Workload optimized routing in road traffic

Fahrerassistenzsysteme sollen die steigende Belastung bei der Fahrzeugführung kompensieren. Vornehmlich geschieht dies auf der Bahnführungs- und Stabilisierungsebene nach Bernotat (1970). Die belastungsoptimierte Routenplanung erschließt das ungenutzte Potential der Planungsebene. Eingehend werden Nutzergruppen über eine modifizierte, motivbasierte Fahrertypisierung mittels Fragebogen ermittelt und das Potential einer individuellen, belastungsoptimierten Routenplanung aufgezeigt. Im Weiteren erfolgt die Ermittlung individueller Belastungsprofile auf Basis realer Fahrdaten. Dabei wird die Reaktion des Fahrers in neun relevanten Infrastrukturkombinationen ermittelt, welche sich aus Straßenkategorien und potentiellen Interaktionspunkten mit anderen Verkehrsteilnehmern zusammen setzen. Das resultierende Profil verändert später die Gewichtungsfunktion in der Routenberechnung. Es ergeben sich zwei Nutzungen individueller Belastungsprofile: eine entlastende Streckenführung „Entspannte Route“ und eine Streckenführung mit Trainingscharakter „Aktive Route“. Infrastrukturbereiche mit einem erhöhten, individuellen Gefährdungspotential können dabei gemieden, oder trainiert werden. Eine Umsetzung erfolgt mit der Option Entspannte Route unter Verwendung der Herzrate als physiologisches Beanspruchungsmaß. Das Konzept wird abschließend in einem Routenplaner umgesetzt und validiert. Methodisch kommen GIS-Anwendungen, Fahrdatenauswertungen, Filter- und Aufbereitungsalgorithmen zur Anwendung. Der Nachweis wird erbracht, dass die Entspannte Route zu einer signifikant geringeren Beanspruchung beim Fahrer führt, als die Schnellste Route. Eine belastungsoptimierte Routenplanung kann die persönliche und die allgemeine Verkehrssicherheit erhöhen. Die entwickelte Methode zur Generierung der Fahrerprofile ließe sich auch zur Identifikation von allgemein belastenden Infrastrukturbereichen nutzen und um Trassierungsrichtlinien zu erweitern.Driver Assistance Systems were developed to compensate increasing driver workload. That happens so far primarily focussed on the guidance level and the stabilization level of the vehicle guidance model of Bernotat (1970). The individualized route planning addresses the unused potential of the navigation level. Firstly potential user groups are identified by using a modified motif based questionnaire. Also the potential of the individualized, workload-optimized routing is highlighted. Furthermore individual driver profiles based on workload were generated using real driving data. The reaction of the driver in nine predefined combinations of infrastructure is used to generate the driver’s profile. For this differentiation a combination of road categories and potential points of interaction with other road users is used. The adjustment of the weighting factors used within the route planning process is based upon the driver’s profile. As a result the individual drivers profile will enable to build up two new routing applications: a routing with low stress to the driver, the Relaxed Route, and a routing with the potential of training the driver, the Active Route. Traffic infrastructure combinations with a slightly higher, individual hazard potential can be avoided, or if needed be trained. Only the new routing option Relaxed Route is developed using the heart rate as the basic physiological indicator. The described concept of an individualized route planning was implemented in a route planer and tested. GIS applications, visual evaluation of driving data, as well as various data processing and filtering algorithms were part of the basic methods. It was demonstrated that the Relaxed Route leads significantly to less drivers strain compared to the Fastest Route. A workload-optimized route planning can increase the personal and the general road safety. The developed method generating drivers’ profiles could be used to identify infrastructure with a general potential of higher workload to the driver to extend the alignment guidelines

