A good understanding of normal modal variability of civil structures due to varying environmental conditions such as temperature and wind is important for reliable performance of vibration-based damage detection methods. This paper addresses the quantification of wind-induced modal variability of a cable-stayed bridge making use of one-year monitoring data. In order to discriminate the wind-induced modal variability from the temperature-induced modal variability, the one-year monitoring data are divided into two sets: the first set includes the data obtained under weak wind conditions (hourly-average wind speed less than 2 m/s) during all four seasons, and the second set includes the data obtained under both weak and strong (typhoon) wind conditions during the summer only. The measured modal frequencies and temperatures of the bridge obtained from the first set of data are used to formulate temperature-frequency correlation models by means of artificial neural network technique. Before the second set of data is utilized to quantify the wind-induced modal variability, the effect of temperature on the measured modal frequencies is first eliminated by normalizing these modal frequencies to a reference temperature with the use of the temperature-frequency correlation models. Then the wind-induced modal variability is quantitatively evaluated by correlating the normalized modal frequencies for each mode with the wind speed measurement data. It is revealed that in contrast to the dependence of modal frequencies on temperature, there is no explicit correlation between the modal frequencies and wind intensity. For most of the measured modes, the modal frequencies exhibit a slightly increasing trend with the increase of wind speed in statistical sense. The relative variation of the modal frequencies arising from wind effect (with the maximum hourly-average wind speed up to 17.6 m/s) is estimated to range from 1.61% to 7.87% for the measured 8 modes of the bridge, being notably less than the modal variability caused by temperature effect.
Proper understanding of offshore wind speed variability is of essential importance in practice, which provides useful information to a wide range of coastal and marine activities. In this paper, long-term wind speed data recorded at various offshore stations are analyzed in the framework of fractal dimension analysis. Fractal analysis is a well-established data analysis tool, which is particularly suitable to determine the complexity in time series from a quantitative point of view. The fractal dimension is estimated using the conventional box-counting method. The results suggest that the wind speed data are generally fractals, which are likely to exhibit a persistent nature. The mean fractal dimension varies from 1.31 at an offshore weather station to 1.43 at an urban station, which is mainly associated with surface roughness condition. Monthly variability of fractal dimension at offshore stations is well-defined, which often possess larger values during hotter months and lower values during winter. This is partly attributed to the effect of thermal instability. In addition, with an increase in measurement interval, the mean and minimum fractal dimension decrease, whereas the maximum and coefficient of variation increase in parallel.
In the complex terrain where local wind systems are formed, accurate understanding of regional wind variability is required for wind resource assessment. In this paper, cluster analysis based on the similarity of time-series wind vector was applied to classify wind regions with similar wind characteristics and the meteorological validity of regionalization method was evaluated. Wind regions in Jeju Island and Busan were classified using the wind resource map of Korea created by a mesoscale numerical weather prediction modeling. The evaluation was performed by comparing wind speed, wind direction, and wind variability of each wind region. Wind characteristics, such as mean wind speed and prevailing wind direction, in the same wind region were similar and wind characteristics in different wind regions were meteor-statistically distinct. It was able to identify a singular wind region at the top area of Mt. Halla using the inconsistency of wind direction variability. Furthermore, it was found that the regionalization results correspond with the topographic features of Jeju Island and Busan, showing the validity.
The reliability of antenna tower designed for a n-year design wind speed is determined by considering the variability of the strength of the component members and of the mean wind speed. For obtaining the n-year design wind speed, maximum annual wind speed is assumed to follow Gumbel Type-1 distribution. Following this distribution of the wind speed, the mean and standard deviation of stresses in each component member are worked out. The variability of the strength of members is defined by means of the nominal strength and a coefficient of variation. The probability of failure of the critical members of tower is determined by the first order second moment method (FOSM) of reliability analysis. Using the above method, the reliability against allowable stress failure of the critical members as well as the system reliabilities for a 75 m tall antenna tower, designed for n-year design wind speed, are presented.
This study examines the future variability of surface wind speed and solar radiation based on climate change scenario over the Korean Peninsula. Climate change scenarios used in this study are RCP 4.5 and 8.5 with a 12.5 km horizontal resolution. Climate change scenario RCP 4.5 and 8.5 reproduce the general features of wind speed over the Korean Peninsula, such as strong wind speed during spring and winter and weak wind speed during summer. When compared with the values of wind speed and solar radiation of the future, they are expected to decrease current wind and solar resource map. Comparing the resource maps using RCP 4.5 and 8.5 scenarios, wind speed and solar radiation decrease with increasing greenhouse gas concentration. Meteorological resource maps of future wind and solar radiation should be improved with high resolution for the industrial application.
