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This diploma thesis is devoted to the design and analysis of a radar signal enabling an object classification capability in surveillance radar systems based on high-resolution radar range profiles. It picks up the research results from Kastinger (2006), who investigated classification algorithms for high-resolution radar range profiles, and Meier (2007), who programmed a MATLAB toolbox for the evaluation of radar signals. A classical, brief, introduction to radar fundamentals is given (Chapter 1) as well as the motivation for this thesis and certain basic parameters used. After high-resolution radar range profiles are discussed with special focus on surveillance radar systems (Chapter 2), the results of Kastinger (2006) are picked up (Chapter 3) as far as necessary for the following chapters of this thesis. Following the chapters on radar basics, high-resolution radar range profiles and classification, basic and advanced radar signals are discussed and analysed, especially their range resolution and sidelobe levels (Chapter 4). This includes linear frequency-modulated pulses and nonlinear frequency-modulated pulses as well as phase-coded pulses, coherent trains of identical pulses, and stepped-frequency waveforms. Their analysis is based on Meier's MATLAB toolbox. In Chapter 5 we will bring up additional points that have to be considered in radar system design for implementing a classification capability, before this thesis ends with an overall conclusion (Chapter 6).
Die Designprofession ist einem tief greifenden Wandel unterworfen: Während das Design an Bedeutung gewinnt, verliert es zugleich an Exklusivität. Der Beruf ist nicht geschützt und das Web fördert ein Verschwimmen der Grenzen zwischen Amateur und Profi. In einer Welt in der alle zu Sendern werden, wer hört da noch zu? Wie kann sich ein Designer in der heutigen Zeit gegen den Volkssport Design behaupten? Die Antwort lautet: Durch professionelles Design! Die Designer müssen ihre Profession auf eine neue Ebene bringen, um sich klar und deutlich vom Amateurdesigner differenzieren zu können. Doch was ist professionelles Design? Welche Kompetenzen braucht ein Designer heute und in Zukunft, um den Anforderungen an Professionalität gerecht zu werden? Auf diese Fragen versucht diese Arbeit eine Antwort zu geben. Um der Antwort näher zu kommen, wurden in einem ersten Schritt deutschlandweit 27 Kunst- und (Fach) Hochschulen untersucht. Dabei wurde analysiert wie in dem neuen Bachelor- und Mastersystem, dass durchschnittliche Kompetenzprofil eines Absolventen der jeweiligen Hochschulen aussieht. Aus aktuellen Diskussionen und Auseinandersetzungen zu der Thematik des Volkssport Designs, wurden anschließend die wichtigsten Aspekte herausgefiltert und zusammen mit grundlegenden Anforderungen an Professionalität zusammengefasst. Diese Erkenntnisse und die Ergebnisse aus der Hochschuluntersuchung dienten als Basis für eine empirische Erhebung. So wurden erfahrene Designer in Führungs- und Lehrpositionen aus unterschiedlichsten Agenturen und Hochschulen, zu den Anforderungen an professionelles Design befragt. Durch einzelne Interviews wurde die Untersuchung abschließend noch einmal in bestimmten Bereichen vertieft.
Die Dinge meiner Gegenwart
(2014)
Unsere Welt besteht aus Dingen. Wenn wir geboren werden, sind sie bereits da und warten auf uns. Und wenn wir sterben, bleiben sie zurück. Dazwischen liegen Bedeutungen.
Das Buch «Die Dinge meiner Gegenwart» geht der Frage nach, ob es Unterschiede in der Art der Bedeutungen persönlicher Gegenstände gibt. Dafür beschreibt und fotografiert der Autor einhundert seiner persönlichen Dinge und untersucht mit akribischer Genauigkeit den Unterschied zwischen Typen von Gegenständen an konkreten Artefakten.
Es sind die Dinge seiner Gegenwart. Simon Felix Tarantik's Absicht ist es, diese Welt und die Dinge darin so darzustellen, wie er sie wahrnimmt und darauf zu achten nichts Wichtiges wegzulassen. Einhundert deshalb, weil diese Menge ein Stöbern – ein Blättern im Buch –, ein beliebiges Aufschlagen erlaubt und da bereits Neil MacGregor anhand von einhundert Dingen die Vergangenheit und Adrian Hon anhand von einhundert Dingen die Zukunft beschrieben haben, stellt er sich mit einhundert seiner Dinge zwischen sie und beschreibt die Gegenwart – seine Gegenwart.
