이산시간 혼합 동역학 정리를 통한 분산 알고리즘의 설계

학위논문(박사) -- 서울대학교대학원 : 공과대학 전기·정보공학부, 2023. 2. 심형보.In this thesis, a discrete-time version of the blended dynamics theorem is developed for the use of designing distributed computation algorithms. The blended dynamics theorem enables to predict the behavior of heterogeneous multi-agent systems. Therefore, once we get a blended dynamics for a particular computational task, design idea of node dynamics for individual heterogeneous agents can easily occur. In the continuous-time case, prediction by blended dynamics was enabled by high coupling gain among neighboring agents. In the discrete-time case, we propose an equivalent action, which we call multi-step coupling in this thesis. The discrete-time approach maintains the advantages of the continuous-time case, such as the plug-and-play operation, and that the individual node dynamics need not be stable as long as the blended dynamics is stable. Compared to the continuous-time case, the discrete-time blended dynamics can have more variety depending on the coupling matrix. This benefit is demonstrated with applications including distributed PageRank estimation problem where each node estimates its relative importance in a network which is possibly agent-wise different. In particular, the proposed algorithm does not require an initialization process, while most of other distributed PageRank algorithms have assumed. Furthermore, the previous result of the discrete-time version of the blended dynamics theorem is extended to a heterogeneous multi-agent system under the limited exchange of state information (we call this as rank-deficient coupling). To achieve this, a coordinate change which separates the system into vanishing and non-vanishing dynamics as each agent repeats the coupling dynamics for multiple times is presented. Based on the non-vanishing part, the blended dynamics for the rank-deficient coupling is derived, which could predict the behavior of the heterogeneous network. Again to emphasize the practical utility of the blended dynamics, the extended result is applied to a distributed state estimation problem where numerous sensors monitor a target plant with partial measurements. The distributed state observer is designed such that the local observer of each agent estimates the plant state on its detectable part while compensating the lacking information on undetectable space through the network communication. Even though the previous blended dynamics results only guarantee the approximate convergence, it is shown that the proposed observer guarantees the asymptotic performance.본 논문에서는 다양한 분산 알고리즘을 설계하는데 사용할 수 있는 이산시간에서 동작하는 혼합 동역학(blended dynamics) 이론을 개발한다. 혼합 동역학 이론은 이 기종 다개체 시스템의 행동을 예측할 수 있다. 따라서, 만약 특정한 연산을 수행하는 혼합 동역학이 주어진다면, 이기종 개체의 개별 동역학을 설계하는 방법을 쉽게 얻을 수 있다. 연속시간 이론의 경우, 혼합 동역학에 의한 예측은 이웃한 개체들 사이의 높은 결합 이득(high coupling gain)에 의해서 가능했다. 본 논문의 이산시간 이론에서는 이와 상응하는 개념으로서 다단계 결합(multi-step coupling)을 제안한다. 이러한 이 산시간 접근법은 플러그 앤 플레이(plug-and-play) 연산이 가능하거나 혼합 동역학이 안정하다면 개별 동역학이 안정하지 않아도 된다는 연속시간 이론의 장점들을 그대로 가진다. 한편, 연속시간 이론과 비교했을 때, 이산시간 혼합 동역학은 결합 행렬(coupling matrix)에 따라 더 많은 변형을 가질 수 있다. 이러한 장점은 네트워크 안에서 개별 노드의 상대적 중요도를 추정하는 PageRank를 분산적으로 추정하는 문제 등의 예제 들을 통해 보여된다. 특히, 대부분의 다른 PageRank 분산 알고리즘들이 초기화 과정 (initialization process)을 가정하는 반면에, 다단계 결합 접근법을 기반으로 제안된 알고리즘은 초기화 과정이 필요없다는 장점을 가진다. 더 나아가, 앞선 이산시간 혼합 동역학 이론의 결과를 상태정보의 교환이 제한된 환경(이러한 결합을 랭크 부족 결합(rank-deficient coupling)이라고 부른다)에서의 이 기종 다개체 시스템에 대하여 확장한다. 이를 위해서, 다개체 시스템을 각 개체가 결 합 동역학(coupling dynamics)을 다수 반복할수록 사라지는 동역학과 사라지지 않는 동역학을 분리하는 좌표 변환이 소개된다. 이러한 사라지지 않는 동역학을 기반으로 랭크 부족 결합에 대한 혼합 동역학을 유도하여 이기종 네트워크의 행동을 예측할 수 있다. 다시 한번 혼합 동역학의 실용적인 유용성을 강조하기 위하여, 다수의 센서가 부 분적인 관측치를 통해 대상 플랜트의 상태변수를 분산적으로 추정하는 문제에 앞서 소개된 확장 결과를 적용한다. 분산 관측기(distributed observer)는 각 개체가 측정가 능한(detectable) 영역에서의 상태정보를 추정하되 측정가능하지 않은(undetectable) 영역의 부족한 정보는 네트워크 통신을 통해 보완하도록 설계된다. 앞선 혼합 동역학의 결과가 오직 근사적 수렴만을 보장하지만, 제안된 관측기는 점근적인 성능을 보장함을 보인다.1 Introduction 1 1.1 Research Background 1 1.2 Outline and Contributions of Dissertation 4 2. Preliminaries 9 2.1 Graph Theory 9 2.1.1 Basic Definitions in Graph Theory 9 2.1.2 Connectivity and Periodicity of the Graph 10 2.1.3 Laplacian Matrix and Its Properties 11 2.2 Matrix Analysis 12 2.2.1 Stochastic Matrix 12 2.2.2 Irreducible and Primitive Matrix 13 2.2.3 Graph Theoretical Characterization 14 2.3 Kronecker Product 15 3 Behavior of Continuous-time Heterogeneous Multi-agent System under Strong Coupling 17 3.1 Problem Formulation 17 3.2 Synchronization of Multi-agent System due to Strong Coupling 18 3.3 Utility of the Blended Dynamics Theory 21 3.4 Necessity of Discrete-time Blended Dynamics Theory 22 4 Behavior of Discrete-time Heterogeneous Multi-agent System under Multi-step Coupling 25 4.1 Problem Formulation 25 4.2 Prediction on Emergent Behavior under Multi-step Coupling 26 4.3 Network Synthesis with Examples 42 4.3.1 Distributed Estimation of the Number of Agents in Network 42 4.3.2 Initialization-free Distributed PageRank Estimation for Strongly Connected Network 45 4.3.3 Distributed Estimation of Degree Sequence of Network 48 5 Application to Initialization-free Distributed PageRank Estimation for Network of Web-pages 53 5.1 Problem Formulation 53 5.2 Basic Definitions of PageRank for Teleportation Model 55 5.3 Distributed PageRank Estimation without Initialization 58 5.4 Simulation Results 63 6 Behavior of Discrete-time Heterogeneous Multi-agent System under Rank-deficient Coupling 67 6.1 Problem Formulation 67 6.2 Coordinate Change 70 6.3 Prediction on Emergent Behavior under Rank-deficient Coupling 80 6.3.1 Approximation by Blended Dynamics for Simplified Cases 86 7. Application to Distributed State Estimation 91 7.1 Problem Formulation 91 7.2 Distributed Observer for State Estimation 92 7.2.1 Detectability Decomposition 92 7.2.2 Distributed Observer Design 93 7.3 Simulation Results 98 8 Conclusions and Further Issues 103 8.1 Conclusions 103 8.2 Further Issues 105 8.2.1 Extension to Asynchronous Communication 105 8.2.2 Generalization of Multi-step Approach 107 8.2.3 Extension to Nonlinear Coupling 110박

