In this study, potential of three machine learning techniques i.e., M5P, Support vector machines and Gaussian processes were evaluated to find the best algorithm for the prediction of flexural strength of concrete mix with steel fibre. The study comprises the comparison of results obtained from above-said techniques for given dataset. The dataset consists of 124 observations from past research studies and this dataset is randomly divided into two subsets namely training and testing datasets with (70-30)% proportion by weight. Cement, fine aggregates, coarse aggregates, water, super plasticizer/ high-range water reducer, steel fibre, fibre length and curing days were taken as input parameters whereas flexural strength of the concrete mix was taken as the output parameter. Performance of the techniques was checked by statistic evaluation parameters. Results show that the Gaussian process technique works better than other techniques with its minimum error bandwidth. Statistical analysis shows that the Gaussian process predicts better results with higher coefficient of correlation value (0.9138) and minimum mean absolute error (1.2954) and Root mean square error value (1.9672). Sensitivity analysis proves that steel fibre is the significant parameter among other parameters to predict the flexural strength of concrete mix. According to the shape of the fibre, the mixed type performs better for this data than the hooked shape of the steel fibre, which has a higher CC of 0.9649, which shows that the shape of fibers do effect the flexural strength of the concrete. However, the intricacy of the mixed fibres needs further investigations. For future mixes, the most favorable range for the increase in flexural strength of concrete mix found to be (1-3)%.
Journal of the Korean Association of Geographic Information Studies
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v.25
no.2
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pp.48-58
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2022
This study tried to assess the applicability of a hand-held LiDAR for measuring the geometric structures of forest trees including diameters at a breast height(DBH) and tree height(H). A traditional method using tapelines was conducted to analyze the accuracy of the LiDAR instrument in the Taebaeksan national park in South Korea. Four statistical indices which are bias, root mean square error, mean absolute error, and correlation coefficient were employed to compare the measurements by the LiDAR instrument and traditional method. The DBHs from the LiDAR were very similar to those from the traditional method. And it indicated that the LiDAR is sufficient to be a alternative of a traditional method. However, there was a limitation in assessing the accuracy of LiDAR for measuring tree height by comparing the measurements by observer's eyes since they included different error sources. Further study is needed to assess the accuracy of LiDAR instrument for tree height through more reliable measurements.
Muhammad Naqeeb Nawaz;Song-Hun Chong;Muhammad Muneeb Nawaz;Safeer Haider;Waqas Hassan;Jin-Seop Kim
Geomechanics and Engineering
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v.33
no.1
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pp.1-9
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2023
The unconfined compression strength (UCS) of soils is commonly used either before or during the construction of geo-structures. In the pre-design stage, UCS as a mechanical property is obtained through a laboratory test that requires cumbersome procedures and high costs from in-situ sampling and sample preparation. As an alternative way, the empirical model established from limited testing cases is used to economically estimate the UCS. However, many parameters affecting the 1D soil compression response hinder employing the traditional statistical analysis. In this study, gene expression programming (GEP) is adopted to develop a prediction model of UCS with common affecting soil properties. A total of 79 undisturbed soil samples are collected, of which 54 samples are utilized for the generation of a predictive model and 25 samples are used to validate the proposed model. Experimental studies are conducted to measure the unconfined compression strength and basic soil index properties. A performance assessment of the prediction model is carried out using statistical checks including the correlation coefficient (R), the root mean square error (RMSE), the mean absolute error (MAE), the relatively squared error (RSE), and external criteria checks. The prediction model has achieved excellent accuracy with values of R, RMSE, MAE, and RSE of 0.98, 10.01, 7.94, and 0.03, respectively for the training data and 0.92, 19.82, 14.56, and 0.15, respectively for the testing data. From the sensitivity analysis and parametric study, the liquid limit and fine content are found to be the most sensitive parameters whereas the sand content is the least critical parameter.
