Konsistenzbasierte Fehlerdiagnose nichtlinearer Systeme mittels Zustandsmengenbeobachtung

Diese Arbeit beschreibt ein Verfahren zur konsistenzbasierten Fehlerdiagnose zeitkontinuierlicher nichtlinearer Systeme mittels Zustandsmengenbeobachtung. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der Durchführung der Zustandsmengenbeobachtung mittels Einschließungsverfahren für gewöhnliche Differenzialgleichungssysteme. Es werden zwei Konzepte zur Zustandsmengenbeobachtung vorgestellt und verglichen sowie anhand von Anwendungsbeispielen deren praktische Einsetzbarkeit verdeutlicht

Positionierung mobiler Plattformen in Non-Line-of-Sight Szenarien

Durch die beschleunigte Entwicklung von handlicher Sensortechnik zur Beobachtung der Umwelt steigt in Industrie und Forschung das Verlangen nach modernen, echtzeitfähigen Applikationen auf Basis standortbezogener Daten. Diese Dienste stellen in Abhängigkeit der Anwenderposition ausgewählte Information mit Raumbezug, z.B. den kürzesten Weg zu einem gewünschten Zielort, bereit und können durch das Global Navigation Satellite System im Außenbereich mittlerweile global bedient werden. Eine Übertragung von Ortung und Navigation in den Innenraum ist hingegen aufgrund von Abschattungen der dabei verwendeten Signale nicht zu realisieren. Neben der Positionierung von Fußgängern können jedoch speziell Applikationen für mobile Plattformen einen erheblichen Beitrag zur Unterstützung logistischer Problemstellungen in Industrie und Wirtschaft leisten. Anwendungsgebiete ergeben sich zum Beispiel in der Erstellung von Gebäudeinformationssystemen, der Objektverfolgung in Industriehallen oder der Positionierung von autonom fahrenden Robotern in Rettungsszenarien. Zwar existieren bereits kommerzielle Systeme für die Positionsbestimmung in überbauten Arealen, die dabei angewendeten Technologien für präzise Lösungen setzen in der Regel jedoch eine direkte Sichtverbindung zwischen fest installierten Referenzstationen sowie dem zu positionierenden Objekt voraus, sodass komplexe Anwendungen nicht oder ausschließlich durch erheblichen Aufwand bezüglich Kommunikation und Datentransfer bedient werden können. Zur Erweiterung dieser bestehenden, zumeist auf elektromagnetischen Signalen beruhenden, Systeme wird daher seit einigen Jahren an der TU Darmstadt sowie der RWTH Aachen eine auf künstlich erzeugten Magnetfeldern basierende Technologie für die Positionsbestimmung erprobt. Magnetfelder profitieren von der Eigenschaft, Objekte jeglicher Art zu durchdringen und somit umgebungsunabhängige Lösungen zu erzielen. Dadurch lassen sich auch in schlecht zugänglichen Bereichen Positionierungsaufgaben bewerkstelligen. Die generierten Signale sind jedoch in ihrer Reichweite begrenzt, sodass die dabei eingesetzten Elektromagneten in der Praxis keine vollständige Problemlösung darstellen. Zur Realisierung einer nachhaltigen Objektpositionierung erfolgt deshalb in modernen Anwendungen die Fusion mit sogenannten Inertialmesseinheiten. Durch die Erfassung und Integration von Bewegungsänderungen - in diesem Fall Beschleunigungen und Winkelgeschwindigkeiten - werden dazu zunächst hochfrequente Lösungen prädiziert. Die aufgrund von langfristigen Sensordrifts entstehenden Unsicherheiten lassen sich darüber hinaus durch den Einsatz unabhängiger, absoluter geometrischer Beobachtungen mittels spezieller Fusionsalgorithmen minimieren. Ziel dieser Arbeit ist daher die Entwicklung eines echtzeitfähigen Algorithmus für die Positionsbestimmung fahrbarer Plattformen in überbauten Arealen. Die Umsetzung stützt sich dabei auf die Integration einer Inertialmesseinheit mit der ausschließlich im akademischen Bereich existierenden Technologie auf Basis künstlich erzeugter Magnetfelder sowie einem bereits auf dem Markt befindlichen Positionierungssystem. Nach der durchgeführten Verarbeitung sämtlicher Signale sowie einer varianzbasierenden Gewichtung der verwendeten Sensorsysteme mündet die Arbeit in einer Tauglichkeitsuntersuchung beider Fusionsarten für bestehende Positionierungsanwendungen

