Hu, Qin;Lam, Heung Fai;Zhu, Hong Ping;Alabi, Stephen Adeyemi
Smart Structures and Systems
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v.21
no.4
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pp.435-448
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2018
This paper reports the development of a theoretically rigorous method for permanent way engineers to assess the condition of railway ballast under a concrete sleeper with the potential to be extended to a smart system for long-term health monitoring of railway ballast. Owing to the uncertainties induced by the problems of modeling error and measurement noise, the Bayesian approach was followed in the development. After the selection of the most plausible model class for describing the damage status of the rail-sleeper-ballast system, Bayesian model updating is adopted to calculate the posterior PDF of the ballast stiffness at various regions under the sleeper. An obvious drop in ballast stiffness at a region under the sleeper is an evidence of ballast damage. In model updating, the model that can minimize the discrepancy between the measured and model-predicted modal parameters can be considered as the most probable model for calculating the posterior PDF under the Bayesian framework. To address the problems of non-uniqueness and local minima in the model updating process, a two-stage hybrid optimization method was developed. The modified evolutionary algorithm was developed in the first stage to identify the important regions in the parameter space and resulting in a set of initial trials for deterministic optimization to locate all most probable models in the second stage. The proposed methodology was numerically and experimentally verified. Using the identified model, a series of comprehensive numerical case studies was carried out to investigate the effects of data quantity and quality on the results of ballast damage detection. Difficulties to be overcome before the proposed method can be extended to a long-term ballast monitoring system are discussed in the conclusion.
Under partial shading conditions (PSCs), multiple maximums may be exhibited on the P-U curve of string inverter photovoltaic (PV) systems. Under such conditions, heuristic methods are invalid for extracting a global maximum power point (GMPP); intelligent algorithms are time-consuming; and model-based methods are complex and costly. To overcome these shortcomings, a novel hybrid MPPT (MPF-IP&O) based on a model-based peak forecasting (MPF) method and an improved perturbation and observation (IP&O) method is proposed. The MPF considers the influence of temperature and does not require solar radiation measurements. In addition, it can forecast all of the peak values of the PV string without complex computation under PSCs, and it can determine the candidate GMPP after a comparison. Hence, the MPF narrows the searching range tremendously and accelerates the convergence to the GMPP. Additionally, the IP&O with a successive approximation strategy searches for the real GMPP in the neighborhood of the candidate one, which can significantly enhance the tracking efficiency. Finally, simulation and experiment results show that the proposed method has a higher tracking speed and accuracy than the perturbation and observation (P&O) and particle swarm optimization (PSO) methods under PSCs.
Yang, Xiaopeng;Yu, Hee Chul;Choi, Younggeun;Yang, Jae Do;Cho, Baik Hwan;You, Heecheon
Journal of the Ergonomics Society of Korea
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v.36
no.1
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pp.37-52
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2017
Objective: The present study developed a user-centered 3D virtual liver surgery planning (VLSP) system called Dr. Liver to provide preoperative information for safe and rational surgery. Background: Preoperative 3D VLSP is needed for patients' safety in liver surgery. Existing systems either do not provide functions specialized for liver surgery planning or do not provide functions for cross-check of the accuracy of analysis results. Method: Use scenarios of Dr. Liver were developed through literature review, benchmarking, and interviews with surgeons. User interfaces of Dr. Liver with various user-friendly features (e.g., context-sensitive hotkey menu and 3D view navigation box) was designed. Novel image processing algorithms (e.g., hybrid semi-automatic algorithm for liver extraction and customized region growing algorithm for vessel extraction) were developed for accurate and efficient liver surgery planning. Usability problems of a preliminary version of Dr. Liver were identified by surgeons and system developers and then design changes were made to resolve the identified usability problems. Results: A usability testing showed that the revised version of Dr. Liver achieved a high level of satisfaction ($6.1{\pm}0.8$ out of 7) and an acceptable time efficiency ($26.7{\pm}0.9 min$) in liver surgery planning. Conclusion: Involvement of usability testing in system development process from the beginning is useful to identify potential usability problems to improve for shortening system development period and cost. Application: The development and evaluation process of Dr. Liver in this study can be referred in designing a user-centered system.
