Design of modular swing trays and accessories for a beverage delivery robot

Park, Junghyuk Hongik University, Graduate School 2020 국내석사

While it all seemed like a dream, robots and technologies have been consistently improving and introduced to our society. Not only are robots commonly used in household settings, but they are also utilized in businesses and other industries for delivery and serving purposes. Mobile robots for shipping and serving are used with a focus on design and manufacturing for business and marketing noise. For this reason, the design focuses on function orientation, while the modularity of service function is limited. The principle of modularity is to provide flexibility, rapid change-over, and be able to upgrade, repair and have parts to be reused. The purpose of the modularity swing tray is to provide a spin-off of a previously developed delivery robot called ‘Wondoo’. Wondoo was developed by ‘Wonik’, a company that specializes in robot design, in collaboration with students from Hongik University. ‘Wondoo’ was originally developed to provide indoor coffee delivery service and increase marketing and commercial value. The modularity of the swing tray was conducted based on the advantages of ‘Wondoo.’ The enhanced modular structure will execute tasks according to various situations while maintaining the original function of “Wondoo’, highlighting the advantages of the new structure. To design the modular structure, Wondoo’s movement and joint movement method were mainly focused. In addition, the purpose of using the service of 'Wondoo' was selected for module development. Hence, a module suitable for the design and robot's moving structure; the swing tray was proposed. Through the modular part design conducted in this study, it was possible to examine the result of aesthetic interpretation and expression of engineering elements based on modularity of service robots and designers. The significance of this result is that the design of the robot module through the designer can address the impact of robot production in the future. 아직 멀다고만 느끼는 로봇 서비스는 최근에 꽤 가깝게 다가오고 있다. 가장 성공적인 서비스로봇은 청소 로봇이다. 지금은 흔히 볼 수 있다. 그뿐만 아니라 배달, 서빙, 조리 등의 서비스를 하는 로봇을 볼 수 있다. 마케팅의 요소로도 쓰이면서 업무 용도로도 쓰이는 배달, 서빙 등의 이동형 로봇들은 그것의 목적에 초점을 두고 설계 및 제작한다. 그렇기 때문에 디자인은 기능 중심적으로 만들어지고, 서비스 기능의 모듈화는 제한적이다. 파트 모듈화 디자인에 관한 연구를 진행하게 된 배경으로 모듈 구조가 가진 장점을 기존의 ‘원두’ 로봇에 활용하고자 하였다. ‘원두’는 로봇 전문 기업인 ‘원익’과 산학 수업에서 학생 주도로 개발한 로봇이다. 기존에 개발한 실내 커피 배달 로봇 ‘원두’의 spin-off 개발을 위한 트레이 파트 모듈화를 통해 로봇의 상품성과 개발 가능성을 제시한다. ‘원두’는 새로운 방식의 기능과 구조를 갖추고 있다. 그에 맞는 모듈이 필요하고 이것은 새로운 방식의 구조의 장점을 부각 할 수 있다. 모듈 구조 디자인을 위해 ‘원두’의 운동 방식과 조인트 운동 방식을 중심으로 연구하였다. 또한 모듈 개발을 위해 ‘원두’의 서비스 사용 목적을 정하였다. 그리고 서비스 사용 장소에 따라 달라지는 목적에 부합하는 디자인과 로봇의 이동 구조에 적합한 모듈을 제안하였다. 디자인은 설문 조사를 통해 가장 높은 점수를 받은 디자인을 채택하게 되었고, 기존 로봇의 디자인과 융화되도록 했다. 본 연구에서 진행한 모듈 파트 디자인을 통해 서비스 로봇의 모듈화와 디자이너 기반으로 공학 요소를 미적으로 해석하고 표현하는 결과물을 살펴볼 수 있었다. 이 결과물이 가질 수 있는 의의는 디자이너를 통한 로봇 모듈의 디자인이 앞으로 로봇 제작에 미칠 영향에 대해 다룰 수 있다는 것이다.

Hydrodynamic characteristics of gradual levee breach flow due to lateral overflow

Kim, Soo Young Hongik University Graduate School 2014 국내박사

The author wishes to thank sincerely his advisor of academy and his life, Prof. Seung Oh Lee for his continual advice, guidance, and encouragement throughout the Ph.D. course of this study. Prof. Lee's enthusiastic support and continuing review of the draft was precious to the improvement and completion of this thesis. Appreciation is given to the committee members, Prof. Jai Woo Song, Prof. Sei Eui Yoon, Dr. Kwang Seok Yoon and Prof. Dongkyun Kim for their helpful comments and valuable suggestions to this thesis. The support and encouragement of all the faculty and staff members of the department are also greatly appreciated and acknowledged. Special thanks go to his many superiors and juniors in HERL and assemblage of hydraulic lab in Hongik university. Without their invaluable assistance, this thesis could not have been completed. The author wants to appreciate the financial supports from the Construction Technology Innovation Program(08-Tech-Inovation-F01) through the Research Center of Flood Defence Technology for Next Generation in Korea Institute of Construction & Transportation Technology Evaluation and Planning(KICTEP) of Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs(MLTM). Most of all, the author wishes to thank his mother, mother in law, sisters, and their family from the bottom of his heart for their devotion, sacrifice, support, and endless love and want to dedicate this thesis to them. Last but certainly not least, the author wishes to express his deepest thanks to his wife Songyi Han for her patience, encouragement, and understanding for making his life happy and passionate.