Etablierung von Weiß-Tanne (Abies alba Mill.), Rot-Buche (Fagus sylvatica L.) und Berg-Ahorn (Acer pseudoplatanus L.) unter Fichtenschirm – Einfluss von Standort und Schirmhaltung auf den Baumhabitus, das Höhenwachstum und den periodischen Holzzuwachs

Im Freistaat Sachsen ist der Umbau der Nadelbaum-Reinbestände in Mischbestände standortsgerechter Baumarten ein wichtiges forstpolitisches Ziel. Um dieses Zieles zu erreichen, werden in den sächsichen Berglagen seit mehr als 25 Jahren Rot-Buchen (Fagus sylvatica L), Weiß-Tannen (Abies alba Mill), Berg-Ahorn (Acer pseudoplatanus L.) sowie weitere Laub- und Nadelbaumarten künstlich eingebracht. Mit 18 Versuchsanlagen begleitet das Kompetenzzentrum für Wald und Forstwirtschaft im Staatsbetrieb Sachsenforst den Voranbau der genannten drei Baumarten in Fichtenaltbeständen. Im Rahmen dieser Arbeit werden die vorliegenden 137 Aufnahmen von Ober- und Unterstand von 576 Parzellen ertragskundlich ausgewertet und verschiedene Modelle zur Abbildung des Höhenwachstums, der Wuchsleistungen und des Schlankheitsgrades an die Daten angepasst. Bisher bildet nur ein Teil der einzelbaumbasierten Wachstumssimulatoren die Entwicklung von Voranbauten ab. Die sächsische Variante BWINPro-S enthält hierfür ausschließlich ein Modell für das Wachstum von Rot-Buchen unter Fichtenschirm welches bisher nicht evaluiert wurde. Zur Evaluation dieses Unterstandsmodells wurden parzellenübergreifend Verteilungsfunktionen angepasst und deren Lagemaße als quasireale Bäume genutzt. Für den Einzelbaum wurden entsprechend den in der DESER-Norm (Johann, 1993) beschriebenen Methoden Beziehungen von Durchmesser-Höhe-Alter hergeleitet und miteinander verglichen. Im Fokus stand dabei ihre Anwendung im UST, wo die Verjüngungs- und Schirmdichte die Baumallometrie beeinflussen. Neben den ertragskundlich gebräuchlichen Methoden DHA-2 und DHA-3 wurden hier gemischte nichtlineare Modelle als Variante DHA-4 angepasst. Die versuchsübergreifende Anpassung der gemischten nichtlinearen Modelle vereint die mit dem Parameterausgleichs von DHA-3 erreichten plausiblen Kurvenscharen mit der Anpassungsgüte von DHA-2. Für seltene Baumarten, die bei den anderen Ansätzen oftmals der Hauptbaumart zugeordnet werden, sind die Vorteile am deutlichsten. Zudem sind nur mit DHA-4 zuverlässige Schätzungen bei fehlenden Höhenmessungen möglich. Die gemischten linearen Modelle zur Schätzung des Schlankheitsgrades sind eine weitere Möglichkeit zur Ergänzung fehlender Baumhöhen im UST. Die doppelte logarithmische Transformation der Daten gibt die nichtlinearen Beziehungen nur unzureichend wieder, sodass sich im Vergleich zur nichtlinearen BHK unter Berücksichtigung zufälliger Effekte keine Vorteile ergeben. Die Modelle zur Schätzung der H:D-Relation zeigen, genauso wie das DHA-4 Modell, den Einfluss von Dichtstand und Überschirmung auf morphologische Anpassungen im UST. Die gute Anpassung des HDR-Modells wird deutlich, wenn ausschließlich die festen Effekte betrachtet werden. Dann lassen sich über H:D-Relation genauere Höhen schätzen, als mit der BHK im DHA-4 Ansatz. Allerdings erreichen die HDR-Modelle auf der Ebene einzelner Bäume auch unter Berücksichtigung räumlicher Varianzkoeffizienten nicht die für Inferenzstatistiken notwendige Unabhängigkeit. Die fehlende räumliche Unabhängigkeit ist bei der Parametrisierung von Einzelbaummodellen kein Einzelfall und stellt den wesentlichen Kritikpunkt bei der Evaluation des Höhenzuwachsmodells der Buche unter Fichte von BWINPro-S dar. Auf der Ebene von Baumkollektiven konnten plausible standortsensitive Modelle für Wuchsleistungen und das Höhenwachstum angepasst werden. Der auf Alter von maximal 26 Jahren stringierte Datensatz stellt dabei eine erhebliche Einschränkung dar. Gute Schätzung der Oberhöhen (H300) der Voranbauten wurden mit der logistischen Funktion des R-Packetes nlme und der Funktion von Gompertz (1825) erreicht. Allerdings sind Extrapolationen der weiteren