TY - JOUR A1 - Kargar, Katayoun A1 - Samadianfard, Saeed A1 - Parsa, Javad A1 - Nabipour, Narjes A1 - Shamshirband, Shahaboddin A1 - Mosavi, Amir A1 - Chau, Kwok-Wing T1 - Estimating longitudinal dispersion coefficient in natural streams using empirical models and machine learning algorithms JF - Engineering Applications of Computational Fluid Mechanics N2 - The longitudinal dispersion coefficient (LDC) plays an important role in modeling the transport of pollutants and sediment in natural rivers. As a result of transportation processes, the concentration of pollutants changes along the river. Various studies have been conducted to provide simple equations for estimating LDC. In this study, machine learning methods, namely support vector regression, Gaussian process regression, M5 model tree (M5P) and random forest, and multiple linear regression were examined in predicting the LDC in natural streams. Data sets from 60 rivers around the world with different hydraulic and geometric features were gathered to develop models for LDC estimation. Statistical criteria, including correlation coefficient (CC), root mean squared error (RMSE) and mean absolute error (MAE), were used to scrutinize the models. The LDC values estimated by these models were compared with the corresponding results of common empirical models. The Taylor chart was used to evaluate the models and the results showed that among the machine learning models, M5P had superior performance, with CC of 0.823, RMSE of 454.9 and MAE of 380.9. The model of Sahay and Dutta, with CC of 0.795, RMSE of 460.7 and MAE of 306.1, gave more precise results than the other empirical models. The main advantage of M5P models is their ability to provide practical formulae. In conclusion, the results proved that the developed M5P model with simple formulations was superior to other machine learning models and empirical models; therefore, it can be used as a proper tool for estimating the LDC in rivers. KW - Maschinelles Lernen KW - Gaussian process regression KW - longitudinal dispersion coefficient KW - M5 model tree KW - random forest KW - support vector regression KW - rivers Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20200128-40775 UR - https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/19942060.2020.1712260 VL - 2020 IS - Volume 14, No. 1 SP - 311 EP - 322 PB - Taylor & Francis ER - TY - JOUR A1 - Band, Shahab S. A1 - Janizadeh, Saeid A1 - Saha, Sunil A1 - Mukherjee, Kaustuv A1 - Khosrobeigi Bozchaloei, Saeid A1 - Cerdà, Artemi A1 - Shokri, Manouchehr A1 - Mosavi, Amir Hosein T1 - Evaluating the Efficiency of Different Regression, Decision Tree, and Bayesian Machine Learning Algorithms in Spatial Piping Erosion Susceptibility Using ALOS/PALSAR Data JF - Land N2 - Piping erosion is one form of water erosion that leads to significant changes in the landscape and environmental degradation. In the present study, we evaluated piping erosion modeling in the Zarandieh watershed of Markazi province in Iran based on random forest (RF), support vector machine (SVM), and Bayesian generalized linear models (Bayesian GLM) machine learning algorithms. For this goal, due to the importance of various geo-environmental and soil properties in the evolution and creation of piping erosion, 18 variables were considered for modeling the piping erosion susceptibility in the Zarandieh watershed. A total of 152 points of piping erosion were recognized in the study area that were divided into training (70%) and validation (30%) for modeling. The area under curve (AUC) was used to assess the effeciency of the RF, SVM, and Bayesian GLM. Piping erosion susceptibility results indicated that all three RF, SVM, and Bayesian GLM models had high efficiency in the testing step, such as the AUC shown with values of 0.9 for RF, 0.88 for SVM, and 0.87 for Bayesian GLM. Altitude, pH, and bulk density were the variables that had the greatest influence on the piping erosion susceptibility in the Zarandieh watershed. This result indicates that geo-environmental and soil chemical variables are accountable for the expansion of piping erosion in the Zarandieh watershed. KW - Maschinelles Lernen KW - Bayes-Verfahren KW - Naturkatastrophe KW - random forest KW - support