Datengetriebene Optimierung präferenzadaptiver Fußwegrouten durch Gebäudekomplexe

Auch wer sein Ziel kennt, dem mag es schwer fallen, es zu erreichen, insbesondere in Gebäudekomplexen, wie Universitäten, Krankenhäuser oder Flughäfen, in denen man schnell die Übersicht verliert. Trotz des resultierenden Bedarfs sind Fußgängernavigationssysteme durch Innenbereiche kaum verbreitet. Im Gegensatz zu Außenbereichen ist geeignetes Kartenmaterial nicht flächendeckend verfügbar und auch die Positionsbestimmung stellt eine Herausforderung dar, der sich aktuell zahlreiche Forschungsarbeiten widmen. Eine Fragestellung, die sich in diesem jungen Forschungsfeld der Planung von Fußwegrouten stellt, ist, wie generierte Pfade aufgebaut sein sollten, um die Bedürfnisse verschiedener Personen oder Personengruppen zu erfüllen. Einschlägige Arbeiten befassen sich meist mit den Auswirkungen weniger, separat betrachteter Kriterien. So existieren beispielsweise Bestrebungen, szenisch reizvolle oder alternativ möglichst einprägsame Routen zu generieren. Was dabei, wie im Übrigen auch bei der Fahrzeugnavigation, häufig noch außer Acht gelassen wird, ist, das Zusammenspiel verschiedener, teils gegenseitig abhängiger Pfadeigenschaften zu optimieren. Ziel dieser Arbeit ist es deshalb, ein Verfahren aufzuzeigen, das verschiedene operationalisierte Kriterien in Bezug zueinander setzt, indem deren optimaler anteiliger Einfluss auf die Routenberechnung quantifiziert wird. Die datengetriebene Optimierung erfolgt dabei hinsichtlich eines Ähnlichkeitsmaßes zwischen Routen des Systems und eines Referenzstandards aus von Nutzern präferierten Pfaden. Die Umsetzung dieses Vorhabens bedingt verschiedener Vorarbeiten. So wird zunächst ein formales Modell erarbeitet, das geeignet ist, aus Innen- und Außenbereichen bestehende Areale abzubilden, sodass Routen darin automatisiert geplant werden können. Unter Bezugnahme einschlägiger Arbeiten werden Begrifflichkeiten wie präferenzbasierte Pfadplanung oder Ähnlichkeit zu Nutzerrouten für den Kontext dieser Arbeit definiert. Die Umgebung der Universität Regensburg wird anhand des spezifizierten Modells abgebildet, als Grundlage der Optimierung wird dort ein Referenzstandard, bestehend aus von Personen favorisierten Routen, erhoben. Mittels einer CMA-Evolutionsstrategie werden dann beispielhaft einige leicht zu ermittelnde Pfadeigenschaften optimiert, sodass sich ein Maximum der Ähnlichkeitsfunktion ergibt. Abschließend wird die resultierende Pfadplanung evaluiert, indem gezeigt wird, dass generierte Routen hinsichtlich des definierten Maßes ähnlicher zu Nutzerrouten sind als kürzeste Routen

Nutzerzentrierte Indoor-Positionierung für smartphonegestützte Fußgängernavigation

