the fabrication results. The ANNs for the analysis and the synthesis of the electric probe are trained using the physical dimensions of the electric probe and the corresponding coupling bandwidth which is obtained using the finite element method. The ANNs for the error correction are trained using a very small set of the measurement results. Once trained, the ANN models provide the correct result approaching the accuracy of the measurement. The results from the ANN models show fairly good agreement with those of the measurement and they can be used as good initial design values.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2002.10a
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pp.647-652
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2002
In the previous study, authors presented the I-ProConS (Intelligent PREdiction system of CONcrete Strength) using artificial neural networks (ANN) that provides in-place strength information of the concrete to facilitate concrete form removal and scheduling for construction. The serious problem of the system has occured, which it cannot appropriately predict the concrete strength when the curing temperature of a curing day is changed. This is because it uses the single neural networks, which all nodes are fully connected, and thus it cannot smoothly respond for external impact. However this paper presents that the problem can be solved by multiple neural networks, which is composed of five ANNs.
In the environment where human coexists with robot, the problem of safety is very important. But it is difficult to separate the robot from the human in time-domain or space-domain unlike the case of factory automation, so a new concept is needed. One approach is to notice sensory and emotional feeling of human, and in this study "pain" is focused, which is a typical unpleasant feeling when the robot contacts us. In this paper, to design the controller based on the pain, an artificial superficial pain model caused by impact is proposed. This ASPM model consists of mechanical pain model, skin model and gate control by artificial neural networks (ANNs). The proposed ASPM is evaluated by experiments.
Gazder, Uneb;Al-Amoudi, Omar Saeed Baghabara;Khan, Saad Muhammad Saad;Maslehuddin, Mohammad
Computers and Concrete
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v.20
no.6
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pp.627-634
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2017
Predicting the compressive strength of concrete is important to assess the load-carrying capacity of a structure. However, the use of blended cements to accrue the technical, economic and environmental benefits has increased the complexity of prediction models. Artificial Neural Networks (ANNs) have been used for predicting the compressive strength of ordinary Portland cement concrete, i.e., concrete produced without the addition of supplementary cementing materials. In this study, models to predict the compressive strength of blended cement concrete prepared with a natural pozzolan were developed using regression models and single- and 2-phase learning ANNs. Back-propagation (BP), Levenberg-Marquardt (LM) and Conjugate Gradient Descent (CGD) methods were used for training the ANNs. A 2-phase learning algorithm is proposed for the first time in this study for predictive modeling of the compressive strength of blended cement concrete. The output of these predictive models indicates that the use of a 2-phase learning algorithm will provide better results than the linear regression model or the traditional single-phase ANN models.
The load-slip relationship of the shear connection is an important parameter in design and analysis of composite structures. In this paper, a load-slip curve prediction method of the shear connection based on the artificial neural networks (ANNs) is proposed. The factors which are significantly related to the structural and deformation performance of the connection are selected, and the shear stiffness of shear connections and the transverse coordinate slip value of the load-slip curve are taken as the input parameters of the network. Load values corresponding to the slip values are used as the output parameter. A twolayer hidden layer network with 15 nodes and 10 nodes is designed. The test data of two different forms of shear connections, the stud shear connection and the perforated shear connection with flange heads, are collected from the previous literatures, and the data of six specimens are selected as the two prediction data sets, while the data of other specimens are used to train the neural networks. Two trained networks are used to predict the load-slip curves of their corresponding prediction data sets, and the ratio method is used to study the proximity between the prediction loads and the test loads. Results show that the load-slip curves predicted by the networks agree well with the test curves.
