Kim, Taeyoon;Lee, Woo-Dong;Kwon, Yongju;Kim, Jongyeong;Kang, Byeonggug;Kwon, Soonchul
Journal of Ocean Engineering and Technology
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v.36
no.5
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pp.313-325
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2022
Recently around the world, coastal erosion is paying attention as a social issue. Various constructions using low-crested and submerged structures are being performed to deal with the problems. In addition, a prediction study was researched using machine learning techniques to determine the wave attenuation characteristics of low crested structure to develop prediction matrix for wave attenuation coefficient prediction matrix consisting of weights and biases for ease access of engineers. In this study, a deep neural network model was constructed to predict the wave height transmission rate of low crested structures using Tensor flow, an open source platform. The neural network model shows a reliable prediction performance and is expected to be applied to a wide range of practical application in the field of coastal engineering. As a result of predicting the wave height transmission coefficient of the low crested structure depends on various input variable combinations, the combination of 5 condition showed relatively high accuracy with a small number of input variables defined as 0.961. In terms of the time cost of the model, it is considered that the method using the combination 5 conditions can be a good alternative. As a result of predicting the wave transmission rate of the trained deep neural network model, MSE was 1.3×10-3, I was 0.995, SI was 0.078, and I was 0.979, which have very good prediction accuracy. It is judged that the proposed model can be used as a design tool by engineers and scientists to predict the wave transmission coefficient behind the low crested structure.
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.26
no.1
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pp.10-21
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2023
For various target tracking applications, it is well known that the Kalman filter is the optimal estimator(in the minimum mean-square sense) to predict and estimate the state(position and/or velocity) of linear dynamical systems driven by Gaussian stochastic noise. In the case of nonlinear systems, Extended Kalman filter(EKF) and/or Unscented Kalman filter(UKF) are widely used, which can be viewed as approximations of the(linear) Kalman filter in the sense of the conditional expectation. However, to implement EKF and UKF, the exact dynamical model information and the statistical information of noise are still required. In this paper, we propose the recurrent neural-network based Kalman filter, where its Kalman gain is obtained via the proposed GRU-LSTM based neural-network framework that does not need the precise model information as well as the noise covariance information. By the proposed neural-network based Kalman filter, the state estimation performance is enhanced in terms of the tracking error, which is verified through various linear and nonlinear tracking problems with incomplete model and statistical covariance information.
Kim, Ji Seop;Yoon, Young Geul;Han, Dong-Gyun;La, Hyoung Sul;Choi, Jee Woong
The Journal of the Acoustical Society of Korea
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v.41
no.2
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pp.235-241
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2022
Several studies using Convolutional Neural Network (CNN) have been conducted to detect and classify the sounds of marine mammals in underwater acoustic data collected through passive acoustic monitoring. In this study, the possibility of automatic classification of bearded seal sounds was confirmed using a CNN model based on the underwater acoustic spectrogram images collected from August 2017 to August 2018 in East Siberian Sea. When only the clear seal sound was used as training dataset, overfitting due to memorization was occurred. By evaluating the entire training data by replacing some training data with data containing noise, it was confirmed that overfitting was prevented as the model was generalized more than before with accuracy (0.9743), precision (0.9783), recall (0.9520). As a result, the performance of the classification model for bearded seals signal has improved when the noise was included in the training data.
Physics-Informed Neural Network (PINN) is used to invert bubble size distributions from attenuation losses. By considering a linear system for the bubble population inversion, Adaptive Learned Iterative Shrinkage Thresholding Algorithm (Ada-LISTA), which has been solved linear systems in image processing, is used as a neural network architecture in PINN. Furthermore, a regularization based on the linear system is added to a loss function of PINN and it makes a PINN have better generalization by a solution satisfying the bubble physics. To evaluate an uncertainty of bubble estimation, deep ensemble is adopted. 20 Ada-LISTAs with different initial values are trained using the same training dataset. During test with attenuation losses different from those in the training dataset, the bubble size distribution and corresponding uncertainty are indicated by average and variance of 20 estimations, respectively. Deep ensemble Ada-LISTA demonstrate superior performance in inverting bubble size distributions than the conventional convex optimization solver of CVX.