Word Identification Mechanism of Semantic Similarity from Informal Requirements Based on Requirement Engineering

Yoon, Yedong Hongik University, Graduate School 2023 국내석사

Even nowadays, writing clear requirement specifications and descriptions is a crucial issue. In the past, Formal methods like Z-Spec or temporal logic are proposed to make clear requirements. With those methods allow us to make clear requirements. After that, informal methods also adopt it, such as pseudo-code. However, NL-based requirements description is very challenging. Therefore these methods are not enough to define the requirements for huge systems. Moreover, many requirements are still written informally with natural language. Informal requirements with natural language are hard to analyze correctly. The reasons are as follows. The first reason is natural language is ambiguous. Therefore, the requirements written in natural language are also ambiguous. It means without the context information. We can’t identify the meaning of a word. This ambiguity is an obstacle to analyzing natural language requirements correctly. The second reason is informal requirements often have inconsistent terms. This inconsistency of terms derives incorrect analysis of requirements and makes errors. The error of the requirement analysis state cause error propagation and cause project failure. As a result we need a method to clarify meaning of a word in natural language requirements. To clarify and analyze natural language requirements, we intend to apply the techniques and tools used in natural language processing to Requirement engineering. To clarify and analyze natural language requirements, we intend to apply the techniques and tools used in natural language processing to Requirement engineering. We parse the requirements and combine word, meaning, and sentence information for comparison. Identify the relationship between words for correct analysis of requirements. As a result, we can find synonym words that cause inconsistent terms and find other relations that help correct requirements analysis.

A study to improve the hydrological applicability of the Poisson cluster rainfall generation model