vector machine KW - geoinformatics KW - OA-Publikationsfonds2020 Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20210122-43424 UR - https://www.mdpi.com/2073-445X/9/10/346 VL - 2020 IS - volume 9, issue 10, article 346 SP - 1 EP - 22 PB - MDPI CY - Basel ER - TY - JOUR A1 - Ahmadi, Mohammad Hossein A1 - Baghban, Alireza A1 - Sadeghzadeh, Milad A1 - Zamen, Mohammad A1 - Mosavi, Amir A1 - Shamshirband, Shahaboddin A1 - Kumar, Ravinder A1 - Mohammadi-Khanaposhtani, Mohammad T1 - Evaluation of electrical efficiency of photovoltaic thermal solar collector JF - Engineering Applications of Computational Fluid Mechanics N2 - In this study, machine learning methods of artificial neural networks (ANNs), least squares support vector machines (LSSVM), and neuro-fuzzy are used for advancing prediction models for thermal performance of a photovoltaic-thermal solar collector (PV/T). In the proposed models, the inlet temperature, flow rate, heat, solar radiation, and the sun heat have been considered as the input variables. Data set has been extracted through experimental measurements from a novel solar collector system. Different analyses are performed to examine the credibility of the introduced models and evaluate their performances. The proposed LSSVM model outperformed the ANFIS and ANNs models. LSSVM model is reported suitable when the laboratory measurements are costly and time-consuming, or achieving such values requires sophisticated interpretations. KW - Fotovoltaik KW - Erneuerbare Energien KW - Solar KW - Deep learning KW - Machine learning KW - Renewable energy KW - neural networks (NNs) KW - adaptive neuro-fuzzy inference system (ANFIS) KW - least square support vector machine (LSSVM) KW - photovoltaic-thermal (PV/T) KW - hybrid machine learning model KW - OA-Publikationsfonds2020 Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20200304-41049 UR - https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/19942060.2020.1734094 VL - 2020 IS - volume 14, issue 1 SP - 545 EP - 565 PB - Taylor & Francis ER - TY - JOUR A1 - Nabipour, Narjes A1 - Mosavi, Amir A1 - Baghban, Alireza A1 - Shamshirband, Shahaboddin A1 - Felde, Imre T1 - Extreme Learning Machine-Based Model for Solubility Estimation of Hydrocarbon Gases in Electrolyte Solutions JF - Processes N2 - Calculating hydrocarbon components solubility of natural gases is known as one of the important issues for operational works in petroleum and chemical engineering. In this work, a novel solubility estimation tool has been proposed for hydrocarbon gases—including methane, ethane, propane, and butane—in aqueous electrolyte solutions based on extreme learning machine (ELM) algorithm. Comparing the ELM outputs with a comprehensive real databank which has 1175 solubility points yielded R-squared values of 0.985 and 0.987 for training and testing phases respectively. Furthermore, the visual comparison of estimated and actual hydrocarbon solubility led to confirm the ability of proposed solubility model. Additionally, sensitivity analysis has been employed on the input variables of model to identify their impacts on hydrocarbon solubility. Such a comprehensive and reliable study can help engineers and scientists to successfully determine the important thermodynamic properties, which are key factors in optimizing and designing different industrial units such as refineries and petrochemical plants. KW - Maschinelles Lernen KW - Machine learning KW - Deep learning Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20200113-40624 UR - https://www.mdpi.com/2227-9717/8/1/92 VL - 2020 IS - Volume 8, Issue 1, 92 PB - MDPI ER - TY - JOUR A1 - Mosavi, Amir Hosein A1 - Qasem, Sultan Noman A1 - Shokri, Manouchehr A1 - Band, Shahab S. A1 - Mohammadzadeh, Ardashir T1 - Fractional-Order Fuzzy Control Approach for Photovoltaic/Battery Systems under Unknown Dynamics, Variable Irradiation and Temperature JF - Electronics N2 - For this paper, the problem of energy/voltage management in photovoltaic (PV)/battery systems was studied, and a new fractional-order control system on basis of type-3 (T3) fuzzy logic systems (FLSs) was developed. New fractional-order learning rules are derived for tuning of T3-FLSs such that the stability is ensured. In addition, using