Entwicklung nicht möglich, bzw. auf wenige Jahre begrenzt. Die Funktion nach Schumacher (1939) passt sich zwar weniger gut an die frühen Höhenmessungen an, ermöglicht jedoch deutlich längere und plausible Abschätzungen des weiteren Höhenwachstums. In der Zusammenschau der verschiedenen Modellansätze wird der Vorteil gemischter Modelle an verschiedenen Stellen (DHA, Höhenwachstum BWINPro-S) ersichtlich. Mit Blick auf die bei allen Baumarten festgestellten morphologischen Anpassungen an die Überschirmung spielen bei der Betrachtung einzelner Dimensionen des Wachstums – BHD oder Höhe – die Dynamik der Baumallometrie eine nicht unerhebliche Rolle. Gerade im Zuge der Nachlichtungen des OST oder dem Übergang vom UST zum OST, den die vorwüchsigen Bäume in den nächsten Jahren vollziehen, ändert sich die Allokationen von Stoffwechselprodukten, was zu veränderten Durchmesser- und Höhenzuwachsraten führt. In den Höhenwachstumsmodellen führen wenige klimatische und edaphische Faktoren zur Differenzierung der Wachstumsverläufe. Der Einfluss der Schirmdichten liegt in der gleichen Größenordnung wie die Streuung von pH-Wert, die Kalkungsintensität oder das C:N-Verhältnis. Der Einfluss der Höhenlage, bzw. der mit ihr gekoppelten klimatischen Parameter wie Jahresmitteltemperatur, Ariditätsindex, Sonnenscheindauer und klimatische Wasserbilanz, ist der Haupteffekt für das Höhenwachstum. Kalkungen und die klimatischen Änderungen üben einen merklichen Einfluss auf Leistungsfähigkeit der Bestände, die Konkurrenzverhältnisse der Baumarten und damit auch das ökosystemare Gefüge aus. Entsprechend dem Höhenwachstumsmodell profitiert die Rot-Buche gegenüber dem Berg-Ahorn und der Weiß-Tanne von dichteren Schirmen und wärmeren klimatischen Bedingungen. Mit Blick auf die positiven Wirkungen der Überschirmung auf die Qualität sind längere und dichtere Schirmhaltungen als waldbauliche Zielstellung obligat. Mit ihrem vergleichbar hohem Schattenerträgnis vermag die Weiß-Tanne auch unter dichtem Schirm zu überdauern. Allerdings wird damit die Möglichkeit eines raschen Jugendwachstums nicht genutzt und das Risiko von Anpassungsproblemen der Schattnadeln an plötzliche Freiflächenbedingungen steigt an. Aus diesem Grund werden für einzelne Verjüngungselemente lichtere Schirme und kürzere Überschirmungszeiträume empfohlen. Der Berg-Ahorn sollte vorzugsweise auf kleineren Lücken angebaut werden. Hier vermag er in wenigen Jahrzehnten die aus der Vorratsabsenkung resultierende Zuwachsreduktion auszugleichen. Für die statische Stabilität kritische H:D-Relationen werden damit genauso vermieden, wie die durch unterschiedliche Mykorrhizatypen und die daraus folgenden Stoffumsätze im Oberboden resultierende zwischenartliche Konkurrenz. Insgesamt stellte sich die Bodenbearbeitung bei der Begründung der Voranbauten als vorteilhaft heraus. Rot-Buche, Berg-Ahorn und Weiß-Tanne erwiesen sich auf einer großen standörtlichen Breite in den sächsichen Berglagen als anbauwürdig. Die ebenfalls vorangebaute Gemeine Esche (Fraxinus exelsior L.), Douglasie (Pseudotsuga menziesii Franco) und Berg-Ulme (Ulmus glabra Huds.) leiden dagegen unter phytopathologischen Problemen und wurden bei der Modellanpassung nicht berücksichtigt. Für die periodischen Wuchsleistungen ist der Vorrat des Fichtenaltbestandes – stellvertretend für die vorhandene Biomasse – die entscheidende Einflussgröße. Er modifiziert die verjüngungsökologischen Bedingungen, wobei trotz morphologischer Anpassungen der Bäume im UST die Konkurrenz gegenüber der Faszilitation überwiegt. So werden auf Bestandeslücken, die in den Versuchen zwischen 0,02 und 0,5 ha groß waren, die größten Baumhöhen des Voranbaus erreicht.:1 Einleitung 2 Material und Methoden 3 Charakteristik der Zwischenergebnisse und Prädiktoren 4 Ergebnisse 5 Diskussion 6 Schlussfolgerungen und Handlungsempfehlungen 7 Zusammenfassung 8 Summary 9 Abbildungsverzeichnis 10 Tabellenverzeichnis 11 Literaturverzeichni

