Tao, Tao;Yang, Jianfeng;Wei, Wei;Wozniak, Marcin;Scherer, Rafal;Damasevicius, Robertas
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.15
no.10
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pp.3554-3570
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2021
With the rapid development of the Chinese water project, the safety monitoring of dams is urgently needed. Many drawbacks exist in dams, such as high monitoring costs, a limited equipment service life, long-term monitoring difficulties. MEMS sensors have the advantages of low cost, high precision, easy installation, and simplicity, so they have broad application prospects in engineering measurements. This paper designs intelligent monitoring based on the collaborative measurement of dual MEMS sensors. The system first determines the endpoint coordinates of the sensor array by the coordinate transformation relationship in the monitoring system and then obtains the dam settlement according to the endpoint coordinates. Next, this paper proposes a dual-MEMS sensor collaborative measurement algorithm that builds a mathematical model of the dual-sensor measurement. The monitoring system realizes mutual compensation between sensor measurement data by calculating the motion constraint matrix between the two sensors. Compared with the single-sensor measurement, the dual-sensor measurement algorithm is more accurate and can improve the reliability of long-term monitoring data. Finally, the experimental results show that the dam subsidence monitoring system proposed in this paper fully meets the engineering monitoring accuracy needs, and the dual-sensor collaborative measurement system is more stable than the single-sensor monitoring system.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.10
no.1
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pp.102-109
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1986
Based on the Hartenberg-Denavit symbolic equation, which is one of equations for the kinematic analysis of three dimensional (3-D) linkage, a generalized kinematic motion equation is derived utilizing Euler angles and employing the coordinates transformation. The derived equation can feasibly be used for the motion analysis of any type of 3-D linkages as well as 2-D ones. In order to simulate the general motion of 3-D linkgages on digital computer, the generalized equation is programmed through the process of numerical analysis after converting the equation to the type of Newton-Raphson formula and denoting it in matrix form. The feasibility of theoretically derived equation is experimentally proved by comparing the results from the computer with those from experimental setup of three differrent but generally empolyed 3-D linkages.
Journal of the Institute of Convergence Signal Processing
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v.4
no.3
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pp.27-33
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2003
The image-based 3D modeling is the technique of generating a 3D graphic model from images acquired using cameras. It is being researched as an alternative technique for the expensive 3D scanner. In this paper, we propose the image-based, 3D modeling system using calibrated stereo cameras. The proposed algorithm for rendering, 3D model consists of three steps, camera calibration, 3D reconstruction, and 3D registration step. In the camera calibration step, we estimate the camera matrix for the image aquisition camera. In the 3D reconstruction step, we calculate 3D coordinates using triangulation from corresponding points of the stereo image. In the 3D registration step, we estimate the transformation matrix that transforms individually reconstructed 3D coordinates to the reference coordinate to render the single 3D model. As shown the result, we generated relatively accurate 3D model.
In case that we independently obtain orbital informations about the low earth satellites of foreign countries using radar systems, we develop the orbit determination algorithm for this purpose using a SGP4 model with an analytical orbit model and the extended Kalman filter with a real-time processing method. When the state vector is Keplerian orbital elements, singularity problems happen to compute partial derivative with respect to inclination and eccentricity orbit elements. To cope with this problem, we set state vector osculating to mean equinox and true equator cartesian elements with coordinate transformation. The state transition matrix and the covariance matrix are numerically computed using a SGP4 model. Observational measurements are the type of azimuth, elevation and range, filter process to each measurement in a lump. After analyzing performance of the developed orbit determination algorithm using TOPEX/POSEIDON POE(precision 0.bit Ephemeris), its position error has about 1 km. To be similar to performance of NORAD system that has up to 3km position accuracy during 7 days need to radar system performance that have accuracy within 0.1 degree for azimuth and elevation and 50m for range.
After emerging of Microsoft Kinect, the interest in three-dimensional (3D) depth image was significantly increased. Depth image data of an object can be converted to 3D coordinates by simple arithmetic calculation and then can be reconstructed as a 3D model on computer. However, because the surface coordinates can be acquired only from the front area facing Kinect, total solid which has a closed surface cannot be reconstructed. In this paper, 3D registration method for multiple Kinects was suggested, in which surface information from each Kinect was simultaneously collected and registered in real time to build 3D total solid. To unify relative coordinate system used by each Kinect, 3D perspective transform was adopted. Also, to detect control points which are necessary to generate transformation matrix, 3D randomized Hough transform was used. Once transform matrices were generated, real time 3D reconstruction of various objects was possible. To verify the usefulness of suggested method, human arms were 3D reconstructed and the volumes of them were measured by using four Kinects. This volume measuring system was developed to monitor the level of lymphedema of patients after cancer treatment and the measurement difference with medical CT was lower than 5%, expected CT reconstruction error.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.6
no.2
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pp.121-131
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1986
The stiffness matrix of circularly curved frame elements including the warping effects is formulated by the solutions of vlasov's differential equations, and the procedure for the elastic static analysis of curved girder systems by the displacement method is presented. The validity of this method has been demonstrated by comparing the analysis results with other solutions. And if the tangential lines of the two frame element axes connected at any nodal point coincide, the transformation to the global coordinate system can be omitted when we analyze the structures consisting of circularly curved elements. The theory introduced in this thesis can be applied with sufficient accuracy to the structures built up with horizontally circular curved frame elements which have closed or open cross sections and are symmetric to the axis perpendicular to the plane of the curvature, such as prestressed concrete box girder bridges.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.6
no.2
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pp.115-124
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2001
In this paper, authors propose a new nonlinear rotor flux observer for rotor field oriented control of an induction motor which is designed based on the extended Luenberger Observer theory. Extended Luenberger Observer requires minimal solution of nonlinear partial differential equation on its coordinate transformation and linearization needed on a nonlinear observer design in general. The proposed rotor flux observer is derived from the 2 phase model of induction motor on the orthogonal coordination and it has the reduce gain matrix. Simulation and experimentation were performed under the conventional indirect vector control and direct vector control with the proposed observer at different rotor resistance. Simulation results show that the convergence of the proposed observer is influenced by the chosen eigenvalues. Experimentation results on load operation show the direct vector control with the proposed observer is better than the indirect vector control to maintain the characteristics of the vector control.