fractional-order calculus, the robustness was studied versus dynamic uncertainties, perturbation of irradiation, and temperature and abruptly faults in output loads, and, subsequently, new compensators were proposed. In several examinations under difficult operation conditions, such as random temperature, variable irradiation, and abrupt changes in output load, the capability of the schemed controller was verified. In addition, in comparison with other methods, such as proportional-derivative-integral (PID), sliding mode controller (SMC), passivity-based control systems (PBC), and linear quadratic regulator (LQR), the superiority of the suggested method was demonstrated. KW - Fuzzy-Logik KW - Fotovoltaik KW - type-3 fuzzy systems KW - fractional-order control KW - battery KW - photovoltaic KW - OA-Publikationsfonds2020 Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20210122-43381 UR - https://www.mdpi.com/2079-9292/9/9/1455 VL - 2020 IS - Volume 9, issue 9, article 1455 SP - 1 EP - 19 PB - MDPI CY - Basel ER - TY - THES A1 - Rabizadeh, Ehsan T1 - Goal-oriented A Posteriori Error Estimation and Adaptive Mesh Refinement in 2D/3D Thermoelasticity Problems T1 - Zielorientierte a posteriori Fehlerabschätzung und adaptive Netzverfeinerung bei 2D- und 3Dthermoelastischen Problemen N2 - In recent years, substantial attention has been devoted to thermoelastic multifield problems and their numerical analysis. Thermoelasticity is one of the important categories of multifield problems which deals with the effect of mechanical and thermal disturbances on an elastic body. In other words, thermoelasticity encompasses the phenomena that describe the elastic and thermal behavior of solids and their interactions under thermo-mechanical loadings. Since providing an analytical solution for general coupled thermoelasticity problems is mathematically complicated, the development of alternative numerical solution techniques seems essential. Due to the nature of numerical analysis methods, presence of error in results is inevitable, therefore in any numerical simulation, the main concern is the accuracy of the approximation. There are different error estimation (EE) methods to assess the overall quality of numerical approximation. In many real-life numerical simulations, not only the overall error, but also the local error or error in a particular quantity of interest is of main interest. The error estimation techniques which are developed to evaluate the error in the quantity of interest are known as “goal-oriented” error estimation (GOEE) methods. This project, for the first time, investigates the classical a posteriori error estimation and goal-oriented a posteriori error estimation in 2D/3D thermoelasticity problems. Generally, the a posteriori error estimation techniques can be categorized into two major branches of recovery-based and residual-based error estimators. In this research, application of both recovery- and residual-based error estimators in thermoelasticity are studied. Moreover, in order to reduce the error in the quantity of interest efficiently and optimally in 2D and 3D thermoelastic problems, goal-oriented adaptive mesh refinement is performed. As the first application category, the error estimation in classical Thermoelasticity (CTE) is investigated. In the first step, a rh-adaptive thermo-mechanical formulation based on goal-oriented error estimation is proposed.The developed goal-oriented error estimation relies on different stress recovery techniques, i.e., the superconvergent patch recovery (SPR), L2-projection patch recovery (L2-PR), and weighted superconvergent patch recovery (WSPR). Moreover, a new adaptive refinement strategy (ARS) is presented that minimizes the error in a quantity of interest and refines the discretization such that the error is equally distributed in the refined mesh. The method is validated by numerous numerical examples where an analytical solution or reference solution is available. After investigating error estimation in classical thermoelasticity and evaluating the quality of presented error estimators, we extended the application of the developed goal-oriented error estimation and the associated adaptive refinement technique to the classical