Park, Jeongha Hongik University, Graduate School 2023 국내박사

RBLRP(Randomized Bartlett-Lewis Rectangular Pulse) 강우 모델은 개발 (1988년) 이후 많은 연구 분야에서 널리 사용되는 모형이다. 지난 30년 동안 많은 연구자들이 모형의 성능을 향상시키고 모델의 응용 분야를 확장하는 방법을 찾았다. 그럼에도 불구하고 여전히 개선 및 사용 확대의 여지가 있다. 본 논문에서는 RBLRP 모형의 개선 및 활용을 위한 목적으로 세 가지 연구주제를 다루었다. 시단위 이하의 강우 시간적 특성은 도시 돌발 홍수에서 중요한 역할을 하지만 대부분의 확률 강우 모델은 시단위 이하의 시간 규모에서 강우 정보를 사용할 수 없을 때 이를 재현하는 데 어려움을 겪는다. 첫 번째 주제에서는 이 문제를 해결하기 위해 RBLRP 모형을 수정하는 간단한 접근 방식을 제안하였다. 이 접근법에서 기존에 강우 셀을 나타내는 직사각형 모양은 수학적으로 y = sin2(x)로 표현되는 종 모양으로 대체된다. 이 변경이 시단위 또는 시단위 이상의 통계를 거의 변경하지 않는다는 가정에 기초하여, 이러한 통계(1에서 32시간까지)가 있는 직사각형 펄스 모델의 매개변수를 보정하고 동일한 매개변수를 사인 제곱 펄스 모델에 이식하여 500년 길이의 5분 단위 강우를 생성하였다. 결과는 두 모형 모두 강우 시단위 이상에서 표준 통계와 극값을 잘 재현하는 것으로 나타났다. 그러나 사인 제곱 펄스 모델은 시단위 이하의 시간 규모에서 훨씬 더 나은 성능을 보였다. 시단위 이하의 시간 규모가 지배적인 도시유역에 대한 영향평가에서도 통계치와의 비교와 일치하는 결과를 보였다. 두 번째 주제에서는 현실적인 연속 적설량 시계열 시뮬레이션을 위한 확률론적 접근을 제안하였다. 이는 적설 깊이 추정 모형과 RBLRP 기반 강우 모델을 포함하는 추계 기후 생성 모형으로 구성된다. 적설 깊이 추정 모형은 강수 유형 정의, 적설 비율 추정, 적설 깊이 감소 추정의 3단계로 구성된다. 첫째, 기온과 상대습도는 강우가 발생할 때 강수의 종류를 판단하는 지표로 사용된다. 강수 유형이 눈으로 식별되면 적설 비율을 추정하여 강수 깊이를 신적설 깊이로 변환한다. 여기서 적설 비율은 기온과 시그모이드 관계를 통해 추정된다. 마지막으로 적설 깊이 의존적 융해를 고려할 수 있는 새로운 온도지수 융설 방정식을 이용하여 감소된 적설량을 추정하였다. 이 모형을 국내 4개 기상관측소에 적용하여 Nash Sutcliffe 효율 값은 보정 시 0.745~0.875, 검증 시 0.432~0.753의 높은 값을 얻었다. 이 보정된 적설량 추정 모형은 연속 적설량 시계열을 시뮬레이션하기 위해 추계 기후 생성 모형에 의해 생성된 합성 기상 데이터(강수량, 온도 및 상대 습도)에 적용되었다. 시뮬레이션된 적설 깊이 데이터는 관측 데이터의 표준 및 극값 통계를 정확하게 재현했으며, 후자는 현재 한국 건축 구조 기준과 일치합니다. 시단위 이하의 강우 변동성은 도시 수문 시스템에 상당한 악영향을 미치며 그 영향은 변화하는 기후에서 더욱 심각할 것으로 예상된다. 이 문제를 해결하려면 거친 규모의 기후 전망 자료와 함께 적절한 시공간 축소 도구가 필요하다. 이와 관련하여 세 번째 주제에서는 강우 모형을 시공간 축소 도구로 사용하는 접근 방식을 다루었다. 먼저 최근에 개발된 RBLRP 기반 강우모델(Kim and Onof, 2020)을 기본 모형으로 사용하였으며, 이 모형은 다양한 시간대에서 관측된 강우의 1차 통계와 극한값을 재현한다. 그리고 관측된 강우자료를 이용하여 모형에 적합하는 강우통계를 산출하였다. 둘째, 통계 간의 선형 관계를 파악하였다. 여기서 클러스터의 모든 관측소의 통계는 회귀의 신뢰도를 향상시키는 데 사용되었다. 셋째, 강우 평균 조정을 위한 CF는 제어(2000-2019) 및 미래(2041-2070) 기간의 기후 전망을 사용하여 계산되었다. 넷째, 조정된 15분 강수량 평균과 통계 간의 관계를 이용하여 미래 기후통계를 추정하였다. 여러 세트의 통계가 생성되었고 마지막으로 강우 모형이 미래 통계에 적합되었며 마지막으로 미래의 시단위 이하 강우 시계열을 시뮬레이션하였다. 이 접근법은 CMIP6에 참여하는 기후 모형의 기후 전망 자료를 사용하여 용산(415) 및 동래(940) AWS 관측소에 적용되었습니다. 두 관측소에 대한 향후 시단위 이하 강우 모의는 시단위 이하 규모에서 극한값이 증가하는 추세를 보여준다. The Randomized Bartlett-Lewis Rectangular Pulse (RBLRP) rainfall model is a popular model which has been widely used in many fields of study since its development (1988). For the past 30 years, many researchers found ways to improve the performance of the model and to enlarge the application field of the model. Nevertheless, there is still room for improvement and extending its use. This thesis treated three research topics in terms of the objectives for improvement and extending the use of RBLRP model. Although sub-hourly rainfall temporal characteristics play an important role in urban flash floods, most stochastic rainfall models struggle to reproduce them when rainfall information is not available at sub-hourly timescales. In the first topic, a simple approach to modifying RBLRP model to resolve this issue was proposed. In this approach, the original rectangles representing a rain cell are replaced by a bell shape that is mathematically represented as y = sin2(x). Based on an assumption that this alteration would hardly alter the hourly and supra-hourly statistics, the parameters of a rectangular pulse model with these statistics (from 1 to 32 h) were calibrated and transplanted the same parameters to the sine-squared pulse model to generate 500 years of 5-minute rainfall. The results show that both models reproduced well the rainfall standard statistics and extreme values at supra-hourly timescales. However, the sine-squared pulse model performed significantly better at sub-hourly time scales. The impact assessment for urban watershed in which sub-hourly time scale is dominant also showed result consistent with comparison of statistics. In the second topic, a stochastic approach for simulation of realistic continuous snow depth time series was proposed. It consists of a snow depth estimation model and a stochastic weather generation model which includes a RBLRP based rainfall model. The snow depth estimation model consists of three steps: defining the precipitation type, estimating the snow ratio, and estimating the decreased snow depth. First, air temperature and relative humidity are used as indices to determine the type of precipitation when precipitation occurs. When the type is identified as snow, the snow ratio is estimated, converting the precipitation depth into depth of fresh snow. Here, the snow ratio is estimated through sigmoidal relationship with the air temperature. Lastly, the amount of decreased snow depth was estimated using a novel temperature index snowmelt equation that can consider depth-dependent melting of snowpack. The model was applied to four meteorological stations of Korea and yielded high Nash Sutcliffe efficiency values which ranged between 0.745 and 0.875 for calibration, and ranged between 0.432 and 0.753 for validation. This calibrated snow depth estimation model was then applied to synthetic weather data (precipitation, temperature, and relative humidity) that was generated by stochastic weather generation model to simulate continuous snow depth time series. The simulated snow depth data accurately reproduced standard and extreme value statistics of the observed data, the latter of which were consistent with the current Korean Building Code. Sub-hourly rainfall variability poses significant adverse impact on urban hydrologic systems and the impact is expected to be more severe in the changing climate. To address this issue, a proper spatial-temporal downscaling tool is needed with coarse climate projection data. In this regard, the third topic dealt with an approach that uses a rainfall model as the spatial-temporal downscaling tool. First, the recently developed RBLRP based rainfall model (Kim and Onof, 2020) which reproduces primary statistics and extreme value of observed rainfall at a wide range of timescales were chosen as a basic model. Then, rainfall statistics that are fitted to the model were calculated using observed rainfall data. Secondly, the linear relationships between statistics were found. Here statistics from all stations in a cluster are used to improve the confidence of the regression. Thirdly, CF for adjusting mean was calculated using climate projection of control (2000-2019) and future (2041-2070) periods. Fourthly, future climate statistics were estimated using the adjusted 15 minutes rainfall mean and the relationship between statistics. Several sets of statistics were generated and lastly, rainfall model was fitted to the future statistics and finally simulated future sub-hourly rainfall time series. This approach was applied to Yongsan (415) and Dongrae (940) AWS stations using the climate projection data from a climate model participating CMIP6. Future sub-hourly rainfall simulations for both stations show increasing trends in extreme value at the sub-hourly timescales.