Zhang Chengquan;Hamidreza Aghajanirefah;Kseniya I. Zykova;Hossein Moayedi;Binh Nguyen Le
Computers and Concrete
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v.32
no.2
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pp.149-163
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2023
One of the main design parameters traditionally utilized in projects of geotechnical engineering is the uniaxial compressive strength. The present paper employed three artificial intelligence methods, i.e., the stochastic fractal search (SFS), the multi-verse optimization (MVO), and the vortex search algorithm (VSA), in order to determine the compressive strength of concrete (CSC). For the same reason, 1030 concrete specimens were subjected to compressive strength tests. According to the obtained laboratory results, the fly ash, cement, water, slag, coarse aggregates, fine aggregates, and SP were subjected to tests as the input parameters of the model in order to decide the optimum input configuration for the estimation of the compressive strength. The performance was evaluated by employing three criteria, i.e., the root mean square error (RMSE), mean absolute error (MAE), and the determination coefficient (R2). The evaluation of the error criteria and the determination coefficient obtained from the above three techniques indicates that the SFS-MLP technique outperformed the MVO-MLP and VSA-MLP methods. The developed artificial neural network models exhibit higher amounts of errors and lower correlation coefficients in comparison with other models. Nonetheless, the use of the stochastic fractal search algorithm has resulted in considerable enhancement in precision and accuracy of the evaluations conducted through the artificial neural network and has enhanced its performance. According to the results, the utilized SFS-MLP technique showed a better performance in the estimation of the compressive strength of concrete (R2=0.99932 and 0.99942, and RMSE=0.32611 and 0.24922). The novelty of our study is the use of a large dataset composed of 1030 entries and optimization of the learning scheme of the neural prediction model via a data distribution of a 20:80 testing-to-training ratio.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.28
no.4
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pp.183-191
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2024
Accurate seismic vulnerability assessment requires high quality and large amounts of ground motion data. Ground motion data generated from time series contains not only the seismic waves but also the background noise. Therefore, it is crucial to determine the high-pass cut-off frequency to reduce the background noise. Traditional methods for determining the high-pass filter frequency are based on human inspection, such as comparing the noise and the signal Fourier Amplitude Spectrum (FAS), f2 trend line fitting, and inspection of the displacement curve after filtering. However, these methods are subject to human error and unsuitable for automating the process. This study used a deep learning approach to determine the high-pass filter frequency. We used the Mel-spectrogram for feature extraction and mixup technique to overcome the lack of data. We selected convolutional neural network (CNN) models such as ResNet, DenseNet, and EfficientNet for transfer learning. Additionally, we chose ViT and DeiT for transformer-based models. The results showed that ResNet had the highest performance with R2 (the coefficient of determination) at 0.977 and the lowest mean absolute error (MAE) and RMSE (root mean square error) at 0.006 and 0.074, respectively. When applied to a seismic event and compared to the traditional methods, the determination of the high-pass filter frequency through the deep learning method showed a difference of 0.1 Hz, which demonstrates that it can be used as a replacement for traditional methods. We anticipate that this study will pave the way for automating ground motion processing, which could be applied to the system to handle large amounts of data efficiently.
Journal of the Korea Society of Computer and Information
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v.29
no.10
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pp.1-9
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2024
In this paper, we propose a comparative analysis to evaluate the impact of activation functions and attention mechanisms on the performance of time-series models for Mars meteorological data. Mars meteorological data are nonlinear and irregular due to low atmospheric density, rapid temperature variations, and complex terrain. We use long short-term memory (LSTM), bidirectional LSTM (BiLSTM), gated recurrent unit (GRU), and bidirectional GRU (BiGRU) architectures to evaluate the effectiveness of different activation functions and attention mechanisms. The activation functions tested include rectified linear unit (ReLU), leaky ReLU, exponential linear unit (ELU), Gaussian error linear unit (GELU), Swish, and scaled ELU (SELU), and model performance was measured using mean absolute error (MAE) and root mean square error (RMSE) metrics. Our results show that the integration of attentional mechanisms improves both MAE and RMSE, with Swish and ReLU achieving the best performance for minimum temperature prediction. Conversely, GELU and ELU were less effective for pressure prediction. These results highlight the critical role of selecting appropriate activation functions and attention mechanisms in improving model accuracy for complex time-series forecasting.