Jahresbericht 2015 zur kooperativen DV-Versorgung

:VORWORT 9 ÜBERSICHT DER INSERENTEN 10 TEIL I ZUR ARBEIT DES IT-LENKUNGSAUSSCHUSSES 15 ZUR ARBEIT DES ERWEITERTEN IT-LENKUNGSAUSSCHUSSES 15 TEIL II 1 DAS ZENTRUM FÜR INFORMATIONSDIENSTE UND HOCHLEISTUNGSRECHNEN (ZIH) 19 1.1 AUFGABEN 19 1.2 ZAHLEN UND FAKTEN (REPRÄSENTATIVE AUSWAHL) 19 1.3 HAUSHALT 20 1.4 ZUR ARBEIT DES WISSENSCHAFTLICHEN BEIRATES 21 1.5 STRUKTUR / PERSONAL 22 1.6 STANDORTE 23 1.7 GREMIENARBEIT 24 2 KOMMUNIKATIONSINFRASTRUKTUR 27 2.1 NUTZUNGSÜBERSICHT NETZDIENSTE 27 2.2 NETZWERKINFRASTRUKTUR 27 2.3 KOMMUNIKATIONS- UND INFORMATIONSDIENSTE 37 3 ZENTRALES DIENSTEANGEBOT 47 3.1 SERVICE DESK 47 3.2 TROUBLE TICKET SYSTEM (OTRS) 48 3.3 IDENTITÄTSMANAGEMENT 49 3.4 LOGIN-SERVICE 51 3.5 BEREITSTELLUNG VON VIRTUELLEN SERVERN 51 3.6 STORAGE-MANAGEMENT 52 3.7 PC-POOLS 59 3.8 SECURITY 60 3.9 LIZENZ-SERVICE 61 3.10 PERIPHERIE-SERVICE 61 3.11 DRESDEN SCIENCE CALENDAR 61 4 SERVICELEISTUNGEN FÜR DEZENTRALE DV-SYSTEME 63 4.1 ALLGEMEINES 63 4.2 INVESTBERATUNG 63 4.3 PC- UND DRUCKER-SUPPORT 63 4.4 MICROSOFT WINDOWS-SUPPORT 63 4.5 ZENTRALE SOFTWARE-BESCHAFFUNG FÜR DIE TU DRESDEN 68 5 HOCHLEISTUNGSRECHNEN 71 5.1 HOCHLEISTUNGSRECHNER/SPEICHERKOMPLEX 72 5.2 NUTZUNGSÜBERSICHT DER HPC-SERVER 76 5.3 SPEZIALRESSOURCEN 76 5.4 GRID-RESSOURCEN 77 5.5 ANWENDUNGSSOFTWARE 78 5.6 VISUALISIERUNG 79 5.7 PARALLELE PROGRAMMIERWERKZEUGE 79 6 WISSENSCHAFTLICHE PROJEKTE UND KOOPERATIONEN 81 6.1 KOMPETENZZENTRUM FÜR VIDEOKONFERENZDIENSTE 81 6.2 SKALIERBARE SOFTWARE-WERKZEUGE ZUR UNTERSTÜTZUNG DER ANWENDUNGSOPTIMIERUNG AUF HPC-SYSTEMEN 81 6.3 LEISTUNGS- UND ENERGIEEFFIZIENZ-ANALYSE FÜR INNOVATIVE RECHNERARCHITEKTUREN 82 6.4 DATENINTENSIVES RECHNEN, VERTEILTES RECHNEN UND CLOUD COMPUTING 86 6.5 DATENANALYSE, METHODEN UND MODELLIERUNG IN DEN LIFE SCIENCES 88 6.6 PARALLELE PROGRAMMIERUNG, ALGORITHMEN UND METHODEN 90 6.7 INITIATIVBUDGET ZUR UNTERSTÜTZUNG VON KOOPERATIONSAUFGABEN DER SÄCHSISCHEN HOCHSCHULEN 91 6.8 KOOPERATIONEN 93 7 AUSBILDUNGSBETRIEB UND PRAKTIKA 95 7.1 AUSBILDUNG ZUM FACHINFORMATIKER / FACHRICHTUNG ANWENDUNGSENTWICKLUNG 95 7.2 PRAKTIKA 95 8 VERANSTALTUNGEN 97 8.1 AUS- UND WEITERBILDUNGSVERANSTALTUNGEN 97 8.2 NUTZERSCHULUNGEN 98 8.3 ZIH-KOLLOQUIEN 98 8.4 WORKSHOPS 98 8.5 STANDPRÄSENTATIONEN/VORTRÄGE/FÜHRUNGEN 98 9 PUBLIKATIONEN 99 TEIL III BEREICH MATHEMATIK UND NATURWISSENSCHAFTEN 105 BEREICH GEISTES- UND SOZIALWISSENSCHAFTEN 127 BEREICH INGENIEURWISSENSCHAFTEN 159 BEREICH BAU UND UMWELT 167 BEREICH MEDIZIN 18

