The measurement and monitoring of the biochemical oxygen demand (BOD) play an important role in the planning and operation of wastewater treatment plants. The most basic method for determining biochemical oxygen demand is direct measurement. However, this method is both expensive and takes a long time. A five-day period is required to determine the biochemical oxygen demand. This study has been carried out in a wastewater treatment plant in Turkey (Hurma WWTP) in order to estimate the biochemical oxygen demand a shorter time and with a lower cost. Estimation was performed using artificial neural network (ANN) method. There are three different methods in the training of artificial neural networks, respectively, multi-layered (ML-ANN), teaching learning based algorithm (TLBO-ANN) and artificial bee colony algorithm (ABC-ANN). The input flow (Q), wastewater temperature (t), pH, chemical oxygen demand (COD), suspended sediment (SS), total phosphorus (tP), total nitrogen (tN), and electrical conductivity of wastewater (EC) are used as the input parameters to estimate the BOD. The root mean squared error (RMSE) and the mean absolute error (MAE) values were used in evaluating performance criteria for each model. As a result of the general evaluation, the ML-ANN method provided the best estimation results both training and test series with 0.8924 and 0.8442 determination coefficient, respectively.
Journal of the Korean Institute of Intelligent Systems
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v.25
no.1
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pp.91-96
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2015
In this study, we introduce robust face recognition system with illumination variation realized with the aid of CT preprocessing method. As preprocessing algorithm, Census Transform(CT) algorithm is used to extract locally facial features under unilluminated condition. The dimension reduction of the preprocessed data is carried out by using $(2D)^2$PCA which is the extended type of PCA. Feature data extracted through dimension algorithm is used as the inputs of proposed radial basis function neural networks. The hidden layer of the radial basis function neural networks(RBFNN) is built up by fuzzy c-means(FCM) clustering algorithm and the connection weights of the networks are described as the coefficients of linear polynomial function. The essential design parameters (including the number of inputs and fuzzification coefficient) of the proposed networks are optimized by means of artificial bee colony(ABC) algorithm. This study is experimented with both Yale Face database B and CMU PIE database to evaluate the performance of the proposed system.
Saba Faghirnejad;Denise-Penelope N. Kontoni;Mohammad Reza Ghasemi
Earthquakes and Structures
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v.27
no.4
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pp.285-302
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2024
Conducting nonlinear pushover analysis typically demands intricate and resource-intensive computational efforts, involving a highly iterative process necessary for meeting both design-defined and requirements of codes in performance-based design. This study presents a computer-based technique for reinforced concrete (RC) buildings, incorporating optimization numerical approaches, optimality criteria and pushover analysis to automatically enhance seismic design performance. The optimal design of concrete beams, columns and shear walls in concrete frames is presented using the artificial bee colony optimization algorithm. The methodology is applied to three frames: a 4-story, an 8-story and a 12-story. These structures are designed to minimize overall weight while satisfying the levels of performance including Life Safety (LS), Collapse Prevention (CP), and Immediate Occupancy (IO). The process involves three main steps: first, optimization codes are implemented in MATLAB software, and the OpenSees software is used for nonlinear static analysis. By solving the optimization problem, several top designs are obtained for each frame and shear wall. Pushover analysis is conducted considering the constraints on relative displacement and plastic hinge rotation based on the nonlinear provisions of the FEMA356 nonlinear provisions to achieve each level of performance. Subsequently, convergence, pushover, and drift history curves are plotted for each frame, and leading to the selection of the best design. The results demonstrate that the algorithm effectively achieves optimal designs with reduced weight, meeting the desired performance criteria.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.11
no.6
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pp.2889-2909
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2017
Wireless sensor networks (WSNs) have attracted lots of attention in recent years due to their potential for various applications. In this paper, we seek how to efficiently deploy relay nodes into traditional static WSNs with constrained locations, aiming to satisfy specific requirements of the industry, such as average energy consumption and average network reliability. This constrained relay node deployment problem (CRNDP) is known as NP-hard optimization problem in the literature. We consider addressing this multi-objective (MO) optimization problem with an improved Artificial Bee Colony (ABC) algorithm with a linear local search (MOABCLLS), which is an extension of an improved ABC and applies two strategies of MO optimization. In order to verify the effectiveness of the MOABCLLS, two versions of MO ABC, two additional standard genetic algorithms, NSGA-II and SPEA2, and two different MO trajectory algorithms are included for comparison. We employ these metaheuristics on a test data set obtained from the literature. For an in-depth analysis of the behavior of the MOABCLLS compared to traditional methodologies, a statistical procedure is utilized to analyze the results. After studying the results, it is concluded that constrained relay node deployment using the MOABCLLS outperforms the performance of the other algorithms, based on two MO quality metrics: hypervolume and coverage of two sets.
Journal of the Korean Institute of Intelligent Systems
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v.24
no.6
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pp.586-591
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2014
In this study, we introduce Radial Basis Function Neural Networks(RBFNNs) classifier using Artificial Bee Colony(ABC) algorithm in order to classify between precipitation event and non-precipitation event from given radar data. Input information data is rebuilt up through feature analysis of meteorological radar data used in Korea Meteorological Administration. In the condition phase of the proposed classifier, the values of fitness are obtained by using Fuzzy C-Mean clustering method, and the coefficients of polynomial function used in the conclusion phase are estimated by least square method. In the aggregation phase, the final output is obtained by using fuzzy inference method. The performance results of the proposed classifier are compared and analyzed by considering both QC(Quality control) data and CZ(corrected reflectivity) data being used in Korea Meteorological Administration.