A study of sleeping lamp design solution detecting emotions : focused on millennials

Choi, Jaeyeon Hongik University, Graduate School 2019 국내석사

본 연구는 전세계의 소비 트렌드를 주도하는 밀레니얼들을 중심으로 그들의 경제적, 사회적, 문화적 배경의 특징을 통해 그들의 특성을 이해하고 이전 세대와는 다른 새로운 라이프스타일을 추구하는 밀레니얼들 의 가치를 충족시켜주며 적극적인 가치 소비문화를 지향하는 그들을 위한 연구가 될 것 이다. 초연결시대에 사는 밀레니얼들이 주로 관심을 갖고있는 피로비지니스와 연결지어 그들의 수면의 질을 높일 수 있는 근본적 방안을 도출하고자 한다. 수면에 직접적으로 관련이 있는 요소들을 연구하여 도출한 수면을 도와주는 주요 요인 들인 조도, 음향, 온도와 습도로 결정지었으며 수면 등에 이러한 요소들을 해소시켜 줄 수 있는 기능을 수면 등 에 접목시켜 디자인을 제시함으로써 향후 세대적 관점에서 만족시킬 수 있는 디자인 개발을 위한 기초자료를 제공하는 것이 목적이다. In this paper, provide who are the Millennials are and find out what kinds of problems are facing. Also this paper will include researches about the trends and Millennials market consumption. According to all the researches Millennials are the most tired a nd stressful generation. Because of the Great Recession in late 2000s they experienced unemployment issues even though they are highly educated generation. Also they are the generation who has highest rate of technology using . That is why Millennials are very exhausted with hyper connected environment. The new terms such as ‘Work and life balance’, ‘ and ‘small but definite appeared because of their tiredness. Also there is a term call ‘tiredness business’ a pparently appeared in this generation. Therefore, the Millennials are stressful and they have too much worry than other generation. According to researches to enhance people’s everyday life they have to have good quality of sleeping. Because stress and wor ry are directly connected to sleep. As Millennials are the biggest and most influential generation today , it is essen tial to understand their needs and consumption trend. The result of this studies are design the product which offer insights and solve thei r everyday life essential problems.

