Uncertainties enter a complex analysis from a variety of sources: variability, lack of data, human errors, model simplification and lack of understanding of the underlying physics. However, for many important engineering applications insufficient data are available to justify the choice of a particular probability density function (PDF). Sometimes the only data available are in the form of interval estimates which represent, often conflicting, expert opinion. In this paper we demonstrate that Bayesian estimation techniques can successfully be used in applications where only vague interval measurements are available. The proposed approach is intended to fit within a probabilistic framework, which is established and widely accepted. To circumvent the problem of selecting a specific PDF when only little or vague data are available, a hierarchical model of a continuous family of PDF's is used. The classical Bayesian estimation methods are expanded to make use of imprecise interval data. Each of the expert opinions (interval data) are interpreted as random interval samples of a parent PDF. Consequently, a partial conflict between experts is automatically accounted for through the likelihood function.
Acoustic signal is crucial for the autonomous navigation of underwater vehicles. For this purpose, this paper presents a method of acoustic source localization. The proposed method is based on the probabilistic estimation of time delay of acoustic signals received by two hydrophones. Using Bayesian update process, the proposed method can provide reliable estimation of direction angle of the acoustic source. The acquired direction information is used to estimate the location of the acoustic source. By accumulating direction information from various vehicle locations, the acoustic source localization is achieved using extended Kalman filter. The proposed method can provide a reliable estimation of the direction and location of the acoustic source, even under for a noisy acoustic signal. Experimental results demonstrate the performance of the proposed acoustic source localization method in a real sea environment.
This is the story of a bell-tower and its monitoring. The Civic Tower in Portogruaro is a 59 m high masonry bell-tower, originally built in the XIII century, today leaning more than a meter out of plumb. Since 2003, the building inclination has been continuously monitored with an optical inclinometer in an effort to see whether the tilt is still in progress. When the monitoring started, it was thought highly unlikely that the Tower would tilt further. After three years of monitoring and historical investigation, this idea was completely overturned. We show here how the initial view developed to a final awareness via a probabilistic analysis of the information acquired, based on Bayesian logic. We illustrate how the joint use of instrumental monitoring and historical documentation allowed timely recognition of signs of ongoing tilting and accurate calculation not only of the mean inclination trend, but also the credibility of this information.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.57
no.5
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pp.305-311
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2020
This study presents a probabilistic time series forecast of ship structural response using Bayesian inference combined with Volterra linear model. The structural response of a ship exposed to irregular wave excitation was represented by a linear Volterra model and unknown uncertainties were taken care by probability distribution of time series. To achieve the goal, Volterra series of first order was expanded to a linear combination of Laguerre functions and the probability distribution of Laguerre coefficients is estimated using the prepared data by treating Laguerre coefficients as random variables. In order to check the validity of the proposed methodology, it was applied to a linear oscillator model containing damping uncertainties, and also applied to model test data obtained by segmented hull model of 400,000 DWT VLOC as a practical problem.
Xu Zhang;Zhiguang Deng;Yifan Jian;Qichang Huang;Hao Peng;Quan Ma
Nuclear Engineering and Technology
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v.55
no.5
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pp.1901-1910
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2023
The safety-class (1E) digital control system (DCS) of nuclear power plant characterized structural multiple redundancies, therefore, it is important to quantitatively evaluate the reliability of DCS in different degree of backup loss. In this paper, a reliability evaluation model based on T-S fuzzy fault tree (FT) is proposed for 1E DCS of nuclear power plant, in which the connection relationship between components is described by T-S fuzzy gates. Specifically, an output rejection control system is chosen as an example, based on the T-S fuzzy FT model, the key indicators such as probabilistic importance are calculated, and for a further discussion, the T-S fuzzy FT model is transformed into Bayesian Network(BN) equivalently, and the fault diagnosis based on probabilistic analysis is accomplished. Combined with the analysis of actual objects, the effectiveness of proposed method is proved.