Context-Aware Mobile Crowd Sensing using Mobile Hybrid Application Frameworks

Mobile Endgeräte sind heutzutage allgegenwärtig und werden in vielen Bereichen des alltäglichen Lebens eingesetzt. Als mobile Begleiter ermöglichen Smartphones den Einsatz mobiler Applikationen zu jeder Tageszeit und in einer Vielzahl von Situationen. Die Nutzung einer mobilen Applikation erfolgt heutzutage meist durch eine explizite Interaktion des Nutzers. Im Gegensatz dazu können sich kontextsensitive Anwendungen adaptiv verhalten und ermöglichen eine implizite Interaktion. Auch im Bereich des Mobile- Crowdsourcings gewinnen kontextbewusste Applikationen an Bedeutung. Datensätze können mit Kontextinformationen angereichert werden und die Datenerfassung kann kontextsensitiv erfolgen. Die Entwicklung solcher Applikationen kann auf unterschiedliche Art und Weise durchgeführt werden. Im Vergleich zur nativen Applikationsentwicklung kann die Entwicklung mobiler Webanwendungen oder hybrider Applikationen plattformunabhängig erfolgen. Cross-Platform-Ansätze vereinen die Vorteile von nativer und hybrider Applikationsentwicklung. Dabei ermöglichen Frameworks wie NativeScript den direkten Zugriff auf native Schnittstellen. Für diese Ansätze stehen jedoch keine allgemeinen Werkzeuge zur Verfügung, um Anwendungen kontextsensitiv zu implementieren. Um die Cross-Platform-Entwicklung kontextsensitiver Applikationen zu vereinfachen, wurde ein Framework für NativeScript-Applikationen entwickelt. Das Framework stellt Komponenten zur Verfügung, welche die plattformunabhängige Entwicklung kontextsensitiver Applikationen unterstützen. Auf Basis einer logikbasierten Kontextrepräsentation und eines regelbasierten Schlussfolgerungsmechanismus können Applikationsentwickler Kontextereignisse definieren. Diese werden automatisch evaluiert und dabei ausgelöst, falls die entsprechenden Kontextbedingungen erfüllt sind. Die Datenerfassung und Bereitstellung von Kontextinformationen erfolgt dabei modularisiert. Es wurden vier beispielhafte Module entwickelt, um den Ort, die Herzfrequenz des Nutzers, ausgeübte Aktivitäten und die Umgebungslautstärke als Kontextinformationen bereitzustellen. Zudem wurde ein NativeScript-Modul entwickelt, das verschiedene Arten der Hintergrundausführung plattformunabhängig abstrahiert

Das CampusGIS der Universität zu Köln - webgestützte Geodatendienste für raumbezogene Anwendungen

Das CampusGIS der Universität zu Köln kann als Pilotprojekt für raumbezogene Anwendungen im universitären Umfeld verstanden werden. Es ist ein webgestütztes Geographisches Informationssystem (GIS), das die Online-Suche nach Personen, Gebäuden und Einrichtungen ermöglicht und die Abfrageergebnisse um raumbezogene Informationen erweitert. Mittels Geodatendiensten verbessert es die Orientierung auf dem Universitätsgelände. Neben Standard-GIS-Anwendungen wie der Attributabfrage und sowohl inhaltlicher als auch räumlicher Selektion bietet das CampusGIS Routenberechnungen für Fußgänger und Gehbehinderte. In Kombination mit Ortsbestimmungsmethoden kann das CampusGIS-Mobil ortsbezogene Dienste, location-based services (LBS), bereitstellen. Für das CampusGIS ist dies, insbesondere in Hinblick auf die steigende Mobilität unserer Gesellschaft und der Affinität der jüngeren Generation für mobile Endgeräte unverzichtbar. Als ortsbezogenes Dienstleistungsinstrument stellt das CampusGIS außerdem technische Gebäudepläne bereit. Die Anwendung CampusGIS-3D visualisiert die Universitätsgebäude dreidimensional. Das Modul CampusRundgänge präsentiert virtuelle Rundgänge. Sie zeigen an jeweils etwa sieben bis zehn Standorten Hintergrundinformationen zu verschiedenen Themen über die Universität zu Köln. Um die zahlreichen raumbezogenen Anwendungen anbieten zu können, wurden campusrelevante Geodaten erfasst. Sie ergänzen die amtlichen Geobasisdaten. Zusammen werden sie in einer Geodatenbank verwaltet und gepflegt. Seitens der Universitätsverwaltung werden alphanumerische Daten über Personen, Gebäude und Einrichtungen in relationalen Datenbanken vorgehalten. Das CampusGIS verknüpft diese Daten mit den Geodaten. Das System ist modular konzipiert, um die bestehenden Anwendungen jederzeit erweitern zu können. Die vorliegende Arbeit beschreibt die Konzeption und Entwicklung des CampusGIS. Diese Dokumentation ist eingebettet in den wissenschaftlichen Kontext webgestützter Geographischer Informationssysteme. Nach einer Einführung werden die Grundlagen von GIS, Internet und des daraus entstehenden WebGIS aufgezeigt. Darauf aufbauend werden die mithilfe von WebGIS angebotenen raumbezogenen Dienste betrachtet. Schwerpunkte sind dabei die Einsatzmöglichkeiten raumbezogener Anwendungen im universitären Umfeld. Es folgen Informationen zur Erfassung, Speicherung und Verwaltung von campusrelevanten Geodaten. Anschließend werden die analytischen Methoden und mathematischen Algorithmen diskutiert, die zur Beantwortung der raumbezogenen Fragestellungen herangezogen werden. Außerdem wird aufgezeigt, wie die Ergebnisse visualisiert und webgestützt präsentiert werden. Nach der detaillierten Darstellung der CampusGIS-Entwicklung wird das System mit ähnlichen WebGIS anderer Universitäten verglichen und die inhaltlichen sowie methodischen Ansätze diskutiert. Abschließend erfolgt eine Bewertung des CampusGIS auf Grundlage der Diskussion

