$\require{mediawiki-texvc}$

연합인증

연합인증 가입 기관의 연구자들은 소속기관의 인증정보(ID와 암호)를 이용해 다른 대학, 연구기관, 서비스 공급자의 다양한 온라인 자원과 연구 데이터를 이용할 수 있습니다.

이는 여행자가 자국에서 발행 받은 여권으로 세계 각국을 자유롭게 여행할 수 있는 것과 같습니다.

연합인증으로 이용이 가능한 서비스는 NTIS, DataON, Edison, Kafe, Webinar 등이 있습니다.

한번의 인증절차만으로 연합인증 가입 서비스에 추가 로그인 없이 이용이 가능합니다.

다만, 연합인증을 위해서는 최초 1회만 인증 절차가 필요합니다. (회원이 아닐 경우 회원 가입이 필요합니다.)

연합인증 절차는 다음과 같습니다.

최초이용시에는
ScienceON에 로그인 → 연합인증 서비스 접속 → 로그인 (본인 확인 또는 회원가입) → 서비스 이용

그 이후에는
ScienceON 로그인 → 연합인증 서비스 접속 → 서비스 이용

연합인증을 활용하시면 KISTI가 제공하는 다양한 서비스를 편리하게 이용하실 수 있습니다.

도로포장의 유지관리 계획 수립을 위한 딥러닝 기반 열화 예측 모델 개발
Development of Deep Learning Based Deterioration Prediction Model for the Maintenance Planning of Highway Pavement 원문보기

한국건설관리학회논문집 = Korean journal of construction engineering and management, v.20 no.6, 2019년, pp.34 - 43  

이용준 (한국건설기술연구원 인프라안전연구본부) ,  선종완 (한국건설기술연구원 인프라안전연구본부) ,  이민재

초록
AI-Helper 아이콘AI-Helper

도로연장의 지속적인 증가와 공용기간이 상당히 경과한 노후 노선이 늘어남에 따라 도로포장에 대한 유지관리비용은 점차 증가하고 있어, 예방적 유지관리를 통해 비용을 최소화 하는 방안에 대한 필요성이 제기되고 있다. 예방적 유지관리를 위해서는 도로포장의 정확한 열화 예측을 통한 전략적 유지관리 계획 수립이 필요하다. 이에 본 연구에서는 고속도로포장 열화예측 모델 개발을 위해 딥러닝 모델 중 가장 보편적으로 많이 사용하는 심층신경망(DNN)시계열 데이터 분석에 강점을 가진 순환신경망(RNN)을 사용하였으며, 두 개의 모델의 성능을 비교 분석하여 우수한 모델을 제안하였다. RNN의 Vanishing Gradient Problem을 해결하기 위해 좀 더 복잡한 형태의 RNN구조인 LSTM(Long short-term memory circuits)을 사용하였다. 학습 결과, RNN-LSTM 모델의 RMSE 값이 0.102로 DNN모델보다 낮아 성능이 더 우수하였다. 또한, 대상구간의 시간경과별 평균 도로포장 상태 예측치와 실제 도로포장 상태 실측치의 비교를 통해 RNN-LSTM 모델의 높은 정확도를 검증하였다. 따라서 향후 고속도로 콘크리트 포장의 유지관리 계획 수립시 유지보수 수요 추정을 위한 열화 예측 모델로는 DNN 모델보다 시계열 분석에 강한 RNN-LSTM의 모델을 제안한다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The maintenance cost for road pavement is gradually increasing due to the continuous increase in road extension as well as increase in the number of old routes that have passed the public period. As a result, there is a need for a method of minimizing costs through preventative grievance preventive ...

주제어

표/그림 (22)

