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    Konzeption und Realisierung eines Multiagentensystems zur Unterstützung von Entscheidungsträgern bei der Bewältigung von Erdbebenkatastrophen

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    Weltweit stellen Großschadensereignisse aufgrund von Naturkatastrophen Gesellschaften vor schwer zu bewältigende Probleme. Selbst in Industrienation, die landesweit über ausreichende Ressourcen verfügen, ist das Krisenmanagement in einer betroffenen Region oft eine Herausforderung, wie der Hurrikan Katrina 2005 in den USA oder das Oderhochwasser 1997 in Deutschland zeigten. Bei Erdbebenkatastrophen ist ein zeitnahes Krisenmanagement entscheidend für eine Minimierung der Schäden. Die Orte, die potenziell gefährdet sind, lassen sich meist gut eingrenzen. Es gibt allerdings aktuell keine Möglichkeit, Starkbeben mit einem entsprechenden Schadensumfang frühzeitig vorauszusehen. Die Optimierung der Koordination von Einsatzkräften hat das Potenzial, die Bewältigung solcher Großschadensereignisse deutlich zu verbessern. Aufbauend auf den Ergebnissen vorangegangener Forschung zum Management von Erdbebenkatastrophen am Institut für Technologie und Management im Baubetrieb wurde in der vorliegenden Arbeit ein Entscheidungsunterstützungssystem für die Mitarbeiter einer Einsatzleitstelle geschaffen. In einem theoretischen Teil werden mögliche Hilfestellungen untersucht und bewertet, deren praktischer Nutzen durch die Umsetzung in einem Programm, dem Disaster Management Tool (DMT), evaluiert wird. Ein Modell des Entscheidungsprozesses von Personen aus dem Zivilschutz dient als Anhaltspunkt für mögliche Hilfestellungen sowie deren Präsentation in der Benutzungsoberfläche des Systems. Die Entscheidungshilfen basieren auf der Auswertung einer Faktenbasis durch Algorithmen und Regeln, die in einer Wissensbasis abgelegt sind. Die Regeln beruhen auf Literaturrecherchen, aber insbesondere auf dem Expertenwissen von Zivilschutzmitarbeitern, welches in Befragungen erhoben wurde. Die im System genutzte Fakten- und Wissensbasis zeichnet sich vor allem durch ihre Fähigkeit zur Verarbeitung unscharfer Informationen aus. Die Implementierung der theoretischen Modelle zur Entscheidungsunterstützung im DMT basiert auf dem Konzept eines Multiagentensystems. Das System dient, aufgrund seiner auf Standards basierenden Plattform und der Nutzung offener Datenformate, auch als Machbarkeitsstudie für das Design einer flexiblen und interoperablen Systemarchitektur. Die gewonnenen Erkenntnisse beschränken sich dabei nicht auf das Katastrophenmanagement nach Starkbeben, sondern lassen sich auch auf Schadensereignisse aufgrund anderer Ursachen übertragen

    Suche und Relevanz in digitalen wissenschaftlichen Sammlungen - Eine Untersuchung zu Suchstrategien, Auswahlverhalten und Digital Literacy von Historiker*innen