Proceedings of the Korean Society of Computational and Applied Mathematics Conference
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2003.09a
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pp.11-11
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2003
오늘날 단일 슈퍼컴퓨터로는 처리가 불가능한 거대한 문제들의 해법이 시도되고 있는데, 이들은 지리적으로 분산된 슈퍼컴퓨터, 데이터베이스, 과학장비 및 디스플레이 장치 등을 초고속 통신망으로 연결한 GRID 환경에서 효과적으로 실행시킬 수 있다. GRID는 1990년대 중반 과학 및 공학용 분산 컴퓨팅의 연구 과정에서 등장한 것으로, 점차 응용분야가 넓어지고 있다. 그러나 GRID 같은 분산 환경은 기존의 단일 병렬 시스템과는 많은 점에서 다르며 이전의 기술들을 그대로 적용하기에는 무리가 있다. 기존 병렬 시스템에서는 주로 동기 알고리즘(synchronous algorithm)이 사용되는데, 직렬 연산과 같은 결과를 얻기 위해 동기화(synchronization)가 필요하며, 부하 균형이 필수적이다. 그러나 부하 균형은 이질 클러스터(heterogeneous cluster)처럼 프로세서들의 성능이 서로 다르거나, 지리적으로 분산된 계산자원을 사용하는 GRID 환경에서는 이기종의 문제뿐 아니라 네트워크를 통한 메시지의 전송 지연 등으로 유휴시간이 길어질 수밖에 없다. 이처럼 동기화의 필요성에 의한 연산의 지연을 해결하는 하나의 방안으로 비동기 반복법(asynchronous iteration)이 나왔으며, 지금도 활발히 연구되고 있다. 이는 알고리즘의 동기점을 가능한 한 제거함으로써 빠른 프로세서의 유휴 시간을 줄이는 것이 목적이다. 즉 비동기 알고리즘에서는, 각 프로세서는 다른 프로세서로부터 갱신된 데이터가 올 때까지 기다리지 않고 계속 다음 작업을 수행해 나간다. 따라서 동시에 갱신된 데이터를 교환한 후 다음 단계로 진행하는 동기 알고리즘에 비해, 미처 갱신되지 않은 데이터를 사용하는 경우가 많으므로 전체적으로는 연산량 대비의 수렴 속도는 느릴 수 있다 그러나 각 프로세서는 거의 유휴 시간이 없이 연산을 수행하므로 wall clock time은 동기 알고리즘보다 적게 걸리며, 때로는 50%까지 빠른 결과도 보고되고 있다 그러나 현재까지의 연구는 모두 어떤 수렴조건을 만족하는 선형 시스템의 해법에 국한되어 있으며 비교적 구현하기 쉬운 공유 메모리 시스템에서의 연구만 보고되어 있다. 본 연구에서는 행렬의 주요 고유쌍을 구하는 데 있어 비동기 반복법의 적용 가능성을 타진하기 위해 우선 이론적으로 단순한 멱승법을 사용하여 실험하였고 그 결과 순수한 비동기 반복법은 수렴하기 어렵다는 결론을 얻었다 그리하여 동기 알고리즘에 비동기적 요소를 추가한 혼합 병렬 알고리즘을 제안하고, MPI(Message Passing Interface)를 사용하여 수원대학교의 Hydra cluster에서 구현하였다. 그 결과 특정 노드의 성능이 다른 것에 비해 현저하게 떨어질 때 전체적인 알고리즘의 수렴 속도가 떨어지는 것을 상당히 완화할 수 있음이 밝혀졌다.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.35
no.6
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pp.796-801
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2011
The objective of this work presented here was focused on analysis of development trend for the integrated power system of naval vessels to perform the high-power and energy mission load platform. These mission loads are affected by the high level of military technologies, digitalization of the ocean battlefield, high power sensor system for maximization of the ship survivability. All electric power including propulsion power for ship should be controlled by integrated single system in order to carry various high power density weapon system such as Electromagnetic Aircraft Launch System, Electromagnetic Rail Gun[feasible precision striking at long distance 200NM(370km) or over]. As the analyzing the present state of things, mechanical propulsion system is shifted into hybrid or fully electric propulsion systems to realize integrated power system at the developed countries. Such challenges include reduced dependency on foreign-supplied fossil fuel, increasing demand for installed ship power, controlling life-cycle costs.