Visualisierungsdesign für 3D-Benutzerschnittstellen unter Verwendung komponierter Darstellungsverfahren

Das computergrafische Abbildungsverfahren zur Verwirklichung von dreidimensionalen Darstellungen ist ein wichtiges Instrument für die Gestaltung interaktiver 3D-Benutzerschnittstellen. Die Betrachtung von Projektionsverfahren abseits des bisher angestrebten Fotorealismus dokumentiert, dass durch nichtlineare und multiperspektivische Darstellungen spezifische Eigenschaften und Charakteristiken eines Datenbestandes vermittelt werden können. Dabei wird deutlich, dass konzeptionelle und methodische Unzulänglichkeiten den erfolgreichen Einsatz von unkonventionellen linearen sowie nichtlinearen Darstellungsformen in 3D-Anwendungen bisher einschränken. In dieser Arbeit werden daher Darstellungstechniken analysiert und systematisiert, die durch den computergrafischen Projektionsvorgang erzeugt und für die Verwirklichung von Visualisierungszielen eingesetzt werden können. Ferner werden für den spezifischen Einsatz von komponierten Visualisierungsverfahren in 3D-Benutzerschnittstellen Gestaltungshinweise formuliert. Darauf aufbauend erfolgt die Einführung einer modellbasierten Vorgehensweise, durch welche die systematisierten Visualisierungsformen in einem methodischen und ferner entwurfsmustergestützten Entwurfsprozess zur Entwicklung interaktiver 3D-Interfaces eingebunden und weiterhin in einer interaktiven 3D-Anwendung eingesetzt werden können

Beitrag zur sensorgestützten Positionsbestimmung und Navigation autonomer Roboter

Bauwerke unterliegen aufgrund ständiger Beanspruchungen einer Degradation. Daraus resultierende Schäden können durch regelmäßige Prüfungen reduziert werden, die aber sehr zeit- und kostenintensiv sind. Durch den Einsatz automatisiert agierender Flugobjekte (UAV) wird eine effiziente visuelle Inspektion ermöglicht. Die Arbeit entwickelt die Grundlagen eines UAV-basierten Inspektionssystems zur Prüfung industrieller Hallen. Der Fokus liegt auf der Entwicklung einer automatisierten Routenplanung mittels Umgebungsdaten sowie der sensorbasierten Navigation im Innenbereich für kompakte UAV-Systeme