fully coupled dynamic thermoelasticity. In this part, we present an adaptive method for coupled dynamic thermoelasticity problems based on goal-oriented error estimation. We use dimensionless variables in the finite element formulation and for the time integration we employ the acceleration-based Newmark-_ method. In this part, the SPR, L2-PR, and WSPR recovery methods are exploited to estimate the error in the quantity of interest (QoI). By using adaptive refinement in space, the error in the quantity of interest is minimized. Therefore, the discretization is refined such that the error is equally distributed in the refined mesh. We demonstrate the efficiency of this method by numerous numerical examples. After studying the recovery-based error estimators, we investigated the residual-based error estimation in thermoelasticity. In the last part of this research, we present a 3D adaptive method for thermoelastic problems based on goal-oriented error estimation where the error is measured with respect to a pointwise quantity of interest. We developed a method for a posteriori error estimation and mesh adaptation based on dual weighted residual (DWR) method relying on the duality principles and consisting of an adjoint problem solution. Here, we consider the application of the derived estimator and mesh refinement to two-/three-dimensional (2D/3D) thermo-mechanical multifield problems. In this study, the goal is considered to be given by singular pointwise functions, such as the point value or point value derivative at a specific point of interest (PoI). An adaptive algorithm has been adopted to refine the mesh to minimize the goal in the quantity of interest. The mesh adaptivity procedure based on the DWR method is performed by adaptive local h-refinement/coarsening with allowed hanging nodes. According to the proposed DWR method, the error contribution of each element is evaluated. In the refinement process, the contribution of each element to the goal error is considered as the mesh refinement criterion. In this study, we substantiate the accuracy and performance of this method by several numerical examples with available analytical solutions. Here, 2D and 3D problems under thermo-mechanical loadings are considered as benchmark problems. To show how accurately the derived estimator captures the exact error in the evaluation of the pointwise quantity of interest, in all examples, considering the analytical solutions, the goal error effectivity index as a standard measure of the quality of an estimator is calculated. Moreover, in order to demonstrate the efficiency of the proposed method and show the optimal behavior of the employed refinement method, the results of different conventional error estimators and refinement techniques (e.g., global uniform refinement, Kelly, and weighted Kelly techniques) are used for comparison. N2 - Einleitung und Motivation: 1- Im Laufe der letzten Jahrzehnte wurde den Mehrfeldproblemen und ihrer numerischen Analyse große Aufmerksamkeit gewidmet. Bei Mehrfeldproblemen wird die Wechselwirkung zwischen verschiedenen Feldern wie elastischen, elektrischen, magnetischen, chemischen oder thermischen Feldern untersucht. Eine wichtige Kategorie von Mehrfeldproblemen ist die Thermoelastizität. In der Thermoelastizität werden neben dem mechanischen Feld (Verschiebungen) auch das thermische Feld (Temperatur) und deren Auswirkungen aufeinander untersucht. 2- In fortgeschrittenen und sensible Anwendungen mit Temperaturänderung (z. B. LNG-, CNG- oder LPG-Speichertanks bei Sonnentemperatur im Sommer) ist die Elastizitätstheorie, die nur Verschiebungen berücksichtigt, nicht ausreichend. In diesen Fällen ist die Verwendung einer thermoelastischen Formulierung unumgänglich, um zuverlässige Ergebnisse zu erzielen. 3- Da eine analytische Lösung für thermoelastische Probleme sehr selten bestimmbar ist, wird sie durch numerische Methoden ersetzt. Allerdings sind die numerischen Ergebnisse nicht exakt und approximieren nur die exakte Lösung. Daher sind Fehler in den numerischen Ergebnissen unvermeidlich. 