Proceedings of the Korean Society of Medical Physics Conference
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2003.09a
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pp.56-56
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2003
For the treatment of superficial tumors like squamous cell carcinoma of the head and neck, 6 MV photon beam is not appropriate and a spoiler is widely used to increase dose in the buildup region, while preserving the skin sparing effect. However, commercially available treatment planning systems assume a normal unspoiled beam, thereby cannot predict the buildup dose with spoiler accurately. We aimed to implement a Monte Carlo (MC) based planning system to apply it to the radiation treatment of head and neck. Lucite with thickness of 10-mm was used for the beam spoiler with Siemens Primus 6 MV photon beam. BEAM/DOSXYZ MC system was employed to model the linac and the spoiler. To verify the calculation accuracy of MC simulations, the percent depth doses (PDDs) and profiles with and without spoiler were measured using a parallel-plate chamber. For the MC based planning, we adopted a hybrid interface system between Pinnacle (Philips, USA) and BEAM/DOSXYZ to support treatment parameters of Siemens linac and the spoiler. The measurements of PDDs and profiles agreed with the corresponding MC simulations within 2% (lSD), which demonstrate the reliability of our MC simulations. The spoiler generated electrons make a contribution to the absorbed dose up to depth of 2cm, which shows that the dominant source of increased dose from spoiler system is the contaminating electrons created by the spoiler. The whole procedures necessary for MC based treatment planning were performed seamlessly between Pinnacle and BEAM/DOSXYZ system. This ability helps to increase the clinical efficiency of the spoiler technique. In conclusion, we implemented a MC based treatment planning system for a 6 MV photon beam with a spoiler. We demonstrate sophisticated MC technique makes it possible to predict dose distributions around buildup region accurately.
Although many studies demonstrate that one technique outperforms the others for a given data set, there is often no way to tell a priori which of these techniques will be most effective in the classification problems. Alternatively, it has been suggested that a better approach to classification problem might be to integrate several different forecasting techniques. This study proposes the linearly combining methodology of different classification techniques. The methodology is developed to find the optimal combining weight and compute the weighted-average of different techniques' outputs. The proposed methodology is represented as the form of mixed integer programming. The objective function of proposed combining methodology is to minimize total misclassification cost which is the weighted-sum of two types of misclassification. To simplify the problem solving process, cutoff value is fixed and threshold function is removed. The form of mixed integer programming is solved with the branch and bound methods. The result showed that proposed methodology classified more accurately than any of techniques individually did. It is confirmed that Proposed methodology Predicts significantly better than individual techniques and the other combining methods.
Most conventional systems of fire fighting control in a ship have been based on rule-based system in which expert knowledges are expressed with production rules. Renewing and adding of rules is needed continuously for the improvement of the system capability in an already build-up system and such adding and renewing procedures could hinder users from fluent utilization of a system. The author proposes an advanced fire fighting control intelligent system (A-FFIS) using rule-based and carte-based reasoning by clustering to implement conventional hybrid system (H-FFIS). Compared with H-FFIS, new approach with A-FFIS shows that the system proposed here improves fire detection rate and reduces fire detection time.
Conventional symbolic inference systems lack flexibility because they do not well reflect flexible semantic structure of knowledge and use symbolic logic for their basic inference mechanism. For solving this problem. we have recently proposed the 'Connectionist Semantic Network(CSN)' as a model for flexible knowledge representation and inference based on neural networks. The CSN is capable of carrying out both approximate reasoning and commonsense reasoning based on similarity and association. However. we have difficulties in representing general and structured high-level knowledge and variable binding using the connectionist framework of the CSN. In this paper. we propose a hybrid system called SymCSN(Symbolic CSN) that combines a symbolic module for representing general and structured high-level knowledge and a connectionist module for representing and learning low-level semantic structure Simulation results show that the SymCSN is a plausible model for human-like flexible knowledge representation and inference.
Risk management system should be able to support a decision making within a short time to analyze stream data in real time. Many analytical systems consist of CPU computation and disk based database. However, it is more problematic when existing system analyzes stream data in real time. Stream data has various production periods from 1ms to 1 hour, 1day. One sensor generates small data but tens of thousands sensors generate huge amount of data. If hundreds of thousands sensors generate 1GB data per second, CPU based system cannot analyze the data in real time. For this reason, it requires fast processing speed and scalability for analyze stream data. In this paper, we present a fast visualization technique that consists of hybrid database and GPU computation. In order to evaluate our technique, we demonstrate a visual analytics system that analyzes pipeline leak using sensor and tweet data.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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