Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.64
no.5
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pp.27-39
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2022
The smart farm is recognized as a solution for future farmers having positive effects on the sustainability of the poultry industry. Intelligent microclimate control can be a key technology for broiler production which is extremely vulnerable to abnormal indoor air temperatures. Furthermore, better control of indoor microclimate can be achieved by accurate prediction of indoor air temperature. This study developed predictive models for internal air temperature in a mechanically-ventilated broiler house based on the data measured during three rearing periods, which were different in seasonal climate and ventilation operation. Three machine learning models and a mechanistic model based on thermal energy balance were used for the prediction. The results indicated that the all models gave good predictions for 1-minute future air temperature showing the coefficient of determination greater than 0.99 and the root-mean-square-error smaller than 0.306℃. However, for 1-hour future air temperature, only the mechanistic model showed good accuracy with the coefficient of determination of 0.934 and the root-mean-square-error of 0.841℃. Since the mechanistic model was based on the mathematical descriptions of the heat transfer processes that occurred in the broiler house, it showed better prediction performances compared to the black-box machine learning models. Therefore, it was proven to be useful for intelligent microclimate control which would be developed in future studies.
Water supply is continuously suffering from frequent droughts under climate change, and such extreme events are expected to become more frequent due to climate change. In this study, the decision scaling method was introduced to evaluate the drought vulnerability under future climate change in a wider range. As a result, the water supply reliability of the Boryeong Dam ranged from 95.80% to 98.13% to the condition of the aqueduct which was constructed at the Boryeong Dam. Furthermore, the Boryeong Dam was discovered to be vulnerable under climate change scenarios. Hence, genetic algorithm-based hedging rules were developed to evaluate the reduction effect of drought vulnerability. Moreover, three demand scenarios (high, standard, and low demand) were also considered to reflect the future socio-economic change in the Boryeong Dam. By analyzing quantitative reliability and the probability of extreme drought occurrence under 5% of the water storage rate, all hedging rules demonstrated that they were superior in preparing for extreme drought under low-demand scenarios.
Brittleness index (BI) is an important property of rocks because it is a good index to predict rockburst. Due to its importance, several empirical and soft computing (SC) models have been proposed in the literature based on the punch penetration test (PPT) results. These models are very important as there is no clear-cut experimental means for measuring BI asides the PPT which is very costly and time consuming to perform. This study used a novel Multivariate Adaptive regression spline (MARS), M5P, and white-box ANN to predict the BI of rocks using the available data in the literature for an improved BI prediction. The rock density, uniaxial compressive strength (σc) and tensile strength (σt) were used as the input parameters into the models while the BI was the targeted output. The models were implemented in the MATLAB software. The results of the proposed models were compared with those from existing multilinear regression, linear and nonlinear particle swarm optimization (PSO) and genetic algorithm (GA) based models using similar datasets. The coefficient of determination (R2), adjusted R2 (Adj R2), root-mean squared error (RMSE) and mean absolute percentage error (MAPE) were the indices used for the comparison. The outcomes of the comparison revealed that the proposed ANN and MARS models performed better than the other models with R2 and Adj R2 values above 0.9 and least error values while the M5P gave similar performance to those of the existing models. Weight partitioning method was also used to examine the percentage contribution of model predictors to the predicted BI and tensile strength was found to have the highest influence on the predicted BI.
Bridge hangers, such as those in suspension and cable-stayed bridges, suffer from cumulative fatigue damage caused by dynamic loads (e.g., cyclic traffic and wind loads) in their service condition. Thus, the identification of damage to hangers is important in preserving the service life of the bridge structure. This study develops a new method for condition assessment of bridge hangers. The tension force of the bridge and the damages in the element level can be identified using the Bayesian optimization method. To improve the number of observed data, the additional mass method is combined the Bayesian optimization method. Numerical studies are presented to verify the accuracy and efficiency of the proposed method. The influence of different acquisition functions, which include expected improvement (EI), probability-of-improvement (PI), lower confidence bound (LCB), and expected improvement per second (EIPC), on the identification of damage to the bridge hanger is studied. Results show that the errors identified by the EI acquisition function are smaller than those identified by the other acquisition functions. The identification of the damage to the bridge hanger with various types of boundary conditions and different levels of measurement noise are also studied. Results show that both the severity of the damage and the tension force can be identified via the proposed method, thereby verifying the robustness of the proposed method. Compared to the genetic algorithm (GA), particle swarm optimization (PSO), and nonlinear least-square method (NLS), the Bayesian optimization (BO) performs best in identifying the structural damage and tension force.
Park, Kyung Hoon;Kong, Jung Sik;Hwang, Yoon Koog;Cho, Hyo Nam
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.26
no.6A
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pp.1023-1032
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2006
In this paper, a new method for the bridge maintenance is proposed to overcome the limit of the existing methods and to implement the preventive bridge maintenance system. The proposed method can establish the lifetime optimum maintenance strategy of the deteriorating bridges considering the life-cycle performance as well as the life-cycle cost. The lifetime performance of the deteriorating bridges is evaluated by the safety index based on the structural reliability and the condition index detailing the condition state. The life-cycle cost is estimated by considering not only the direct maintenance cost but also the user and failure cost. The genetic algorithm is applied to generate a set of maintenance scenarios which is the multi-objective combinatorial optimization problem related to the life-cycle cost and performance. The study examined the proposed method by establishing a maintenance strategy for the existing bridge and its advantages. The result shows that the proposed method can be effectively applied to deciding the bridge maintenance strategy.