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    Informationssuche und -bewertung sind ein wesentlicher Teil des wissenschaftlichen Arbeitens. Während bestimmte Systeme und Sammlungen, wie Suchmaschinen oder Bibliothekskataloge, von Wissenschaftler:innen verschiedener Disziplinen genutzt werden, spielen für Historiker:innen historische Quellen eine besondere Rolle. Schriftliche Quellen wie Manuskripte, Urkunden, Tagebücher oder Inschriften sind zunehmend und teils exklusiv in digitalen wissenschaftlichen Sammlungen online verfügbar. Ziel dieser Arbeit ist es, das Suchverhalten und die Ergebnisauswahl von Wissenschaftler:innen zu untersuchen. Die zentrale Fragestellung ist, wie Nutzer:innen von wissenschaftlichen Recherchesystemen im Zuge ihrer Suche zu relevanten Ergebnissen gelangen. Dabei wird die Informationssuche im Kontext der Fachdomäne, der spezifischen, auch längerfristigen, Informationsbedarfe und der digitalen Kompetenzen betrachtet. Neben der Gestaltung von Interface, Such- und Browsing-Funktionalitäten und visuellen Zugängen spielt auch das Ranking für einen effektiven Zugriff auf die Inhalte der Sammlungen eine Rolle. Ein Ranking nach Relevanz ist das zentrale Kriterium für die Ergebnissortierung im Web. Nicht nur in Web-Suchmaschinen, auch in Bibliothekskatalogen und anderen wissenschaftlichen Suchmaschinen findet Relevanzranking vielfach Anwendung. Oft geschieht dies jedoch ohne eine konkrete Definition dessen, was unter Relevanz verstanden wird und ohne Transparenz darüber, welche Parameter dabei systemseitig zum Einsatz kommen. Die digitale Veröffentlichung erleichtert nicht nur den Zugriff, sondern bedeutet für die bereitstellenden Institutionen auch die Verpflichtung, es den Nutzer:innen zu ermöglichen, auf die Inhalte effektiv und dauerhaft zugreifen zu können. Notwendig ist also die Gestaltung von Sammlungen, die sowohl Aspekte des wissenschaftlichen Arbeitsprozesses, der Quellenkritik und deren Wandel vor dem Hintergrund der digitalen Transformation als auch Bedarfe und Vorgehensweisen der Nutzer:innen berücksichtigt. Daher nähert sich die vorliegende Arbeit dem Thema von zwei Seiten an: einerseits anhand der Forschungsliteratur zu etablierten Modellen der Suche, des wissenschaftlichen Arbeitsprozesses, zu Studien und Evaluierungen von Informationssuche und Ergebnisauswahl und andererseits anhand einer empirischen Untersuchung der Informationssuche von Historiker:innen. Durch diesen Ansatz können Bewertung und Auswahl von Informationen und die digitale Quellenkritik sowohl in den theoretischen Grundlagen und im Forschungsstand verankert als auch anhand einer konkreten Gruppe von Nutzer:innen im Kontext von spezifischen Informationsbedürfnissen, Problemen und Vorgehensweisen betrachtet werden. Die vorliegende Untersuchung soll einen Beitrag zum Verständnis der digital gestützten Suche von Wissenschaftler:innen leisten, sie im wissenschaftlichen Arbeitsprozess verorten und zu einem besseren Verständnis der zugrunde liegenden Auswahlkriterien und so auch zu einer besseren Nutzbarkeit von wissenschaftlichen Sammlungen beitragen

    Smarte Sicherungslogik für das Stellwerk der nächsten Generation

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    Kapazitätssteigerungen, eine höhere Pünktlichkeit und eine Steigerung der Rollout-Geschwindigkeit von innovativen Technologien im Bereich der Leit- und Sicherungstechnik gehören zu den zentralen Herausforderungen, vor denen die Eisenbahn als Kernbaustein einer nachhaltigen Mobilität steht. Hierzu wird medial und auch in der Fachwelt der Einführung des Europäischen Zugbeeinflussungssystems ETCS eine wichtige Rolle zugesprochen. Erste Praxiserfahrungen zeigen jedoch, dass die isolierte Einführung von ETCS zur Erzielung der gewünschten positiven Effekte auf den Eisenbahnbetrieb nicht ausreichend ist. Stattdessen muss die Leit- und Sicherungstechnik im Systemverbund weiterentwickelt werden. Neben beispielsweise einer hinreichend genauen Ortung und einer leistungsfähigen Kommunikationstechnologie ist auch eine optimierte Sicherungslogik im Stellwerk, die optimal auf die Anforderung der zukünftigen Systemlandschaft abgestimmt ist, von zentraler Bedeutung. Die Sicherungslogik ist dabei für die sichere und effiziente Zuweisung von Infrastrukturressourcen an Zugfahrten verantwortlich und überwacht sicherheitskritische Zustandsänderungen auf Seiten der Eisenbahninfrastruktur. Im Rahmen dieser Doktorarbeit wurde ein Ansatz für eine solche „smarte“ Sicherungslogik unter der Bezeichnung „smartLogic“ von Grund auf (Grüne Wiese) systematisch entwickelt. Die smartLogic basiert dabei auf einem generischen und topologieunabhängigen Ansatz, der es unter anderem ermöglicht, Gleise in beliebiger Ausdehnung zu belegen und freizugeben, zusätzliche Sicherheitsanforderungen zur Laufzeit der Sicherungslogik in die Logik zu integrieren und auf Basis der zur Verfügung stehenden Informationen über die aktuelle Betriebssituation risikobasiert über die Zulassung von Zugfahrten zu entscheiden. Parallel zur Arbeit ist eine pretotypische Software-Implementierung der smartLogic im Eisenbahnbetriebsfeld Darmstadt entstanden. Erste Kapazitätsuntersuchungen unter deren Nutzung zeigen, dass signifikante Zeiteinsparungen durch die smartLogic erzielbar sind, die zu einer deutlichen Erhöhung der Kapazität oder der Pünktlichkeit, insbesondere in Knotenbereichen, beitragen können