Superimposed radio signals in wireless sensor networks

Drahtlose Sensornetzwerke sind Netzwerke, die aus einer Vielzahl von Kleinstrechnern aufgebaut werden. Diese Kleinstrechner sind typischerweise sehr ressourcenarm und leistungsschwach. Sie tragen eine Funkkommunikationseinheit mit der sie zu anderen Kleinstrechnern (sog. Funkknoten) Nachrichten austauschen können. Diese Nachrichten können auch stückweise von Knoten zu Knoten über weite Distanzen weitergeleitet werden. In einem solchen Fall spricht man von Multi-hop Kommunikation. Funkknoten können durch bestimmte Mechanismen Nachrichten automatisch weiterleiten und Nachrichtenwege selbständig im Netzwerk etablieren. Ein Systemaufbau von vielen leistungsschwachen Knoten legt es nahe, auf möglichst vielen Ebenen der Systemarchitektur kooperative Mechanismen zu nutzen. Überlagerte Funksignale sind ein solcher Kooperationsmechanismus. Sie treten immer dann auf, wenn mehrere Quellen zugleich auf der gleichen Frequenz Signale aussenden. Die vorliegende Arbeit stellt das Konzept der überlagerten Funksignale dar und zeigt eine Reihe von Nutzungsmöglichkeiten in drahtlosen Sensornetzen. Die Randbedingungen sind hier stets eine sehr leistungsschwache Hardware. Unter diesen Voraussetzungen werden mit Hilfe der neuen Modelle grundsätzliche Probleme in drahtlosen Sensornetzwerken wie Zeitsynchronisation, Zuverlässigkeit, Kanalnutzung und Datenfusion, gelöst. Die Basis bildet das neue Modulationsverfahren (ESK, energy shift keying), welches überlagerte Funksignale für Gruppen von Funkknoten ermöglicht. Dieses Übertragungsverfahren ist speziell für sehr einfach aufgebaute Hardware geeignet und basiert auf reiner Energiedetektion. In vielen Implementierungen und Studien wird der praktische Nutzen von überlagerten Funksignalen gezeigt. Die Anwendungen reichen von Ultraschall-Lokationssystemen über Warenerkennung im Supermarkt bis hin zu Echtzeit-Zugriffsmechansimen für verteilte Funksysteme.Wireless sensor networks consist of a number of embedded computers. These embedded computers are typically very weak in energy and computing power but carry a wireless communication unit to exchange packet messages with other embedded computer (called nodes). The messages can be transported from one to another node building multi-hop communication. Nodes are capable of automatically forwarding messages and establishing routes for messages through the network. Such systems of a number of weak nodes can greatly benefit of cooperative mechanisms. Superimposed radio signals are such a cooperative mechanisms. They occur whenever two or more nodes emit radio signals at the same time and in the same frequency band. This work presents a new concept for superimposed radio signals and shows various use-cases in wireless sensor network. The constraints are the weak hardware with limited computing and energy resources. New models are derived and presented that can solve principal problem in wireless sensor networks such as time synchronization, channel usage, reliability and data fusion. Basis for all contributions is the new modulation scheme for superimposed radio signals call ESK (energy shift keying). ESK is a multi-stage modulation based on energy detection in the receiver, enabling superimposed radio signals for a group of sensor nodes. Various Implementations and studies are presented that illustrate the practical use of superimposed radio signals. The applications range from ultrasound location systems over item handing in a retail store to real-time access protocols in wireless distributed systems