A regional wind network with complex surface conditions must be designed with sufficient space and time resolution to resolve the local circulations. In this study, the spatial variations of the wind field observed in the Seoul and Jeju regional networks were evaluated in terms of annual, seasons, and months to assess the spatial homogeneity of wind fields within the regional networks. The coherency of the wind field as a function of separation distance between stations indicated that significant coherency was sometimes not captured by the network, as inferred by low correlations between adjacent stations. A meso-velocity scale was defined in terms of the spatial variability of the wind within the network. This problem is predictably most significant with weak winds, dull prevailing wind, clear skies and significant topography. The relatively small correlations between stations imply that the wind at a given point cannot be estimated by interpolating winds from the nearest stations. For the Seoul and Jeju regional network, the meso-velocity scale has typically a same order of magnitude as the speed of the network averaged wind, revealing the large spatial variability of the Jeju network station imply topography and weather. Significant scatter in the relationship between spatial variability of the wind field and the wind speed is thought to be related to thermally-generated flows. The magnitude of the mesovelocity scale was significantly different along separation distance between stations, wind speed, intensity of prevailing wind, clear and cloudy conditions, topography. Resultant wind vectors indicate much different flow patterns along condition of contributing factors. As a result, the careful considerations on contributing factors such as prevailing wind in season, weather, and complex surface conditions with topography and land/sea contrast are required to assess the spatial variations of wind field on a regional network. The results in the spatial variation from the mesovelocity scale are useful to represent the characteristics of regional wind speed including lower surface conditions over the grid scale of large scale atmospheric model.
The objective of the investigation is the analysis of wind-tunnel experimental errors, associated with the measurement of aeroelastic coefficients of bridge decks (Scanlan flutter derivatives). A two-degree-of-freedom experimental apparatus is used for the measurement of flutter derivatives. A section model of a closed-box bridge deck is considered in this investigation. Identification is based on free-vibration aeroelastic tests and the Iterative Least Squares method. Experimental error investigation is carried out by repeating the measurements and acquisitions thirty times for each wind tunnel speed and configuration of the model. This operational procedure is proposed for analyzing the experimental variability of flutter derivatives. Several statistical quantities are examined; these quantities include the standard deviation and the empirical probability density function of the flutter derivatives at each wind speed. Moreover, the critical flutter speed of the setup is evaluated according to standard flutter theory by accounting for experimental variability. Since the probability distribution of flutter derivatives and critical flutter speed does not seem to obey a standard theoretical model, polynomial chaos expansion is proposed and used to represent the experimental variability.
Wind resource data of short-term period has to be corrected a long-term period by using MCP method that Is a statistical method to predict the long-term wind resource at target site data with a reference site data. Because the field measurement for wind assessment is limited to a short period by various constraints. In this study, 2 different MCP methods such as Linear regression and Matrix method were chosen to compare the predictive accuracy between the methods. Finally long-term wind speed, wind power density and capacity factor at the target site for 20 years were estimated for the variability of wind and wind energy. As a result, for 20 years annual average wind speed, Yellow sea off shore wind farm was estimated to have 4.29% for coefficient of variation, CV, and -9.57%~9.53% for range of variation, RV. It was predicted that the annual wind speed at Yellow sea offshore wind farm varied within ${\pm}10%$.
The results of reference wind speed calculation in Croatia as a base for the revision of the Croatian standards for wind loads upon structures are presented. Wind speed averaged over 10 minutes, at 10 m height, in a flat, open terrain, with a 50-year mean return period is given for 27 meteorological stations in Croatia. It is shown that the greatest part of Croatia is covered with expected reference wind speeds up to 25 m/s. Exceptions are stations with specific anemometer location open to the bura wind which is accelerated due to the channelling effects of local orography and the nearby mountain passes where the expected reference wind speed ranges between 38 m/s and 55 m/s. The methodology for unifying all available information from wind measurements regardless of the averaging period is discussed by analysing wind speed variability at the meteorological station in Hvar.
International Journal of Fuzzy Logic and Intelligent Systems
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제11권4호
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pp.247-253
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2011
A sustainability of electricity supply has emerged as a critical issue for low carbon green growth in South Korea. Wind power is the fastest growing source of renewable energy. However, due to its own intermittency and volatility, the power supply generated from wind energy has variability in nature. Hence, accurate forecasting of wind speed and power plays a key role in the effective harvesting of wind energy and the integration of wind power into the current electric power grid. This paper presents a short-term wind speed prediction method based on support vector regression. Moreover, particle swarm optimization is adopted to find an optimum setting of hyper-parameters in support vector regression. An illustration is given by real-world data and the effect of model regularization by particle swarm optimization is discussed as well.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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