e-TMS and Super Wi-Fi for Improving Telecommunication Systems Environment on Ships and Offshore Plants

Telecom systems for ships and offshore plants used to be a simple tool for distance communication. In contrast to land-based telecom systems technology today that has been rapidly evolving, telecom systems for ships and offshore plants are far from being used as administration tools for safety, control and operation. Unlike other systems, telecom systems for ships and offshore plants have not been systematized by the IMO(International Maritime Organization). Telecom systems developed decades ago are still installed on ships and in offshore plants. However, to meet the increasing demand for marine accident prevention and operation cost saving, a wide range of technologies based on telecom systems have been emerging. Thus, telecom systems will play pivotal roles in controlling and administering all systems for ships and offshore plants. At the end of the 1990s, the NORSOK proposed the TMS for administering the telecom systems for offshore plants. Yet, the TMS for offshore plants fails to meet the technical standard proposed by the NORSOK due to the diversity of telecom systems. The high installation cost thwarts the applicability and scalability of the TMS for offshore plants. This paper proposes a method of redefining and systematizing the telecom systems installed on ships and in offshore plants with intent to address the challenges relevant to the TMS for offshore plants. Systematization of the telecom systems would add to their scalability as well as compatibility with other systems operated on ships and in offshore plants. This paper proposes an improved e-TMS(enhanced-TMS) based on the systematized telecom systems for ships and offshore plants, and experimentally demonstrates the performance of the proposed e-TMS in terms of its data processing time and operation cost. The scales and the structural complexity of ships and offshore plants continue to increase. With the operation and administration of ships and offshore plants drawing increasing attention, they need to process ever larger volumes of data. Next-generation ships and offshore plants including unmanned ships, unmanned offshore plants, remote-controlled ships and smart ships should be fitted with scalable and compatible systems capable of processing large volumes of data in real time, which calls for the installation of a wireless network environment that ensures ubiquity and mobility. The wireless network environment for ships and offshore plants features the real-time administration and control over not only communication but also status information, fault diagnosis, safety control, location tracking and accident prevention. Yet, ships and offshore plants characterized by steel structures have Wi-Fi networks installed in limited onboard areas. Using shared frequency band, a Wi-Fi network provides a short radio propagation range, which is limited to short-range transmissions. Internationally travelling ships and offshore plants require a long-range radio propagation and a method of using shared frequency band as private frequency band. This paper analyzes the factors precluding the full implementation of wireless networks on ships and in offshore plants, experimentally verifies the attributes as well as the strengths and weaknesses of UHF, TETRA and Wi-Fi frequencies widely used for ships and offshore plants, and also analyzes the radio propagation range and radio transmittance of super Wi-Fi using the TV white space. Finally, this paper proposes implementing a super Wi-Fi environment using the UHF system of TMS, and experimentally tests the performance of an implemented wireless network environment using the super Wi-Fi on ships and in offshore plants. |과거 선박과 해양플랜트에서 통신 시스템은 원거리 의사소통을 위한 단순 통신도구였다. 