Ubiquitous Navigation

Ortsbezogene Dienste (Location-based Services, LBS) sind in den letzten Jahren durch die weite Verfügbarkeit von GPS zu einem Massenphänomen gewachsen. Insbesondere für die Steuerung von mobilen Endgeräten wird mehr und mehr Kontextinformation hinzugenommen, da sowohl die Bedienbarkeit als auch die Informationsdichte auf den kleinen Smartphones im Kontrast zur Informationsfülle des Internets stehen. Daher werden vielfach Dienste nicht mehr allein auf der Nutzereingabe basierend erbracht (reaktiv), sondern bieten dem Nutzer relevante Informationen vollautomatisch und kontextabhängig (proaktiv) an. Durch die proaktive Diensterbringung und ortsbezogene Personalisierung wird die Benutzbarkeit der Dienste verbessert. Leider kann man derzeit solche Dienste nur außerhalb von Gebäuden anbieten, da zum Einen kein einheitliches und günstiges Positionierungssystem verfügbar ist, und zum Anderen die notwendigen Kartendaten nicht vorliegen. Vor allem bei den Kartendaten fehlt es an einfachen Standards und Tools, die es dem Eigentümer eines Gebäudes ermöglichen, qualitativ hochwertige Kartendaten zur Verfügung zu stellen. In der vorliegenden Dissertation werden einige notwendige Schritte zur Ermöglichung ubiquitärer und skalierbarer Indoornavigation vorgestellt. Hierbei werden die Themenfelder Positionierung, Modellierung und Kartographie, sowie Navigation und Wegfindung in einen umfassenden Zusammenhang gestellt, um so eine tragfähige, einfache und skalierbare Navigation zu ermöglichen. Zunächst werden einige Verbesserungen an Terminal-basierten WLAN-Indoorpositionierungssystemen vorgeschlagen und diskutiert, die teils auf der Verwendung neuer Sensorik aktueller Smartphones basieren, und teils auf der Verwendung besonders kompakter Umgebungsmodelle auf mobilen Endgeräten. Insbesondere werden Verfahren vorgeschlagen und evaluiert, mit denen sich aus typischen CAD-Daten mit geringem Bearbeitungsaufwand die notwendigen Zusatzinformationen für eine flächendeckende Indoornavigation modellieren lassen. Darüber hinaus werden Methoden untersucht, die diese semantischen Erweiterungen teil- bzw. vollautomatisch aus Zeichnungen extrahieren können. Ausgehend von dem Ziel, flächendeckende Navigation basierend auf CAD-Daten zu ermöglichen, stößt man auf das Problem, eine Menge an interessanten Punkten so zu ordnen, dass der Reiseweg kurz ist.Dieses Problem ist mit dem NP-vollständigen Travelling-Salesman-Problem verwandt. Allerdings ist die geometrische Situation in Gebäuden derart komplex, dass sich die meisten derzeit bekannten heuristischen Lösungsalgorithmen für das Travelling-Salesman-Problem nicht ohne Weiteres auf die Situation im Inneren von Gebäuden übertragen lassen. Für dieses Problem wird ein heuristischer Algorithmus angegeben, der in linearer Laufzeit kleinere Instanzen des Problems mit akzeptablen Fehlern lösen kann. Diese Verfahren wurden im Rahmen eines Projekts mit dem Flughafen München erarbeitet und umgesetzt. In diesem Projekt sollten die ungelösten Probleme einer bereits existierenden kleinflächigen Demonstrator-Implementierung eines Fluggastinformationssystems gelöst werden. Auf diesen Algorithmen und Verfahren basiert die Navigationskomponente des Fluggastinformationssystems InfoGate, das die flächendeckende Navigation in den Terminals des Flughafen München mit verteilten Anzeigesystemen ermöglicht und seit dem 6. Juni 2011 im Produktivbetrieb ist. So konnten die Verfahren dieser Arbeit in einer real existierenden, komplexen Umgebung evaluiert werden

Multimodale Annotation geographischer Daten zur personalisierten Fußgängernavigation