한국 민중미술 판화 운동에 대한 연구

알렉산드라 Hongik University Graduate School 2007 국내석사

본 논문은 1980년대에 있어 한국 민중 미술운동의 일부로서 민중 미술 판화운동을 이해하고 또한 그것이 그후 1990년대의 정치적 미술 판화들에 끼친 영향을 연구하는데 목적을 두고 있다. 민중 미술 판화운동은 민중 항거의 일부로서, 그리고 그시대의 역사적 상황을 올바로 표현하려는 정치적 필요성에 따라 생겨난 미술의 일부로서 중요하고 뚜렸한 자리매김을 하고 있다. 연구의 핵심이 되는 주제들은 민중 판화의 발전과 내적 성장, 그 성공 및 실패, 전체적인 민중 미술운동의 구조적 변화에의 의존도, 그리고 그러 한 변화들이 민중 화가들의 관념 및 새로운 양식 추구에 끼친 사상적 영향 등이다. 본인은 민중 판화 운동이 1980년대라는 역사적 배경에서 발전시킨 운동의 개념들 및 미술적 활동들과 활발한 미술/사회 관계의 맥락에서 맡은 역할 등을 설명하기 위해 서술적인 분석 방법을 사용하였다. 또한 1980년대 초반 및 후반에 있어 민중 판화들의 내용과 양식적 특 성들을 각각 살펴보고 그 차이점을 연구 설명함에 있어서는 비교 분석적 방식을 적용하였다. 주제와 양식에 있어 주요한 두 개의 흐름이 그 두 시기로 나누어지는데 80년대 초반에는 비판적 사실주의가 대부분의 판화들을 지배하고 있으며, 후반기에는 좀더 성숙한 양식으로서의 정치적 사실주의가 꾸준히 운동의 정치적 동기와 전투성을 고수하고 있었다. 1980년대 초기 예술가들의 판화들에서 보이는 비판적, 부정적 경향을 180뒤로 하고 그 내용과 양식에 있어 1990년대 후반의 판화가들에 의해 적극적인 집단 초상이나 불굴의 의지로 투쟁하는 장면들로 바뀌어져가는 의미심장한 과정을, 그중 뛰어난 민중 판화가들의 몇몇 작품들에 중점을 두어 연구함으로써 보여주고 있다. 본 논문은 또한 여태까지 잘 알려져 있지 않은시기로서 민중 미술운동으로부터 직접적 영향을 받았던 1990년대 한국의정치적 미술에 대해서도 다루고 있다. 이 시기에 대한 연구는 후기 현대적 초기 작품들에 있어 민중 미술 판화의 다양한 특색들, 즉 구술적 내용, 통신의 기능, 상호교류적 이미지들, 대담한 표현 및 색채들을 설명하는데 특히 중요하다. 그 부분에서는 작품들의 심미적 가치에 보다 많은 중점을 두고 있는데 그것은 민주적 역사 배경에서의 새로운 양식의 방향이 표현의 개인주의화로 흘러가고 있기 때문이다. 1980년대의 민중 판화들, 그리고 새로운 방향으로서 1990년대의 보다 정치적, 사회적 참여성이 높은 판화 작품들을 연결 분석함으로써 민중 미술이 한국의 현대 미술에 영향을 주어온 방식을 이해하고자 한다. 본 논문은 민중 미술 판화운동의 발전과 민주주의 실현을 위한 민중의 사회적, 정치적 참여 및 그 역할에 대해 깊이있는 연구를 제공하고 있다. This study has the aim to research the Minjung Art Prints Movement as part of the Korean Minjung Art Movement in the 1980s as well as its influence on the later political art prints in the 1990s. The Minjung Art Prints Movement is a significant and indelible part of the Minjung resistance and the art that was created in order to meet the political need for righteous expression of the surrounding historical situation. The core topics of research are the development and the inner growth of the prints movement, its success and downfall, its dependence on the structural changes in the overall Minjung Art Movement and the resulting from these changes ideological influence on prints artists’ concepts and new stylistic directions. I use descriptive methods of analysis to explain the development of the Minjung Prints Movement in terms of historical background, concepts of the movement and the role of the movement in the context of the artistic activities and the vibrant art/society relation in the decade of the 1980s. By applying the method of comparative analysis, I observe and explain the content and stylistic specifics of the early and late 1980s Minjung prints and the aspects in which they differ. The two main currents in topics and style are divided in two periods, respectively the early half of the decade when critical realism made up most of the prints, and the more mature style of the late half of the decade when political realism steadfastly adhered to the political causes and battles of the movement. The most significant process of leaving behind the critical and negative mood in prints by artists in the early 1980s and transmuting the content and style of prints into positive communal portraits or combat scenes of adamant determination drawn by prints artists in the late 1990s, is outlined in details through the case studies of prominent Minjung prints artists’ works. The study also includes a less researched period of the 1990s Korean political art, which has been directly influenced by the Minjung Prints Movement. Dealing with this period is especially important as its research would clarify the influence on many of the Minjung art prints characteristics such as narrative content, communication functions, interactive images, daring expressions and colors, to the first postmodern works. In this part of the thesis more emphasis is put on the aesthetic value of the works, since the new stylistic direction in democratic historical background is towards individualism of expression. Analyzing the link between Minjung prints of the 1980s and the new directions in and politically and socially engaged print works of the 1990s provides a glimpse on the way Minjung Art has influenced Korean modern art. This thesis provides an exhaustive research on the development of Minjung Art Prints Movement and its role for the realization of the Minjung democratic social and political movement.