Auf die persönliche Perspektive kommt es in dieser Arbeit an, darauf, die tatsächlichen Bedeutungen konkreter einzelner Dinge in einer Bandbreite offenzulegen, wie es für gewöhnlich nicht geschieht – denn niemand sieht Dinge auf dieselbe Weise. Empirisch und schöpferisch ordnen sie sich im Buch, reflektieren sich in Geschichten, Erinnerungen, Gefühlen und Bedeutungen und laden den Leser ein, seine Imagination gegen das Beschriebene und fotografisch Abgebildete abzuwiegen.
Creatio ex nihilo
(2015)
Von Kommunikationsdesignern wird erwartet, dass sie kreativ sind. Es wird von ihnen gefordert, dass sie Ideen haben, die innovativ, neu und originell wirken. Diese Anforderung bekommen Gestalter schon früh in ihrer Ausbildung zu spüren. Die Frage, die sich diese Arbeit stellt, ist: Kann dieses Ziel überhaupt erreicht werden? Oder ist das Verfolgen von Originalität nur eine Illusion? Oder gar ein Mythos? Wie schon Picasso anmerkte: »Kunst ist Diebstahl.« Wenn nichts Neues geschaffen werden kann, müssen wir einen Weg finden, Bestehendes so zu verändern, dass das Ergebnis mehr ist als die Summe der Einzelteile. Der Diebstahl bestehender kreativer Leistung wäre somit Teil unseres Berufsfelds und sollte auch in der Designerausbildung eine wichtige Rolle spielen. Ich stelle mich mit dieser Arbeit dem Mythos der Originalität, dem Glauben an eine »creatio ex nihilo«, und beschäftige mich mit dessen Einfluss auf den Designprozess und den möglichen Auswirkungen auf die Ausbildung junger Gestalter.
Der Begriff der Originalität wird heute sehr unkontrolliert verwendet. Mittels einer quantitativen Inhaltsanalyse, Experteninterviews sowie Telefongesprächen wurde der Begriff deshalb hinterfragt und anders definiert. Die Auswirkungen auf den Designprozess wurden mittels eines Experiments mit Studierenden der Studiengänge
Kommunikationsdesign ermittelt. Dabei mussten die Probanden unter dem Druck einer originellen Idee gestalten. Die Lösungen wurden anschließend in einer Online-Umfrage von mehreren Personen subjektiv bewertet. Alle gesammelten Inhalte finden sich wieder in sechs Kapiteln zum Mythos der Originalität im Kommunikationsdesign (Teil A) und einer Forschungsdokumentation (Teil B).
Im Rahmen dieser Masterarbeit wurde an einem Beispielgebäude (Wessenberg-Schule Konstanz) gezeigt, dass Maßnahmen an der Gebäudehülle von Gebäuden der 60er-Jahre trotz Denkmalstatus ein durchaus erhebliches Potential aufweisen, um Wärmeverluste zu begrenzen, und sich Denkmalcharakter und energetischer Modernisierungswunsch nicht zwangsläufig gegenseitig ausschließen.
Hierbei wurden Thermografieaufnahmen angefertigt, Temperaturmessungen durchgeführt und U-Werte aller Bauteile der Gebäudehülle berechnet. Die Maßnahmen wurden auf Wärmebrücken und den Gesamtwärmedurchlass hin separat für jedes Bauteil bewertet.
Für gezielte Sanierungsvorschläge und die Untersuchung ihrer Wirksamkeit wurde das Gebäude intensiv untersucht. Hierbei wurden Informationen aus Archiven (Stadtarchiv Konstanz, Kreisarchiv Konstanz und Südwestdeutsches Archiv für Architektur und Ingenieurbau) zusammengetragen, die ein breites Bild des Bauablaufs und -geschichte, der verwendeten Baustoffe und der Architektur geben.
Da keine ausführliche Denkmalbegründung vorlag, wurde die Architektur und Gestaltung des Gebäudes separat betrachtet und bewertet.
