State-of-the-art on research and applications of machine learning in the building life cycle

Fueled by big data, powerful and affordable computing resources, and advanced algorithms, machine learning has been explored and applied to buildings research for the past decades and has demonstrated its potential to enhance building performance. This study systematically surveyed how machine learning has been applied at different stages of building life cycle. By conducting a literature search on the Web of Knowledge platform, we found 9579 papers in this field and selected 153 papers for an in-depth review. The number of published papers is increasing year by year, with a focus on building design, operation, and control. However, no study was found using machine learning in building commissioning. There are successful pilot studies on fault detection and diagnosis of HVAC equipment and systems, load prediction, energy baseline estimate, load shape clustering, occupancy prediction, and learning occupant behaviors and energy use patterns. None of the existing studies were adopted broadly by the building industry, due to common challenges including (1) lack of large scale labeled data to train and validate the model, (2) lack of model transferability, which limits a model trained with one data-rich building to be used in another building with limited data, (3) lack of strong justification of costs and benefits of deploying machine learning, and (4) the performance might not be reliable and robust for the stated goals, as the method might work for some buildings but could not be generalized to others. Findings from the study can inform future machine learning research to improve occupant comfort, energy efficiency, demand flexibility, and resilience of buildings, as well as to inspire young researchers in the field to explore multidisciplinary approaches that integrate building science, computing science, data science, and social science

Risk Assessment Based on Combined Weighting-Cloud Model of Tunnel Construction

In order to reduce the tunnel construction accidents and ensure the safety of personnel, a comprehensive assessment method of tunnel construction risk based on combination weighting and cloud model is constructed according to the characteristics of tunnel construction. The risk assessment index system is established based on researches on engineering geological condition, natural environmental condition, Tunnel engineering design scheme and construction management. On this basis, the tunnel risk is divided into 4 levels and the index risk level standard is proposed. In order to improve the rationality of weighting, a weight calculation method based on AHP, entropy method and Lagrange multiplier method is constructed. Finally, the normal cloud generator is used to form comparison pictures of risk clouds and standard clouds, which demonstrates the risk status of the evaluation indexes at all levels. With reference to Deda Tunnel of Sichuan-Tibet Railway engineering of high integrated risk level, management decision-making is required. The evaluation results are basically consistent with engineering practices, proving that the method has good feasibility and applicability

Federated Robust Embedded Systems: Concepts and Challenges

The development within the area of embedded systems (ESs) is moving rapidly, not least due to falling costs of computation and communication equipment. It is believed that increased communication opportunities will lead to the future ESs no longer being parts of isolated products, but rather parts of larger communities or federations of ESs, within which information is exchanged for the benefit of all participants. This vision is asserted by a number of interrelated research topics, such as the internet of things, cyber-physical systems, systems of systems, and multi-agent systems. In this work, the focus is primarily on ESs, with their specific real-time and safety requirements. While the vision of interconnected ESs is quite promising, it also brings great challenges to the development of future systems in an efficient, safe, and reliable way. In this work, a pre-study has been carried out in order to gain a better understanding about common concepts and challenges that naturally arise in federations of ESs. The work was organized around a series of workshops, with contributions from both academic participants and industrial partners with a strong experience in ES development. During the workshops, a portfolio of possible ES federation scenarios was collected, and a number of application examples were discussed more thoroughly on different abstraction levels, starting from screening the nature of interactions on the federation level and proceeding down to the implementation details within each ES. These discussions led to a better understanding of what can be expected in the future federated ESs. In this report, the discussed applications are summarized, together with their characteristics, challenges, and necessary solution elements, providing a ground for the future research within the area of communicating ESs

An Investigation On Risk Analysis Methods To Be Used For The Prevention Of Major Industrial Accidents

Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2015Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2015Genel olarak endüstri içinde :  bir çok tehlike sınıfına giren sanayi kolları vardır. Bu sanayi kollarının en tehlikesi 'Kimya Endüstrisidir'. Var olan bu tehlikeleri ortadan kaldırmaz ve gerekli tedbirleri almazsak, ölümler, yaralanmalar ve yüksek ekonomik kayıplarla  ile sonuçlanan büyük kazalar meydana gelmektedir.  Büyük Endüstriyel Kazalar tanımı ile, herhangi bir işletmede, kontrolsüz gelişmelerden kaynaklanan ve tesis  içinde veya dışında insan sağlığı için anında veya sonrasında  ciddi tehlikelere yol açabilen, bir veya birden fazla tehlikeli maddenin sebep olduğu büyük yayılımları, yangınları veya patlamaları ifade etmektedir.  Bu çalışmanın konusu olan Büyük Endüstriyel Kazalardan biri 10 temmuz 1976'da İtalyanın Lombardiya bölgesinin Seveso kasabasında küçük bir kimyasal üretim fabrikasında meydana gelmiştir. Triklorofenol (TCP) üretmek için diğer rakip şirketlere göre daha tehlikeli bir reaksiyon kullanılması  ve reaktörün yeterince soğutulmadan bırakılmasına olanak sağlayan tehlikeli işletim uygulamaları bu önemli kazanın oluşma nedenleridir. Ekzotermik bir kimyasal reaksiyonun kontrolünün kaybedilmesi, patlama diskinde ve basınç tahliye sisteminde reaktörün içeriğinin atmosfere  salınmasına  yol açmıştır. Toksik ve korozif kimyasallardan oluşan, fenol, sodyum hidroksit ve 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioksin (TCDD – 'Seveso Dioksin') içeren bir gaz bulutu çevreye  yayılmıştır. Bu zehirli gaz, bu güne kadar bilinen en zehirli gazlardan dioksindir. Kasabada kısa bir süre içinde hayvan ölümleri görülmeye başlanmış, patlamadan 5 gün geçtikten sonra da hastaneye başvurular başlamıştır. Yapılan kontroller sonunda kasabada geniş bir bölgenin tamamen  kirlendiği anlaşılmış ve 100 kadar ev tamamen boşaltılmıştır.    Dioksin (TCDD) besin zincirine katılan ve etkileri uzun yıllar devam eden tehlike sınıfı yüksek bir kimyasal olduğu için o bölgede halen tarım faaliyeti yapılmamaktadır.  Seveso felaketinden sonra Avrupa ülkelerinde endüstriyel kazalara karşı mevcut önlemlerin yetersiz olduğu sonucuna  varılarak bir dizi çalışma başlatıldı. O zamanki adıyla Avrupa Topluluğu Konseyi (EC), yapılan çalışmalar sonucunda tehlikeli maddelerle ilgili büyük endüstriyel kazaların kontrolü ve önlenmesi ile ilgili 'Seveso Yönergesi (Direktifi)'ni 24 Haziran 1982 tarihinde yayınladı.   Ancak SEVESO Direktifi sonrasında da 1984 Bhopal felaketi başta olmak üzere gerek dünyada gerek Avrupa'da devam eden Büyük Endüstriyel Kazalar sonrasında, bu direktifin etkinliğinin artırılması ve kapsamının genişletilmesi amacıyla 1996 yılında 96/82/EC SEVESO II Direktifi yayınlanmış, 2003 yılın da bir kez daha gözden geçirilerek 2003/105/EC 'Genişletilmiş Seveso II Direktifi' olarak revize edilmiştir. Son olarak da 2012/18/EEC sayılı SEVESO III Direktifi, 26 Haziran 2012 tarihinde AB Bakanlar Konseyin'de kabul edilmiştir. Yeni direktif 1 Ocak 2016 tarihinde yürürlüğe girecektir. Direktifin ana hatları aşağıdaki gibidir :     • Direktif'de detaylı şekilde tanımlanan  görevlerin yerine getirilmesi için bir yetkili otoritenin belirlenmesi  • Kazaların domino etkileri  • Arazi Kullanım Planlaması, çevre etkileri  • Risk Değerlendirme Metodolojisi ve Kaza Senaryoları, tatbikatlar  • Kamu Bilgilendirilmesi  • Büyük Endüstriyel Kazalar sırasında uygulanacak dahili ve harici Acil Durum Planlarının (ADP) hazırlanması, gözden geçirilmesi, test edilmesi ve revize edilmesi.  • Büyük endüstriyel kazaların araştırılması, raporlanması ve denetimi  • Kimyasalların sınıflandırılması, paketlenmesi ve etiketlenmesi  Direktif hem sanayiciler üzerindeki hem de üye devletlerin yetkili makamları üzerinde genel ve özel yükümlükleri içerir. İşletmeci, büyük kazaları ve büyük bir kazanın meydana gelmesi durumunda, bunların etkilerini çevre ve insanlara en az zarar verecek şekilde sınırlamak için gerekli tüm tedbirleri almakla yükümlüdür.  