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2019.05a
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pp.320-320
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2019
유역의 수문 자료를 정확하게 분석하는 것은 수리 구조물을 효율적으로 운영하기 위한 중요한 요소이다. 인공신경망(Artificial Neural Networks, ANNs) 모형은 입 출력 자료의 비선형적인 관계를 해석할 수 있는 모형으로 강우-유출 해석 등 수문 분야에 다양하게 적용되어 왔다. 이후 기존의 인공신경망 모형을 연속적인(sequential) 자료의 분석에 더 적합하도록 개선한 회귀신경망(Recurrent Neural Networks, RNNs) 모형과 회귀신경망 모형의 '장기 의존성 문제'를 개선한 장단기메모리(Long Short-Term Memory Networks, 이하 LSTM)가 차례로 제안되었다. LSTM은 최근에 주목받는 딥 러닝(Deep learning) 기법의 하나로 수문 자료와 같은 시계열 자료의 분석에 뛰어난 성능을 보일 것으로 예상되며, 수문 분야에서 이에 대한 적용성 평가가 요구되고 있다. 본 연구에서는 인공신경망 모형과 LSTM 모형으로 유출량을 모의하여 두 모형의 성능을 비교하고 향후 LSTM 모형의 활용 가능성을 검토하고자 하였다. 나주 수위관측소의 수위 자료와 인접한 기상관측소의 강우량 자료로 모형의 입 출력 자료를 구성하여 강우 사상에 대한 시간별 유출량을 모의하였다. 연구 결과, 1시간 후의 유출량에 대해서는 두 모형 모두 뛰어난 모의 능력을 보였으나, 선행 시간이 길어질수록 LSTM의 정확성은 유지되는 반면 인공신경망 모형의 정확성은 점차 떨어지는 것으로 나타났다. 앞으로의 연구에서 유역 내 다양한 수리 구조물에 의한 유 출입량을 추가로 고려한다면 LSTM 모형의 활용성을 보다 더 확장할 수 있을 것이다.
This paper presents the possibilities of adapting artificial neural networks (ANNs) to predict the dimensionless parameters related to the maximum contact pressures of an elasticity problem. The plane symmetric double receding contact problem for a rigid stamp and two elastic strips having different elastic constants and heights is considered. The external load is applied to the upper elastic strip by means of a rigid stamp and the lower elastic strip is bonded to a rigid support. The problem is solved under the assumptions that the contact between two elastic strips also between the rigid stamp and the upper elastic strip are frictionless, the effect of gravity force is neglected and only compressive normal tractions can be transmitted through the interfaces. A three layered ANN with backpropagation (BP) algorithm is utilized for prediction of the dimensionless parameters related to the maximum contact pressures. Training and testing patterns are formed by using the theory of elasticity with integral transformation technique. ANN predictions and theoretical solutions are compared and seen that ANN predictions are quite close to the theoretical solutions. It is demonstrated that ANNs is a suitable numerical tool and if properly used, can reduce time consumed.
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2016.05a
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pp.259-259
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2016
This study examined Artificial Neurons Networks model (ANNs) for forecast flash discharge at Southern part of Thailand by using rainfall data and discharge data. The Sungai Kolok River Basin has meant the border crossing between Thailand and Malaysia which watershed drains an area lies in Thailand 691.88 square kilometer from over all 2,175 square kilometer. The river originates in mountainous area of Waeng district then flow through Gulf of Thailand at Narathiwat Province, which the river length is approximately 103 kilometers. Almost every year, flooding seems to have increased in frequency and magnitude which is highly non-linear and complicated phenomena. The purpose of this study is to forecast runoff on Sungai Kolok at X.119A gauge station (Sungai Kolok district, Narathiwat province) for 3 days in advance by using Artificial Neural Networks model (ANNs). 3 daily rainfall stations and 2 daily runoff station have been measured by Royal Irrigation Department and Meteorological Department during flood period 2000-2014 were used as input data. In order to check an accuracy of forecasting, forecasted runoff were compared with observed data by pursuing Coefficient of determination ($R^2$). The result of the first day gets the highest accuracy and then decreased in day 2 and day 3, consequently. $R^2$values for first day, second day and third day of runoff forecasting is 0.71, 0.62 and 0.49 respectively. The results confirmed that the ANNs model can be used when the range of collected dataset is short and real-time operated. In conclusion, the ANNs model is suitable to runoff forecasting during flood incident of Sungai Kolok river because it is straightforward model and require with only a few parameters for simulation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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