Aerodynamic force coefficients are generally obtained from traditional wind tunnel tests or computational fluid dynamics (CFD). Unfortunately, the techniques mentioned above can sometimes be cumbersome because of the cost involved, such as the computational cost and the use of heavy equipment, to name only two examples. This study proposed to build a deep neural network model to predict the aerodynamic force coefficients based on data collected from CFD simulations to overcome these drawbacks. Therefore, a series of CFD simulations were conducted using different geometric parameters to obtain the aerodynamic force coefficients, validated with wind tunnel tests. The results obtained from CFD simulations were used to create a dataset to train a multilayer perceptron artificial neural network (ANN) model. The models were obtained using three optimization algorithms: scaled conjugate gradient (SCG), Bayesian regularization (BR), and Levenberg-Marquardt algorithms (LM). Furthermore, the performance of each neural network was verified using two performance metrics, including the mean square error and the R-squared coefficient of determination. Finally, the ANN model proved to be highly accurate in predicting the force coefficients of similar bridge sections, thus circumventing the computational burden associated with CFD simulation and the cost of traditional wind tunnel tests.
Xiaohua Ding;Moein Bahadori;Mahdi Hasanipanah;Rini Asnida Abdullah
Geomechanics and Engineering
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v.33
no.6
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pp.567-581
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2023
The prediction and achievement of a proper rock fragmentation size is the main challenge of blasting operations in surface mines. This is because an optimum size distribution can optimize the overall mine/plant economics. To this end, this study attempts to develop four improved artificial intelligence models to predict rock fragmentation through cascaded forward neural network (CFNN) and radial basis function neural network (RBFNN) models. In this regards, the CFNN was trained by the Levenberg-Marquardt algorithm (LMA) and Conjugate gradient backpropagation (CGP). Further, the RBFNN was optimized by the Dragonfly Algorithm (DA) and teaching-learning-based optimization (TLBO). For developing the models, the database required was collected from the Midouk copper mine, Iran. After modeling, the statistical functions were computed to check the accuracy of the models, and the root mean square errors (RMSEs) of CFNN-LMA, CFNN-CGP, RBFNN-DA, and RBFNN-TLBO were obtained as 1.0656, 1.9698, 2.2235, and 1.6216, respectively. Accordingly, CFNN-LMA, with the lowest RMSE, was determined as the model with the best prediction results among the four examined in this study.
In this study, it was purposed to develop the new method for the prediction of pollutant concentration in road tunnels. The new method was the use of artificial neural network with the back-propagation algorithm which can model the non-linear system of tunnel environment. This network system was separated into two parts as the visibility and the CO concentration. For this study, data was collected from two highway road tunnels on Yeongdong Expressway. The tunnels have two lanes with one-way direction and adopt the longitudinal ventilation system. The actually measured data from the tunnels was used to develop the neural network system for the prediction of pollutant concentration. The output results from the newly developed neural network system were analysed and compared with the calculated values by PIARC method. Results showed that the prediction accuracy by the neural network system was approximately five times better than the one by PIARC method. In addition, the system predicted much more accurately at the situation where the drivers have to be stayed for a while in tunnels caused by the low velocity of vehicles.
Thousands of studies on predicting information and products that are suitable for customers' preference have been actively proceeding. In massive information, unnecessary information should be removed to satisfy customers' needs. This Information filtering has been proceeding with several methods such as content-based and collaborative filtering etc. These conventional filtering methods have scarcity and scalability problems. Thus, this paper proposes a recommendation system using BPN to solve them. Data obtained by survey questionnaire are used as training data of neural network. The recommendation system using neural network is expected to recommend suitable products because it creates optimal network. Finally, the prototype for recommendation system based on neural network is proposed to collect data and recommend appropriate methods through survey questionnaire. As a result, this research improved the problems of conventional information filtering.
This work was performed to develop a model possible to predict the influent flow and influent components, which are one of main disturbances causing process problems at the operation of municipal wastewater treatment plant. In this study, artificial neural network (ANN) was used in order to develop a model that was able to predict the influent flow, $COD_{Mn}$, SS, TN 1 day-ahead, 2day-ahead and 3 day ahead. Multi-layer feed-forward back-propagation network was chosen as neural network type, and tanh-sigmoid function was used as activation function to transport signal at the neural network. And Levenberg-Marquart (LM) algorithm was used as learning algorithm to train neural network. Among 420 data sets except missing data, which were collected between 2005 and 2006 at field plant, 210 data sets were used for training, and other 210 data sets were used for validation. As result of it, ANN model for predicting the influent flow and components 1-3day ahead could be developed successfully. It is expected that this developed model can be practically used as follows: Detecting the fault related to effluent concentration that can be happened in the future by combining with other models to predict process performance in advance, and minimization of the process fault through the establishment of various control strategies based on the detection result.