Direktifin kapsadığı konulardan biride, tesis için Proses Tehlike Analizinin yapılmasıdır. Bir endüstriyel süreçle ilgili potansiyel tehlikelerin değerlendirilmesinin organize ve sistematik bir set oluşturarak yapılmasına 'Proses Tehlike Analizi' denilmektedir. Proses tehlike analizi gerçekleştirmek için çok çeşitli yöntemler olup, bunlardan en bilineni HAZOP'tur. Tehlike ve İşletilebilirlik Çalışması şeklinde bilinen HAZOP, özellikle kimyasal, ilaç ve petrokimya sektörlerinde en fazla kullanılan metoddur. HAZOP çalışması sonucunda eksik yada gerekli Proses Emniyet Bilgileri (Process Safety Information – PSI) ve ayrıca tüm proses tehlikeleri belirleniyor. PSI verileri normal operasyonlardan sapmaların sonuçlarını değerlendirmek için kullanılır. Sonuçlar değerlendirildikten sonra işletme (tesis) için risk derecelendirilmesi yapılarak olasılıkların izin verilen seviyelere indirilmesi amacıyla güvenlik bariyerlerine ihtiyaç duyulup duyulmayacağına karar verilir ve ayrıca sonuçlar bilgisayar program ile ayrıca değerlendirilir.  Seveso – II Direktifinin Türkiye mevzuatına uyumlaştıran 'Büyük Endüstriyel Kazaların Önlenmesi ve Etkilerinin Azaltılması Hakkında Yönetmelik' Çevre ve Şehircilik Bakanlığı ve Çalışma ve Sosyal Güvenlik bakanlığınca oluşturulan bir komisyon ile hazırlanarak, 30 Aralık 2013 tarih ve 288867 Mükerrer sayılı Resmi Gazete'de yayımlanarak yürürlüğe girmiştir.  Mevzuata göre Seveso Kapsamında yapılması gerekenler :     • Büyük Kaza Önleme Politika Belgesi (BKÖP)  • Güvenlik Raporu  • Kantitatif Risk Değerlendirmesinin Yapılması (QRA)  • Mümkün Olan En Yüksek Önlem Seviyesi  • Güvenlik Yönetim Sistemi Kurulması  • Dahili Acil Durum Planı  • Harici Acil Durum Planı  • Denetimler     Belirtildiği gibi Türkiye'de SEVESO II direktifi 30 Aralık 2013 yılında yürürlüğe girmiştir. 1 Ocak 2016 tarihinde SEVESO II AB'de yürürlükten kaldırılacak ve yerini SEVESO III alacak. Bu çalışmanın ana amacı Türkiye'de bulunan önemli endüstriyel tesislerin SEVESO II den SEVESO III geçmesinde katkıda bulunmak, ve örnekleme için  BOTAŞ (Boru Hatları ile Petrol Taşıma) A.Ş. tesisi incelenmiştir.    Yaşanmış büyük petrol yayılımları, yangınları ve patlamaları örnekler ile verilirken, dünya çapında geçerliliği olan yönetmelikler baz alınarak, yaşanmış tüm bu olayların bir daha yaşanmaması için ve olası risklerin önlenmesi için bu çalışma yapılmıştır. Tesis'de bulunan eksikler belirlenmiş,  kantitatif risk değerlendirmesine göre belirlenen kritik ve tehlikeli ekipmanlar ve olası risklere uygun senaryolar yazılmış ve bu senaryoların gerçekleşmesi durumunda tesisin görebileceği zararları ve ekosisteme olacak etkileri yazılım programı ile belirlenmiştir.  Elde edilen modellemeler aşağıdaki gibidir :    • Yayılım Modeli (Release)  • Atmosferik Dağılım Modeli  • Pool/Havuz Evaporasyon Modeli  • Termal Radyasyon / Yanma Modeli  • Patlama Modeli  • Kombine ModellemelerGenerally in the industry, there are a lot of industry's types within the hazard class. One of the most hazardous types of industry is the Chemical Industry. If we do not eliminate dangers and do not take necessary measurements, the major industrial accidents can be occur with the deaths, injuries and economic losses.  Major industrial accidents involving dangerous chemicals pose a significant threat to humans and the environment. However, the use of large amounts of dangerous chemicals is unavoidable in some industry sectors which are vital for a modern industrialised society. To minimise the associated risks, measures are necessary to prevent major accidents and to ensure appropriate preparedness and response should such accidents nevertheless happen.  One of the major industrial accident was happened in Italian town of Seveso in 1976. An explosion occured in a TCP (2,4,5 – trichlorophenol) reactor of the ICMESA chemical plant. After the explosion, a toxic cloud containing TCDD (2,3,7,8 – tetrachlorodibenzo – p –dioxin) was accidentally released into the atmosphere. This event became internationally known as the Seveso disaster. In Europe, the catastropic accident prompted the adoption of legistation on the prevention and control of such accidents. The so-called Seveso-Direcitve (Directive 82/50/EEC) and was adopted in 1982 by the  Europian Union (EU). The Seveso Directive aims at the prevention of major accidents involving dangerous substances. However, as accidents may neverless occur, it also aims at he limiting the consequences of such accidents not only for human health but also for the environment. SEVESO  was later amended in view of the lessons learned from later accidents such as Bhopal, Toulouse or Enschede resulting into Seveso-II (Directive 96/82/EC) in 1996. And also in 2003, Seveso II was revised proposal as Extended Seveso II (Directive 2003/105/EC). Application depends on inventory of dangerous substances, currently defined using CHIP( Chemicals Hazard Information and Packaging for Supply) regulations eg toxic, very toxic etc. But CHIP is on the way out and the CLP(Classification, Labelling and Packaking of Substances and Mixtures ) Regulations are on the way in and without the new Seveso III Directive, Seveso/COMAH would cease to funtion.  