AI 본문요약
AI-Helper 아이콘 AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 따라서 본 연구에서는 ESAL 및 환경변수에 따른 도로포장 열화예측 모델 개발을 위하여 [Table 6]과 같이 포장에 파손을 주는 인자인 폭염일수, 강수량, 평균기온 0도 이하일 수, 최저기온 –2도 이하 일수, 적설일수, ESAL과 HPCIt를 입력데이터로 하며, 출력은 HPCIt+1로 하는 DNN과 RNNLSTM 모델을 구축하였다.
  • 따라서 본 연구에서는 딥러닝 기반 도로포장 열화 예측모델의 개발을 위해 심층신경망(Deep Neural Network; DNN)과 시계열 데이터 분석에 강점을 가진 순환신경망(Recurrent Neural Network; RNN)을 활용하여 고속도로포장의 시간경과별 열화량을 학습하고, 학습된 모델의 성능을 비교·분석하여 더 우수한 모델을 제안하였다.
  • (2018)은 포장관리시스템의 주요 구성 요소는 ANN과 같은 포장 성능 예측 모델이라 하였으며, 인공 신경망의 기존 분류 평가 가능성 및 국도 유지 전략 수립을 위한 적용 방안을 분석하였다. 또한, 인공 신경망을 사용하여 세계 공용 지수를 결정하고 적절한 포장 유지 관리 계획 시나리오 가능성을 검토하였다. 역전파 신경망을 Osijek-Baranja 주의 국도 481.
  • 본 논문은 구글에서 제공하는 텐서플로우를 사용하여 모델을 개발하였다. 텐서플로우는 연구자의 입장에서 딥러닝 구동에 필요한 하드웨어적인 요소가 아닌 딥러닝의 구조에 집중할 수 있는 구조로 해당 분야에 최적화된 모델을 구축하는데 있어 생산성 등의 향상을 도모할 수 있는 장점이 있다(Abadi et al.
  • 도로포장은 한순간에 파손되는 것이 아니라 여러 변수들에 의한 스트레스 누적으로 인하여 점차 열화가 진행되다가 파손된다. 이에 고속도로 포장의 열화 예측 모델 개발을 위해 도로파손에 영향을 주는 변수들을 기존문헌 고찰을 통해 선정하였다. 딥러닝 분석을 위해서는 데이터 셋을 구축해야 하므로 기존문헌 고찰을 통해 선정된 포장 열화에 영향을 주는 축하중 교통량(Equivalent Single Axle Load; ESAL) 및 환경 변수 총 6개의 데이터와 t년도 고속도로 포장상태지수(Highway Pavement Condition Index; HPCI)를 입력 데이터로 하고 t+n년 HPCI를 출력 데이터로 하는 데이터 셋을 구축하였다.
본문요약 정보가 도움이 되었나요?

질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
딥러닝이란 무엇인가? 최근 컴퓨터 사양의 급격한 발전과 함께 오픈 소스로 공개된 기계학습 라이브러리 개발로 인하여 딥러닝 기법을 활용한 예측 모델 개발이 여러 분야에서 연구가 활발하게 진행되고 있다. 딥러닝은 인공신경망(Artificial Neural Network; ANN)에 기반하여 설계된 개념으로 여러 비선형 변환기법의 조합을 통해 높은 수준의 추상화를 시도하는 기계학습 알고리즘의 집합으로 정의되며, 기존의 통계적인 방법보다 예측모델의 추정력이 크게 개선되어진다는 연구 결과가 있다(Han et al., 2017a).
RNN의 문제점은? RNN은 시계열 데이터와 같이 시간의 흐름에 따라 변화하는 데이터를 학습하기 위한 인공신경망이다. 그러나 RNN은 기억에 사용되는 내부 상태 값이 시간 step의 이동에 따라 점점 기억하지 못하고 사라지게 만드는 Vanishing Gradient Problem을 가지고 있다.
RNN-LSTM이 기존문제인 Vanishing Gradient Problem을 해결한 방법은? LSTM은 [Fig. 3]과 같이 전체 체인을 지나가는 셀 스테이트를 가진 구조를 이용하여 과거의 학습결과를 현재 학습에 그대로 전달하여 RNN의 장기 의존성 문제를 해결하였다.
질의응답 정보가 도움이 되었나요?

참고문헌 (25)

  1. Abadi, M., Agarwal, A., Barham, P., Brevdo, E., Chen, Z., Citro, C., and Ghemawat, S. (2016). "Tensorflow: Large-scale machine learning on heterogeneous distributed systems."arXiv preprint arXiv:1603.04467. 

  2. Choi, S. (2018). "Development of Road Asset Management System based on Artificial Intelligence using Visual Information." Doctoral Thesis. 

  3. Do, M. (2011). "Comparative analysis on mean life reliability with functionally classified pavement sections." International Journal of Highway Engineering, 14(5), pp. 11-19. 

  4. Do, M., Lee, Y., Lim, K., and Kwon, S. (2011). "Estimation of Performance and Pavement Life using National Highway Pavement Condition Index." KSCE Journal of Civil Engineering, 15(2), pp. 261-270. 

  5. DOMITROVIC, J., DRAGOVAN, H., RUKAVINA, T., and DIMTER, S. (2018). "Application of an Artificial Neural Network in Pavement Management System." Tehnicki vjesnik, 25(2), pp. 466-473. 

