Civil engineers always face the challenge of uncertainty in planning, building, and maintaining infrastructure. These works rely heavily on a variety of surveying and monitoring techniques. Unmanned aerial vehicles (UAVs) are an effective approach to obtain information from an additional view, and potentially bring significant benefits to civil engineering. This paper gives an overview of the state of UAV developments and their possible applications in civil engineering. The paper begins with an introduction to UAV hardware, software, and control methodologies. It also reviews the latest developments in technologies related to UAVs, such as control theories, navigation methods, and image processing. Finally, the paper concludes with a summary of the potential applications of UAV to seismic risk assessment, transportation, disaster response, construction management, surveying and mapping, and flood monitoring and assessment.
Proceedings of the Korean Institute of Navigation and Port Research Conference
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v.1
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pp.259-264
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2006
It is well known that the uncertainty of the covariance parameters of the process noise (Q) and the observation errors (R) has a significant impact on Kalman filtering performance. Q and R influence the weight that the filter applies between the existing process information and the latest measurements. Errors in any of them may result in the filter being suboptimal or even cause it to diverge. The conventional way of determining Q and R requires good a priori knowledge of the process noises and measurement errors, which normally comes from intensive empirical analysis. Many adaptive methods have been developed to overcome the conventional Kalman filter's limitations. Starting from covariance matching principles, an innovative adaptive process noise scaling algorithm has been proposed in this paper. Without artificial or empirical parameters to be set, the proposed adaptive mechanism drives the filter autonomously to the optimal mode. The proposed algorithm has been tested using road test data, showing significant improvements to filtering performance.
Park, Sang-Hyun;Cho, Deuk-Jae;Seo, Ki-Yeol;Suh, Sang-Hyun
Journal of Navigation and Port Research
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v.31
no.9
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pp.763-769
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2007
A narrow loop noise bandwidth method is desirable to reduce the error of raw measurements due to the thermal noise. However, it degrades the performance of GPS initial synchronization such as mean acquisition time. And it restricts the loop noise bandwidth to a fixed value determined by the lower bound of the allowable range of carrier-to-noise power ratio, so that it is difficult to optimally track GPS signal. In order to make up for the weak points of the fixed-type narrow loop noise bandwidth method and simultaneously minimize the error of code and carrier measurements, this paper proposes a stepwise-type adaptive bandwidth algorithm for DGPS reference receivers. In this paper, it is shown that the proposed adaptive bandwidth algorithm can provide more accurate measurements than those of the fixed-type narrow loop noise bandwidth method, in view of analyzing the simulation results between two signal tracking algorithms. This paper also carries out sensitivity analysis of the proposed adaptive bandwidth algorithm due to the estimation uncertainty of carrier-to-noise power ratio. Finally the analysis results are verified by the experiment using GPS simulator.
Sara Shishani;Young-Joon Seo;Seok-Joon Hwang;Young-Ran Shin;A-Rom Kim
Proceedings of the Korean Institute of Navigation and Port Research Conference
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2022.06a
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pp.204-206
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2022
The global economy and the air transport business have been affected since the spread of the COVID-19 pandemic. As countries tighten restrictions on international movements, the growing emphasis on air cargo puts pressure on airports to maintain and upgrade their cargo policies, facilities, and operations. Hence, ensuring the competitiveness of cargo airports becomes pivotal for airports survival under the volatile global demand. The study aims to evaluate the importance of the competitiveness factors for cargo airports and identify areas for further improvement. The study applies the Best-Worst Method (BWM) to assess the cargo airports' competitiveness factors: 'Transport Capacity,' 'Airport Operations and Facility Capacity,' 'Economic Growth,' 'Financial Performance,' and 'Airport Brand Value.' The selected airports include Heathrow Airport, Aéroport de Paris-Charles de Gaulle, Hong Kong International Airport, and Incheon International Airport. The results identify 'Transport Capacity' as the most significant competitiveness factor, and Hong Kong International Airport the best performing cargo airport. This research forms a reference framework for evaluating cargo airports' competitive position, which may help identify airports' relative strengths and weaknesses. Moreover, this framework can also serve as a tool facilitating the strategic design of airports that may accommodate both air cargo and passenger demand flexibly under the demand uncertainty.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.7
no.8
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pp.703-710
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2001
The nonlinear observers are proposed for a nonlinear system. To improve the characteristics such as stability, convergence, and $H^{\infty}$ filter performance criterion, we utilize an $H^{\infty}$ filter Riccati equation or a modified $H^{\infty}$ filter Riccati equation with a freedom parameter. Using the Lyapunov function method, the characteristics of the observers are analyzed. Then the in-flight alignment for a strapdown inertial navigation system(SDINS) is designed using the proposed observer. And the additive quaternion error model is especially used to reduce the uncertainty of the SDINS error model. Simulation results show that the observer with the modified $H^{\infty}$ filter Riccati equation effectively improves the performance of the in-flight alignment.
