Journal of Korean Society of Industrial and Systems Engineering
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v.42
no.4
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pp.203-210
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2019
Recently, a number of researchers have produced research and reports in order to forecast more exactly air quality such as particulate matter and odor. However, such research mainly focuses on the atmospheric diffusion models that have been used for the air quality prediction in environmental engineering area. Even though it has various merits, it has some limitation in that it uses very limited spatial attributes such as geographical attributes. Thus, we propose the new approach to forecast an air quality using a deep learning based ensemble model combining temporal and spatial predictor. The temporal predictor employs the RNN LSTM and the spatial predictor is based on the geographically weighted regression model. The ensemble model also uses the RNN LSTM that combines two models with stacking structure. The ensemble model is capable of inferring the air quality of the areas without air quality monitoring station, and even forecasting future air quality. We installed the IoT sensors measuring PM2.5, PM10, H2S, NH3, VOC at the 8 stations in Jeonju in order to gather air quality data. The numerical results showed that our new model has very exact prediction capability with comparison to the real measured data. It implies that the spatial attributes should be considered to more exact air quality prediction.
In this study, the prediction technology of Hydrological Quantitative Precipitation Forecast (HQPF) was improved by optimizing the weather predictors used as input data for machine learning. Results comparison was conducted using bias and Root Mean Square Error (RMSE), which are predictive accuracy verification indicators, based on the heavy rain case on August 21, 2021. By comparing the rainfall simulated using the improved HQPF and the observed accumulated rainfall, it was revealed that all HQPFs (conventional HQPF and improved HQPF 1 and HQPF 2) showed a decrease in rainfall as the lead time increased for the entire grid region. Hence, the difference from the observed rainfall increased. In the accumulated rainfall evaluation due to the reduction of input factors, compared to the existing HQPF, improved HQPF 1 and 2 predicted a larger accumulated rainfall. Furthermore, HQPF 2 used the lowest number of input factors and simulated more accumulated rainfall than that projected by conventional HQPF and HQPF 1. By improving the performance of conventional machine learning despite using lesser variables, the preprocessing period and model execution time can be reduced, thereby contributing to model optimization. As an additional advanced method of HQPF 1 and 2 mentioned above, a simulated analysis of the Local ENsemble prediction System (LENS) ensemble member and low pressure, one of the observed meteorological factors, was analyzed. Based on the results of this study, if we select for the positively performing ensemble members based on the heavy rain characteristics of Korea or apply additional weights differently for each ensemble member, the prediction accuracy is expected to increase.
Skin lesions are common diseases that range from skin rashes to skin cancer, which can lead to death. Note that early diagnosis of skin diseases can be important because early diagnosis of skin diseases considerably can reduce the course of treatment and the harmful effect of the disease. Recently, the development of computer-aided diagnosis (CAD) systems based on artificial intelligence has been actively made for the early diagnosis of skin diseases. In a typical CAD system, the accurate classification of skin lesion types is of great importance for improving the diagnosis performance. Motivated by this, we propose a novel deep ensemble classification with multi-scale attention networks. The proposed deep ensemble networks are jointly trained using a single loss function in an end-to-end manner. In addition, the proposed deep ensemble network is equipped with a multi-scale attention mechanism and segmentation information of the original skin input image, which improves the classification performance. To demonstrate our method, the publicly available human skin disease dataset (HAM 10000) and the private animal skin lesion dataset were used for the evaluation. Experiment results showed that the proposed methods can achieve 97.8% and 81% accuracy on each HAM10000 and animal skin lesion dataset. This research work would be useful for developing a more reliable CAD system which helps doctors early diagnose skin diseases.
These days, much information is provided as a list of summaries through mobile services. In this regard, users consume information in which they are interested by observing the list and not by expressing their interest explicitly or implicitly through rating content or clicking links. Therefore, to appropriately model a user's interest, it is necessary to detect latent interest content. In this study, we propose a method for reasoning latent interest of a user by analyzing mobile content consumption logs of the user. Specifically, since erroneous reasoning will drastically degrade service quality, a unanimity ensemble method is adopted to maximize precision. In this method, an item is determined as the subject of latent interest only when multiple classifiers considering various aspects of the log unanimously agree. Accurate reasoning of latent interest will contribute to enhancing the quality of personalized services such as interest-based recommendation systems.
In this paper the current-voltage characteristics of a submicron GaAs MESFET is simulated by using the self-consistent ensemble Monte Carlo method. The numerical algorithm employed in solving the two-dimensional Poisson equation is the successive over-relaxation(SOR) method. The total number of employed superparticles is about 1000 and the field adjusting time is 10fs. To obtain the steady-state results the simulation is performed for 10ps at each bias condition. The simulation results show the average electron velocity is modified by the gate voltage.
We apply a reduced-order method based on B-spline Galerkin finite elements formulation to Rosenau-RLW equation for the first time and explain their process in detail. The ensemble of snapshots is very large generally, and it is difficult to apply POD to the ensemble of snapshots directly. Hence, we try to pick up important snapshots among the whole data. In this paper, we represent three different reduced-order schemes. First, the classical POD technique is examined. Second, (equally sampled snapshots) are exploited for POD technique. Finally, afterward sampling snapshots by CVT, for those snapshots, POD technique is implemented again.