Einfluß eines genetischen Risikoprofil für neurodegenerative Erkrankungen im Hinblick auf autonome Störungen als möglicher Frühmarker für die Entwicklung eines Demenz oder eines Parkinson-Syndroms

Die vorliegende Dissertation untersucht, ob autonome Parameter in Risikogruppen für ein Parkinson- Syndrom bereits Veränderungen aufweisen und somit als potentielle Früherkennungsmarker für die Erkrankung dienen können. Zu den autonomen Frühsymptomen eines Parkinson-Syndroms gehören u.a. eine reduzierte Herzratenvariabilität sowie eine Veränderung der sympathischen Hautantwort. Zu den Prodromalmarkern der Erkrankung zählen u.a. eine REM (Rapid Eye Movement) - Schlafstörung, eine Riechstörung sowie Depressionen. Mutationen im GBA- Gen können als genetische Varianten das Parkinson- Erkrankungsrisiko um einen gewissen Effekt anheben. Ein genetischer Risikoscore drückt ein individuelles genetisches Erkrankungsrisiko aus, indem er Effektstärken von genetischen Risikovarianten bündelt. Untersucht wurde, ob kardiale und sudomotorische autonome Parameter bei Probanden, die einen hohen genetischen Risikoscore für ein Parkinson-Syndrom haben, im Vergleich zu Probanden mit niedrigem genetischen Risikoscore, verändert sind. Es zeigte sich eine signifikant verlängerte Latenzzeit links der sympathischen Hautantwort bei Probanden mit hohem genetischen Risikoscore. Zwischen Probanden mit GBA-Mutation und Probanden ohne GBA-Mutation ließen sich keine signifikanten Unterschiede in den kardialen und sudomotorischen autonomen Daten nachweisen. Bei Probanden mit Risikokonstellation aus einer REM- Schlafstörung und einer Riechstörung im Vergleich zu Probanden ohne diese Risikokonstellation ließen sich keine signifikanten Unterschiede in den Parametern der Herzratenvariabilität feststellen. Es zeigte sich eine verlängerte Latenzzeit rechts der sympathischen Hautantwort in der Kontrollgruppe. Zusammenfassend eignen sich Parameter des kardialen und sudomotorischen autonomen Systems auf Basis der Ergebnisse dieser Arbeit nur eingeschränkt als Früherkennungsmarker für ein Parkinson- Syndrom, da sich teils widersprüchliche Ergebnisse zu Erkenntnissen aus der Literatur ergeben. Weitere Studien, zur Klärung der Zusammenhänge und zur besseren Einordnung dieser Studienergebnisse, wären daher sehr wünschenswert

Künstliche Intelligenz in der Forschung

Dieses Buch ist eine Open Access Publikation. Der lange gehegte Traum von künstlicher Intelligenz (KI) wird in unserer Alltagswelt zunehmend Realität. Damit verbinden sich hohe gesellschaftliche Erwartungen, aber auch Sorgen hinsichtlich einer schleichenden Entmündigung des Menschen. Am Beispiel des Forschungssektors lotet dieser Band die Optionen, Entwicklungschancen und Risiken von KI-Techniken für die Zukunft des wissenschaftlichen Erkenntnisprozesses und der darauf beruhenden technischen Entwicklungen aus. Zu diesem Zweck wird zunächst der Stand der KI-Technik und ihrer Anwendungen dargestellt. Es folgen wissenschaftsphilosophische Untersuchungen zur Frage der Ersetzbarkeit des forschenden Menschen durch KI und zu erwartenden Veränderungen in der wissenschaftlichen Forschung. Weitere Abschnitte widmen sich den Folgen für die Arbeitswelt von Forschern/Forscherinnen sowie den durch KI erzeugten neuen Herausforderungen für die rechtliche Regulierung im Spannungsfeld von Wissenschaftsfreiheit und Datenschutz. Der Band schließt mit Empfehlungen für die verantwortlichen Akteure in Wissenschaft, Forschungspolitik und Gesellschaft aus interdisziplinärer Perspektive