In the field of autonomously driving vehicles the environment perception containing dynamic objects like other road users is essential. Especially, detecting other vehicles in the road traffic using sensor data is of utmost importance. As the sensor data and the applied system model for the objects of interest are noise corrupted, a filter algorithm must be used to track moving objects. Using LIDAR sensors one object gives rise to more than one measurement per time step and is therefore called extended object. This allows to jointly estimate the objects, position, as well as its orientation, extension and shape. Estimating an arbitrary shaped object comes with a higher computational effort than estimating the shape of an object that can be approximated using a basic geometrical shape like an ellipse or a rectangle. In the case of a vehicle, assuming a rectangular shape is an accurate assumption.
A recently developed approach models the contour of a vehicle as periodic B-spline function. This representation is an easy to use tool, as the contour can be specified by some basis points in Cartesian coordinates. Also rotating, scaling and moving the contour is easy to handle using a spline contour. This contour model can be used to develop a measurement model for extended objects, that can be integrated into a tracking filter. Another approach modeling the shape of a vehicle is the so-called bounding box that represents the shape as rectangle.
In this thesis the basics of single, multi and extended object tracking, as well as the basics of B-spline functions are addressed. Afterwards, the spline measurement model is established in detail and integrated into an extended Kalman filter to track a single extended object. An implementation of the resulting algorithm is compared with the rectangular shape estimator. The implementation of the rectangular shape estimator is provided. The comparison is done using long-term considerations with Monte Carlo simulations and by analyzing the results of a single run. Therefore, both algorithms are applied to the same measurements. The measurements are generated using an artificial LIDAR sensor in a simulation environment.
In a real-world tracking scenario detecting several extended objects and measurements that do not originate from a real object, named clutter measurements, is possible. Also, the sudden appearance and disappearance of an object is possible. A filter framework investigated in recent years that can handle tracking multiple objects in a cluttered environment is a random finite set based approach. The idea of random finite sets and its use in a tracking filter is recapped in this thesis. Afterwards, the spline measurement model is included in a multi extended object tracking framework. An implementation of the resulting filter is investigated in a long-term consideration using Monte Carlo simulations and by analyzing the results of a single run. The multi extended object filter is also applied to artificial LIDAR measurements generated in a simulation environment.
The results of comparing the spline based and rectangular based extended object trackers show a more stable performance of the spline extended object tracker. Also, some problems that have to be addressed in future works are discussed. The investigation of the resulting multi extended object tracker shows a successful integration of the spline measurement model in a multi extended object tracker. Also, with these results some problems remain, that have to be solved in future works.
BIM im Membranbau
(2019)
Die fortschreitende Digitalisierung wird zurzeit zu einem der wichtigsten Themen und zugleich zu einer der größten Herausforderungen für die Bauwirtschaft. Building Information Modeling (BIM) kommt eine immer größere Bedeutung zu.
Es ist sicherlich richtig, dass derzeit nur wenige Projekte im Bauwesen den geforderten BIM-Anforderungen der Bauherrschaft genügen. Es ist zu erwarten, dass in den kommenden Jahren auch an Membranbauprojekte immer mehr Anforderungen bezüglich BIM gestellt werden. Aus diesem Grund ist es wichtig, dass sich Planungsbüros für leichte Flächentragwerke mit dem Thema BIM befassen.
Ziel dieser Arbeit ist die Ausarbeitung eines Konzepts für die effiziente durchgehende Umsetzung der Building Information Modeling-Arbeitsmethode bei der Tragwerksplanung im Membranbau.
Es werden vorhandene Funktionalitäten untersucht und alternative Interoperabilitätskomponenten entwickelt. Aufbauend auf den möglichen Werkzeugketten werden verschiedene Einsatzverfahren vorgeschlagen. Darauffolgend wird eines der möglichen Verfahren an einem realen Tragwerk implementiert. Die erhaltenen Ergebnisse werden einer kritischen Analyse unterzogen.
Abschließende Rückschlüsse, Beurteilung der angewandten Planungsmethoden und Ausblick fassen das behandelte Thema zusammen.
Bei der Arbeit verwendete Methoden schließen den parametrischen Entwurf, manuelle Modellierung in zwei verschiedenen Softwareumgebungen und textliche Programmierung mit C#-Sprache ein.
Die Relevanz des untersuchten Themas erstreckt sich überwiegend auf praktisch tätige Ingenieure aus den Bereichen leichte Flächentragwerke, Sondertragwerke, Membranbau, wird aber auch für wissenschaftliche Mitarbeiter der Forschungsinstitutionen, BIM-Spezialisten und Produkthersteller von Interesse sein.