지금까지도 선박과 해양플랜트에서의 통신 시스템은 안전, 관리, 운영과는 거리가 멀다. 국제해사기구는 통신 시스템에 대한 체계를 확립하지 않고 있다. 수십 년 전에 개발되어 기술적인 발전이 없는 통신 시스템이 선박과 해양플랜트에 설치된다. 오늘날 해양 사고와 경제성 향상을 위한 비용 절감의 요구가 높아지면서 통신 시스템을 기반으로 한 다양한 차세대 기술들이 나타나고 있다. 곧 선박과 해양플랜트의 모든 시스템들은 통신 시스템에 의해 관리와 통제를 받게 될 것이다. NORSOK은 1990년대 말 통신 시스템의 관리를 위해 해양플랜트용 TMS를 제안하였다. 하지만 당시의 해상용 통신 시스템의 기술적인 한계와 높은 설치 비용으로 인해 만족도가 낮아졌고 결국 확장에 실패한다. 해양플랜트용 TMS가 실패한 원인을 분석하고 통신 시스템의 재정의를 통해 선박과 해양플랜트를 위한 개선된 TMS가 필요하다. 선박과 해양플랜트는 육상보다 훨씬 높은 안정성과 다양성이 필요하다. 선박과 해양플랜트에서 검증되지 않은 통신 시스템을 사용하면 해양 사고와 같은 심각한 부작용을 초래한다. 통신 시스템은 기능을 재정의하고 체계화해야 한다. 통신 시스템의 체계화는 선박과 해양플랜트의 시스템 간 통일성과 확장성을 가져온다. 체계화된 통신 시스템을 바탕으로 선박과 해양플랜트를 위한 개선된 e-TMS를 제안한다. 제안하는 e-TMS가 처리 시간과 시스템의 운영 비용 면에서 우수하다는 것을 실험을 통해 증명한다. 최근 들어 선박과 해양플랜트는 규모가 커지고 구조는 더 복잡해지고 있다. 이와 함께 다양한 시스템들이 추가되어 과거에 비해 많은 양의 데이터 처리를 필요로 한다. 무인 선박, 무인 해양플랜트, 인공지능 선박과 같은 차세대 기술들은 대규모의 데이터를 처리해야 한다. 선박과 해양플랜트도 육상에서처럼 전 구역에 무선 네트워크를 구축하여 장소와 시간에 제약 없이 실시간 데이터를 처리할 수 있어야 한다. 선박과 해양플랜트에서의 무선 네트워크 환경은 단순 통신수단을 넘어 상태 정보, 고장 진단, 위치 추적, 사고 예방, 안전 관리에 대한 실시간 관리와 통제를 할 수 있게 한다. 현재 선박과 해양플랜트는 Wi-Fi를 설치하여 부분적으로 무선 네트워크를 구축한다. 공용 주파수를 사용하는 Wi-Fi는 전파 전달 범위가 좁아 복잡한 철 구조물인 선박과 해양플랜트에는 적합하지 않고 사용 범위도 극히 제한적이다. 지금까지 선박과 해양플랜트의 무선 네트워크 환경 구현에 대한 실패 원인과 UHF, TETRA, Wi-Fi의 주파수 별 특성과 장단점을 실험을 통해 확인한다. 해상을 이동하는 선박과 해양플랜트는 전파 전달 범위가 넓어야 하고 공용 주파수를 사설 주파수와 같이 사용할 수 있어야 한다. TV 화이트 스페이스를 이용하며 Wi-Fi보다 전파 전달 범위, 투과율이 모두 우수한 슈퍼 Wi-Fi에 대해 실험하고 분석한다. 실험 결과를 바탕으로 UHF 시스템을 이용한 슈퍼 Wi-Fi 환경을 구현하는 것을 제안한다. 마지막으로 선박과 해양플랜트에 슈퍼 Wi-Fi를 이용한 무선 네트워크 환경을 구현하는 것을 실험을 통해 증명한다.List of Tables iv List of Figures vi 약어 (Abbreviations) x 초록 xiv Abstract xvii 제 1 장 서론 1 1.1 연구 목적 및 배경 1 1.2 연구 내용 2 1.3 논문의 구성 4 제 2 장 TMS와 통신 시스템 현황 6 2.1 TMS 개요 6 2.1.1 TMS 정의 6 2.1.2 TMS 문제점 10 2.1.3 TMS 성장 한계 14 2.1.4 TMS 개선의 필요성 15 2.2 통신 시스템 개요 21 2.2.1 통신 시스템 정의 21 2.2.2 통신 시스템 문제점 25 2.2.3 통신 시스템 체계화 필요성 29 제 3 장 e-TMS를 위한 통신 시스템 체계화 31 3.1 통신 시스템 재정의 31 3.2 통신 시스템 체계화 방법 34 3.3 PAGA 시스템의 체계화 35 3.3.1 데이터 요구 분석 36 3.3.2 데이터 공급 분석 38 3.3.3 데이터 취합 40 3.3.4 데이터의 구분 40 3.3.5 데이터 정규화 40 3.4 e-TMS를 위한 데이터베이스 정의 45 3.4.1 TMS의 데이터베이스 분석 46 3.4.2 e-TMS를 위한 데이터베이스 재구성 47 3.5 TMS 성능 개선 51 3.5.1 e-TMS 구조 52 3.5.2 통신 시스템 간 인터페이스 실험 53 3.5.3 e-TMS의 성능 개선 효과 59 제 4 장 e-TMS 성능 향상을 위한 무선 네트워크의 필요성 64 4.1 네트워크 환경 분석 64 4.2 무선 네트워크 구성 방법 66 제 5 장 슈퍼 Wi-Fi 환경 구현을 위한 주파수 대역 분석과 UHF 커버리지 연구 69 5.1 무선 주파수 분석 69 5.2 UHF 시스템 개요 72 5.2.1 UHF 시스템 정의 73 5.2.2 UHF 시스템 문제점 75 5.2.3 UHF 커버리지 연구 필요성 77 5.3 UHF 커버리지 실험 79 5.3.1 실험 환경 79 5.3.2 실험 방법 81 5.3.3 실험 결과 83 제 6 장 슈퍼 Wi-Fi를 포함한 주파수 대역 별 커버리지 연구 89 6.1 슈퍼 Wi-Fi 정의 89 6.2 커버리지 연구 환경 92 6.3 커버리지 연구 방법 94 6.4 커버리지 연구 결과 95 6.4.1 TETRA 96 6.4.2 UHF 98 6.4.3 Super Wi-Fi 101 6.4.4 Wi-Fi (2.4GHz) 103 6.4.5 Wi-Fi (5GHz) 106 제 7 장 실험 및 성능 평가 111 7.1 e-TMS 성능 평가 111 7.1.1 실험 환경 및 구성 111 7.1.2 실험 결과 115 7.2 UHF 시스템 기반 슈퍼 Wi-Fi 환경 평가 126 7.2.1 실험 환경 및 구성 126 7.2.2 실험 결과 128 제 8 장 결론 134 감사의 글 136 참고문헌 138Docto