4- In jeder numerischen Simulation ist die Genauigkeit der Approximation das Hauptanliegen. Daher wurden verschiedene Fehlerschätzungstechniken entwickelt, um den Fehler der numerischen Lösung zu schätzen. Die herkömmlichen Fehlerschätzungsmethoden geben nur einen allgemeinen Überblick über die Gesamtgenauigkeit einer Näherungslösung. Bei vielen realen Problemen ist jedoch anstelle der Gesamtgenauigkeit die örtliche Genauigkeit (z. B. die Genauigkeit an einem bestimmten Punkt) von großem Interesse 5- Herkömmliche Fehlerschätzer berechnen Fehler in gewissen Normen. In der Ingenieurpraxis interessieren allerdings Fehler in anderen Zielgrößen, beispielsweise in der Last-Verformungs-Kurve oder in gewissen Spannungs-komponenten und speziellen Positionen. Dafür wurden sog. zielorientierte Fehlerschätzer entwickelt. 6- Die meisten numerischen Methoden unterteilen das Gebiet in kleine Teile (Element/Zelle), um das Problem zu lösen. Die Verwendung sehr feiner Elemente erhöht die Simulationsgenauigkeit, erhöht aber auch die Rechenzeit drastisch. Dieses Problem wird durch adaptive Methoden (AM) gelöst. AM können die Rechenzeit deutlich verringern. Bei adaptiven Methoden spielt die Fehlerschätzung eine Schlüsselrolle. Die Verfeinerung der Diskretisierung wird von einer Fehlerschätzung der Lösung kontrolliert und gesteuert (Elemente mit einem höheren geschätzten Fehler werden zur Verfeinerung/Aufteilung ausgewählt). Problemstellung und Zielsetzung der Arbeit 7- Die thermoelastischen Probleme können in zwei Hauptgruppen eingeteilt werden: Klassische Thermoelastizität (KTE) und klassische gekoppelte Thermoelastizität (KKTE). In jeder Gruppe werden verschiedene thermoelastische Probleme mit verschiedenen Geometrien, und Rand-/Anfangsbedingungen untersucht. In dieser Untersuchung werden die KTE- und KKTE-Probleme numerisch gelöst und alle numerischen Lösungen durch Fehlerschätzung bewertet. 8- In dieser Arbeit werden die Gesamtgenauigkeit der numerischen Lösung durch herkömmliche globale Fehlerschätzverfahren (auch als recovery-basierte Methoden bekannt) und die Genauigkeit der Lösung in bestimmten Punkten durch neue lokale Methoden (z. B. Dual-gewichtete Residuumsmethode oder DWR-Methode) bewertet. 9- Bei den dynamischen thermoelastischen Problemen ändern sich die Problembedin-gungen und anschließend die Lösung mit der Zeit. Daher werden die Fehler in jedem Zeitschritt geschätzt, um die Genauigkeit über die Zeit zu erhalten. 10- In dieser Dissertation wurde eine neue adaptive Gitter-Verfeinerung (AGV)-Technik entwickelt und für thermoelastische Probleme implementiert. Stand der Wissenschaft 11- Da die Thermoelastizität im Vergleich zu anderen mechanischen Bereichen wie der Elastizität nicht so umfangreich untersucht ist, wurden nur sehr begrenzte Untersuchungen durchgeführt, um die numerischen Fehler abzuschätzen und zu kontrollieren. Alle diese Untersuchungen konzentrierten sich auf die konventionellen Techniken, die nur den Gesamtfehler abschätzen können. Um die lokalen Fehler (wie punktweise Fehler oder Fehler an einem bestimmten Punkt) abzuschätzen, ist die Verwendung der zielorientierten Fehlerschätzungstechniken unvermeidlich. Die Implementierung der recovery-basierten zielorientierten Fehlerschätzung in der Thermoelastizität wird vor diesem Projekt nicht untersucht. 12- Viele numerische Analysen der dynamischen thermoelastischen Probleme basieren auf der Laplace-Transformationsmethode. Bei dieser Methode ist es praktisch nicht möglich, den Fehler in jedem Zeitschritt abzuschätzen. Daher wurden bisher die herkömmlichen globalen oder lokalen zielorientierten Fehlerschätzungsverfahren nicht in der dynamischen Thermoelastizität implementiert. 13- Eine der neuesten fortgeschrittenen zielorientierten Fehlerschätzungsmethoden ist die Dual-gewichtete Residuumsmethode (DWR-Methode). Die DWR-Methode, die punktweise Fehler (wie Verschiebungs-, mechanische Spannungs- oder Dehnungsfehler an einem bestimmten Punkt) abschätzen kann, wird bei elastischen Problemen angewendet. Es wurde jedoch kein Versuch unternommen, die DWR-Methode für die thermoelastischen Probleme zu formulieren. 14- In numerischen Simulationen sollte das Gitter verfeinert werden, um den Fehler zu verringern. Viele Verfeinerungstechniken basieren auf den globalen Fehlerschätzern, die versuchen, den Fehler der gesamten Lösung zu reduzieren. Daher sind diese Verfeinerungsmethoden zum reduzieren der lokalen Fehler nicht effizient. Wenn nur die Lösung an bestimmten Punkten interessiert ist und der Fehler dort reduziert werden will, sollten die zielorientierten Verfeinerungsmethoden angewendet werden, die vor dieser Untersuchung nicht in thermoelastischen Problemen entwickelt und implementiert wurden. 