Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2023.05a
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pp.37-37
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2023
There is currently a high-accuracy modern forecasting method that uses machine learning algorithms or artificial neural network models to forecast river water levels or flowrate. As a result, this study aims to develop a mathematical model based on artificial neural networks to effectively forecast river water levels upstream of Tranh Culvert in North Vietnam's Bac Hung Hai irrigation system. The mathematical model was thoroughly studied and evaluated by using hydrological data from six gauge stations over a period of twenty-two years between 2000 and 2022. Furthermore, the results of the developed model were also compared to those of the long-short-term memory neural networks model. This study performs four predictions, with a forecast time ranging from 6 to 24 hours and a time step of 6 hours. To validate and test the model's performance, the Nash-Sutcliffe efficiency coefficient (NSE), mean absolute error, and root mean squared error were calculated. During the testing phase, the NSE of the model varies from 0.981 to 0.879, corresponding to forecast cases from one to four time steps ahead. The forecast results from the model are very reasonable, indicating that the model performed excellently. Therefore, the proposed model can be used to forecast water levels in North Vietnam's irrigation system or rivers impacted by tides.
International conference on construction engineering and project management
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2022.06a
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pp.814-822
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2022
The deployment of sensors for Structural Health Monitoring requires a complicated network arrangement, ground truthing, and calibration for validating sensor performance periodically. Any conventional sensor on a structural element is also subjected to static and dynamic vertical loadings in conjunction with other environmental factors, such as brightness, noise, temperature, and humidity. A structural model with strain gauges was built and tested to get realistic sensory information. This paper investigates different deep learning architectures and algorithms, including unsupervised, autoencoder, and supervised methods, to benchmark blind drift calibration methods using deep learning. It involves a fully connected neural network (FCNN), a long short-term memory (LSTM), and a gated recurrent unit (GRU) to address the blind drift calibration problem (i.e., performing calibrations of installed sensors when ground truth is not available). The results show that the supervised methods perform much better than unsupervised methods, such as an autoencoder, when ground truths are available. Furthermore, taking advantage of time-series information, the GRU model generates the most precise predictions to remove the drift overall.
Ha Tran Thi;Hien Pham The;Yun-Seok Mun;Ic-Pyo Hong
Journal of IKEEE
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v.27
no.4
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pp.439-449
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2023
In an era marked by the increasing use of drones and the growing demand for indoor surveillance, the development of a robust application for detecting and tracking both drones and humans within indoor spaces becomes imperative. This study presents an innovative application that uses FMCW radar to detect human and drone motions from the cloud point. At the outset, the DBSCAN (Density-based Spatial Clustering of Applications with Noise) algorithm is utilized to categorize cloud points into distinct groups, each representing the objects present in the tracking area. Notably, this algorithm demonstrates remarkable efficiency, particularly in clustering drone point clouds, achieving an impressive accuracy of up to 92.8%. Subsequently, the clusters are discerned and classified into either humans or drones by employing a deep learning model. A trio of models, including Deep Neural Network (DNN), Residual Network (ResNet), and Long Short-Term Memory (LSTM), are applied, and the outcomes reveal that the ResNet model achieves the highest accuracy. It attains an impressive 98.62% accuracy for identifying drone clusters and a noteworthy 96.75% accuracy for human clusters.
This paper proposes a method of estimating the pose of a mobile robot by using a learning model. When estimating the pose of a mobile robot, wheel encoder and inertial measurement unit (IMU) data are generally utilized. However, depending on the condition of the ground surface, slip occurs due to interaction between the wheel and the floor. In this case, it is hard to predict pose accurately by using only encoder and IMU. Thus, in order to reduce pose error even in such conditions, this paper introduces a pose estimation method based on a learning model using data of the wheel encoder and IMU. As the learning model, long short-term memory (LSTM) network is adopted. The inputs to LSTM are velocity and acceleration data from the wheel encoder and IMU. Outputs from network are corrected linear and angular velocity. Estimated pose is calculated through numerically integrating output velocities. Dataset used as ground truth of learning model is collected in various ground conditions. Experimental results demonstrate that proposed learning model has higher accuracy of pose estimation than extended Kalman filter (EKF) and other learning models using the same data under various ground conditions.
This research is a comprehensive analysis of wind power prediction sensitivity using a Long Short-Term Memory (LSTM) deep learning neural network model, accounting for the inherent uncertainties in wind speed estimation. Utilizing a year's worth of operational data from an operational wind farm, the study forecasts the power output of both individual wind turbines and the farm collectively. Predictions were made daily at intervals of 10 minutes and 1 hour over a span of three months. The model's forecast accuracy was evaluated by comparing the root mean square error (RMSE), normalized RMSE (NRMSE), and correlation coefficients with actual power output data. Moreover, the research investigated how inaccuracies in wind speed inputs affect the power prediction sensitivity of the model. By simulating wind speed errors within a normal distribution range of 1% to 15%, the study analyzed their influence on the accuracy of power predictions. This investigation provided insights into the required wind speed prediction error rate to achieve an 8% power prediction error threshold, meeting the incentive standards for forecasting systems in renewable energy generation.