This thesis deals with the object tracking problem of multiple extended objects. For instance, this tracking problem occurs when a car with sensors drives on the road and detects multiple other cars in front of it. When the setup between the senor and the other cars is in a such way that multiple measurements are created by each single car, the cars are called extended objects. This can occur in real world scenarios, mainly with the use of high resolution sensors in near field applications. Such a near field scenario leads a single object to occupy several resolution cells of the sensor so that multiple measurements are generated per scan. The measurements are additionally superimposed by the sensor’s noise. Beside the object generated measurements, there occur false alarms, which are not caused by any object and sometimes in a sensor scan, single objects could be missed so that they not generate any measurements.
To handle these scenarios, object tracking filters are needed to process the sensor measurements in order to obtain a stable and accurate estimate of the objects in each sensor scan. In this thesis, the scope is to implement such a tracking filter that handles the extended objects, i.e. the filter estimates their positions and extents. In context of this, the topic of measurement partitioning occurs, which is a pre-processing of the measurement data. With the use of partitioning, the measurements that are likely generated by one object are put into one cluster, also called cell. Then, the obtained cells are processed by the tracking filter for the estimation process. The partitioning of measurement data is a crucial part for the performance of tracking filter because insufficient partitioning leads to bad tracking performance, i.e. inaccurate object estimates.
In this thesis, a Gaussian inverse Wishart Probability Hypothesis Density (GIW-PHD) filter was implemented to handle the multiple extended object tracking problem. Within this filter framework, the number of objects are modelled as Random Finite Sets (RFSs) and the objects’ extent as random matrices (RM). The partitioning methods that are used to cluster the measurement data are existing ones as well as a new approach that is based on likelihood sampling methods. The applied classical heuristic methods are Distance Partitioning (DP) and Sub-Partitioning (SP), whereas the proposed likelihood-based approach is called Stochastic Partitioning (StP). The latter was developed in this thesis based on the Stochastic Optimisation approach by Granström et al. An implementation, including the StP method and its integration into the filter framework, is provided within this thesis.
The implementations, using the different partitioning methods, were tested on simulated random multi-object scenarios and in a fixed parallel tracking scenario using Monte Carlo methods. Further, a runtime analysis was done to provide an insight into the computational effort using the different partitioning methods. It emphasized, that the StP method outperforms the classical partitioning methods in scenarios, where the objects move spatially close. The filter using StP performs more stable and with more accurate estimates. However, this advantage is associated with a higher computational effort compared to the classical heuristic partitioning methods.
Forecasting is crucial for both system planning and operations in the energy sector. With increasing penetration of renewable energy sources, increasing fluctuations in the power generation need to be taken into account. Probabilistic load forecasting is a young, but emerging research topic focusing on the prediction of future uncertainties. However, the majority of publications so far focus on techniques like quantile regression, ensemble, or scenario-based methods, which generate discrete quantiles or sets of possible load curves. The conditioned probability distribution remains unknown and can only be estimated when the output is post-processed using a statistical method like kernel density estimation.
Instead, the proposed probabilistic deep learning model uses a cascade of transformation functions, known as normalizing flow, to model the conditioned density function from a smart meter dataset containing electricity demand information for over 4,000 buildings in Ireland. Since the whole probability density function is tractable, the parameters of the model can be obtained by minimizing the negative loglikelihood through the state of the art gradient descent. This leads to the model with the best representation of the data distribution.
Two different deep learning models have been compared, a simple three-layer fully connected neural network and a more advanced convolutional neural network for sequential data processing inspired by the WaveNet architecture. These models have been used to parametrize three different probabilistic models, a simple normal distribution, a Gaussian mixture model, and the normalizing flow model. The prediction horizon is set to one day with a resolution of 30 minutes, hence the models predict 48 conditioned probability distributions.
The normalizing flow model outperforms the two other variants for both architectures and proves its ability to capture the complex structures and dependencies causing the variations in the data. Understanding the stochastic nature of the task in such detail makes the methodology applicable for other use cases apart from forecasting. It is shown how it can be used to detect anomalies in the power grid or generate synthetic scenarios for grid planning.
Botswana, a new construction project – the Maun Science Park - is to be built with a focus on sustainability and to create a new living space for the rapidly growing population in Africa. The project will be a blueprint for future projects in Africain terms of progress, technology and sustainability. This thesis will deal with its financial framework and will serve as a basis for the development of ways and means of financing such projects.