15- Die realen Probleme sind in der Regel 3D-Probleme, und die Simulation mit vereinfachten 2D-Fällen zeigt nicht alle Aspekte des Problems. Wie bereits erwähnt, sollten in der numerischen Simulation zur Erhöhung der Genauigkeit Gitterverfeinerungstechniken eingesetzt werden. Die konventionell verfeinerten Gitter, die durch gleichmäßige Aufteilung aller Elemente erreicht werden, erhöhen die Rechenzeit. Diese Simulationszeiterhöhung bei 3D-Problemen ist enorm. Dieses Problem wird durch die Verwendung der intelligenten Verfeinerung anstelle der globalen gleichmäßigen Verfeinerung gelöst. In diesem Projekt wurde erstmals die zielorientierte adaptive Gitterverfeinerung (AGV) bei thermoelastischen 3D-Problemen entwickelt und implementiert. Forschungsmethodik 16- In dieser Arbeit werden die beiden Haupttypen der thermoelastischen Probleme (KTE und KKTE) untersucht. Das System der partiellen Differentialgleichung der Thermoelastizität besteht aus zwei Hauptgleichungen: der herkömmlichen Gleichgewichtsgleichung und der Energiebilanzgleichung. 17- In diesem Projekt wird die Finite-Elemente-Methode (FEM) verwendet, um die Probleme numerisch zu simulieren. 18- Der Computercode zur Lösung von 2D- und 3D-Problemen wurde in den Program-miersprachen MATLAB bzw. C++ entwickelt. Um die Rechenzeit zu verkürzen und die Computerressourcen effizient zu nutzen, wurden Parallelprogrammierungs- und Optimierungsalgorithmen eingesetzt. 19- Nachdem die Probleme numerisch gelöst wurden, wurden zwei verschiedene Arten von globalen und lokalen Fehlerschätzungstechniken implementiert, um den Fehler zu schätzen und die Genauigkeit der Lösung zu messen. Der globale Typ ist die recovery-basierte zielorientierte Fehlerabschätzung, die wiederum in drei Unterkategorien von SPR-, L2-PR- und WSPR-Methoden unterteilt ist. Der lokale Typ ist die dual-gewichtete residuumsbasierte zielorientierte Fehlerabschätzung. Die Formulierung dieser Methoden wurde für thermoelastische Probleme entwickelt. 20- Schließlich wurde nach der Fehlerschätzung die entwickelte AGV-Methode implementiert. Wesentliche Ergebnisse und Schlussfolgerungen 21- In diesem Projekt wurde die Fehlerschätzung der Thermoelastizität in den folgenden drei Schritten untersucht: 1- Recovery-basierte Fehlerschätzung in statischen thermo Problemen (KTE), 2- Recovery-basierte Fehlerabschätzung in dynamischen thermo Problemen (KKTE), 3- Residuumsbasierte Fehlerschätzung in statischen thermo Problemen (KTE), 22- Im ersten Schritt, wurde das recovery-basierte Fehlerschätzverfahren auf mehrere stationäre thermoelastische Probleme angewendet. Einige der untersuchten Probleme verfügen über analytische Lösungen. Der Vergleich der numerischen Ergebnisse mit der analytischen (exakten) Lösung zeigt, dass die WSPR-Methode die genaueste unter den SPR, L2-PR und WSPR Techniken ist. 23- Darüber hinaus schließen wir aus den Ergebnissen des ersten Schritts, dass die zielorientierte Verfeinerung, im Vergleich zur herkömmlichen gleichmäßigen Total-Verfeinerungsmethode, nur ein Drittel der Unbekannten erfordert, um das Problem mit der gleichen Genauigkeit zu lösen. Daher benötigt die zielorientierte Adaptivität im Vergleich zu herkömmlichen Methoden viel weniger Rechenzeit, um die gleiche Genauigkeit zu erreichen. 24- Im zweiten Schritt, sind die Fehlerschätzungstechniken dieselben wie im ersten Schritt, aber die untersuchten Probleme sind dynamisch und nicht statisch. Der Vergleich der numerischen Ergebnisse mit den analytischen Ergebnissen in einem Benchmark-Problem bestätigt die Genauigkeit der verwendeten Methode. 25- Die Ergebnisse des zweiten Schritts zeigen, dass die geschätzten Fehler in allen gekoppelten Problemen niedriger sind als die ähnlichen ungekoppelten. Bei diesen Problemen reduziert die Implementierung der entwickelten adaptiven Methode den Fehler erheblich. 