    Kolloquien im Sommersemester 2021

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    Technologiebasierte Unterstützungsmaßnahmen in der akademischen Software Engineering-Ausbildung. Konzeption, Entwicklung und Evaluation einer lernerzentrierten Analyse- und Designumgebung

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    Die Fähigkeit der Modellbildung, das Modellieren stellt nicht nur eine zentrale, sondern auch eine sehr komplexe, Aufgabe für Software- Ingenieure dar. Durch die Tätigkeit des Abstrahierens wird ein Modell der realen Welt erstellt, das dabei helfen soll Probleme zu verstehen. Die Lehre zur Modellierung von Softwaresystemen nimmt für Studierende wie Lehrende daher eine herausfordernde Bedeutung ein. Diese Arbeit beschreibt einen Ansatz zur problembasierten Initiierung von Hilfsmitteln (sog. Scaffolds) zur Unterstützung Studierender bei der Modellierung mit der Unified Modeling Language (UML). Als Ausgangsbasis wurden Probleme Studierender bei der Modellierung von Softwaresystemen mit der UML erfasst und katalogisiert. Auf Basis der identifizierten Probleme wurden verschiedene Scaffolds abgeleitet und konzeptioniert. Dazu gehören sowohl Unterlagen und Tutorials als klassische Hilfsmittel wie auch technologiebasierte Ansätze, wie die Verwendung von Augmented Reality, Eye-Movement Modeling Examples und Hilfsmittel zur Identifikation von Use-Cases sowie Klassenkandidaten. Die verschiedenen Scaffolds wurden in eine Modellierungsumgebung prototypisch integriert und evaluiert. Die Evaluationen mit Studierenden sowie eine Expertenbegutachtung zeigen erfolgsversprechende Ergebnisse. Die Arbeit bestätigt, dass evidenzbasierte Scaffolds und deren Integration in den Lehreinsatz die praktische Hochschuldidaktik bereichern können