Throughout this thesis, the implementation of tools for knowledge management as a key factor for sustainable corporate development, is presented. In industries with a high fluc-tuation rate, such as construction, efficient knowledge management is of particular im-portance. Companies feel the effects of negligent handling of this resource especially dur-ing the Corona pandemic. Restructuring leads to experienced employees leaving the com-pany – and with them the know-how and experience gained. With a systematic knowledge transfer, the most important insights in such situations remain within the or-ganization. Thus, the company becomes crisis-proof and receives all the tools it needs to grow healthily again after the recession. Practical data from competitors indicates that knowledge management promises savings potential of several million euros per year for BAM. Further potentials in the areas of sustainability, customer- and employee satisfac-tion as well as occupational safety, which do not lead to savings, are also worth mention-ing. This thesis determines the current maturity level of knowledge management at BAM, before introducing processes and systems that successively drive the improvement. The developed methods simultaneously help to prevent and solve problems and systematical-ly promote the continuous improvement of all work processes in the company.
Detailed steps are presented to carry out change management towards the successful introduction and further development of knowledge management at BAM. A major focus is on interpersonal factors. The related topic of knowledge culture was recently ranked by german think-tank Zukunftsinstitut as one of the top 5 megatrends for companies in the 2020s. The methods developed, contribute to the creation of such a culture and to the transformation of BAM towards a learning organization. Knowledge management identi-fies with the BAM values. In the course of this thesis it will be shown how the system by its very nature, helps to implement these values in the work of every employee.
The results of this elaboration were recently awarded the Digital Construction Award 2020 for Business Excellence at BAM Deutschland AG.
Cities around the world are facing an increasing number of global and local challenges, such as climate change and scarcity of raw materials. At the same time trends like digitalization, globalization and networking gain in importance. For this reason, cities have started imple-menting smart solutions within the urban structure in order to evolve towards a Smart City. In Botswana, the Maun Science Park is intended to provide a best practice approach for a Bot-swanan Smart City. Since Smart City concepts have to be specifically tailored to local condi-tions, the first main goal of this thesis is to develop a synthesis concept for the Maun Science Park. A key problem in cities is the utilization of space, which is further intensified by increasing urbanization and population growth. Therefore, the second main goal is to develop approaches of (digitally) re-programmable space to use available areas intelligently and optimized.
Within the thesis, human-centered design has been applied as structure-giving methodology. By clarifying relevant Smart City contents, considering reference examples as well as identify-ing local challenges and requirements, an appropriate concept has been developed with hu-man-focus. Furthermore, the methodologies of literature research and expert interviews have been used as input in the individual human-centered design phases. In combination with an innovation funnel, the methodology human-centered design forms the structure of the thesis.
In total, ten main solution areas and 37 sub-segments have been identified for the synthesis concept of Maun Science Park. Additionally, a concept for Smart Buildings has been devel-oped as a part of the synthesis concept and as an essential infrastructure component of the Maun Science Park (three main segments, 16 sub-segments). Based on expert input, a priori-tization has been determined by evaluating the impact and economic affordability of the indi-vidual sub-areas. Moreover, individual key areas have been highlighted by identifying direct interactions between sub-segments and on the basis of expert input – these are particularly related to the segments Smart Data and Smart People. Besides the synthesis concept, ap-proaches of (digitally) re-programmable space have been created. Thereby, ten approaches refer to the conversion, reuse or expansion abilities of space within daily, weekly or life cycle. In addition, the conventional (digitally) re-programmable space idea has been extended by two new considerations – “multi-purpose use of built-up space” and “concept programming in the planning phase”. Finally, within an overall consideration – synthesis concept combined with approaches of (digitally) re-programmable space – the added value of the developed contents has been outlined, positive and negative aspects have been identified within a SWOT analysis and the business model of the Maun Science Park approach has been verified in a Business Model Canvas.
Through explicit elaboration, classification and prioritization of solution areas, the developed concept can serve as a basis for further project steps. Based on the defined requirements of the sub-segments, solutions can be developed with regard to the entire Smart City context.