공간구문론을 활용한 뉴욕시 실내공개공지와 서울시 실내 공공공간 사례를 중심으로

학위논문 (석사) -- 서울대학교 대학원 : 공과대학 건축학과, 2020. 8. 최재필.공개공지(Privately Owned Public Spaces)란 사적인 영역 내 공적인 공간으로 시민의 휴식과 보행을 위해서 공공에 제공되는 공공공간이다. 이처럼 공개공지는 도시 내 필수적인 공공공간으로써 도시공간에서의 중요도는 증가하고 있으며 적극적인 설치가 권장되고 있다. 한편, 현재 서울시 건축조례와 지구단위계획 수립기준에서 제시하고 있는 공개공지 유형은 모두 건물 외부에 국한되는 한계를 가진다. 공개공지가 제도화된 1991년 이후 의무조성으로 인한 양적인 증가는 있어왔지만 형식적인 설치로 인해 공개공지의 실제 활용도는 매우 저하되어왔다. 이에 따른 실외공개공지의 한계를 개선할 수 있는 새로운 공개공지 유형 제시와 대책 마련이 필요한 시점이다. 반면 외국의 경우 이미 실내 활동이 높은 도시민의 생활을 고려하여 실내공개공지 제도를 도입하고 업무시설의 저층부를 시민에게 보행과 휴식공간으로 제공하고 있다. 이와 같은 실내공개공지란 건폐된 공개공지로 보행자가 통제를 받지 않고 자유롭게 접근하고 이용할 수 있도록 개방된 옥내공간을 일컫는다. 이처럼 업무시설 저층부에 위치하는 실내공개공지는 건축주의 사익과 대중을 위한 공익의 매개 공간으로써 새로운 유형의 공공공간을 제시하고 현 실외공개공지 한계점에 대한 해결방안을 제시할 수 있을 것이다. 본 연구는 도시 공공공간의 공공성 확보를 위하여 공공공간의 공공성 평가지표를 개발하는 것을 목적으로 한다. 이에 공개공지 제도가 활성화된 뉴욕시의 실내공개공지를 대상으로 공간구문론의 일종인 가시성 그래프 분석(Visibility Graph Analysis)을 활용하여 공공공간의 공공성을 분석한 후, 실내공개공지 및 공공공간의 공공성을 정량적으로 평가하는 지표를 개발하였다. 뉴욕시 이용도가 높은 실내공개공지와 이용도가 낮은 실내공개공지를 분류하여 공공공간의 공공성을 접근성과 개방성의 틀로 분석하였고, 이용도가 높은 실내공개공지의 특성을 도출하였다. 또한, 개발된 공공성 평가지표를 국내 초대형 업무시설의 공공공간에 적용하여 업무시설 공공공간의 공공성 평가를 통해 실내공개공지로의 활용 가능성을 도출하였다. 연구를 종합하여 정리한 결과는 다음과 같다. 첫째, 뉴욕시 실내공개공지는 1층 내 그 외 공공공간과 비교 시 접근성과 개방성이 높은 곳에 설치되어 있음을 VGA분석을 통해 확인하였다. 설치된 실내공개공지의 접근성과 개방성은 뉴욕시 실내공개공지 설치기준에 상응하였다. 둘째, 접근성 높은 실내공개공지 계획 특성으로는 출입구의 개소가 많았으며, 개방성이 높은 실내공개공지의 경우에는 공간 내 유리벽의 비율이 높았다. 셋째, 최종 평가지표가 높은 뉴욕시 실내공개공지는 이용도가 높은 아트리움 유형이었으며, 최종 평가지표가 낮은 실내공개공지는 이용도가 낮은 선형 유형의 공개공지임을 확인하였다. 넷째, 개발된 평가지표를 서울시 업무시설 공공공간의 아트리움 공간에 대입하여 공공성을 평가한 결과, 접근성 평가지표와 관찰조사를 통한 통행량 사이에 유의미한 상관성을 나타났으며, 이에 따라 본 연구에서 개발된 평가지표를 검증할 수 있었다. 다섯째, 해당 평가지표를 적용하여 분석한 결과, 국내 초대형 업무시설의 실내 공공공간은 활성화된 뉴욕시 실내공개공지만큼의 공공성을 나타내었으며, 실내공개공지로의 활용 가능성을 확인하였다.Privately owned public spaces (POPS) are public spaces in private areas that provide citizens with resting areas and walking environments in the city. The importance of POPS in urban space is increasing and encouraged by the government. However, the Seoul Metropolitan Government Building Ordinance and District Unit Plan Standards only suggest POPS types restricted to the exterior of buildings. Since 1991, when POPS were institutionalized, their number has increased quantitatively due to obligations to install them; however, the actual utilization of the spaces has been limited due to careless installation. It is, therefore, necessary to suggest countermeasures to improve these outdoor POPS and introduce new types of POPS. Other countries have already adopted indoor POPS systems, taking into consideration the living conditions of urban citizens with numerous indoor activities. These spaces provide citizens with resting and pedestrian areas on the ground floors of commercial and office buildings. Indoor POPS refers to enclosed, indoor open spaces that pedestrians can freely access and use without restriction. These spaces, installed on the ground floors of commercial and office buildings, represent a new type of public space. Moreover, as an intermediary space for the private interests of building owners and the public, they may provide a solution to the current limitations of outdoor POPS in Korea. The purpose of this study is to develop an evaluation index for indoor POPS