Lastly, in 2012 Seveso-III (Directive 2012/18/EEC) was adopted  by EU and will come into force from 1st January 2016. The main approach stays the same : 3 part strategy : identification; control; & mitigation.  Seveso III will have the same component parts: safety management of sites cabaple of producing major accident hazards, emergency planning, land use planning & inspection. It replaces the previous Seveso II directive.    The main areas of change in the Seveso III Directive are:   • Scope – how the system will move from CHIP classification to CLP – i.e. which substances are in/ out.  • Public info – more requirements than in Seveso II.  • Inspection - kept the current approach of hazard/risk based inspections.  • Correction system  - there is currently no legal method for taking substances out of scope the Seveso III Directive i.e. substances which come into scope of the CLP classification but are considered not to have major accident potential.  There is currently work going on in Europe to look at this but there is no easy solution as any change would require the Commission to put forward a proposal to amend the Directive.  The Directive contains general and specific obligations on both the competent authorities of the member states and industrialists. One of the issues covered by Seveso Directive is to perform Process Hazard Analysis (PHA) for  the plants. Process Hazard Analysis is a set of organized  systematic assessments of the potential hazards associated  with an industrial process. There are varieties of methodologies that can be used to conduct a PHA and the most known methodology is the Hazard and Operability Study (HAZOP).  A HAZOP is systematic approach to investigating each element of a process to identify all of the ways in which parameters can deviate from the indented design conditions and create hazards or operability problems. A HAZOP study typically involves using Piping and Instumental Diagrams (P&ID), or a plant model, as a guide for examining every section and component of a process.   The Seveso II entered into force in Turkey in 30th December 2013. In 1st January 2016, the Seveso II will dismantle and Seveso III will take place of Seveso II  in Europe. The main purpose of this study that contirbutes to great industrial plants which are located in Turkey, to pass from Seveso II to III and  exemplary the BOTAS (Petroleum Pipeline Corporation) Inc. plant was analyzed.  The hazards and potential risks were determined in BOTAS, and potential scenarios were written for plant and the event of  these scenarios, plant's impact on ecosystem and environment are determined by computer programme.Yüksek LisansM.Sc

A Review of Classification Problems and Algorithms in Renewable Energy Applications

Classification problems and their corresponding solving approaches constitute one of the fields of machine learning. The application of classification schemes in Renewable Energy (RE) has gained significant attention in the last few years, contributing to the deployment, management and optimization of RE systems. The main objective of this paper is to review the most important classification algorithms applied to RE problems, including both classical and novel algorithms. The paper also provides a comprehensive literature review and discussion on different classification techniques in specific RE problems, including wind speed/power prediction, fault diagnosis in RE systems, power quality disturbance classification and other applications in alternative RE systems. In this way, the paper describes classification techniques and metrics applied to RE problems, thus being useful both for researchers dealing with this kind of problem and for practitioners of the field