Martakis, Panagiotis;Movsessian, Artur;Reuland, Yves;Pai, Sai G.S.;Quqa, Said;Cava, David Garcia;Tcherniak, Dmitri;Chatzi, Eleni
Smart Structures and Systems
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제29권1호
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pp.251-266
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2022
Structural Health Monitoring (SHM) of critical infrastructure comprises a major pillar of maintenance management, shielding public safety and economic sustainability. Although SHM is usually associated with data-driven metrics and thresholds, expert judgement is essential, especially in cases where erroneous predictions can bear casualties or substantial economic loss. Considering that visual inspections are time consuming and potentially subjective, artificial-intelligence tools may be leveraged in order to minimize the inspection effort and provide objective outcomes. In this context, timely detection of sensor malfunctioning is crucial in preventing inaccurate assessment and false alarms. The present work introduces a sensor-fault detection and interpretation framework, based on the well-established support-vector machine scheme for anomaly detection, combined with a coalitional game-theory approach. The proposed framework is implemented in two datasets, provided along the 1st International Project Competition for Structural Health Monitoring (IPC-SHM 2020), comprising acceleration and cable-load measurements from two real cable-stayed bridges. The results demonstrate good predictive performance and highlight the potential for seamless adaption of the algorithm to intrinsically different data domains. For the first time, the term "decision trajectories", originating from the field of cognitive sciences, is introduced and applied in the context of SHM. This provides an intuitive and comprehensive illustration of the impact of individual features, along with an elaboration on feature dependencies that drive individual model predictions. Overall, the proposed framework provides an easy-to-train, application-agnostic and interpretable anomaly detector, which can be integrated into the preprocessing part of various SHM and condition-monitoring applications, offering a first screening of the sensor health prior to further analysis.
The cable component of cable-stayed bridges is gradually impacted by weather conditions, vehicle loads, and material corrosion. The stayed cable is a critical load-carrying part that closely affects the operational stability of a cable-stayed bridge. Damaged cables might lead to the bridge collapse due to their tension capacity reduction. Thus, it is necessary to develop structural health monitoring (SHM) techniques that accurately identify damaged cables. In this work, a combinational identification method of three efficient techniques, including statistical analysis, clustering, and neural network models, is proposed to detect the damaged cable in a cable-stayed bridge. The measured dataset from the bridge was initially preprocessed to remove the outlier channels. Then, the theory and application of each technique for damage detection were introduced. In general, the statistical approach extracts the parameters representing the damage within time series, and the clustering approach identifies the outliers from the data signals as damaged members, while the deep learning approach uses the nonlinear data dependencies in SHM for the training model. The performance of these approaches in classifying the damaged cable was assessed, and the combinational identification method was obtained using the voting ensemble. Finally, the combination method was compared with an existing outlier detection algorithm, support vector machines (SVM). The results demonstrate that the proposed method is robust and provides higher accuracy for the damaged cable detection in the cable-stayed bridge.
The objective of this paper is to survey and put in perspective the existing methods of dynamic filter development. This includes theories and practices for linear and nonlinear filters, multiple model filters, and data association methods for tracking in multitarget environment. The presentation of this paper is motivated by recent surge of interest in the area of designing feedback control systems with reduced number of sensors, detection and identification of abrupt changes, and multitarget tracking in clutter. It is hoped to be useful in view of the need to take a grasp of existing techniques before using them in practice and developing new techniques.
In this paper, there is proposed a novel concept of Incremintal Circle Transform which can describe the boundary contour of a two-dimensional object without object without occlusions. And a pattern recognition algorithm to determine the posture of an object is developed with the aid of line integral and similarity transform. Also, It is confirmed via experiments that the algorithm can find the posture of an object in a very fast manner independent of the starting point for boundary coding and the position of the object.
To track the target trajectory with maneuvers, unknown maneuvering inputs must be estimated. To do this the direct estimation algorithm using generalized least square technique is developed based on the procedure of failure detection and identification(FDI) theory. Through the simulation using maneuvering target scenario, tracking performance and efficiency of the algorithm developed here are investigated.
In oriental medicine, it is possible to classify each person into eight kinds of constitutions based on the eight constitutional medicine theory. We developed a piezoelectric 3-channel tactile sensor using PVDF (polyvinylidene fluoride) film for pulse detection of the radial artery. High frequency buffer (impulse buffer), amplifier, 60 Hz noise notch filter and low pass filter were integrated on three sheets of PCB board. The pulses of the radial artery at three points were checked using our system. Each constitution of the eight ones has different combinations of pulses.
The analysis of the radiation effect on matter has been performed using stochastic methods. Recently, It was discovered that the detector pulses of radiation can be analysed using deterministic method that utilizes the chaotic behaviour with an attractor found in a noise region. We acquired a time series for pulse tram of Am-241 using scintillation detector and reconstructed a phase space, then performed new analysis for the radiation detection signal by applying embedding theory, Lyapunov exponent, correlation dimension, autocorrelation dimension, and power spectrum.
Artificial immune systems (AIS) are one of natural computing inspired by the natural immune system. The fault detection, the pattern recognition, the system control and the optimization are major application area of artificial immune systems. This paper gives a concept of artificial immune systems and useful techniques as like the clonal selection, the immune network theory and the negative selection. A concise survey on the optimization problem based on artificial immune systems is generated. The overall performance of artificial immune systems for the optimization problem is discussed.
The generalized Neyman-Pearson lemma Is reformulated In the framework of the fuzzy set theory. Based on the result, we define the locally optimum fuzzy test and derive the locally optimum fuzzy test function. As a pratical application of the locally optimum fuzzy test, detection of weak deterministic signals corrupted by purely-adative noise Is considered, which Is an important problem In statistical signal processing. Comparisons between the locally optimum and the locally optimum fuzzy tests are also made.
침입 탐지 시스템의 초점이 호스트와 운영체제 탐지에서 네트워크 탐지로 옮겨가고 있고 단순만 오용 탐지 기법에서 이를 개선한 지능적인 비정상 행위 탐지 기법에 관한 연구들이 진행되고 있다. 이러한 연구들 중에는 네트워크 프로토콜의 트래픽 특성을 이용하여 비표준 포트의 사용이나 표준 포트에 대한 비표준 방법에 의한 침입을 탐지하고자 하는 노력도 있다. 본 연구에서는 실시간으로 패턴 매칭이 가능하고, 적응력이 뛰어난 신경망 알고리즘을 이용하여 네트워크 서비스들에 대한 트래픽을 수집, 특성에 따라 분석.클러스터링하고 그 결과를 바탕으로 보다 향상된 침입 탐지가 가능한 시스템을 제안한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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