Journal of the Korean Institute of Intelligent Systems
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v.17
no.3
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pp.316-321
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2007
We propose a quatitative annotation method for edges in Bayesian networks using given sets of condition-specific data. Bayesian network model has been used widely in various fields to infer probabilistic dependency relationships between entities in target systems. Besides the need for identifying dependency relationships, the annotation of edges in Bayesian networks is required to analyze the meaning of learned Bayesian networks. We assume the training data is composed of several condition-specific data sets. The contribution of each condition-specific data set to each edge in the learned Bayesian network is measured using the ratio of likelihoods between network structures of including and missing the specific edge. The proposed method can be a good approach to make quantitative annotation for learned Bayesian network structures while previous annotation approaches only give qualitative one.
Matos, Jose C.;Valente, Isabel B.;Cruz, Paulo J.S.;Moreira, Vicente N.
Steel and Composite Structures
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v.20
no.6
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pp.1345-1368
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2016
This paper presents the probabilistic-based assessment of composite steel-concrete structures through an innovative framework. This framework combines model identification and reliability assessment procedures. The paper starts by describing current structural assessment algorithms and the most relevant uncertainty sources. The developed model identification algorithm is then presented. During this procedure, the model parameters are automatically adjusted, so that the numerical results best fit the experimental data. Modelling and measurement errors are respectively incorporated in this algorithm. The reliability assessment procedure aims to assess the structure performance, considering randomness in model parameters. Since monitoring and characterization tests are common measures to control and acquire information about those parameters, a Bayesian inference procedure is incorporated to update the reliability assessment. The framework is then tested with a set of composite steel-concrete beams, which behavior is complex. The experimental tests, as well as the developed numerical model and the obtained results from the proposed framework, are respectively present.
The analyses carried out within the Seismic Probabilistic Risk Assessments (SPRAs) of Nuclear Power Plants (NPPs) are affected by significant aleatory and epistemic uncertainties. These uncertainties have to be represented and quantified coherently with the data, information and knowledge available, to provide reasonable assurance that related decisions can be taken robustly and with confidence. The amount of data, information and knowledge available for seismic risk assessment is typically limited, so that the analysis must strongly rely on expert judgments. In this paper, a Dempster-Shafer Theory (DST) framework for handling uncertainties in NPP SPRAs is proposed and applied to an example case study. The main contributions of this paper are two: (i) applying the complete DST framework to SPRA models, showing how to build the Dempster-Shafer structures of the uncertainty parameters based on industry generic data, and (ii) embedding Bayesian updating based on plant specific data into the framework. The results of the application to a case study show that the approach is feasible and effective in (i) describing and jointly propagating aleatory and epistemic uncertainties in SPRA models and (ii) providing 'conservative' bounds on the safety quantities of interest (i.e. Core Damage Frequency, CDF) that reflect the (limited) state of knowledge of the experts about the system of interest.
In recent years, the importance of managing software defects in the implementation stage has emerged because of the rapid development and wide-range usage of intelligent smart devices. Even if not a few studies have been conducted on the prediction models for software defects, their outcomes have not been widely shared. This paper proposes an efficient probabilistic management model of software metrics based on the Bayesian network, to overcome limits such as binary defect prediction models. We expect the proposed model to configure the Bayesian network by taking advantage of various software metrics, which can help in identifying improvements for refactoring. Once the source code has improved through code refactoring, the measured related metric values will also change. The proposed model presents probability values reflecting the effects after defect removal, which can be achieved by improving metrics through refactoring. This model could cope with the conclusive binary predictions, and consequently secure flexibilities on decision making, using indeterminate probability values.
Recently, with the development of communication technology, it has become possible to collect various sensor data that indicate the environmental stimuli within a space. In this paper, we propose a group emotion prediction system using a modular Bayesian network that was designed considering the psychological impact of environmental stimuli. A Bayesian network can compensate for the uncertain and incomplete characteristics of the sensor data by the probabilistic consideration of the evidence for reasoning. Also, modularizing the Bayesian network has enabled flexible response and efficient reasoning of environmental stimulus fluctuations within the space. To verify the performance of the system, we predict public emotion based on the brightness, volume, temperature, humidity, color temperature, sound, smell, and group emotion data collected in a kindergarten. Experimental results show that the accuracy of the proposed method is 85% greater than that of other classification methods. Using quantitative and qualitative analyses, we explore the possibilities and limitations of probabilistic methodology for predicting group emotion.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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