to secure the publicness of urban public spaces and to introduce an indoor POPS system in Korea. To do so, highly used indoor POPS in New York City were analyzed using Visibility Graph Analysis, a type of space syntax theory. As a result, a quantitative publicness index for indoor POPS and indoor public space was developed. To develop the index, ten cases of indoor POPS in New York City were analyzed by evaluating their publicness, which is physical accessibility and visual connectivity (openness). The characteristics of frequently used indoor POPS were also considered. The developed evaluation tools were also used to analyze the publicness of indoor public spaces of office buildings in Korea. The results are as follows. First, New York Citys indoor POPS are installed in places with high accessibility and openness compared to other public spaces on the first floor of the buildings. The evaluation of the accessibility and openness of the space corresponds to the standards for installing indoor POPS in New York City. Second, cases with a high accessibility index possessed a greater number of entrances, and cases with a high visual openness index were primarily composed of glass. Third, among the ten cases of New York City indoor POPS, atrium types were highly utilized and their evaluation index was high, whereas linear types were less utilized and their evaluation index was low. Fourth, by applying the developed evaluation index to assess the publicness of the atrium spaces of the six office buildings in Seoul, a significant correlation was derived between the accessibility evaluation and the atrium pedestrian flow rate, which verifies the effectiveness of the developed evaluation index. Fifth, by evaluating the publicness of indoor public space, it was proved that the indoor public space in Korea was as public as the indoor POPS in New York City. This research proves, therefore, that the public spaces of office buildings in Korea can feasibly be used as indoor POPS.제 1 장 서 론 1 제 1 절 연구의 배경 및 목적 1 1. 연구의 배경 1 2. 연구의 목적 3 제 2 절 연구의 범위 및 방법 4 1. 연구의 범위 4 2. 연구의 방법 5 3. 연구의 흐름 6 제 2 장 이론적 고찰 8 제 1 절 국내 공개공지 제도 고찰 8 1. 국내 공개공지 제도 8 2. 국내 실내공개공지 현황 15 3. 현 공개공지의 문제점 17 4. 실내공개공지 관련 연구의 필요성 19 제 2 절 뉴욕시 실내공개공지 제도 20 1. 뉴욕시 공개공지 제도 20 2. 뉴욕시 실내공개공지 현황 21 제 3 절 업무시설 공공공간 24 1. 공공공간의 정의 24 2. 업무시설의 공공공간 25 제 4 절 공간분석도구 30 1. 공간구문론의 개념 30 2. 가시성 그래프 분석 32 3. 공공성 분석의 틀 설정 34 제 5 절 선행연구 고찰 36 1. 실내공개공지 관련 연구 38 2. 실내 공공공간 공공성 관련 연구 40 3. 업무시설 저층부 관련 연구 41 4. 공공공간 대상 VGA분석 관련 연구 42 5. 연구의 차별성 43 제 3 장 뉴욕시 실내공개공지 공공성 분석 44 제 1 절 분석대상 선정 44 제 2 절 분석 방법 56 제 3 절 실내공개공지 공공성 분석 결과 60 1. 접근성 분석 결과 60 2. 접근성 분석 소결 65 3. 개방성 분석 결과 67 4. 개방성 분석 결과 72 제 4 장 실내공개공지 공공성 평가지표 개발 74 제 1 절 실내공개공지 계획 평가 74 1. 접근성 평가 결과 76 2. 개방성 평가 결과 58 제 2 절 1층 공공공간 계획 평가 78 1. 접근성 평가 결과 80 2. 개방성 평가 결과 81 제 3 절 실내공개공지 공공성 평가지표 개발 83 1. 접근성 평가 결과 84 2. 개방성 평가 결과 86 제 4 절 평가지표 검증 및 소결 88 제 5 장 국내 실내 공공공간 공공성 평가 91 제 1 절 분석대상 선정 91 제 2 절 공공성 평가지표 적용 108 1. 접근성 평가 결과 108 2. 개방성 평가 결과 115 3. 국내 실내 공공공간 평가지표 적용 소결 121 제 3 절 공공성 평가지표 검증 125 1. 관찰조사 방법과 결과 125 2. 관찰조사와 공공성 평가지표 비교 검증 128 제 4 절 국내 실내 공공공간 공공성 평가 소결 132 제 6 장 결론 134 제 1 절 연구의 종합 134 제 2 절 연구의 의의 및 한계 135 참고문헌 136 Abstract 139Maste