Prune Your Model Before Distill It

Park, Juinhyuk Hongik University, Graduate School 2023 국내석사

Knowledge distillation transfers the knowledge from a cumbersome teacher to a small student. Recent results suggest that the student friendly teacher is more appropriate to distill since it provides more transferrable knowledge. In this work, we propose the novel framework, “prune, then distill,” that prunes the model first to make it more transferrable and then distill it to the student. We provide several exploratory examples where the pruned teacher teaches better than the original unpruned networks. We further show theoretically that the pruned teacher plays the role of regularizer in distillation, which reduces the generalization error. Based on this result, we propose a novel neural network compression scheme where the student network is formed based on the pruned teacher and then apply the “prune, then distill” strategy. Knowledge distillation은 커다란 교사 모델로부터 작은 학생 모델로 지식을 전달합니다. 최근 연구 결과에서는 학생 친화적인 교사가 지식을 더 잘 증류할 수 있다는 것을 보였습니다. 이 논문에서는 “prune, then distill”이라는 새로운 방식을 제안하합니다. 이는 교사 모델을 pruning 하여 학생으로 증류하는데 더 효과적인 상태로 만듭니다. 우리는 몇 가지 탐색적인 실험을 통하여 pruning이 된 교사가 원래의 교사보다 지식을 더 잘 전달하는 것을 보입니다. 더 나아가 이론적으로 분석하여 이러한 교사가 Knowledge distillation에서 regularizer 역할을 하여 generalization 오류를 줄이는 것을 확인합니다. 이러한 결과를 바탕으로, pruning된 교사를 기반으로 학생 네트워크를 구성하는 “prune, then distill”전략을 사용하는 우리는 새로운 신경망 압축 방법을 제안합니다.

The Improvement and Application Analysis of Radar Polygon Method

Cho, Woonki Hongik University, Graduate School 2023 국내박사

물의 순환과정을 연구하는 수문학에서 정확한 강우량의 계측 및 적용은 가장 중요한 부분이다. 그러나, 정확한 면적평균 강우량을 얻기 위해 강우관측망의 밀도를 높이는 것은 비용 및 관리 측면에서 한계가 있다. 최근에는 원격탐사방법의 하나인 기상레이더를 이용하여 실제 강우공간분포의 간접적인 계측이 가능해졌다. 레이더 강우관측은 강수입자에 반사되어 되돌아오는 반사파를 수신하여 강우량을 계측하는 특성상 불확실성이 높아 지상강우를 이용한 보정이나 합성을 통하여 산정된 강우자료가 적용되고 있다. 그러나, 레이더 강우자료는 아직은 낮은 신뢰성과 보정의 복잡성으로 인하여 수자원설계를 위한 수문분석의 기초 자료로 활용되지는 못하고 있다. 또한 일부 장기간의 레이더 강우관측 자료가 존재하지만 대부분의 경우 관측기간이 짧아 장기간의 자료를 필요로 하는 확률강우량을 바탕으로 하는 수문설계에 사용하는 것은 어려운 실정이다. 그러므로, 본 연구에서는 레이더 강우자료를 이용하여 Thiessen's weighting method와 같이 적용이 간단하면서도 실제 강우공간분포의 특성이 반영된 강우 공간분포기법인 ‘레이더 공간보간 기법(Radar Polygon Method : RPM)’을 제시하였다. RPM은 각 관측소의 지배범위는 관측소 지점과 유사한 강우가 발생하는 지역이라는 가정하에 레이더로 관측된 동시간 강우강도의 공간분포 자료를 이용하여 지점관측소가 위치한 곳에서의 강우강도와 주변지역의 강우강도의 비의 합을 기준으로 관측소의 지배범위를 결정하는 방법이다. 또한 개발된 기법을 4개의 대표유역에 적용하여 지형적 영향 검토 및 레이더 자료의 적용에 따른 민간도 분석을 수행하여 개발한 기법의 적용성을 검토하였다. This study proposes a novel approach about estimation of areal rainfall with radar precipitation imageries that are able to reflect rainfall on spatial variability while retaining the methodological simplicity. This methodology was named "the Radar Polygon Method(RPM)". In this approach, rainfall gages in the study area compete against each other to acquire the grid cells of the radar precipitation field within its territory. The criterion for the competition between rainfall gages is the similarity between the precipitation of the target grid cell and that of the rainfall gages locations. The applicability of RPM on four watersheds in Korea where 41 rainfall gages, used as the basis of polygon generation, were located was tested. Even though RPM uses only the information related with the spatial variability of rainfall extracted from the radar precipitation imageries that do not include any geographical information, it can obtain the polygon-like(or just polygon) shape of the governing territory for each of the rainfall gages in all four study watersheds. The difference between the radar polygon and the corresponding Thiessen polygon was especially notable feature for the areas where orography significantly affects the spatial variability of rainfall. Furthermore, the spatial variability of elevation within radar polygon was generally smaller than that within Thiessen polygon, it shows that radar polygon reflects the topographic impact on rainfall but Thiessen polygon can not reflect that. The major purpose of this study is that it proposes a novel field of using radar precipitation by providing an effective way to estimate the areal rainfall which retains the simplicity of Thiessen polygon approach and is not affected by the relatively low accuracy of radar precipitation imagery.