It is believed that the anomalies or diseases of human organs are identified by the analysis of the patterns. This paper proposes a new classification technique for the identification of cancer disease using the proteome patterns obtained from two-dimensional polyacrylamide gel electrophoresis(2-D PAGE). In the new classification method, three different classification methods such as support vector machine(SVM), multi-layer perceptron(MLP) and k-nearest neighbor(k-NN) are extended by multi-boosting method in an array of subclassifiers and the results of each subclassifier are merged by ensemble method. Genetic algorithm was applied to obtain optimal feature set in each subclassifier. We applied our method to empirical data set from cancer research and the method showed the better accuracy and more stable performance than single classifier.
Purpose: factor analysis and independent component analysis (ICA) has been used for handling dynamic image sequences. Theoretical advantages of a newly suggested ICA method, ensemble ICA, leaded us to consider applying this method to the analysis of dynamic myocardial $H_2^{15}O$ PET data. In this study, we quantified patients' blood flow using the ensemble ICA method. Materials and Methods: Twenty subjects underwent $H_2^{15}O$ PET scans using ECAT EXACT 47 scanner and myocardial perfusion SPECT using Vertex scanner. After transmission scanning, dynamic emission scans were initiated simultaneously with the injection of $555{\sim}740$ MBq $H_2^{15}O$. Hidden independent components can be extracted from the observed mixed data (PET image) by means of ICA algorithms. Ensemble learning is a variational Bayesian method that provides an analytical approximation to the parameter posterior using a tractable distribution. Variational approximation forms a lower bound on the ensemble likelihood and the maximization of the lower bound is achieved through minimizing the Kullback-Leibler divergence between the true posterior and the variational posterior. In this study, posterior pdf was approximated by a rectified Gaussian distribution to incorporate non-negativity constraint, which is suitable to dynamic images in nuclear medicine. Blood flow was measured in 9 regions - apex, four areas in mid wall, and four areas in base wall. Myocardial perfusion SPECT score and angiography results were compared with the regional blood flow. Results: Major cardiac components were separated successfully by the ensemble ICA method and blood flow could be estimated in 15 among 20 patients. Mean myocardial blood flow was $1.2{\pm}0.40$ ml/min/g in rest, $1.85{\pm}1.12$ ml/min/g in stress state. Blood flow values obtained by an operator in two different occasion were highly correlated (r=0.99). In myocardium component image, the image contrast between left ventricle and myocardium was 1:2.7 in average. Perfusion reserve was significantly different between the regions with and without stenosis detected by the coronary angiography (P<0.01). In 66 segment with stenosis confirmed by angiography, the segments with reversible perfusion decrease in perfusion SPECT showed lower perfusion reserve values in $H_2^{15}O$ PET. Conclusions: Myocardial blood flow could be estimated using an ICA method with ensemble learning. We suggest that the ensemble ICA incorporating non-negative constraint is a feasible method to handle dynamic image sequence obtained by the nuclear medicine techniques.
ANFIS-based methodology for improving GloSea5 ensemble weather forecast is developed and evaluated in this study. The proposed method consists of two steps: pre & post processing. For ensemble prediction of GloSea5, weights are assigned to the ensemble members based on Optimal Weighting Method (OWM) in the pre-processing. Then, the bias of the results of pre-processed is corrected based on Model Output Statistics (MOS) method in the post-processing. The watershed of the Chungju multi-purpose dam in South Korea is selected as a study area. The results of evaluation indicated that the pre-processing step (CASE1), the post-processing step (CASE2), pre & post processing step (CASE3) results were significantly improved than the original GloSea5 bias correction (BC_GS5). Correction performance is better the order of CASE3, CASE1, CASE2. Also, the accuracy of pre-processing was improved during the season with high variability of precipitation. The post-processing step reduced the error that could not be smoothed by pre-processing step. It could be concluded that this methodology improved the ability of GloSea5 ensemble weather forecast by using ANFIS, especially, for the summer season with high variability of precipitation when applied both pre- and post-processing steps.
In this study, a proposed ensemble learning technique aims to enhance the semantic segmentation performance of images captured by Unmanned Aerial Vehicles (UAVs). With the increasing use of UAVs in fields such as urban planning, there has been active development of techniques utilizing deep learning segmentation methods for land cover segmentation. The study suggests a method that utilizes prominent segmentation models, namely U-Net, DeepLabV3, and Fully Convolutional Network (FCN), to improve segmentation prediction performance. The proposed approach integrates training loss, validation accuracy, and class score of the three segmentation models to enhance overall prediction performance. The method was applied and evaluated on a land cover segmentation problem involving seven classes: buildings,roads, parking lots, fields, trees, empty spaces, and areas with unspecified labels, using images captured by UAVs. The performance of the ensemble model was evaluated by mean Intersection over Union (mIoU), and the results of comparing the proposed ensemble model with the three existing segmentation methods showed that mIoU performance was improved. Consequently, the study confirms that the proposed technique can enhance the performance of semantic segmentation models.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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