Yebin Lee;Cheolsoon Lim;Yunho Cha;Byungwoon Park;Sul Gee Park;Sang Hyun Park
Journal of Positioning, Navigation, and Timing
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v.12
no.3
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pp.215-228
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2023
The State Space Representation (SSR) method provides individual corrections for each Global Navigation Satellite System (GNSS) error components. This method can lead to less bandwidth for transmission and allows selective use of each correction. Precise Point Positioning (PPP) - Real-Time Kinematic (RTK) is one of the carrier-based precise positioning techniques using SSR correction. This technique enables high-precision positioning with a fast convergence time by providing atmospheric correction as well as satellite orbit and clock correction. Currently, the positioning service that supports PPP-RTK technology is the Quazi-Zenith Satellite System Centimeter Level Augmentation System (QZSS CLAS) in Japan. A system that provides correction for each GNSS error component, such as QZSS CLAS, requires monitoring of each error component to provide reliable correction and integrity information to the user. In this study, we conducted an analysis of the performance of residual error bounding for each error component. To assess this performance, we utilized the correction and quality indicators provided by QZSS CLAS. Performance analyses included the range domain, dispersive part, non-dispersive part, and satellite orbit/clock part. The residual root mean square (RMS) of CLAS correction for the range domain approximated 0.0369 m, and the residual RMS for both dispersive and non-dispersive components is around 0.0363 m. It has also been confirmed that the residual errors are properly bounded by the integrity parameters. However, the satellite orbit and clock part have a larger residual of about 0.6508 m, and it was confirmed that this residual was not bounded by the integrity parameters. Users who rely solely on satellite orbit and clock correction, particularly maritime users, thus should exercise caution when utilizing QZSS CLAS.
Seo, Yeon Ok;Lumbres, Roscinto Ian C.;Won, Hyun Kyu;Jung, Sung Cheol;Lee, Young Jin
Journal of Ecology and Environment
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v.38
no.4
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pp.485-491
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2015
This study was conducted to develop stem volume models for the volume estimation of Quercus glauca Thunb. in Jeju Island, Republic of Korea. Furthermore, this study validated the developed stem volume models using an independent dataset. A total of 167 trees were measured for their diameter at breast height (DBH), total height and stem volume using non-destructive sampling methods. Eighty percent of the dataset was used for the initial model development while the remaining 20% was used for model validation. The performance of the different models was evaluated using the following fit statistics: standard error of estimate (SEE), mean bias absolute mean deviation (AMD), coefficient of determination (R2), and root mean square error (RMSE). The AMD of the five models from the different DBH classes were determined using the validation dataset. Model 5 (V = aDbHc), which estimates volume using DBH and total height as predicting variables, had the best SEE (0.02745), AMD (0.01538), R2 (0.97603) and RMSE (0.02746). Overall, volume models with two independent variables (DBH and total height) performed better than those with only one (DBH) based on the model evaluation and validation. The models developed in this study can provide forest managers with accurate estimations for the stem volumes of Quercus glauca in the subtropical forests of Jeju Island, Korea.
A new method to estimate the mean areal precipitation using kriging is developed. Unlike the conventional approach, points for double and quadruple numerical integrations in the kriging equation are selected randomly, given the boundary of area of interest. This feature eliminates the conventional approach's necessity of dividing the area into subareas and calculating the center of each subarea, which in turn makes the developed method more powerful in the case of complex boundaries. The algorithm to select random points within an arbitrary boundary, based on the theory of complex variables, is described. The results of Monte Carlo simulation showed that the error associated with estimation using randomly selected points is inversely proportional to the square root of the number of sampling points.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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