High-Efficiency and Low-Profile Reconfigurable Reflectarray Antennas Based on Metasurface

Lee, Sun-Gyu Hongik University, Graduate School 2023 국내박사

This dissertation presents high-efficiency 1-bit reconfigurable reflectarray antennas (RRAs) based on metasurfaces. The PIN diode-based 1-bit RRAs have the potential to be an alternative to conventional phased array antennas due to their tremendous advantages in various perspectives, such as gain, weight, size, cost, manufacturing, simple control unit, and fast on/off switching speed. First, a brief history, background, and characterization of metasurfaces are introduced. The characteristics of passive RA and RRA are reviewed by comparing the unit cell structure, and the scope of this dissertation regarding PIN diode-based RRAs is presented. Second, the principle of designing RRAs with high aperture efficiency is introduced. Aperture efficiency is analyzed by separating it into factors, such as spillover, illumination, element, quantization, and others. Elaborate studies on feed configuration, phase-controllable unit cell, and beam steering with phase quantization are performed to achieve high aperture efficiency. Third, a wide-angle and high-efficiency RRA based on a miniaturized radiating element is presented. Based on array antenna theory, wide-angle beam steering is achieved using a miniaturized ring patch element with a wide element pattern. This RRA is designed with a low-profile feed configuration, and the quantization efficiency is maximized by considering the reference phase and asymmetric phase difference. Lastly, a dual-polarized RRA based on a symmetrically rotated sub-array is presented. In this design, a miniaturized rectangular unit cell is employed to generate pure single-polarization, and a dual-polarized metasurface is designed by arranging them alternately. In addition, adopting a symmetrically rotated sub-array significantly suppresses the cross-polarization levels and slightly improves the peak gains. The proposed RRAs with high-efficiency are expected to have potential as an alternative to conventional phased array antennas in areas such as radars, satellite communications, and 5G or 6G communication base stations, etc. 본 학위논문은 메타표면 기반의 고효율 1비트 재구성 가능한 반사배열 안테나를 제안한다. PIN 다이오드 기반의 1비트 재구성 가능한 반사배열 안테나는 이득, 무게, 크기, 비용, 제작공정, 제어장치의 간소화, 빠른 온/오프 스위칭 속도의 다양한 측면에서 엄청난 이점을 가지고 있어 기존 위상 배열 안테나의 대안으로서 잠재력을 갖고 있다. 1장에서는 간단한 메타표면의 간략한 역사, 배경, 특성화가 소개된다. 수동형 및 재구성 가능한 반사배열 안테나의 단위 셀을 비교하여 특성을 검토하고, 본 학위논문의 범위를 PIN 다이오드 기반의 재구성 가능한 반사배열 안테나로 제시한다. 2장에서는 높은 개구면 효율을 갖는 재구성 가능한 반사배열 안테나의 설계 원리를 소개한다. 여기서 개구면 효율은 spillover, illumination, element, quantization, others의 요소로 분리되어 분석된다. 높은 개구면 효율을 달성하기 위해, 급전의 구성, 위상 제어 가능한 단위 셀, 위상 양자화를 통한 빔조향에 관한 정교한 연구들이 수행된다. 3장에서는 소형화된 방사소자를 기반으로 한 광각 및 고효율의 재구성 가능한 반사배열 안테나를 제시한다. 광각 빔조향은 배열 안테나 이론을 기반으로 광각 소자 패턴을 가진 소형 링 패치 소자를 사용하여 달성된다. 이 재구성 가능한 반사배열 안테나는 로우 프로파일 급전 구성으로 설계되며, 기준 위상과 비대칭 위상 차를 고려하여 양자화 효율이 극대화된다. 4장에서는 대칭적으로 회전된 하위배열을 기반으로 한 이중편파 재구성 가능한 반사배열 안테나가 제시된다. 순수한 단일 편파를 발생시키도록 하기 위해 소형화된 직사각형 단위 셀이 설계되며, 이를 교대로 배열하여 이중편파 메타표면이 설계된다. 또한, 대칭적으로 회전된 하위배열은 교차 편파 레벨을 크게 억제하고 최대이득을 약간 향상시킨다. 본 논문에서 제안한 고효율 재구성 가능한 반사배열 안테나들은 레이더, 위성통신, 5G 또는 6G 통신 기지국 등과 같은 분야에서 위상 배열안테나의 응용의 대안으로써 잠재력이 있을 것으로 기대된다.