Hybrid simulation (HS) is a versatile tool for structural performance evaluation under dynamic loads. Although real structural responses are often multiple-directional owing to an eccentric mass/stiffness of the structure and/or excitations not along structural major axes, few HS in this field takes into account structural responses in multiple directions. Multi-directional loading is more challenging than uni-directional loading as there is a nonlinear transformation between actuator and specimen coordinate systems, increasing the difficulty of suppressing loading error. Moreover, redundant actuators may exist in multi-directional hybrid simulations of large-scale structures, which requires the loading strategy to contain ineffective loading of multiple actuators. To address these issues, lately a new strategy was conceived for accurate reproduction of desired displacements in bi-directional hybrid simulations (BHS), which is characterized in two features, i.e., iterative displacement command updating based on the Jacobian matrix considering nonlinear geometric relationships, and force-based control for compensating ineffective forces of redundant actuators. This paper performs performance validation and application of this new mixed loading strategy. In particular, virtual BHS considering linear and nonlinear specimen models, and the diversity of actuator properties were carried out. A validation test was implemented with a steel frame specimen. A real application of this strategy to BHS on a full-scale 2-story frame specimen was performed. Studies showed that this strategy exhibited excellent tracking performance for the measured displacements of the control point and remarkable compensation for ineffective forces of the redundant actuator. This strategy was demonstrated to be capable of accurately and effectively reproducing the desired displacements in large-scale BHS.
In this study, as a preliminary study for developing a full 3D photon dose calculation algorithm, We developed 2.5D photon dose calculation algorithm by extending 2D calculation algorithm to allow non-coplanar configurations of photon beams. For this purpose, we defined the 3d patient coordinate system and the 3d beam coordinate system, which are appropriate to 3d treatment planning and dose calculation. and then, calculate a transformation matrix between them. For dose calculation, we extended 2d "Clarkson-Cunningham" model to 3d one, which can calculate wedge fields as well as regular and irregular fields on arbitrary plane. The simple Batho's power-law method was implemented as an inhomogeneity correction. We evaluated the accuracy of our dose model following procedures of AAPM TG#23; radiation treatment planning dosimetry verifications for 4MV of Varian Clinac-4. As results, PDDs (percent depth dose) of cubic fields, the accuracy of calculation are within 1% except buildup region, and $\pm$3% for irregular fields and wedge fields. And for 45$^{\circ}$ oblique incident beam, the deviations between measurements and calculations are within $\pm$4%. In the case of inhomogeneity correction, the calculation underestimate 7% at the lung/water boundary and overestimate 3% at the bone/water boundary. At the conclusions, we found out our model can predict dose with 5% accuracy at the general condition. we expect our model can be used as a tool for educational and research purpose.. purpose..
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.14
no.6
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pp.1299-1308
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1994
This paper is considered on the dynamic behavior and the dynamic impact coefficient on the cable-stayed bridge under the vehicle load. The method of static analysis, that is, the transfer matrix method is used to get influence values about displacements, section forces of girder and cable forces. Gotten influence values were used as basic data to analyse dynamic behavior. This paper used the transfer matrix method because it is relatively simpler than the finite element method, and calculating speed of computer is very fast and the precision of computation is high. In the process of dynamic analysis, the uncoupled equation of motion is derived from simultaneous equation of the motion of cable-stayed bridge and vehicle travelling by using mode shape, which was borne from system of undamped free vibration. The solution of the uncoupled equation of motion, that is, time history of response of deflections, velocity and acceleration on reference coordinate system, is found by Newmark-${\beta}$ method, a kind of direct integral method. After the time history of dynamic response was gotten, and it was transfered to the time history of dynamic response of cable-stayed bridge by linear transformation of coordinates. As a result of this numerical analysis, effect of dynamic behavior for cable-stayed bridge under the vehicle load has varied depending on parameter of design, that is, the ratio of span, the ratio of main span length, tower height, the flexural rigidity of longitudinal girder, the flexural rigidity of tower, and the cable stiffness, investigated. Very good agreements with the existing solution in the literature are shown for the uncracked plate as well as the cracked plate.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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