Yeong Jun Yu;SeongHoon Kang;JuHwan Kim;SeongIn No;GiHyeon Lee;Seung Yong Lee;Chul-hee Lee
Journal of Drive and Control
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v.20
no.4
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pp.1-8
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2023
In recent years, robots have been utilized in various industries to reduce workload and enhance work efficiency. The following mobility offers users convenience by autonomously tracking specific locations and targets without the need for additional equipment such as forklifts or carts. In this paper, deep learning techniques were employed to recognize individuals and assign each of them a unique identifier to enable the recognition of a specific person even among multiple individuals. To achieve this, the distance and angle between the robot and the targeted individual are transmitted to respective controllers. Furthermore, this study explored the control methodology for mobility that tracks a specific person, utilizing Simultaneous Localization and Mapping (SLAM) and Proportional-Integral-Derivative (PID) control techniques. In the PID control method, a genetic algorithm is employed to extract the optimal gain value, subsequently evaluating PID performance through simulation. The SLAM method involves generating a map by synchronizing data from a 2D LiDAR and a depth camera using Real-Time Appearance-Based Mapping (RTAB-MAP). Experiments are conducted to compare and analyze the performance of the two control methods, visualizing the paths of both the human and the following mobility.
Park, Kyung-Hoon;Lee, Sang-Yoon;Hwang, Yoon-Koog;Kong, Jung-Sik;Lim, Jong-Kwon
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.11
no.4
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pp.109-120
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2007
In this study, a bridge maintenance system is developed to generate performance-based optimum maintenance strategy by considering the life-cycle cost. A multi-objective combinatorial optimization problem is formulated to generate a tradeoff maintenance scenarios which satisfies the balance among the conflicting objectives such as the performance and cost during the bridge lifetime and a genetic algorithm is applied to the system. By using the developed program, this study proposes a process of optimum maintenance scenario applying to the steel girder bridge of national road. The developed system improves the current methods of establishing the bridge maintenance strategy and can be utilized as an efficient tool to provide the optimum bridge maintenance scenario corresponding to the various constraints and requirements of bridge agency.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.13
no.5
s.57
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pp.121-132
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2009
This paper introduces an experimental verification and a field application of the proposed technique using the combination of FEM and HGA about the loss prestressing force of an exteranl tendon by above same authors. The vibration tests have been conducted by using a laboratory models and the externally prestressed tendon at the field and the natural frequencies are extracted from the vibration tests. The proposed technique based on the extracted natural frequencies is applied. It is seen that the errors in the tension and lost prestressing force by proposed technique are about 4% from a laboratory model test. For the model verification at field, exact modeling has beem made with Rayleigh damping. It is seen that the error in the tension by proposed technique is less than 1% and the estimated lost prestressing force converges less than the exact value.
Feature Selection is one of methods to improve the classification accuracy of data in the field of machine learning. Many feature selection algorithms have been proposed and discussed for years. However, the problem of finding the optimal feature subset from full data still remains to be a difficult problem. Bio-inspired algorithms are well-known evolutionary algorithms based on the principles of behavior of organisms, and very useful methods to find the optimal solution in optimization problems. Bio-inspired algorithms are also used in the field of feature selection problems. So in this paper we proposed new improved bio-inspired algorithms for feature selection. We used well-known bio-inspired algorithms, Genetic Algorithm (GA) and Particle Swarm Optimization (PSO), to find the optimal subset of features that shows the best performance in classification accuracy. In addition, we modified the bio-inspired algorithms considering the prior importance (prior relevance) of each feature. We chose the mRMR method, which can measure the goodness of single feature, to set the prior importance of each feature. We modified the evolution operators of GA and PSO by using the prior importance of each feature. We verified the performance of the proposed methods by experiment with datasets. Feature selection methods using GA and PSO produced better performances in terms of the classification accuracy. The modified method with the prior importance demonstrated improved performances in terms of the evolution speed and the classification accuracy.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.41
no.3
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pp.173-184
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2013
A multi-level design optimization framework for aerodynamic design of rotary wing such as propeller and helicopter rotor blades is presented in this study. Strategy of the proposed framework is to enhance aerodynamic performance by sequentially applying the planform and sectional design optimization. In the first level of a planform design, we used a genetic algorithm and blade element momentum theory (BEMT) based on two-dimensional aerodynamic database to find optimal planform variables. After an initial planform design, local flow conditions of blade sections are analyzed using high-fidelity CFD methods. During the next level, a sectional design optimization is conducted using two dimensional Navier-Stokes analysis and a gradient based optimization algorithm. When optimal airfoil shape is determined at the several spanwise locations, a planform design is performed again. Through this iterative design process, not only an optimal flow condition but also an optimal shape of an EAV propeller blade is obtained. To validate the optimized propeller-blade design, it is tested in wind-tunnel facility with different flow conditions. An efficiency, which is slightly less than the expected improvement of 7% predicted by our proposed design framework but is still satisfactory to enhance the aerodynamic performance of EAV system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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