26- Im dritten Schritt wurde das residuumsbasierte Fehlerabschätzungsverfahren auf mehrere thermoelastische Probleme im stationären Zustand angewendet. In allen Beispielen wird die Genauigkeit der Methode durch analytische Lösungen überprüft. Die numerischen Ergebnisse zeigen eine sehr gute Übereinstimmung mit der analytischen Lösung sowohl bei 2D- als auch bei 3D-Problemen. 27- Im dritten Schritt werden die Ergebnisse der DWR-Verfeinerung mit Kelly-, W-Kelly- und gleichmäßigen Total-Verfeinerungstechniken verglichen. Die entwickelte DWR-Methode zeigt im Vergleich zu den anderen Methoden die beste Effizienz. Um beispielsweise die Fehlertoleranz von 10-6 zu erreichen, enthält das DWR-Gitter nur 2% unbekannte Parameter im Vergleich zu einem gleichmäßig verfeinerten Gitter. Die Verwendung des DWR-Verfahrens spart daher erhebliche Rechenzeit und Kosten. KW - Mesh Refinement KW - Thermoelastizität KW - Goal-oriented A Posteriori Error Estimation KW - 2D/3D Adaptive Mesh Refinement KW - Thermoelasticity KW - Deal ii C++ code KW - recovery-based and residual-based error estimators Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20201113-42864 ER - TY - JOUR A1 - Saqlai, Syed Muhammad A1 - Ghani, Anwar A1 - Khan, Imran A1 - Ahmed Khan Ghayyur, Shahbaz A1 - Shamshirband, Shahaboddin A1 - Nabipour, Narjes A1 - Shokri, Manouchehr T1 - Image Analysis Using Human Body Geometry and Size Proportion Science for Action Classification JF - Applied Sciences N2 - Gestures are one of the basic modes of human communication and are usually used to represent different actions. Automatic recognition of these actions forms the basis for solving more complex problems like human behavior analysis, video surveillance, event detection, and sign language recognition, etc. Action recognition from images is a challenging task as the key information like temporal data, object trajectory, and optical flow are not available in still images. While measuring the size of different regions of the human body i.e., step size, arms span, length of the arm, forearm, and hand, etc., provides valuable clues for identification of the human actions. In this article, a framework for classification of the human actions is presented where humans are detected and localized through faster region-convolutional neural networks followed by morphological image processing techniques. Furthermore, geometric features from human blob are extracted and incorporated into the classification rules for the six human actions i.e., standing, walking, single-hand side wave, single-hand top wave, both hands side wave, and both hands top wave. The performance of the proposed technique has been evaluated using precision, recall, omission error, and commission error. The proposed technique has been comparatively analyzed in terms of overall accuracy with existing approaches showing that it performs well in contrast to its counterparts. KW - Bildanalyse KW - Mensch KW - Größenverhältnis KW - Geometrie KW - Körper KW - action recognition KW - rule based classification KW - human body proportions KW - human blob KW - OA-Publikationsfonds2020 Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20200904-42322 UR - https://www.mdpi.com/2076-3417/10/16/5453 VL - 2020 IS - volume 10, issue 16, article 5453 PB - MDPI CY - Basel ER - TY - JOUR A1 - Harirchian, Ehsan A1 - Lahmer, Tom T1 - Improved Rapid Visual Earthquake Hazard Safety Evaluation of Existing Buildings Using a Type-2 Fuzzy Logic Model JF - Applied Sciences N2 - Rapid Visual Screening (RVS) is a procedure that estimates structural scores for buildings and prioritizes their retrofit and upgrade requirements. Despite the speed and simplicity of RVS, many of the collected parameters are non-commensurable and include subjectivity due to visual observations. This might cause uncertainties in the evaluation, which emphasizes the use of a fuzzy-based method. This study aims to propose a novel RVS methodology based on the interval type-2 fuzzy logic system (IT2FLS) to set the priority of vulnerable building to undergo detailed assessment while covering uncertainties and minimizing their effects during evaluation. The proposed method estimates the vulnerability of a building, in terms of Damage Index, considering the number of stories, age of building, plan irregularity, vertical irregularity, building quality, and peak ground velocity, as