    Evaluation der Interaktion mit Softwarevisualisierungen

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    Die Interaktion mit Softwarevisualisierungen liefert im Zusammenspiel mit der Darstellung den entscheidenden Beitrag beim Erlangen von Verständnis über die zugrundeliegenden Softwaresysteme und den damit verbundenen Prozessen. Denn erst durch die zielgerichtete Manipulation der Darstellung kann der Nutzer die notwendigen Erkenntnisse zur Bearbeitung seiner Aufgaben erzielen. Die im Kontext dieser Interaktion stattfindende Perzeption und Kognition stellen allerdings hohe Anforderungen an den Nutzer. Entsprechend anspruchsvoll ist es, die Softwarevisualisierung so zu gestalten, dass der Nutzer sie trotz der hohen Anforderungen akzeptiert. Dies ist auch ein Grund für die geringe Verbreitung von Softwarevisualisierungen im praktischen Einsatz ist. Um dieses Ziel zu erreichen, bedarf es der Evaluation der Interaktion hinsichtlich der Nutzerakzeptanz, was als Forschungsthema in dieser Kombination bislang nur unzureichend bearbeitet wurde. Diese Arbeit liefert sowohl einen Beitrag zur Schließung dieser Forschungslücke als auch zur Schließung der Lücke zwischen wissenschaftlicher Erforschung und dem praktischen Einsatz von Softwarevisualisierungen. Mittels Literaturrecherche wird dazu ein wissenschaftliches Modell der Interaktion mit Softwarevisualisierungen abgeleitet, welches die Nutzerakzeptanz ins Zentrum der Betrachtung stellt. Darauf aufbauend wird ein Vorgehensmodell zur Evaluation der Nutzerakzeptanz vorgestellt, welches den aktuellen Stand der Forschung zur Evaluation von Softwarevisualisierungen berücksichtigt. Die im Rahmen der vorliegenden Arbeit durchgeführte Studienreihe demonstriert die Anwendung dieses Vorgehensmodells am Szenario der Abhängigkeitsanalyse der Strukturelemente eines Softwaresystems. Im Zentrum der Untersuchung stehen die Interaktionsmöglichkeiten zur Darstellung von Beziehungen und zur Navigation innerhalb der Darstellung, welche mittels prototypischer Implementierungen in einer flexibel erweiterbaren Benutzungsschnittstelle realisiert werden. In den vier Studien der Reihe werden sowohl qualitative als auch quantitative Methoden eingesetzt, um die Nutzerakzeptanz bei der Interaktion mit zwei- und dreidimensionalen Softwarevisualisierungen zu evaluieren, womit auch ein Beitrag zur Wissensbasis über den praktischen Einsatz von Softwarevisualisierungen erzeugt wird.:1 Einleitung 1.1 Motivation 1.2 Forschungslücke 1.3 Forschungsfrage und Ziele 1.4 Einordnung und Abgrenzung 1.5 Aufbau und Vorgehen 2 Softwarevisualisierung 2.1 Grundlagen 2.2 Eigenschaften 2.3 Visual Analytics 2.4 Einsatz in der Praxis 3 Darstellung 3.1 Grundlagen 3.2 Generative Softwarevisualisierung 3.3 Getaviz 3.4 Evaluation 4 Interaktion 4.1 Human-Computer-Interaction 4.2 Interaktion mit Visualisierungen 4.3 Interaktionstechniken 4.4 Navigation im 3D-Raum 4.5 Evaluation 5 Modell der Interaktion mit Softwarevisualisierungen 5.1 Wissenschaftliche Modelle und Theorien 5.2 Modell der Softwarevisualisierung 5.3 Herleitung 5.4 Interaktionskosten 5.5 Einordnung 6 Evaluationsansatz 6.1 Empirische Evaluation 6.2 Evaluation von Visualisierungen 6.3 Anforderungsanalyse 6.4 Herleitung 6.5 Vorgehensmodell 6.6 Einordnung 7 Planung der Studienreihe 7.1 Ziel 7.2 Darstellungsvarianten 7.3 Benutzungsschnittstellenvarianten 7.4 Aufgaben 7.5 Probanden 7.6 Ablauf 7.7 Datenerhebung 7.8 Durchführung 7.9 Auswertung 7.10 Bedrohung der Validität 8 Studie EarlyBird 8.1 Ziel 8.2 Iterationen 8.3 Untersuchungsvarianten 8.4 Aufgaben 8.5 Ablauf 8.6 Datenerhebung 8.7 Auswertung 8.8 Diskussion 8.9 Ergebnis 9 Studie LateWorm 9.1 Ziel 9.2 Iterationen 9.3 Untersuchungsvarianten 9.4 Aufgaben 9.5 Ablauf 9.6 Datenerhebung 9.7 Auswertung 9.8 Diskussion 9.9 Ergebnis 10 Studie LazyDog 10.1 Ziel 10.2 Iterationen 10.3 Untersuchungsvarianten 10.4 Aufgaben 10.5 Ablauf 10.6 Datenerhebung 10.7 Auswertung 10.8 Diskussion 10.9 Ergebnis 11 Studie AgileSnail 11.1 Ziel 11.2 Iterationen 11.3 Untersuchungsvarianten 11.4 Aufgaben 11.5 Ablauf 11.6 Datenerhebung 11.7 Auswertung 11.8 Diskussion 11.9 Ergebnis 12 Fazit und Ausblick 12.1 Interaktionskostenmodell 12.2 Vorgehensmodell 12.3 Studienreih