Zuverlässige Positionsbestimmung ist eine wichtige Voraussetzung für Navigationssysteme, um am richtigen Ort und zur richtigen Zeit Assistenz leisten zu können. Im Gegensatz zu satellitengestützter Positionierung in Außenbereichen existiert innerhalb von Gebäuden keine ähnlich ubiquitär verfügbare Technologie. Diese Arbeit handelt von der Entwicklung eines Indoor-Positionierungssystems für smartphonebasierte Fußgängernavigation, mit speziellem Fokus auf der Berücksichtigung von realem Nutzerverhalten. Aufbauend auf dem Stand der Technik wird zunächst ein Basis-Positionierungssystem entwickelt, welches mithilfe eines Partikelfilters die Benutzerposition innerhalb eines graphbasierten Umgebungsmodells bestimmt. In zwei Vorstudien erfolgt anschließend unter kontrollierten Bedingungen die Evaluation der grundlegenden Funktionalität sowie mehrerer Erweiterungen zur Anpassung an Benutzereigenschaften. Parallel dazu werden mithilfe der Campus-Navigations-App URwalking Nutzungsdaten erhoben, um das für die Positionsbestimmung relevante Navigationsverhalten der BenutzerInnen unter realistischen Bedingungen zu untersuchen. Die Merkmale der abgerufenen Routen erlauben Rückschlüsse auf die während der Navigation zu erwartenden Benutzeraktivitäten. Eine Studie an einer heuristisch gefilterten Untermenge des Datensatzes (N = 351) gibt unter anderem Aufschluss über vorherrschende Gerätepositionen sowie über Pausen und Unterbrechungen im Navigationsvorgang. Basierend auf diesen Erkenntnissen wird ein Datensatz erhoben, welcher Sensordaten für eine Vielzahl von navigationsrelevanten Aktivitäten und Gerätepositionen enthält. Dieser wiederum dient als Grundlage für das Training von Deep-Learning-Modellen zur Aktivitätserkennung. Nach Integration der Aktivitätserkennungskomponente in das Basissystem wird die Positionierungsgenauigkeit während eines Navigationstasks auf einer für den realen Betrieb repräsentativen Route in einer abschließenden Studie (N = 69) untersucht. Durch geschickte Nutzung der Aktivitätsinformationen und gezielte Berücksichtigung menschlichen Verhaltens während der Navigation bleibt die Positionsverfolgung hier auch ohne externe Infrastruktur längerfristig stabil

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

Ad-Hoc Personenlokalisierung in Drahtlosen Sensornetzwerken

In der Arbeit wird ein neues Konzept zur ad-hoc Personenlokalisierung entwickelt und untersucht. Ansätze aus dem Bereich der Lokalisierung in selbstkonfigurierenden, drahtlosen Sensornetzwerken sowie aus dem Bereich der inertialsensorbasierten Personennavigation werden verwendet und zu einem hybriden Lokalisierungsansatz kombiniert. Eine umfangreiche, experimentelle Studie wird durchgeführt. Im Ergebnis wird ein Ansatz aufgezeigt, wie sich Personen in ad-hoc Szenarien lokalisieren lassen