Joonsup Kim;GyuSang Kim;Dongjun Park;Sujin Park;HeeSeok Kim;Seokhie Hong
Journal of the Korea Institute of Information Security & Cryptology
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v.33
no.5
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pp.761-773
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2023
This paper proposes a method to increase the power-analysis resistance of the neural network model's feedforward process by replacing the exponential-based activation function, used in the deep-learning field, with an approximated function especially at the multi-layer perceptron model. Due to its nature, the feedforward process of neural networks calculates secret weight and bias, which already trained, so it has risk of exposure of internal information by side-channel attacks. However, various functions are used as the activation function in neural network, so it's difficult to apply conventional side-channel countermeasure techniques, such as masking, to activation function(especially, to exponential-based activation functions). Therefore, this paper shows that even if an exponential-based activation function is replaced with approximated function of simple form, there is no fatal performance degradation of the model, and than suggests a power-analysis resistant feedforward neural network with exponential-based activation function, by masking approximated function and whole network.
Object tracking is a field of signal processing that sequentially tracks the location of an object based on the previous-time location estimations and the present-time observation data. In this paper, we propose an adaptive scaling neural network that can track and adjust the scale of the input data with three recursive neural network (RNN) submodules. To evaluate object tracking performance, we compare the proposed system with the Kalman filter and the maximum likelihood object tracking scheme under an one-dimensional object movement model in which the object moves with piecewise constant acceleration. We show that the proposed scheme is generally better, in terms of root mean square error (RMSE) performance, than maximum likelihood scheme and Kalman filter and that the performance gaps grow with increased observation noise.
Khaliunaa Darkhanbat;Inwook Heo;Seung-Ho Choi;Kang Su Kim
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.27
no.6
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pp.144-151
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2023
In this study, a database was established by collecting experimental results on various concrete mixtures subjected to freeze-thaw cycles, based on which an artificial neural network-based prediction model was developed to estimate durability resistance of concrete. A regression analysis was also conducted to derive an equation for estimating relative dynamic modulus of elasticity subjected to freeze-thaw loads. The error rate and coefficient of determination of the proposed artificial neural network model were approximately 11% and 0.72, respectively, and the regression equation also provided very similar accuracy. Thus, it is considered that the proposed artificial neural network model and regression equation can be used for estimating relative dynamic modulus of elasticity for various concrete mixtures subjected to freeze-thaw loads.
This paper proposes a method to improve the performance of ship identification through lofargram analysis of ship noise by applying the Hough Transform to a Convolutional Neural Network (CNN) model. When processing the signals received by a passive sonar, the time-frequency domain representation known as lofargram is generated. The machinery noise radiated by ships appears as tonal signals on the lofargram, and the class of the ship can be specified by analyzing it. However, analyzing lofargram is a specialized and time-consuming task performed by well-trained analysts. Additionally, the analysis for target identification is very challenging because the lofargram also displays various background noises due to the characteristics of the underwater environment. To address this issue, the Hough Transform is applied to the lofargram to add lines, thereby emphasizing the tonal signals. As a result of identification using CNN models on both the original lofargrams and the lofargrams with Hough transform, it is shown that the application of the Hough transform improves lofargram identification performance, as indicated by increased accuracy and macro F1 scores for three different CNN models.
This paper adopts a new approach in which nonlinear vibrations can be controlled using fuzzy controllers by optimal grey evolutionary algorithm. If the fuzzy controller cannot stabilize the systems, then the high frequency is injected into the system to assist the controller, and the system is asymptotically stabilized by adjusting the parameters. This paper uses the GM (grey model) and the neural network prediction model. The structure of the neural network is improved from a single factor, and multiple data inputs are extended to various factors and numerous data inputs. The improved model expands the applicable range of uncontrolled elements and improves the accuracy of controlled prediction, using the model that has been trained and stabilized by multiple learning. The simulation results show that the improved gray neural network model has higher prediction accuracy and reliability than the traditional GM model, improving controlled management and pre-control ability. In the combined prediction, the time series parameters and the predicted values obtained from the GM (1,1) (Grey Model of first order and one variable) are simultaneously used as the input terms of the neural network, considering the influence of the non-equal spacing of the data, which makes the results of the combined gray neural network model more rationalized. By adjusting the model structure and system parameters to simulate and analyze the controlled elements, the corresponding risk change trend graphs and prediction numerical calculation results are obtained, which also realize the effective prediction of controlled elements. According to the controlled warning principle and objective, the fuzzy evaluation method establishes the corresponding early warning response method. The goals of this paper are towards access to adequate, safe and affordable housing and basic services, promotion of inclusive and sustainable urbanization and participation, implementation of sustainable and disaster-resilient buildings, sustainable human settlement planning and manage.
In this study, it has been refering that disposal of rapidly international information society and artificial intelligence neural networks of the vanguard software technology. This paper is human brain cell structure modeling in order to neural networks realization for order language and computer embodiment of parallel processing. And it is shown that the usage extreme of time saving and correct judgement for business services, Overviews some of the currently popular neural networks architectures, and describes the current state of the neural networks technology.
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