순차적 오토인코더 기반 FDA 승인 약물들의 화학 공간 임베딩

학위논문(석사) -- 서울대학교대학원 : 공과대학 컴퓨터공학부, 2021.8. 김선.Drug discovery requires decade of expensive efforts to meet sufficient needs. Computer-Aided drug discovery (CADD) is an emerging field of study that aims to systematically reduce the time and cost of a new durg development by adapting computer science to identify structural and physical properties of chemical compounds used as drugs and derive new drug candidates with similar characteristics. In particular, it is most important to identify the char acteristics of chemical compounds approved by the U.S. Food and Drug Ad ministration (FDA). FDA approved chemical compounds are validated drugs in terms of toxicity, efficacy of drug and side effects. The question arises here i how these chemical compounds are distributed in an embedding space. Tradi tionally, hand-crafted rule is the only way of constructing the chemical space. Traditional chemical compound representations have made it difficult to clas sify FDA approved chemical compounds. With the advent of the era of big data and artificial intelligence technology, deep learning is the leading technol ogy that drives to build an embedding space. However, there is few adaptive methods to identify the embedding space of FDA approved chemical com pounds. In this work, I propose a framework that encodes features of FDA approved chemical compounds by constructing a discriminative embedding space. Var ious encoding methods were used to encode information from FDA approved chemical compounds. The proposed framework consists of three stacked deep autoencoder modules. The proposed framework effectively integrate the in formation of the chemical compounds by cascade modeling. Connected three autoencoder modules in cascade is used to continuously use latent represen tation learned from previous modules. Whether FDA approved chemical com pounds have discriminative regions in the embedding space is well visualized by the proposed framework. And perform machine learning classification tasks to evaluate whether the latent representation effectively characterize the FDA approval information. The proposed framework incorporates complex repre sentation information to understand the embedding of FDA drugs. Ultimately, the framework proposed in this paper can be used as an embedding method for determining whether or not new drug candidates will be approved. Keywords: FDA Approved drug, Cascade Autoencoder, Chemical space em bedding Student Number: 2019-24822신약 개발시 여러 조건들을 충족하는 약물을 발견하기 위해 수십년의 노력이 필요 하다. 컴퓨터 보조 신약 개발(CADD)은 컴퓨터 과학을 적용시켜 약물로 사용되는 약물의 구조적 및 물리적 특성을 확인하고 유사한 특성을 가진 신약 후보를 도 출함으로써 신약 개발의 시간과 비용을 체계적으로 절감하는 것을 목표로 하는 신흥 연구 분야이다. 특히 미국 식품의약국(FDA)이 승인한 약물의 특성을 확 인하는 것이 가장 중요하다. FDA에서 승인한 약물들은 독성, 효능 및 부작용 측면에서 검증된 의약품이다. 이러한 약물들이 임베딩 공간 상에서 어떻게 분 포되어 있는지에 대한 의문점에서 시작한다. 전통적으로는 전문가의 수작업으로 만든 규칙들로 화합물의 임베딩 공간을 구성했다. 전통적인 화합물 표현만으로는 FDA 승인 약물들을 분류하는 것이 어렵다. 빅데이터와 인공지능 기술의 발전으 로 딥러닝을 이용해 임베딩 공간을 구축한다. 그러나 기존 연구들에선 FDA 승인 약물들의 임베딩 공간을 식별할 수 있는 적절한 방법이 없다. 본 연구에서는 FDA 승인 약물들의 특징을 인코딩하는 프레임워크를 사용해 차 별적인 임베딩 공간을 구축하는 방법을 제안한다. 제안된 프레임워크는 3개의 순차적 딥 오토인코더 모듈로 구성된다. 제안된 프레임워크는 순차적 모델링을 통해 약물의 정보를 효과적으로 통합한다. 순차적으로 연결된 3개의 오토인코더 모듈을 사용하여 이전 모듈에서 학습한 잠재 표현을 지속적으로 사용한다. FDA 승인 화학 화합물이 임베딩 공간상에서 차별적인 영역을 가지고 있는지 여부는 제안된 프레임워크에 의해 시각화된다. 또한 잠재된 표현이 FDA 승인 정보를 효과적으로 특성화하는지 여부를 평가하기 위해 기계 학습 분류 작업을 수행한 다. 궁극적으로, 본 논문에서 제안하는 프레임워크는 신약 후보자의 승인 여부를 결정하기 위한 임베딩 방법으로 사용될 수 있다. 주요어: FDA 승인 약물, 순차적 오토인코더, 화합물 공간 임베딩 학번: 2019-24822Chapter 1 Introduction 1 1.1 Background 1 1.1.1 Chemical space 1 1.1.2 FDA Approval of chemical drugs 2 1.2 Current Method and Limitation 4 1.3 Problem Statement and Contributions 5 Chapter 2 Related Works 7 2.1 Cascade Autoencoder 7 2.2 Chemical Space Embedding Methods 8 Chapter 3 Methods and Materials 9 3.1 Notation and Problem Definition 9 3.2 Chemical Compound Encoding Process 10 3.2.1 Morgan Fingerprints 11 3.2.2 Mol2vec 12 3.2.3 Junction Tree Variational Autoencoder 12 3.2.4 Continuous and Data-Driven Descriptors Variational Au toencoder 14 3.3 Model Architecture 14 3.3.1 Autoencoder Module 14 3.3.2 Cascade Autoencoder 16 3.4 Loss function, Optimizer 17 3.4.1 Reconstruction Loss 17 3.4.2 Metric Loss 17 3.4.3 Optimizer 18 3.5 Principal Component Analysis 18 3.6 Machine Learning Classifiers 19 3.6.1 Support Vector Machine 19 3.6.2 Naive Bayes 19 3.6.3 Random Forset 20 3.6.4 Adaboost 20 Chapter 4 Experiments 21 4.1 Datasets 21 4.1.1 Datasets for pre-trained model 21 4.1.2 FDA Approved and Discontinued dataset 22 4.2 Model Training Hyper Parameter Settings 22 4.2.1 The dimension of input data 23 4.2.2 Model Training 23 4.2.3 Embedding and Evaluation method 23 4.2.4 Comparison Models 24 Chapter 5 Results 25 5.1 Visualization of Chemical Embedding Space 25 5.2 Performance Comparisons with Traditional Machine Learning Method 26 5.3 Performance of using each input representation 27 5.4 Effect of Cascade Modeling 28 Chapter 6 Conclusion 30 국문초록 36 감사의 글 37석

