Tarutal Ghosh Mondal;Jau-Yu Chou;Yuguang Fu;Jianxiao Mao
Smart Structures and Systems
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v.32
no.3
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pp.179-193
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2023
This study explores an alternative to the existing centralized process for data anomaly detection in modern Internet of Things (IoT)-based structural health monitoring (SHM) systems. An edge intelligence framework is proposed for the early detection and classification of various data anomalies facilitating quality enhancement of acquired data before transmitting to a central system. State-of-the-art deep neural network pruning techniques are investigated and compared aiming to significantly reduce the network size so that it can run efficiently on resource-constrained edge devices such as wireless smart sensors. Further, depthwise separable convolution (DSC) is invoked, the integration of which with advanced structural pruning methods exhibited superior compression capability. Last but not least, quantization-aware training (QAT) is adopted for faster processing and lower memory and power consumption. The proposed edge intelligence framework will eventually lead to reduced network overload and latency. This will enable intelligent self-adaptation strategies to be employed to timely deal with a faulty sensor, minimizing the wasteful use of power, memory, and other resources in wireless smart sensors, increasing efficiency, and reducing maintenance costs for modern smart SHM systems. This study presents a theoretical foundation for the proposed framework, the validation of which through actual field trials is a scope for future work.
Although Industry Foundation Classes (IFC) provide standards for exchanging Building Information Modeling (BIM) data, authoring tools still require manual mapping between BIM entities and IFC classes. This leads to errors and omissions, which results in corrupted data exchanges that are unreliable and thus compromise the validity of IFC. This research explored precedent work by Krijnen and Tamke, who suggested ways to automate the mapping of IFC classes using a machine learning technique, namely anomaly detection. The technique incorporates geometric features of individual components to find outliers among entities in identical IFC classes. This research primarily focused on applying this approach on two architectural BIM models and determining its feasibility as well as limitations. Results indicated that the approach, while effective, misclassified outliers when an IFC class had several dissimilar entities. Another issue was the lack of entities for some specific IFC classes that prohibited the anomaly detection from comparing differences. Future research to improve these issues include the addition of geometric features, using novelty detection and the inclusion of a probabilistic graph model, to improve classification accuracy.
Shajihan, Shaik Althaf V.;Wang, Shuo;Zhai, Guanghao;Spencer, Billie F. Jr.
Smart Structures and Systems
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v.29
no.1
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pp.181-193
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2022
Data-driven structural health monitoring (SHM) of civil infrastructure can be used to continuously assess the state of a structure, allowing preemptive safety measures to be carried out. Long-term monitoring of large-scale civil infrastructure often involves data-collection using a network of numerous sensors of various types. Malfunctioning sensors in the network are common, which can disrupt the condition assessment and even lead to false-negative indications of damage. The overwhelming size of the data collected renders manual approaches to ensure data quality intractable. The task of detecting and classifying an anomaly in the raw data is non-trivial. We propose an approach to automate this task, improving upon the previously developed technique of image-based pre-processing on one-dimensional (1D) data by enriching the features of the neural network input data with multiple channels. In particular, feature engineering is employed to convert the measured time histories into a 3-channel image comprised of (i) the time history, (ii) the spectrogram, and (iii) the probability density function representation of the signal. To demonstrate this approach, a CNN model is designed and trained on a dataset consisting of acceleration records of sensors installed on a long-span bridge, with the goal of fault detection and classification. The effect of imbalance in anomaly patterns observed is studied to better account for unseen test cases. The proposed framework achieves high overall accuracy and recall even when tested on an unseen dataset that is much larger than the samples used for training, offering a viable solution for implementation on full-scale structures where limited labeled-training data is available.
Journal of Korean Society of Industrial and Systems Engineering
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v.46
no.2
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pp.1-12
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2023
To make semiconductor chips, a number of complex semiconductor manufacturing processes are required. Semiconductor chips that have undergone complex processes are subjected to EDS(Electrical Die Sorting) tests to check product quality, and a wafer bin map reflecting the information about the normal and defective chips is created. Defective chips found in the wafer bin map form various patterns, which are called defective patterns, and the defective patterns are a very important clue in determining the cause of defects in the process and design of semiconductors. Therefore, it is desired to automatically and quickly detect defective patterns in the field, and various methods have been proposed to detect defective patterns. Existing methods have considered simple, complex, and new defect patterns, but they had the disadvantage of being unable to provide field engineers the evidence of classification results through deep learning. It is necessary to supplement this and provide detailed information on the size, location, and patterns of the defects. In this paper, we propose an anomaly detection framework that can be explained through FCDD(Fully Convolutional Data Description) trained only with normal data to provide field engineers with details such as detection results of abnormal defect patterns, defect size, and location of defect patterns on wafer bin map. The results are analyzed using open dataset, providing prominent results of the proposed anomaly detection framework.