inputs with a single output variable. Applicability of the proposed method has been investigated using a post-earthquake damage database of reinforced concrete buildings from the Bingöl and Düzce earthquakes in Turkey. KW - Fuzzy-Logik KW - Erdbeben KW - Fuzzy Logic KW - Rapid Visual Screening KW - Vulnerability assessment KW - OA-Publikationsfonds2020 Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20200331-41161 UR - https://www.mdpi.com/2076-3417/10/7/2375 VL - 2020 IS - Volume 10, Issue 3, 2375 PB - MDPI CY - Basel ER - TY - JOUR A1 - Mosavi, Amir Hosein A1 - Shokri, Manouchehr A1 - Mansor, Zulkefli A1 - Qasem, Sultan Noman A1 - Band, Shahab S. A1 - Mohammadzadeh, Ardashir T1 - Machine Learning for Modeling the Singular Multi-Pantograph Equations JF - Entropy N2 - In this study, a new approach to basis of intelligent systems and machine learning algorithms is introduced for solving singular multi-pantograph differential equations (SMDEs). For the first time, a type-2 fuzzy logic based approach is formulated to find an approximated solution. The rules of the suggested type-2 fuzzy logic system (T2-FLS) are optimized by the square root cubature Kalman filter (SCKF) such that the proposed fineness function to be minimized. Furthermore, the stability and boundedness of the estimation error is proved by novel approach on basis of Lyapunov theorem. The accuracy and robustness of the suggested algorithm is verified by several statistical examinations. It is shown that the suggested method results in an accurate solution with rapid convergence and a lower computational cost. KW - Fuzzy-Regelung KW - square root cubature calman filter KW - statistical analysis KW - OA-Publikationsfonds2020 Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20210122-43436 UR - https://www.mdpi.com/1099-4300/22/9/1041 VL - 2020 IS - volume 22, issue 9, article 1041 SP - 1 EP - 18 PB - MDPI CY - Basel ER - TY - JOUR A1 - Shabani, Sevda A1 - Samadianfard, Saeed A1 - Sattari, Mohammad Taghi A1 - Mosavi, Amir A1 - Shamshirband, Shahaboddin A1 - Kmet, Tibor A1 - Várkonyi-Kóczy, Annamária R. T1 - Modeling Pan Evaporation Using Gaussian Process Regression K-Nearest Neighbors Random Forest and Support Vector Machines; Comparative Analysis JF - Atmosphere N2 - Evaporation is a very important process; it is one of the most critical factors in agricultural, hydrological, and meteorological studies. Due to the interactions of multiple climatic factors, evaporation is considered as a complex and nonlinear phenomenon to model. Thus, machine learning methods have gained popularity in this realm. In the present study, four machine learning methods of Gaussian Process Regression (GPR), K-Nearest Neighbors (KNN), Random Forest (RF) and Support Vector Regression (SVR) were used to predict the pan evaporation (PE). Meteorological data including PE, temperature (T), relative humidity (RH), wind speed (W), and sunny hours (S) collected from 2011 through 2017. The accuracy of the studied methods was determined using the statistical indices of Root Mean Squared Error (RMSE), correlation coefficient (R) and Mean Absolute Error (MAE). Furthermore, the Taylor charts utilized for evaluating the accuracy of the mentioned models. The results of this study showed that at Gonbad-e Kavus, Gorgan and Bandar Torkman stations, GPR with RMSE of 1.521 mm/day, 1.244 mm/day, and 1.254 mm/day, KNN with RMSE of 1.991 mm/day, 1.775 mm/day, and 1.577 mm/day, RF with RMSE of 1.614 mm/day, 1.337 mm/day, and 1.316 mm/day, and SVR with RMSE of 1.55 mm/day, 1.262 mm/day, and 1.275 mm/day had more appropriate performances in estimating PE values. It was found that GPR for Gonbad-e Kavus Station with input parameters of T, W and S and GPR for Gorgan and Bandar Torkmen stations with input parameters of T, RH, W and S had the most accurate predictions and were proposed for precise estimation of PE. The findings of the current study indicated that the PE values may be accurately estimated with few easily measured meteorological parameters. KW - Maschinelles Lernen KW - Machine learning KW - Deep learning Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20200110-40561 UR - https://www.mdpi.com/2073-4433/11/1/66 VL - 2020 IS - Volume 11, Issue 1, 66 ER -