문학사교육에서의 지식의 문제 -국어 지식 교육의 영역 및 활동과 관련하여

문학사교육을 논하는 자리마다 빠짐없이 강조되어 온 것은 문학사교육을 통해 형성된 그 무엇이, 작품의 이해와 감상에 배경 지식이 되어 준다는 점이었다.1) 그런데 여기서 말하는 문학사란 무엇을 의미하는지, 작품의 이해와 감상에 필요한 배경 지식이란 무엇인지, 그리고 그 배경 지식이라는 것이 문학사를 가르침으로써 획득될 수 있는 것인지 등의 문제는 제대로 검증되지 않았던 것으로 보인다

Intranasal but not Intramuscular Vaccination with Nucleoprotein-Expressing Recombinant Adenovirus Provides Complete Protection Against Influenza A Virus

표면 당 단백질을 표적으로 하는 인플루엔자 백신은 항원 드리프트로 인해 매년 예방 접종을 해야 하는 불편함을 겪는다. 이러한 이유로, 보존된 바이러스 항원을 표적으로 하는 범용 백신의 개발이 필요하다. 이 연구에서 우리는 Influenza A/PR/8/34 바이러스의 핵 단백질(ANP)을 인코딩하는 재조합 아데노 바이러스 (rAd) 백신의 접종 경로 의존성에 대해 연구했다. BALB/c 마우스를 rAd/ANP 백신으로 비강 내 또는 근육 내 투여한 후, 치사량의 인플루엔자 바이러스를 주었다. 우리는 rAd/ANP를 비강으로 투여한 경우가 근육 내 로 투여한 경우보다 더 완전한 보호를 보임을 확인했다. 비강 내 면역이 CD8-T세포 반응, 특히, H-2Kd 제한 NP147-155 에피토프 특이적 CD69 + lung-resident memory T 세포군집을 유도하는 것을 확인할 수 있었다. 이들 결과는 rAd/ANP를 이용한 비강 내 면역이 근육 내 면역보다 더 나은 보호 면역을 제공할 수 있고, rAd/ANP가 인플루엔자 A 바이러스에 대한 점막 투여를위한 universal 백신 후보 일 수 있음을 입증한다.;Influenza vaccines that target surface glycoproteins have inconvenience of vaccinating every year because of its antigenic drifts. For this reason, development of universal vaccines targeting conserved viral antigen is needed. In this study, we studied vaccination route dependence with recombinant adenovirus (rAd) vaccine encoding nucleoprotein of A/PR/8/34 influenza virus (ANP), designated rAd/ANP. BALB/c mice were immunized intranasally or intramuscularly with rAd/ANP vaccine and subsequently challenged with lethal doses of homologous influenza viruses. We found that intranasal immunization with rAd/ANP elicits stronger CD8 T-cell responses toward immunodominant H-2Kd-restricted NP147-155 epitope than intramuscular immunization, especially CD69+ lung-resident memory T cells, and provides complete protection. These results demonstrate that intranasal immunization with rAd/ANP could provide better protective immunity than intramuscular immunization, and rAd/ANP can be a universal vaccine candidate for mucosal administration against influenza A virus.I. Introduction 1 II. Material and methods 5 A. 윤리 성명서 5 B. 마우스 및 바이러스 균주 5 C. 세포주 5 D. rAd/ANP 백신 5 E. 예방접종 및 감염 5 F. 항체 역가 측정 6 G. 생체 내 표지 및 조직 채취 6 H. 유세포 분석 7 I. 통계 분석 7 III. Results 8 A. rAd/ANP백신을 근육으로 투여할 때보다 비강으로 투여하는 경우 더 우세한 방어능을 보인다 8 B. rAd/ANP 백신으로 유도한 체액성 방어는 PR8방어능에 영향을 미치는 주요한 요인이 아니다 11 C. 백신을 비강 내 투여한 경우에 근육 내 투여한 경우보다 ANP 특이적 T 세포, 특히 CD8 조직 상주 T 세포를 더 많이 유도한다 15 IV. Discussion 20 References 23 국문초록 2

Practice-based design research for the development of a laboratory workbench

학위논문(석사) - 한국과학기술원 : 산업디자인학과, 2021.2,[vii, 104 p. :]본 연구는 심미적, 기능적 차별화를 통해 연구실 가구 시장을 선도할 수 있는 실험실 워크벤치 개발을 목표로 하였다. 디자인 전략을 구축하고자 시장 조사, 트렌드 조사, 사용자 조사의 세 가지 해석적 연구를 진행하였으며 디자인 키워드로 유연성, 협업성, 독자성을 도출하였다. 이를 기반으로 디자인 키워드 구현을 위한 실험실 작업대 컨셉 아이디에이션을 진행하였다. 이미지 연결 기법을 통해 아이디어들을 발전시켜 워크탑 공간의 확장과 서랍의 이동성을 주 특징으로 하는 ‘노마드 랩(Nomad Lab)’ 컨셉과 워크탑의 수직, 수평 배치를 통한 다양한 공간 구성과 넓은 수납공간을 특징으로 하는 ‘플렉시 랩(Flexi Lab)’ 컨셉을 개발하였다. 제조사 내부, 외부 자문단 등의 전문가 집단에 의해 생산성, 조립 및 유지관리 용이성, 마케팅, 사용성의 네 가지 디자인 평가 기준에서 컨셉 검증과 평가가 이뤄졌다. 이를 통해 부품별 개선 방향성을 수립하여 최종적으로 미래적인 이미지를 주는 재료 사용과 로고를 활용한 디자인 언어로 심미적 독자성을 표현하고 휴대 가능한 서랍과 워크탑의 단독 활용을 통한 자유로운 배치의 기능적 특징을 지닌 실험실 작업대 컨셉을 제안하였다. 본 연구에서 개발한 실험실 작업대는 변화하는 연구 문화를 반영하여 실험실 환경을 개선할 것이라 기대되며 개발을 진행하며 논의된 실험실 작업대의 디자인 결정 과정과 디자인 요소들은 추후 실험실 가구 디자인 프로젝트들을 위한 참고 자료로써 기여할 수 있음을 시사한다.한국과학기술원 :산업디자인학과