Even though mainly statistical methods have been used in anomaly network intrusion detection, to detect various attack types, machine learning based anomaly detection was introduced. Machine learning based anomaly detection started from research applying traditional learning algorithms of artificial intelligence to intrusion detection. However, detection rates of these methods are not satisfactory. Especially, high false positive and repeated alarms about the same attack are problems. The main reason for this is that one packet is used as a basic learning unit. Most attacks consist of more than one packet. In addition, an attack does not lead to a consecutive packet stream. Therefore, with grouping of related packets, a new approach of group-based learning and detection is needed. This type of approach is similar to that of multiple-instance problems in the artificial intelligence community, which cannot clearly classify one instance, but classification of a group is possible. We suggest group generation algorithm grouping related packets, and a learning algorithm based on a unit of such group. To verify the usefulness of the suggested algorithm, 1998 DARPA data was used and the results show that our approach is quite useful.
Data anomalies seriously threaten the reliability of the bridge structural health monitoring system and may trigger system misjudgment. To overcome the above problem, an efficient and accurate data anomaly detection method is desiderated. Traditional anomaly detection methods extract various abnormal features as the key indicators to identify data anomalies. Then set thresholds artificially for various features to identify specific anomalies, which is the artificial experience method. However, limited by the poor generalization ability among sensors, this method often leads to high labor costs. Another approach to anomaly detection is a data-driven approach based on machine learning methods. Among these, the bidirectional long-short memory neural network (BiLSTM), as an effective classification method, excels at finding complex relationships in multivariate time series data. However, training unprocessed original signals often leads to low computation efficiency and poor convergence, for lacking appropriate feature selection. Therefore, this article combines the advantages of the two methods by proposing a deep learning method with manual experience statistical features fed into it. Experimental comparative studies illustrate that the BiLSTM model with appropriate feature input has an accuracy rate of over 87-94%. Meanwhile, this paper provides basic principles of data cleaning and discusses the typical features of various anomalies. Furthermore, the optimization strategies of the feature space selection based on artificial experience are also highlighted.
The Journal of the Institute of Internet, Broadcasting and Communication
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v.24
no.1
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pp.55-58
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2024
In this paper, we propose a design and implementation of big data-based fine dust anomaly detection machine learning system. The proposed is system that classifies the fine dust air quality index through meteorological information composed of fine dust and big data. This system classifies fine dust through the design of an anomaly detection algorithm according to the outliers for each air quality index classification categories based on machine learning. Depth data of the image collected from the camera collects images according to the level of fine dust, and then creates a fine dust visibility mask. And, with a learning-based fingerprinting technique through a mono depth estimation algorithm, the fine dust level is derived by inferring the visibility distance of fine dust collected from the monoscope camera. For experimentation and analysis of this method, after creating learning data by matching the fine dust level data and CCTV image data by region and time, a model is created and tested in a real environment.
Seo, Jong Kwan;Lee, Tae Il;Lee, Whee Sung;Park, Jeom Bae
Journal of IKEEE
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v.24
no.2
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pp.403-408
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2020
Photovoltaic (PV) has both intermittent and uncertainty in nature, so it is difficult to accurately predict. Thus anomaly detection technology is important to diagnose real time PV generation. This paper identifies a correlation between various parameters and classifies the PV data applying k-nearest neighbor and dynamic time warpping. Results for the two classifications showed that an outlier detection by a fault of some facilities, and a temporary power loss by partial shading and overall shading occurring during the short period. Based on 100kW plant data, machine learning analysis and test results verified actual outliers and candidates of outlier.
Journal of Korea Society of Digital Industry and Information Management
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v.6
no.1
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pp.1-12
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2010
Recently, large amount of information in IDS(Intrusion Detection System) can be un manageable and also be mixed with false prediction error. In this paper, we propose a data mining methodology for IDS, which contains uncertainty based on training process and post-processing analysis additionally. Our system is trained to classify the existing attack for misuse detection, to detect the new attack pattern for anomaly detection, and to define border patter between attack and normal pattern. In experimental results show that our approach improve the performance against existing attacks and new attacks,from 0.62 to 0.84 about 35%.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.26
no.2
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pp.199-206
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2022
A malfunction or breakdown of a manufacturing facility leads to product defects and the suspension of production lines, resulting in huge financial losses for manufacturers. Due to the spread of smart factory services, a large amount of data is being collected in factories, and AI-based research is being conducted to predict and diagnose manufacturing facility breakdowns or manufacturing site efficiency. However, because of the characteristics of manufacturing data, such as a severe class imbalance about abnormalities and ambiguous label information that distinguishes abnormalities, developing classification or anomaly detection models is highly difficult. In this paper, we present an deep learning algorithm for anomaly detection of a manufacturing facility using reconstruction loss of CNN-based model and ananlyze its performance. The algorithm detects anomalies by relying solely on normal data from the facility's manufacturing data in the exclusion of abnormal data.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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