Alternative Routen in komplexen Umgebungen

Durch die immense Verbreitung kostengünstiger GPS-Empfänger, eingebaut in mobile Endgeräte, wurde in den letzten Jahren eine beeindruckend starke Nutzung von ortsbezogenen Anwendungen und Diensten erreicht. Ein beliebter Anwendungsfall ist die Navigation im Straßenverkehr zusammen mit der Präsentation von alternativen Routen, die dem Anwender eine Auswahl nach eigenen Präferenzen oder Erfahrungen ermöglicht. Die Wegefindung in komplexen Umgebungen unterscheidet sich von der in Straßennetzen hauptsächlich durch die Tatsache, dass sich ein Anwender nahezu in alle Richtungen bewegen kann. Beispiele hierfür sind Fußgänger in Flughäfen, Krankenhäusern, Messehallen oder Parks, mobile Roboter in Industrieanlagen oder Lagerhallen, sowie Nicht-Spieler-Charaktere in Computerspielen. Auch in diesen Szenarien ist das Vorhalten von alternativen Routen sinnvoll, um beispielsweise eine personalisierte Navigation zu ermöglichen, proaktiv Stau zu vermeiden oder taktische Bewegungen durchzuführen. In der vorliegenden Arbeit werden Ansätze und Verfahren vorgestellt, die das Thema der alternativen Routen in komplexen Umgebungen auf unterschiedlichen thematischen Ebenen behandelt. Darunter fallen die Berechnung alternativer Routen in Freiflächen, der Vergleich geospatialer Trajektorien, sowie die Identifizierung von Strukturen in Gebäuden. Im ersten Teil der Arbeit werden alternative Routen in komplexen Umgebungen mittels des topologischen Konzepts der Homotopie definiert, sodass zwei Routen als Alternativen zueinander angesehen werden, wenn sie Hindernisse unterschiedlich umlaufen. Hierzu wird eine effiziente Annäherung des Tests auf Homotopie vorgestellt und es werden zwei Algorithmen zum Berechnen solcher Routen implementiert. Anschließend findet eine strukturierte Darstellung bestehender Qualitätsmetriken für alternative Routen und Alternativgraphen in Straßennetzen statt, woraufhin die Übertragbarkeit dieser Ansätze auf komplexe Umgebungen diskutiert wird. Im zweiten Teil der Arbeit werden Ansätze zum direkten Vergleich von Routen vorgestellt. Einerseits wird ein Scoring von Routen basierend auf der Annahme vorgeschlagen, dass Routen, die oft auf einem kürzesten Pfad liegen, auch oft durchlaufen werden. Andererseits wird ein System vorgestellt, das die Berechnung archetypischer Routen ermöglicht, indem es aus einer Menge von Routen die extremsten Exemplare extrahiert. Korrespondierend dazu wird die archetypische Distanz definiert, mit der Routen nicht nur geometrisch, sondern in einem mehrdimensionalen Merkmalsraum verglichen werden können. Schließlich wird im dritten Teil der Arbeit die quantitative Analyse der visuellen Wahrnehmung von Raum in den Kontext alternativer Routen integriert. Basierend auf der Idee sogenannter Isovisten wird die lokale Umgebung eines Anwenders angenähert, um somit alternative Routen zu berechnen, diese zu annotieren, und schließlich Strukturen in Gebäuden zu ermitteln. Zusammengefasst können die Beiträge der vorliegenden Arbeit in ihrer Gesamtheit als ein Werkzeugkasten verstanden werden, der von weiteren ortsbezogenen Anwendungen und Diensten verwendet werden kann.Due to the immense dissemination of low-cost GPS receivers built into mobile devices, an impressive use of location-based services has been achieved in recent years. A popular application is navigation in road networks in conjunction with the presentation of alternative routes that allows users a choice according to their own preferences or experiences. Route finding in complex environments differs from that in road networks mainly due to the fact that a user can move almost in all directions. Examples include pedestrians in airports, hospitals, exhibition halls, or parks, mobile robots in industrial facilities or warehouses, as well as non-player characters in computer games. In these scenarios the provision of alternative routes is useful, too, for example, to enable personalized navigation, to avoid jams proactively, or to carry out tactical movements. This thesis presents approaches which deal with the topic of alternative routes in complex environments at different thematic levels. This includes the calculation of alternative routes in open space, the comparison of geospatial trajectories, and the identification of structures in buildings. First, alternative routes in complex environments are defined using the topological concept of homotopy, so that two routes can be considered alternative if they pass obstacles differently. For this purpose an efficient approximation of the homotopy test is presented together with the implementation of two algorithms for the calculation of such routes. Subsequently a structured presentation of existing quality metrics for alternative routes and alternative graphs in road networks takes place, whereupon the transferability of these approaches into complex environments is discussed. Second, approaches for the direct comparison of routes are presented. On the one hand, a scoring of routes is suggested based on the assumption that routes, which often lie on a shortest paths, are also often traversed. On the other hand, a system is presented that allows the calculation of archetypal routes by extracting the most extreme instances from a set of routes. Corresponding to this, the archetypal distance is defined, with which routes can be compared not only geometrically but in a multi-dimensional feature space. Third, the quantitative analysis of the visual perception of space is incorporated into the context of alternative routes. Based on the idea of so-called Isovists, a user's local environment is approximated in order to calculate alternative routes, to annotate them, and to determine structures in buildings. In summary, the contributions of this thesis can be understood in their entirety as a toolbox which can be used by other location-based services

Virtual enterprises, communities & social networks. Workshop GeNeMe \u2710, Gemeinschaften in Neuen Medien. TU Dresden, 07./08.10.2010

Die Tagungsreihe „GeNeMe - Gemeinschaften in Neuen Medien“ findet in diesem Jahr zum dreizehnten Mal mit einer Vielzahl interessanter Beiträge aus folgenden Themengebieten statt: Konzepte, Technologien und Methoden für Virtuelle Gemeinschaften (VG) und Virtuelle Organisationen (VO); Soziale Gemeinschaften in Neuen Medien; Wirtschaftliche Aspekte VG und VO; Wissensmanagement und Innovationsstrategien in VG, virtuelles Lehren und Lernen; Anwendungen und Praxisberichte zu VG und VO. (DIPF/Orig.