    Metapher und Metonymie

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    Empirical approaches based on qualitative or quantitative methods of corpus linguistics have become a central paradigm within linguistics. The series takes account of this fact and provides a platform for approaches within synchronous linguistics as well as interdisciplinary works with a linguistic focus which devise new ways of working empirically and develop new data-based methods and theoretical models for empirical linguistic analyses

    Werkzeug zur Formalisierung von betrieblich-technischen Regelwerken der Eisenbahnen

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    Das System Bahn ist über mehr als ein Jahrhundert in Bezug auf technische Ausprägung und betriebliche Abwicklung gewachsen. Für die Erstellung der technischen Ausstattung und die Abwicklung des Betriebs sind zahlreiche Regelwerke erforderlich. Regelwerke der Eisenbahn sind immer umfangreicher geworden. Der Umgang mit ihnen wird dadurch wesentlich anspruchsvoller – sowohl für Nutzer als auch Ersteller. Die Erstellung dieser Regelwerke ist derzeit Handarbeit, getrieben von Expertenwissen und teilweise gebunden an Einzelpersonen. Trotz ständiger Pflege durch Aktualisierungen können die sprachlich festgehaltenen Vorgaben Widersprüche enthalten, vom Nutzer widersprüchlich ausgelegt werden oder unvollständig sein. Eine automatisierte Kontrolle von Regelwerken auf Widersprüche und Vollständigkeit existiert nicht. Eine automatisierte Kontrolle ist nur möglich, wenn die zugrunde liegenden Regelwerke für das System in modellierter Form vorliegen. Automatisch in eine modellierte Form übertragbare, betriebliche Regelwerke gibt es bisher nicht. Die modellierte Form von betrieblichen Regelwerken kann auch als Grundlage für die Simulation des im Regelwerk beschriebenen Betriebs dienen. Dem Ersteller von Regelwerken für den Betrieb ist über eine Simulation des Betriebs bereits bei der Erstellung möglich, Fehler in den Betriebsprozessen aufzuzeigen. Die Simulation des Betriebs muss auf modellierte betriebliche Regeln zurückgreifen. Mit der formalen Modellierung der Betriebsregeln kann nicht nur der Ersteller unterstützt werden. Betriebspersonale können die gepflegten Querbezüge eines formalen Modells nutzen, um alle Informationen zu erhalten, die notwendig sind, um eine Betriebssituation mit erhöhter Handlungssicherheit abzuarbeiten. Diese Unterstützung zur Erhöhung der Handlungssicherheit ist voraussichtlich vor allem bei der Abarbeitung von selten auftretenden Betriebssituationen hilfreich. Die Auswertung von Unfallberichten zeigt, dass menschliche Fehler bei der Anwendung von Betriebsregeln zu gefährlichen Ereignissen führen können. Diese Fehler sind besonders risikobehaftet bei der Anwendung von Betriebsregeln zur Aufrechterhaltung des Betriebs bei Abweichungen vom Regelbetrieb, bei denen der Mensch Teile der Sicherungsfunktion der Sicherungstechnik übernimmt. Eine algorithmische Übertragung von Regelwerken in eine formal modellierte Form und auf dieser modellierten Form aufbauende Softwarewerkzeuge sind daher von hoher Relevanz. Im weiteren Verlauf der Arbeit wird die Abbildung von Regelwerksinhalten in eine formal modellierte Form als „formale Modellierung“ bezeichnet.   Ziel dieser Arbeit ist es, ein Werkzeug zur formalen Modellierung von in betrieblich-technischen Regelwerken festgehaltenen Betriebsverfahren/Regeln zu entwickeln. Dieses Werkzeug besteht aus der Beschreibung der Prozessschritte der formalen Modellierung sowie aus den Grundbausteinen des formalen Modells zur Beschreibung von Betriebsverfahren und Regeln der Leit- und Sischerungstechnik in Form von Akteuren und Kommunikationsprozessen. Für die Erfassung der vorhandenen Beschreibungsmittel zur formalen Modellierung werden eine Literaturauswertung und eine Expertenbefragung in Form einer Fachinterviewreihe durchgeführt. Aus der Analyse