The Transactions of the Korea Information Processing Society
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v.3
no.3
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pp.449-459
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1996
The main goal of this paper is to introduce a novel definition for fuzzy mathematical morphology and a neural network implementation. The generalized- mean operator plays the key role for the definition. Such definition is well suited for neural network implementation. The first stage of the shared-weight neural network has adequate architecture to perform morphological operation. The shared- weight network performs classification based on the features extracted with the fuzzy morphological operation defined in this paper. Therefore, the parameters for the fuzzy definition can be optimized using neural network learning paradigm. Learning rules for the structuring elements, degree of membership, and weighting factors are precisely described. In application to handwritten digit recognition problem, the fuzzy morphological shared-weight neural network produced the results which are comparable to the state-of art for this problem.
A comparison of a neural network approach with the conventional statistical methods, multiple regression and band ratio analyses, for the estimation of water quality parameters in presented in this paper. The Landsat TM image of Lake Daechung acquired on March 18, 1996 and the thirty in-situ sampling data sets measured during the satellite overpass were used for the comparison. We employed a three-layered and feedforward network trained by backpropagation algorithm. A cross validation was applied because of the small number of training pairs available for this study. The neural network showed much more successful performance than the conventional statistical analyses, although the results of the conventional statistical analyses were significant. The superiority of a neural network to statistical methods in estimating water quality parameters is strictly because the neural network modeled non-linear behaviors of data sets much better.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.33
no.6
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pp.359-366
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2020
In this study, a simulation-based damage estimation method for helidecks is proposed using an artificial neural network. The structural members that share a connecting node in the helideck are regarded as a damage group, and a total of 37,400 damage scenarios are numerically generated by applying randomly assigned damage to up to three damage groups. Modal analysis is then performed for all the damage scenarios, which are selectively used as either training or validation or verification sets based on the purpose of use. An artificial neural network with three hidden layers is constructed using a PyTorch program to recognize the patterns of the modal responses of the helideck model under both damaged and undamaged states, and the network is successively trained to minimize the loss function. Finally, the estimated damage rate from the proposed artificial neural network is compared to the actual assigned damage rate using 400 verification scenarios to show that the neural network is able to estimate the location and amount of structural damage precisely.
Anusha Bamini A M;Chitra R;Saurabh Agarwal;Hyunsung Kim;Punitha Stephan;Thompson Stephan
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.18
no.1
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pp.46-63
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2024
One of the biggest dangers in the globe is water contamination. Water is a necessity for human survival. In most cities, the digging of borewells is restricted. In some cities, the borewell is allowed for only drinking water. Hence, the scarcity of drinking water is a vital issue for industries and villas. Most of the water sources in and around the cities are also polluted, and it will cause significant health issues. Real-time quality observation is necessary to guarantee a secure supply of drinking water. We offer a model of a low-cost system of monitoring real-time water quality using IoT to address this issue. The potential for supporting the real world has expanded with the introduction of IoT and other sensors. Multiple sensors make up the suggested system, which is utilized to identify the physical and chemical features of the water. Various sensors can measure the parameters such as temperature, pH, and turbidity. The core controller can process the values measured by sensors. An Arduino model is implemented in the core controller. The sensor data is forwarded to the cloud database using a WI-FI setup. The observed data will be transferred and stored in a cloud-based database for further processing. It wasn't easy to analyze the water quality every time. Hence, an Optimized Neural Network-based automation system identifies water quality from remote locations. The performance of the feed-forward neural network classifier is further enhanced with a hybrid GA- PSO algorithm. The optimized neural network outperforms water quality prediction applications and yields 91% accuracy. The accuracy of the developed model is increased by 20% because of optimizing network parameters compared to the traditional feed-forward neural network. Significant improvement in precision and recall is also evidenced in the proposed work.
Recently, for implementation of neural networks extensive studies have been done especially VLSI technology has been regarded as the one of the most attractive means to implement neural networks. The main drawbacks of digital VLSI implementations are their large area and slow processing speed. In this paper to solve the speed and size problems we designed the efficient architecture using the binary convolution method for basic operation of neural cell, multiplication and addition. When it is used for implementing 3-layer network with 16 neural cell per layer that used neural cell based on binary convolution, clock of 50MHz and 26MCPS on 0.8${\mu}$ standard cell library has been achieved.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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