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

Chancen und Perspektiven behinderungskompensierender Technologien am Arbeitsplatz. Endbericht zum TA-Projekt

Mit technischen Entwicklungen verbindet sich für Menschen mit Behinderung oft auch die Hoffnung auf eine bessere gesellschaftliche Teilhabe und Integration ins Arbeitsleben. Dieses Technikpotenzial kann umso stärker Wirkung entfalten, je mehr die Bedingungen, normativen Grundlagen und wechselseitigen Verknüpfungen des Arbeitsplatzes mit der umfassenden Ermittlung der jeweiligen individuellen Konditionen sowie den notwendigen Maßnahmen der zuständigen sozialen Institutionen abgestimmt werden. Aus einer solchen Perspektive beschreibt dieses Buch erstmals umfassend, wie mithilfe von neuen Technologien persönliche Fähigkeiten möglichst gut entfaltet und Behinderungen weitgehend vermieden oder kompensiert werden können. Thematisiert wird auch, wie Umweltbedingungen durch den Einsatz von Technologien so gestaltet werden können, dass sie für Menschen mit funktionalen Einschränkungen möglichst niedrige Barrieren für die Lebensführung und soziale Teilhabe darstellen. Die Autoren beschreiben die Zielgruppe dieser behinderungskompensierenden Technologien, analysieren die politischen, rechtlichen und sozioökonomischen Rahmenbedingungen für deren Einsatz am Arbeitsplatz und skizzieren die Potenziale und Trends innovativer bzw. zukünftiger Technologien. INHALT ZUSAMMENFASSUNG 5 I. EINLEITUNG 19 1. Thematischer Hintergrund 20 1.1 Definitionen 21 1.2 Assistive Technologie und universelles Design 25 1.3 Inklusion und Exklusion 29 2. Anliegen und Struktur des Berichts 31 3. Gutachter und Danksagung 34 II. BEHINDERUNGSKOMPENSIERENDE TECHNOLOGIEN UND IHRE ANWENDUNGSFELDER 37 1. BkT – allgemeine Einordnung 37 1.1 Personenbezogene assistive bkT 38 1.2 Allgemeine bkT 38 1.3 Verhältnis personenbezogener und allgemeiner bkT 39 1.4 Individuelle Anpassung der Arbeits- und Lebensumgebung 40 1.5 Persönliche Unterstützung 40 2. BkT bei Schädigung des Bewegungsapparates 41 2.1 Fallbeispiel Querschnittslähmung 42 2.2 Fallbeispiel Multiple Sklerose 45 2.3 Personenbezogene bkT 50 2.4 Barrierefreier öffentlicher Personenverkehr 59 3. BkT bei Sehschädigung 63 3.1 Fallbeispiel Blindheit 63 3.2 Fallbeispiel Sehbehinderung 66 3.3 Personenbezogene bkT 69 3.4 Allgemeine bkT 76 3.5 Individuelle Anpassung oder Unterstützung 84 4. BkT bei Hörschädigung 85 4.1 Fallbeispiel Schwerhörigkeit 85 4.2 Fallbeispiel Gehörlosigkeit 89 4.3 Personenbezogene bkT 92 4.4 Allgemeine bkT 97 4.5 Individuelle Anpassung oder Unterstützung 102 III. INNOVATIONEN UND POTENZIALE BEI BKT 107 1. Neue bkT bei Information und Kommunikation 107 1.1 Mensch-Maschine-Interaktion 108 1.2 Ubiquitous Computing 113 1.3 Kognitive Hilfen 116 2. Neue bkT im Bereich Mobilität und Motorik 117 2.1 Hilfen zur Handhabung von Objekten in der Umwelt 118 2.2 BkT zur unterstützten Mobilität 124 3. Forschung und