der Literatur sowie aus der Expertenbefragung ergeben sich Anforderungen an das zu erstellende Werkzeug, die in einem Anforderungskatalog gesammelt dargestellt sind. Die Methoden zur Modellierung müssen gegen den aufgestellten Anforderungskatalog auf ihre Einsetzbarkeit über eine vergleichende Bewertung geprüft werden. Im nächsten Schritt muss die Richtlinie ausgewählt werden, an welcher die Anwendbarkeit der ausgewählten Methode zur Modellierung überprüft wird. Um eine möglichst relevante Richtlinie für die formale Modellierung auszuwählen, wurden Unfallberichte der detuschen und schweizerischen Bahnen systematisch auf die Unfallursache hin untersucht und die Ereignisse in vier Cluster eingeteilt. Der größte Nutzen für das System Bahn ist zu erwarten, wenn die ausgewählte Richtlinie eine Anwendung für den Nutzer ermöglicht, die eine Verringerung des Auftretens der häufigsten Unfallursachen erwarten lässt. Die denkbaren Anwendungen für den Nutzer, die sich aus der Expertenbefragung und einer strukturierten Analyse zu den möglichen Einsatzzwecken ergaben, werden in einem Katalog gesammelt. In diesem Katalog sind die Use Cases der denkbaren Anwendungen beschrieben. Über eine vergleichende Bewertung wird ein geeigneter Anwendungsfall für die ausgewählte Richtlinie selektiert. Unterschiedliche externe Einflüsse, wie die Anforderungen der zukünftigen Nutzer und die Herausforderungen bei der Erstellung einer Anwendung, die auf dem erstellten Werkzeug zur Modellierung basiert, werden bei der Auswahl ebenfalls berücksichtigt. Um das Werkzeug zur formalen Modellierung von in betrieblich-technischen Regelwerken festgehaltenen Betriebsverfahren und Regeln zu erstellen, werden im Hauptteil der Arbeit Modellierungsregeln beschrieben und Spezifikationen für Schnittstellen und Funktionen dokumentiert. Dieses Werkzeug besteht aus der Beschreibung der Prozessschritte der formalen Modellierung und der Beschreibung der Modellierungsregeln für Grundbausteine des formalen Modells. Die Grundbausteine werden in Akteure und Informationsflüsse durch Kommunikation unterschieden. Aus den modellierten Akteuren und der aus den Betriebsverfahren hergeleiteten Kommunikation ergeben sich notwendige Schnittstellen mit anderen Akteuren und Funktionen der Akteure zur Durchführung der zu modellierenden Betriebsverfahren und Regeln. Bisher gab es keinen Ansatz zur Überführung von Regelwerksinhalten betrieblicher Regelwerke in eine formale Modellierung und somit maschinenlesbare Form. Die betrieblichen Regelwerke sind Grundstein für den Betrieb des Systems Bahn. Das entwickelte Werkzeug ist mit seinen abstrakt modellierten Akteuren und Kommunikationen einsetzbar zur formalen Modellierung von Betriebsprozessen und Regelwerken aus betrieblich-technischen Regelwerken der Eisenbahnen. Bei der Erstellung des Werkzeuges zeigte sich, dass die Betriebsprozesse der Richtlinie 408 auf wenige abstrakte Grundarten der Kommunikation zurückführbar sind, einige Spezialfälle wie der Betrieb von anzeigegeführten Zügen werden jedoch ausgespart. Im Rahmen dieser Arbeit wird mit der Spezifizierung der Akteure, der Kommunikationsschnittstellen, der abstrakt klassifizierten Kommunikationsarten und der Funktionen der Akteure die Grundlage für eine ausführbare formale Modellierung für Anwendungsfälle im Eisenbahnbetrieb gelegt

    Qualität in der Inhaltserschließung

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    This edited volume deals with issues relating to the quality of subject cataloging in the digital age, where heterogenous articles from different processes meet, and attempts to define important quality standards. Topics range from metadata and the cataloging policies of the German National Library, the GND, and the head offices of the German library association, to the presentation of a range of different projects, such as QURATOR and SoNAR
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