Urban air mobility (UAM) shows great promise for commercialization, yet the technical foundations for ensuring safety in large-scale operations remain a challenge. The purpose of this paper was to analyze current air traffic conflict management techniques in order to develop strategies for implementing strategic conflict management within UAM traffic management systems. We found that UAM conflict management can benefit from demand and capacity balancing techniques, and a system-wide approach is essential. Specifically, the use of data sharing and probabilistic methods is essential for addressing flight time uncertainty and large-scale UAM operations effectively.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.20
no.6
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pp.56-64
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2016
Damage of sea-crossing bridge by ship collision is related to estimate frequencies of overloading due to impact, and bridge accordingly must be designed to satisfy related acceptance criteria. Another important aspect is the management on increment of collision risk during the service period. In this study, related plan, main span length, air draft clearance and collision risk are analyzed for the interim assessment of Incheon Bridge focusing on the ship collision problem. In particular, for the increment of collision risk, the optimized navigation speed is proposed by reviewing the research findings and navigation guidelines etc. as a temporary expedient. Also basic procedure for reasonable prediction of target vessel and passage is established and probabilistic prediction method to embrace the uncertainty of the prediction is proposed as a fundamental solution. It is necessary to conduct further research on collision risk management and promptly carry out interim assessments of other marine bridges.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.16
no.4
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pp.675-683
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1992
Mapping and navigation system based on certainty grids for an autonomous mobile robt operating in unknown and unstructured environment is described. The system uses sonar range data to build a map of robot's surroundings. The range data from sonar sensor are integrated into a probability map that is composed of two dimensional grids which contain the probabilities of being occupied by the objects in the environment. A Bayesian model is used to estimate the uncertainty of the sensor information and to update the existing probability map with new range data. The resulting two dimensional map is used for path planning and navigation. In this paper, the Bayesian updating model which was successfully simulated in our earlier work is implemented on a mobile robot and is shown to be valid in the real world through experiment. This paper also proposes a technique for reducing for reducing specular reflection problem of sonar system which seriousely deteriorates the map quality, and a new path planning method based on weighted distance, which enables the robot to efficiently navigate in an unknown area.
Collision avoidance is a fundamental and important task of an autonomous mobile robot for safe navigation in real environments with high uncertainty. Obstacles are classified into static and dynamic obstacles. It is difficult to avoid dynamic obstacles because the positions of dynamic obstacles are likely to change at any time. This paper proposes a scheme for vision-based avoidance of dynamic obstacles. This approach extracts object candidates that can be considered moving objects based on the labeling algorithm using depth information. Then it detects moving objects among object candidates using motion vectors. In case the motion vectors are not extracted, it can still detect the moving objects stably through their color information. A robot avoids the dynamic obstacle using the dynamic window approach (DWA) with the object path estimated from the information of the detected obstacles. The DWA is a well known technique for reactive collision avoidance. This paper also proposes an algorithm which autonomously registers the obstacle color. Therefore, a robot can navigate more safely and efficiently with the proposed scheme.
In mobile robot navigation, one of the key problems is the pose estimation of the mobile robot. Although the odometry can be used to describe the motions of the mobile robots quite simple and accurately, the validities of the models are limited by a number of error sources contaminating the encoder outputs so that applying the conventional extended Kalman filter to these nominal model does not yield the satisfactory performance. As a remedy for this problem, we consider the uncertain nonlinear kinematic model of the mobile robot that contains the norm bounded uncertainties and also propose a new robust extended Kalman filter based on the Krein space approach. The proposed robust filter has the same recursive structure as the conventional extended Kalman filter and can hence be readily designed to effectively account for the uncertainties. The computer simulations will be given to verify the robustness against the parameter variation as well as the reliable performance of the proposed robust filter.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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