Edge computing architecture has effectively alleviated the computing pressure on cloud platforms, reduced network bandwidth consumption, and improved the quality of service for user experience; however, it has also introduced new security issues. Existing anomaly detection methods in big data scenarios with cloud-edge computing collaboration face several challenges, such as sample imbalance, difficulty in dealing with complex network traffic attacks, and difficulty in effectively training large-scale data or overly complex deep-learning network models. A lightweight deep-learning model was proposed to address these challenges. First, normalization on the user side was used to preprocess the traffic data. On the edge side, a trained Wasserstein generative adversarial network (WGAN) was used to supplement the data samples, which effectively alleviates the imbalance issue of a few types of samples while occupying a small amount of edge-computing resources. Finally, a trained lightweight deep learning network model is deployed on the edge side, and the preprocessed and expanded local data are used to fine-tune the trained model. This ensures that the data of each edge node are more consistent with the local characteristics, effectively improving the system's detection ability. In the designed lightweight deep learning network model, two sets of convolutional pooling layers of convolutional neural networks (CNN) were used to extract spatial features. The bidirectional long short-term memory network (BiLSTM) was used to collect time sequence features, and the weight of traffic features was adjusted through the attention mechanism, improving the model's ability to identify abnormal traffic features. The proposed model was experimentally demonstrated using the NSL-KDD, UNSW-NB15, and CIC-ISD2018 datasets. The accuracies of the proposed model on the three datasets were as high as 0.974, 0.925, and 0.953, respectively, showing superior accuracy to other comparative models. The proposed lightweight deep learning network model has good application prospects for anomaly traffic detection in cloud-edge collaborative computing architectures.
Manh-Tuan Ngo;Changhyun Kim;Minh-Chau Dinh;Minwon Park
Journal of Korea Society of Industrial Information Systems
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v.28
no.5
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pp.77-87
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2023
Wind turbines playing a critical role in renewable energy generation, accurately assessing their operational status is crucial for maximizing energy production and minimizing downtime. This study conducts a comparative analysis of different neural network models for wind turbine condition diagnosis, evaluating their effectiveness using a dataset containing sensor measurements and historical turbine data. The study utilized supervisory control and data acquisition data, collected from 2 MW doubly-fed induction generator-based wind turbine system (Model HQ2000), for the analysis. Various neural network models such as artificial neural network, long short-term memory, and recurrent neural network were built, considering factors like activation function and hidden layers. Symmetric mean absolute percentage error were used to evaluate the performance of the models. Based on the evaluation, conclusions were drawn regarding the relative effectiveness of the neural network models for wind turbine condition diagnosis. The research results guide model selection for wind turbine condition diagnosis, contributing to improved reliability and efficiency through advanced neural network-based techniques and identifying future research directions for further advancements.
Purpose: This study aims to predict the dry cargo transportation market economy. The subject of this study is the BDI (Baltic Dry Index) time-series, an index representing the dry cargo transport market. Methods: In order to increase the accuracy of the BDI time-series, we have pre-processed the original time-series via time-series decomposition and data augmentation techniques and have used them for ANN learning. The ANN algorithms used are Multi-Layer Perceptron (MLP), Recurrent Neural Network (RNN), and Long Short-Term Memory (LSTM) to compare and analyze the case of learning and predicting by applying time-series decomposition and data augmentation techniques. The forecast period aims to make short-term predictions at the time of t+1. The period to be studied is from '22. 01. 07 to '22. 08. 26. Results: Only for the case of the MAPE (Mean Absolute Percentage Error) indicator, all ANN models used in the research has resulted in higher accuracy (1.422% on average) in multivariate prediction. Although it is not a remarkable improvement in prediction accuracy compared to uni-variate prediction results, it can be said that the improvement in ANN prediction performance has been achieved by utilizing time-series decomposition and data augmentation techniques that were significant and targeted throughout this study. Conclusion: Nevertheless, due to the nature of ANN, additional performance improvements can be expected according to the adjustment of the hyper-parameter. Therefore, it is necessary to try various applications of multiple learning algorithms and ANN optimization techniques. Such an approach would help solve problems with a small number of available data, such as the rapidly changing business environment or the current shipping market.
In this paper, we present an experimental comparative study of recurrent neural network based techniques for trajectory prediction of flight vehicles. We defined and investigated various relationships between input and output under the same experimental setup. In particular, we proposed a relationship based on the relative positions of flight vehicles. Furthermore, we conducted an ablation study on the network architectures and hyperparameters. We believe that this comprehensive comparative study serves as a reference point and guide for developers in choosing an appropriate recurrent neural network based techniques for building (flight) vehicle trajectory prediction systems.
Kim, Beomseok;Jung, Jinwoong;Hong, Eunbin;Cho, Sunghyun;Lee, Seungyong
Journal of the Korea Computer Graphics Society
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v.23
no.3
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pp.65-75
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2017
As a 360-degree image carries information of all directions, it often has too much information. Moreover, in order to investigate a 360-degree image on a 2D display, a user has to either click and drag the image with a mouse, or project it to a 2D panorama image, which inevitably introduces severe distortions. In consequence, investigating a 360-degree image and finding an object of interest in such a 360-degree image could be a tedious task. To resolve this issue, this paper proposes a method to find a region of interest and produces a 2D naturally looking image from a given 360-degree image that best matches a description given by a user in a natural language sentence. Our method also considers photo composition so that the resulting image is aesthetically pleasing. Our method first converts a 360-degree image to a 2D cubemap. As objects in a 360-degree image may appear distorted or split into multiple pieces in a typical cubemap, leading to failure of detection of such objects, we introduce a modified cubemap. Then our method applies a Long Short Term Memory (LSTM) network based object detection method to find a region of interest with a given natural language sentence. Finally, our method produces an image that contains the detected region, and also has aesthetically pleasing composition.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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