  6. Gharaibeh, N., and Darter, M. (2003). "Probabilistic analysis of highway pavement life for Illinois." Transportation Research Record 1823, No.03-4294, pp. 111-120. 

  7. Kobayashi, K., and Do, M. (2010). "Estimation of Markovian transition probabilities for pavement deterioration forecasting." KSCE Journal of Civil Engineering, 14(3), pp. 343-351. 

  8. Korea Expressway Corporation (2010). "Guideline for Exposure to Environment." 

  9. Korea Expressway Corporation (2018). "2017 Investigation and analysis of highway pavement condition." 

  10. Kwon, S., Jeong, K., and Sun, Y. (2012). "A Study on Decision Criteria of traffic volumes for Choosing of Modified Asphalt Pavement in Korea National Highway." International journal of highway engineering, 4(3), pp. 25-33. 

  11. Han, D., Yoo, I., and Lee, S. (2017a). "Improvement of Multivariable, Nonlinear, and Overdispersion Modeling with Deep Learning: A Case Study on Prediction of Vehicle Fuel Consumption Rate." Intl. Journal of the Highway Engineers, 19(4), pp. 1-7. 

  12. Han, D., Do, M., and Kim, B. (2017b). "Internal Property and Stochastic Deterioration Modeling of Total Pavement Condition Index for Transportation Asset Management." International journal of highway engineering, 19(5), pp. 1-11. 

  13. Hochreiter, S., and Schmidhuber, J. (1997). "Long Short-Term Memory." Neural Computation archive, 9(8), pp. 1735-1780. 

  14. Lee, I., Lee, Y., Park, S., Cho, H., and Lee, M. (2018). "A Study on Utilization of Private Capital for Efficient Highway Pavement Management." Korean Journal of Construction Engineering and Management, KICEM 19(1), pp. 3-11. 

  15. Lee, Y. (2013). "A Study on the Method of Establishing Road Maintenance Strategy Considering the Forecasting Traffic Demand." Master Thesis. 

  16. Lee, Y., and Lee, M. (2016). "A Study on Estimating of Probability Distribution and Mean Life of Bridge Member for Effective Maintenance of the Bridge." Korean Journal of Construction Engineering and Management, 17(4), pp. 57-65. 

  17. Lee, Y. (2019). "A Study on Construction of Highway Pavement Asset Management System based on Big Data." Doctoral Thesis. 

  18. Loizos, A., and Karlaftis, M.G. (2005). "Prediction of pavement crack initiation from in-service pavements: A duration model approach." Journal of the Transportation Research Board, 1940, TRB, pp. 38-42. 

  19. MOLIT (2011). "Road Pavement Structure Design Manual." 

  20. Park, J. (2013). "A Study on the Improvement of Business Process Efficient for Expressway Pavement Management." Master Thesis. 

  21. Park, J. (2018). "Estimation of Electrical Loads Patterns by Usage in the Urban Railway Station by RNN." The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers, 67(11), pp. 1536-1541. 

  22. Suman, S., and Sinha, S. (2012). "Pavement Condition Forecasting Through Artificial Neural Network Modelling." International Journal of Emerging Technology and Advanced Engineering, 2(11), pp. 474-478. 

  23. Yang, J., Gunaratne, M., Lu, J.J., and Dietrich, B. (2003). "Application of Neural Network Models For Forecating of Pavement Crack Index and Pavement Condition Rating." Florida Department of Transportation. 

  24. Yang, J., Gunaratne, M., Lu, J.J., and Dietrich, B. (2005). "Use of recurrent Markov chains for modeling the crack performance of flexible pavements." Journal of Transportation Engineering, 131(11), pp. 861-872. 

  25. You, P., and Lee, D. (2002). "Methodology of a Probabilistic Pavement Performance Prediction Model Based on the Markov Process." International Journal of Highway Engineering, 4(4), pp. 1-12. 

LOADING...

관련 콘텐츠

오픈액세스(OA) 유형

GOLD

오픈액세스 학술지에 출판된 논문

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

저작권 관리 안내
섹션별 컨텐츠 바로가기

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

AI-Helper 아이콘
AI-Helper
안녕하세요, AI-Helper입니다. 좌측 "선택된 텍스트"에서 텍스트를 선택하여 요약, 번역, 용어설명을 실행하세요.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.

선택된 텍스트

맨위로