Mobilitätseingeschränkte Fußgänger, wie etwa Rollstuhlfahrer, blinde und sehbehinderte Menschen oder Senioren, stellen besondere Anforderungen an die Berechnung geeigneter Routen. Die kürzeste Route ist nicht immer die am besten geeignete. In dieser Arbeit wird das Verfahren der multimodalen Annotation entwickelt, welches die Erweiterung der geographischen Basisdaten durch die Benutzer selbst erlaubt. Auf Basis der durch das Verfahren gewonnenen Daten werden Konzepte zu personalisierten Routenberechnung auf Grundlage der individuellen Anforderungen der Benutzer entwickelt. Das beschriebene Verfahren wurde erfolgreich mit insgesamt 35 Benutzern evaluiert und bildet somit die Grundlage für weiterführende Arbeiten in diesem Bereich.Mobility impaired pedestrians such as wheelchair users, blind and visually impaired, or elderly people impose specific requirements upon the calculation of appropriate routes. The shortest path might not be the best. Within this thesis, the concept of multimodal annotation is developed. The concept allows for extension of the geographical base data by users. Further concepts are developed allowing for the application of the acquired data for the calculation of personalized routes based on the requirements of the individual user. The concept of multimodal annotation was successfully evaluated incorporating 35 users and may be used as the base for further research in the area

Navigieren

Prof. Dr. Jens Schröter, Christoph Borbach, Max Kanderske und Prof. Dr. Benjamin Beil sind Herausgeber der Reihe. Die Herausgeber*innen der einzelnen Hefte sind renommierte Wissenschaftler*innen aus dem In- und Ausland.Navigieren ist längst kein Unikum professionalisierter Seefahrer:innen mehr, sondern als Smartphone- und Browser-Praktik fester Bestandteil des vernetzten digitalen Alltags. Da Wegfindungen durch On- und Offline-Räume navigationsspezifische Formen von Medienkompetenz voraussetzen und hervorbringen, fordern sie die Intensivierung der medienkulturwissenschaftlichen Beschäftigung mit den situierten und technisierten Medienpraktiken der Navigation geradezu heraus. Die Ausgabe nimmt diesen Befund zum Anlass, polyperspektivische Zugänge zum »Navigieren« vorzustellen. Die körper-, kultur- und medientechnischen Facetten des Navigierens stehen dabei ebenso im Fokus wie ihre historischen Ausgestaltungen, die Arbeit am und im Datenmaterial von Navigationsmedien und die Theoretisierung postdigitaler Sensor-Medien-Kulturen, die dem Umstand Rechnung trägt, dass es nicht allein Daten, Dinge und Körper sind, die es zu navigieren gilt, sondern zunehmend nicht-menschliche Akteure selbst zielgerichtete Raumdurchquerungen praktizieren. Fehlte es in der (deutschsprachigen) Medienkulturwissenschaft bislang an einer Bündelung heterogener navigationsspezifischer Forschungsarbeiten, gibt diese Ausgabe einen Überblick über das Feld, seine Forscher:innen und Fragestellungen. Denn trotz des Spatial Turns in den Humanities und der gegenwärtigen Konjunktur geomedialer Arbeiten, scheint die synthetisierende Fokussierung auf Medien und Praktiken des Navigierens in historischer, ethnografischer, technischer und theoretischer Perspektive bislang ein Desiderat darzustellen.Navigation is no longer unique to the context of professional seafaring, but has become an integral part of networked digital everyday life enabled through smartphones and web browsers. Indeed, finding one’s way through online and offline spaces increasingly presupposes and produces specific forms of media competence one could call »navigational«. In this, a ›media cultural studies‹ perspective on the situated and ›technologized‹ media practices of navigation becomes imperative to understanding the contemporary media landscape. Issue 1/22 of Navigationen answers this call by presenting polyperspectival approaches to »navigating«. The contributions discuss the bodily, cultural, and media-technical facets of navigation, as well as its historical forms, the work on and in the data produced by and with navigational media, and the theorization of post-digital ›sensor media cultures‹. In doing so, the issue acknowledges that not only do data, things, and bodies need to be ›navigated‹ in the context of logistics, but that the increasingly autonomous wayfinding processes of non-human actors change the notion of navigation itself. As (German language) media cultural studies has so far lacked a convincing compilation of heterogeneous approaches to studying navigation, this issue provides an overview of the field, its researchers and questions. Despite the spatial turn in the humanities and a recent surge in geomedia studies, an approach towards the media and practices of navigation that combines historical, ethnographic, technical and theoretical perspectives, has remained a desideratum until now. The issue fills this gap