In Maun, Botswana, a self-sufficient, sustainable and future-oriented district will be created, the Maun Science Park. Within this project, several 5-8 storey smart homes shall be built in sustainable construction. The aim of this thesis is to develop a sustainable structural concept for those homes of the Maun Science Park. In a first step, the general basics for tall building structures and sustainable construction were established. Based on those fundamentals, criteria for the structural requirements, the ecological as well as the social sustainability of a structural design could be defined. Subsequently, four structural systems were drafted: a concrete core structure, a steel shear frame structure, a rammed earth shear wall structure and a wooden diagrid structure. In addition to the pre-dimensioning of the systems, a life cycle assessment was set up to evaluate the ecological sustainability of the designs. With the help of a utility value analysis, the wooden diagrid structure was determined as the preferred variant. The comparison of the designs also allows to draw general conclusions for the development of sustainable tall building structures. The results of the life cycle assessment show the advantage of wood as an ecological building material over industrially manufactured building materials, such as steel and concrete. Whereas rammed earth, a likewise ecological building material, is not convincing due to its low strength. In general, a balance is created in the life cycle assessment between ecological and industrially manufactured products in regard of strength and environmental impact. In terms of social sustainability, the design of the structure system can significantly influence the flexibility and use of local resources. However, due to the diversity of sustainable construction, the development of a structural system should be linked to an overarching sustainability concept that takes architecture and stakeholders into account.
Die fortschreitende Urbanisierung sowie die voranschreitende digitale Transformation stellen viele Städte vor großen Herausforderungen. Um den wirtschaftlichen und gesellschaftlichen Veränderungsprozessen gerecht zu werden, braucht es innovative Lösungen. Die Nutzung digitaler Technologien und Daten eröffnen Städten neue Möglichkeiten, um sich zukunftsfähig zu gestalten. So wird die Stadt der Zukunft eine Stadt der Daten sein. Sie ist smart, vernetzt und entwickelt intelligente, digitale Lösungen für sich und ihre Bürger. Digitale, offene föderierte Plattformen bilden hierbei das Herzstück. Als zentraler Zugangspunkt zu Daten schaffen sie eine grenzenlose Vernetzung und generieren einen Mehrwert für Stadt, Bürger und Wirtschaft. Sie vereinen smarte Dienste und Services, verbessern die digitale Teilhabe und erhöhen die Lebensqualität in einer Stadt.
Das Ziel in der vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung von Anwendungsfällen aus dem Bereich der Bauwirtschaft für offene, föderierte digitale Plattformen. Der Fokus liegt hierbei auf der Online-Plattform für sogenannte digitale Zwillinge, die ein virtuelles Abbild der Realität erschaffen. Der virtuelle Stadtzwilling bildet das Fundament zahlreicher Smart City-Konzepte. Er ist ein Smart City-Werkzeug, das aufgrund seiner vielfältigen Einsatzfähigkeit für Städte großes Potenzial bietet.
Der Stadt Konstanz eröffnen sich mit der Etablierung eines digitalen Stadtzwillings neue Möglichkeiten für eine resiliente und umweltschonende Gestaltung ihres urbanen Raums. Der digitale Zwilling findet in den unterschiedlichsten Feldern Anwendung. So kann er beispielsweise für die Entwicklung klimaoptimierter Bebauungsszenarien eingesetzt oder für intelligent vorausschauende Verkehrsleitsysteme genutzt werden. Darüber hinaus ermöglicht er neue Formen mit der Öffentlichkeit zu interagieren, indem er geplante Bauvorhaben und deren Auswirkungen realitätsgetreu abbildet. Dennoch stellt die Etablierung und die vollumfängliche Nutzung des digitalen Zwillings die Stadt Konstanz vor großen Herausforderungen. So setzt die Anwendung smarter städtischer Lösungen einen ausreichenden Datenschutz voraus. Darüber hinaus ist die digitale Transformation ein zeitintensiver und kostenaufwendiger Prozess, für den entsprechende Ressourcen benötigt werden. Zudem bedarf es einen gesellschaftsübergreifenden Paradigmenwechsel, der bislang nur langsam voranschreitet. Dennoch ist es unerlässlich, dass die Stadt Konstanz die Herausforderungen annimmt und die Chancen ergreift, um zu einer zukunftsfähigen und digitalen Stadt zu werden. Denn der digitale Zwilling bildet einen zentralen Baustein auf dem Weg zu einer Smart City.