In this contribution, the control of multivariable reverse osmosis (RO) desalination plant using proportional-integral-derivative (PID) controllers is presented. First, feed-forward compensators are designed using simplified decoupling method and then the PID controllers are tuned for flux (flow-rate) and conductivity (salinity). The tuning of PID controllers is accomplished by minimization of the integral of squared error (ISE). The ISEs are minimized using a recently proposed algorithm named as teacher-learner-based-optimization (TLBO). TLBO algorithm is used due to being simple and being free from algorithm-specific parameters. A comparative analysis is carried out to prove the supremacy of TLBO algorithm over other state-of-art algorithms like particle swarm optimization (PSO), artificial bee colony (ABC) and differential evolution (DE). The simulation results and comparisons show that the purposed method performs better in terms of performance and can successfully be applied for tuning of PID controllers for RO desalination plants.
Due to the undeniable importance of approximating the concrete compressive strength (CSC) in civil engineering, this paper focuses on presenting four novel optimizations of multi-layer perceptron (MLP) neural network, namely artificial bee colony (ABC-MLP), grasshopper optimization algorithm (GOA-MLP), shuffled frog leaping algorithm (SFLA-MLP), and salp swarm algorithm (SSA-MLP) for predicting this crucial parameter. The used dataset consists of 103 rows of information concerning seven influential parameters (cement, slag, water, fly ash, superplasticizer, fine aggregate, and coarse aggregate). In this work, the best-fitted complexity of each ensemble is determined by a population-based sensitivity analysis. The GOA distinguished its self by the least complexity (population size = 50) and emerged as the second time-effective optimizer. Referring to the prediction results, all tested algorithms are able to construct reliable networks. However, the SSA (Correlation = 0.9652 and Error = 1.3939) and GOA (Correlation = 0.9629 and Error = 1.3922) performed more accurately than ABC (Correlation = 0.7060 and Error = 4.0161) and SFLA (Correlation = 0.8890 and Error = 2.5480). Therefore, the SSA-MLP and GOA-MLP can be promising alternatives to laboratorial and traditional CSC evaluative methods.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.12
no.10
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pp.4738-4753
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2018
Efficient rendezvous node selection and routing algorithm (RNSRA) for wireless sensor networks with mobile sink that visits rendezvous node to gather data from sensor nodes is proposed. In order to plan an optimal moving tour for mobile sink and avoid energy hole problem, we develop the RNSRA to find optimal rendezvous nodes (RN) for the mobile sink to visit. The RNSRA can select the set of RNs to act as store points for the mobile sink, and search for the optimal multi-hop path between source nodes and rendezvous node, so that the rendezvous node could gather information from sensor nodes periodically. Fitness function with several factors is calculated to find suitable RNs from sensor nodes, and the artificial bee colony optimization algorithm (ABC) is used to optimize the selection of optimal multi-hop path, in order to forward data to the nearest RN. Therefore the energy consumption of sensor nodes is minimized and balanced. Our method is validated by extensive simulations and illustrates the novel capability for maintaining the network robustness against sink moving problem, the results show that the RNSRA could reduce energy consumption by 6% and increase network lifetime by 5% as comparing with several existing algorithms.
This research focuses on finite element model updating and damage assessment of structures at element level based on global nondestructive test results. For this purpose, an optimization system is generated to minimize the structural dynamic parameters discrepancies between numerical and experimental models. Objective functions are selected based on the square of Euclidean norm error of vibration frequencies and modal assurance criterion of mode shapes. In order to update the finite element model and detect local damages within the structural members, modern optimization techniques is implemented according to the evolutionary algorithms to meet the global optimized solution. Using a simulated numerical example, application of genetic algorithm (GA), particle swarm (PSO) and artificial bee colony (ABC) algorithms are investigated in FE model updating and damage detection problems to consider their accuracy and convergence characteristics. Then, a hybrid multi stage optimization method is presented merging advantages of PSO and ABC methods in finding damage location and extent. The efficiency of the methods have been examined using two simulated numerical examples, a laboratory dynamic test and a high-rise building field ambient vibration test results. The implemented evolutionary updating methods show successful results in accuracy and speed considering the incomplete and noisy experimental measured data.
In a deregulated electricity market, congestion of the transmission lines is a major problem the independent system operator (ISO) would face. Rescheduling of generators is one of the most practiced techniques to alleviate the congestion. However, not all generators in the system operate deterministically and independently, especially wind power generators (WTGs). Therefore, a novel optimal rescheduling model for congestion management that accounts for the uncertain and correlated power sources and loads is proposed. A probabilistic power flow (PPF) model based on 2m+1 point estimate method (PEM) is used to simulate the performance of uncertain and correlated input random variables. In addition, the impact of direct electricity purchase contracts on the congestion management has also been studied. This paper uses artificial bee colony (ABC) algorithm to solve the complex optimization problem. The proposed algorithm is tested on modified IEEE 30-bus system and IEEE 57-bus system to demonstrate the impacts of the uncertainties and correlations of the input random variables and the direct electricity purchase contracts on the congestion management. Both pool and nodal pricing model are also discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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