Entwicklung 127 3.1 Forschung in Deutschland 128 3.2 Europäische Forschungsaktivitäten 130 3.3 Außereuropäische Forschungsaktivitäten 134 3.4 Internationale Organisationen und Gesellschaften 135 IV. GESETZLICHE RAHMEN- UND UMSETZUNGSBEDINGUNGEN FÜR BKT AM ARBEITSPLATZ 137 1. Internationale Vereinbarungen und nationaler Gesetzgebungsrahmen 138 1.1 Aktivitäten der UNO und WHO 138 1.2 Europarechtlicher Rahmen 140 1.3 Transformation in das deutsche Rechtssystem 146 2. Sozialgesetzgebung in Deutschland: Individuelle Leistungsansprüche auf bkT 148 2.1 Sozialgesetzbuch IX – Rehabilitation und Teilhabe behinderter Menschen 149 2.2 SGB V – Gesetzliche Krankenversicherung 157 2.3 SGB VI – Gesetzliche Rentenversicherung 160 2.4 SGB VII – Gesetzliche Unfallversicherung 161 2.5 SGB II, SGB III – Bundesagentur für Arbeit 163 2.6 Gemeinsame Empfehlungen der Rehabilitationsträger 165 2.7 Präventiver Einsatz von bkT im Sozialrecht 167 2.8 Wirkungen der Sozialgesetze in der Anwendung 170 3. Arbeitsschutzrecht: barrierefreies Arbeitsumfeld und präventiver Einsatz von bkT 175 4. Behindertengleichstellungsgesetze: Umfeldgestaltung zum effektiven Einsatz von bkT 184 4.1 Bundesebene 184 4.2 Landesebene 186 4.3 Wirkungen 187 V. SOZIOÖKONOMISCHE ASPEKTE VON BKT 193 1. Die Arbeitnehmerseite – Menschen mit Behinderung als Nutzer von bkT am Arbeitsplatz 196 1.1 Quantifizierung der Bevölkerungsgruppe 197 1.2 Allgemeine Bildungssituation 203 1.3 Berufliche Ausbildungssituation 204 1.4 Erwerbssituation 212 2. Die Arbeitgeberseite – Strukturen und Aufgaben in Bezug auf Behinderung und den Einsatz von bkT 216 2.1 BkT-relevante betriebliche Organisations- und Verfahrensstrukturen 217 2.2 Beschäftigung von Menschen mit schwerer Behinderung 221 2.3 Nutzenerwägungen zum Einsatz von bkT 223 3. Öffentlich geförderte Unterstützung von Menschen mit Behinderung auf dem ersten Arbeitsmarkt 225 3.1 Ausgleichsabgabe und Ausgleichsfonds 225 3.2 Integrationsämter und ihre regelmäßige Förderung 229 3.3 Dienste und Einrichtungen Dritter 234 4. Der »Markt« für bkT 237 4.1 Angebotsstruktur 239 4.2. Nachfragestruktur 243 4.3 Europäischer Markt 246 4.4 Informationssysteme und Normen 248 VI. SCHLUSSFOLGERUNGEN UND AUSBLICK 253 1. Technik als Hilfsmittel und Struktur der Umwelt 253 2. Barrierefreie Umgebung und Arbeitswelt 254 3. Sozialstaatliche Verantwortung 257 4. Sozioökonomische Aspekte 259 5. Handlungsoptionen 264 LITERATUR 269 1. In Auftrag gegebene Gutachten 269 2. Weitere Literatur 269 ANHANG 279 1. Tabellenverzeichnis 279 2. Abbildungsverzeichnis 279 3. Abkürzungen 280 4. Informationssysteme 284 4.1 REHADAT 284 4.2 Weitere nationale Informationssysteme 285 4.3 Europäische Datenbank »EASTIN« 287 4.4 Weitere internationale Einzeldatenbanken 289 5. Normung 290 5.1 Organisationen 290 5.2 Einzelnormen 292 5.3 Normen zur barrierefreien Gestaltung 295 6. Zielvereinbarungen zur Barrierefreiheit 298 7. Ansprechpartner im Überblick 30