Experimentelle Untersuchung einer Kontaktverbindung für die Anwendung im konstruktiven Holzbau
(2021)
Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine Holz-Holz-Kontaktverbindung aus Brettschichtholz ohne mechanische Verbindungsmittel hinsichtlich ihrer Steifigkeit experimentell untersucht. Eine Druckstrebe wurde mit Hilfe eines versteckten Treppenversatzes unter einem Winkel von 30° bzw. 60° an einen Gurt angeschlossen. Insgesamt wurden in den zwei Prüfreihen 20 Prüfkörper untersucht.
Das für die Versuche verwendete Brettschichtholz wurde von vier verschiedenen Firmen und Ingenieurbüros in Deutschland zur Verfügung gestellt. Für die experimentellen Untersuchungen in dieser privatfinanzierten Masterthesis standen so immerhin ca. 50 Meter Brettschichtholz zur Verfügung.
Die Versuche wurden in der Öffentlichen Prüfstelle für Baustoffe und Geotechnik an der HTWG durchgeführt.
Die Auswertung der Versuchsergebnisse soll Aufschluss über die Steifigkeit, die Tragfähigkeit und das mechanische Verhalten eines solchen modifizierten Versatzes geben. Diese Erkenntnisse sollen eine Grundlage für die computergestützte Modellierung von Verbindungen schaffen, um lokale Effekte in Anschlussbereichen besser zu verstehen und möglichst realitätsnah implementieren zu können.
Kapitel 2 der vorliegenden Arbeit beschreibt die theoretischen Grundlagen optimaler Regelung und die unterschiedlichen Methoden des Pfadintegral Frameworks zur Reglersynthese. Zudem wird ein Ansatz zur Erweiterung des stochastischen NMPC dargestellt, sodass eine Adaption an eine real vorliegende Systemdynamik erfolgt. Weiter wird eine Methode entwickelt und beschrieben, welche die Effizienz des Algorithmus stark erhöht.
In Kapitel 3 wird aufgezeigt, wie die Pfadintegral Regelung dazu genutzt wird ein Furuta Pendel aufzuschwingen.
In Kapitel 4 werden die Algorithmen zur Lösung unterschiedlicher Problemstellungen im Kontext eines Forschungsboot appliziert. So wird unter anderem gezeigt, wie ein Pfadintegral Regelungsalgorithmus genutzt werden kann, um autonom mit dem Forschungsboot Solgenia am Steg der HTWG Konstanz anzulegen.
Abschließend wird in Kapitel 5 ein Fazit aus den Ergebnissen gezogen, diese eingeordnet und ein Ausblick auf weitere mögliche Arbeiten gegeben.
Interpretability and uncertainty modeling are important key factors for medical applications. Moreover, data in medicine are often available as a combination of unstructured data like images and structured predictors like patient’s metadata. While deep learning models are state-of-the-art for image classification, the models are often referred to as ’black-box’, caused by the lack of interpretability. Moreover, DL models are often yielding point predictions and are too confident about the parameter estimation and outcome predictions.
On the other side with statistical regression models, it is possible to obtain interpretable predictor effects and capture parameter and model uncertainty based on the Bayesian approach. In this thesis, a publicly available melanoma dataset, consisting of skin lesions and patient’s age, is used to predict the melanoma types by using a semi-structured model, while interpretable components and model uncertainty is quantified. For Bayesian models, transformation model-based variational inference (TM-VI) method is used to determine the posterior distribution of the parameter. Several model constellations consisting of patient’s age and/or skin lesion were implemented and evaluated. Predictive performance was shown to be best by using a combined model of image and patient’s age, while providing the interpretable posterior distribution of the regression coefficient is possible. In addition, integrating uncertainty in image and tabular parts results in larger variability of the outputs corresponding to high uncertainty of the single model components.
Ein Wandel weg von der linearen und hin zu einer Kreislaufwirtschaft, wie man ihn bereits in verschiedenen Bereichen erkennen kann, hat positive Auswirkungen auf das Klima und die Umwelt. Die Baubranche könnte durch ihre hohe Ressourcen- und Energieintensität ein wichtiger Beitrag zur Klima- und Umweltschonung durch Kreislaufpraktiken leisten. Im Fokus sollte nicht mehr nur eine effiziente Gebäudehülle stehen, sondern eine ganzheitliche Nachhaltigkeitsbetrachtung.