Experimental and numerical investigation on self-centering damping of hybrid SMA-Steel smart ring

Lee, Myeong-jae Hongik University, Graduate School 2023 국내석사

This study investigates the performance of hybrid rings made by shape memory alloy (SMA) and steel rings as smart dampers. The SMA ring aims to provide re-centering capacity, while that of the steel ring is to supplement the damping capacity of the SMA ring, whose damping ratio is relatively low. For this, two types of hybrid rings are suggested: 1) SMA ring with an outer steel ring and 2) SMA ring with an inner steel ring. Due to cyclic loading tests, the two types of hybrid rings’ performance of re-centering and damping are compared to that of pure SMA rings. The pure SMA rings show almost perfect re-centering capacity. However, it shows the lowest damping ratio and effective stiffness. Thus, it transmitted stronger force directly to the structure, which caused damage. The case of a steel ring inside loses re-centering capacity with a large increment of damping capacity. Hence, it is also not compatible with damping devices. In this regard, the case with a steel ring outside increases damping capacity and reduces small re-centering capacity. The 1 mm outer steel ring shows a small effect and seems to yield soon. The 2 mm outer steel ring is perfect for the smart damper because good control the transmitted force with a low slope at the final phase. Based on the experiment, the three dimensions finite element was modeled to investigate the stress distribution and hysteric behavior further. The grip model was created with beneficial of real behavior. The ring's contact with the grip by face-to-face behavior, with to help of elements, can be contacted and released after the analysis phases. From analytical models, it is found that the connection between the two rings is so strong that the hybrid ring becomes similar to a damping device regardless of the location of the steel ring. Therefore, the loose connection between the SMA and steel rings is critical to maintaining the re-centering capacity of the SMA ring. The results also show the stress distribution on the ring is the largest at both grip positions. It was consistent with the failure mode of the experiment test result, with the crack occurring at the grip. 이 연구에서는 형상기억합금 링가 강재 링을 합성하여 스마트 댐퍼로서 복원능력 및 에너지 소산 능력을 실험을 통해서 평가하고, 거동의 특성을 분석하기 위해서 해석모델을 개발하였다. 초탄성 거동의 형상기억합금 링은 인장과 압축에 대해서 우수한 복원능력을 제공하나, 댐핑은 상대적으로 부족한것으로 나타났다. 이를 극복하기 위해서 강재 링과 합성하여 댐핑 능력을 향상시키기 위해 하이브리드 형태의 합성링을 제작하여 실험을 수행하였다. 합성링의 형태는 강재 링이 형상기억합금 링의 외부에 설치하는 것과 내부에 설치하는 두가지 경우로 제작되었다. 강재 링을 외부에 설치하는 경우에는, 강재 링의 내경과 형상기억합금 링의 외경을 같게 제작한 다음, 강재 링을 가열하여 직경을 확장시켜 합성한 후, 온도를 냉각시켜 두 링을 부착시켰다. 강재 링을 내부에 설치하는 경우에는, 강재 링의 외경을 형상기억합금의 내경보다 0.01 mm 크게 제작한 후, 압력으로 밀어 넣어 부착시켰다. 형상기억합금 링은 거의 완전한 복원능력을 보였으며, 최대 등가감쇄비는 9.62%로 나타났다. 형상기억합금의 거동은 속도의존성이 있어 가력속도를 크게하는 경우 강도/강성도는 증가하였지만 감쇄비는 감소하는 현상이 발생하였다. 강재 링을 외부에 부착하는 경우, 복원력은 거의 유지되었으며, 감쇄비는 약 2배정도 증가하였다. 강재 링의 두께가 1 mm 인 경우에는 미치는 영향이 미미하여 힘-변위 곡선도 순수 형상기억합금 링의 곡선과 거의 일치하였다. 따라서, 이러한 부착의 경우, 강재 링이 일정한 두께가 있어야 영향을 주는 것으로 판단된다. 강재 링을 내부에 부착한 경우에는 복원능력이 현저히 감소하고, 댐핑 능력이 크게 증가하는 댐핑장치와 유사한 거동을 보였다. 형상기억합금 링과 강재 링의 해석모델을 개발하였고, 두 링 사이에는 링크요소를 설치하여 두 링 사이의 인터액션을 묘사하였다. 링크요소가 없는 경우는 두 링이 독립적으로 거동하는 경우이며, 링크요소가 있는 경우는 두 링의 상호작용이 있는 것이다. 링크요소가 없는 경우에는 강재 링의 설치 위치에 상관없이, 내부와 외부에 설치한 경우 모두 복원력이 거의 손실되지 않는 거동을 보였다. 그러나 링크요소가 있는 경우, 강재 링의 특성이 탁월하여 복원력의 크게 감소하고 댐핑이 크게 증가하는 거동을 보였다. 따라서, 강재를 외부에 설치한 하이브리드 링은 두 링의 부착이 약하여, 각각 독립적으로 거동하는 것으로 판단되며, 강재 링이 내부에 설치된 경우에는 두 링의 부착이 강하여 링크요소가 있는것과 같은 거동을 보이는 것으로 판단된다. 따라서, 형상기억합금 링과 강재 링의 합성에서 부착하는 방법에 따른 두 링의 상호작용이 거동에 크게 영향을 미치기 때문에 부착방법에 주의하여야 한다.