Optimal Design of Interior Permanent Magnet Synchronous Motor for Electric Vehicle Drive Based Machine Learning

본 논문에서는 전동기와 같은 전기기기의 최적 설계를 위해 기계학습을 이용한 대리모델 기반의 최적화 기법의 연구가 수행되었으며, 이를 활용하여 전기자동차(Electric Vehicle : EV) 구동용 매입형 영구자석 동기전동기 (Interior Permanent Magnet Synchronous Motor : IPMSM)의 평균 토크와 토크 리플 특성을 개선한 최적 설계안을 도출하였다. EV는 운전자에게 불쾌감을 줄 수 있는 소음과 진동의 저감이 필수적이다. 따라서, 소음과 진동을 유발하는 코깅 토크, 토크 리플 등을 저감하는 최적 설계가 필수적이다. 또한, 본 논문에서 전동기의 특성을 분석하기 위해 유한 요소해석(Finite Element Method : FEM)이 사용된다. 비선형성 자기 포화 특성을 가진 전기기기인 전동기의 정확한 해석이 가능한 FEM이 수천, 수만 번 필요하기에 많은 시간이 소요된다. 그러므로, 최소한의 시간으로 최적해 를 찾을 수 있도록 하는 최적 설계 기법이 필요하다. EV 구동용 전동기로는 타 전동기에 비해 고출력, 넓은 속도의 운전 영역 및 고효율의 특성을 가진 IPMSM을 선택하였다. 회전자의 다양한 설계 변수 를 동시에 고려하기 위해 최적 설계에는 기계학습 회귀 기법 중 높은 예측 성능을 가진 stacking ensemble 기법을 사용하였다. 제안하는 최적 설계 기 법은 5차원 문제 영역에서 총 2,000개의 샘플 데이터를 이용하여 타 기계학 습 기법에 비해 예측 정확성이 우수한 것을 검토한 후, 본 기법을 통해 대리 모델을 생성하여 유전 알고리즘을 기반으로 최적 설계안을 도출하였다. 본 논문에서 EV 구동용 IPMSM의 출력 토크 증대와 소음 및 진동을 유발하는 토크 맥동 저감을 목표로 최적화를 수행하였다. IPMSM의 최적 설계안은 초기 모델에 비해 토크 1.78 [%], 토크 맥동 39.39 [%] 개선하여 최적 설계안을 도출하였다. 최적 설계안의 타당성을 검증하기 위해 고온에서의 영구자석 불 가역 감자 해석과 고속에서의 회전자 응력 해석을 수행하여 전동기의 안정 성을 검증하였다. 따라서 본 논문에서 제안하는 stacking ensemble 기법을 이용하여 EV 구 동용 IPMSM의 최적 설계가 가능함을 확인하였다. 본 논문의 연구 성과로 비선형성 자기포화 특성을 가진 전기기기의 최적 설계에 널리 적용될 것으 로 기대된다. 주요어 : 기계학습(machine learning), 대리모델(surrogate model), 매입형 영 구자석 동기전동기(interior permanent magnet synchronous motor), 스태킹 앙상블(stacking ensemble), 전기자동차(electric vehicle), 최적 설계(optimal design) 학 번 : 20235372|In this paper, a surrogate model based optimization method utilizing machine learning is researched for the optimal design of electrical machines such as motors. This method is applied to derive an optimal design that improves the average torque and torque ripple characteristics of an interior permanent magnet synchronous motor (IPMSM) for electric vehicle (EV) drives. For EVs, reducing noise and vibration, which can cause discomfort to the driver, is essential. Therefore, optimal design to reduce cogging torque and torque ripple, which cause noise and vibration, is critical. Additionally, to analyze the characteristics of the motor, the finite element method (FEM) is used. Since the FEM, which can accurately analyze nonlinear magnetic saturation properties, needs thousands or tens of thousands, optimal design of electric machines such as motors takes a lot of time. As a result, an optimization method is needed to find the optimal solution with minimal time. Motor for the EV drive selected the IPMSM which enables high output power, drive of wide speed range, and high efficiency. To simultaneously consider various design variables of the rotor, the stacking ensemble method, which has high predictive performance among machine learning regression methods, was utilized for the optimal design. After verifying that the proposed optimization method has superior prediction accuracy, compared to other machine learning methods using a total of 2,000 sample data in a 5-dimensional problem area, i derives the optimal design based on the GA, using the surrogate model generated through this method. In this paper, the optimal design of the IPMSM for EV drives was carried out to increase output torque and reduce torque ripple, which causes noise and vibration. The optimal design solution improved the torque by 1.78 [%] and reduced the torque ripple by 39.39 [%], when comparing to the initial model. To verify the validity of the optimal design, the stability of the motor was verified by performing permanent magent irreversible demagnetization analysis at high temperature and rotor stress analysis at high speed. Therefore, using the proposed stacking ensemble method in this paper, the optimal design of IPMSM for EV drive confirmed that it was possible. The results of this research are expected to be widely applicable to the optimal design of electrical machines with nonlinear magnetic saturation characteristics. keywords : Electric vehicle, interior permanent magnet synchronous motor, machine learning, optimal design, stacking ensemble, surrogate model Student Number : 20235372Maste

아세트아세트아미드 그룹을 갖는 포스파젠 고분자의 합성과 고분자 반응

학위논문(석사)--아주대학교 대학원 :분자과학기술학과,2000textMaste