Aufgrund mangelnden Bewusstseins, fehlender rechtlicher Rahmenbedingungen, Organisationen, Softwaretools und fehlender Anreize durch Förderungen oder Geschäftsmodelle kann und wird eine ganzheitliche Kreislaufwirtschaft derzeit noch nicht in der Baubranche umgesetzt. Ein weiterer bedeutsamer Grund sind fehlende Materialpässe und deren Umsetzungsmöglichkeiten in der Praxis.
Ziel dieser Arbeit ist es, die Lücke zwischen den Anforderungen an Materialpässe und deren Umsetzung in der Praxis, speziell für WeberHaus und somit den Holz-Fertighausbau, frühzeitig zu schließen. Durch Experteninterviews werden der Ist-Zustand des Material- und Informationsflusses beschrieben und gleichzeitig die Themen Kreislaufwirtschaft, Rückverfolgung und Materialpässe mit den Mitarbeitern diskutiert und nähergebracht. Aus dem Ist- Zustand des Material- und Informationsflusses werden Möglichkeiten einer Umsetzung in Form von zwei Varianten für Materialpässe geliefert, welche die zuvor festgelegten Anforderungen erfüllen.
Zur Beschreibung des Materialflusses hat es sich als sinnvoll erwiesen, eine Einteilung des gesamten Unternehmens auf Gebäude- und Elementebene vorzunehmen. Der Informationsfluss wird für den Materialpass hauptsächlich durch die vorhandenen Softwaresysteme Bentley, Dietrich´s, SAP und WeKo bestimmt. Um die Anforderungen, die an die Materialpässe gestellt werden, bestmöglich und mit geringem Aufwand erfüllen zu können, stellt sich BIM in Kombination mit der Plattform Madaster als sinnvolles Instrument heraus. Hierzu sind jedoch aufwendige Fachmodelle oder ein Koordinationsmodell nötig, welche von WeberHaus noch nicht vollständig realisiert werden. Als Übergangslösung bietet sich ein Materialpass auf Elementebene an, der durch diese Betrachtung standardisiert und ergänzt werden kann. Eine Ergänzung dieser Variante durch QR-Codes bietet zusätzlich eine direkte Verknüpfung von Informationen mit Bauteilen.
Die vorliegende Arbeit soll durch einen möglichst gesamtheitlichen Vergleich von Fertigbadzellen und der konventionellen Ausführung von Bädern als eine Entscheidungshilfe für zukünftige Projekte dienen. Durch den immer stärker werdenden Fachkräftemangel sind Unternehmen auf Methoden angewiesen, welche diesem Mangel entgegenwirken. Eine Möglichkeit bietet die Verwendung von Fertigbadmodulen, welche noch viele weitere Vorteile sowohl für den Nutzer als auch den Generalunternehmer darstellt. Ziel der Arbeit ist es, neben der Ermittlung der Mindeststückzahl für eine sinnvolle Anwendung, eines Kosten- und Bauzeitenvergleichs auch einen Ausblick auf einen vermehrten Einsatz von Fertigbädern im Wohnungsbau zu geben. Im Rahmen der Arbeit wurden Experteninterviews geführt, um die gesammelten Erfahrungen auf den Baustellen sowie die Informationen aus Internet- und Literaturrecherchen mit aktuellen und aussagekräftigen Informationen zu stärken. Zuletzt fasst ein Leitfaden alle wichtigen Aspekte zusammen, die berücksichtigt werden sollten, wenn es um die Frage geht, ob der Einsatz von Fertigbädern sinnvoll ist. Zu den wichtigsten Erkenntnissen gehört die Tatsache, dass beim betrachteten Beispielprojekt eine deutliche Kosteneinsparung durch eine Verkürzung der Gesamtbauzeit sowie durch einen reduzierten Koordinationsaufwand ermittelt werden konnte. Weiterhin zeigen die Erkenntnisse aus den Interviews eine zukünftig verstärkte Orientierung in Richtung des Wohnungsbaus. Dies zeigt sich in den Anwendungszahlen sowie durch Maßnahmen zur stärkeren Etablierung im Wohnungsbau. Zusammenfassend kann die Anwendung von Fertigbadzellen besonders bei Projekten mit hoher Wiederholungsrate empfohlen werden, jedoch sollte auch hier in Zukunft der Wohnungsbau unter Berücksichtigung bestimmter Prämissen nicht vernachlässigt werden.