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Entwicklung eines Software-Systems für die Qualitätssicherung von Oberflächen im Automobilbau
(2003)
Heutzutage nimmt die Qualitätssicherung der Produkte bei immer mehr Betrieben einen zunehmend hohen Stellenwert ein. Auch in der Automobilindustrie gelten mittlerweile hohe Qualitätsrichtlinien. Damit der Qualitätsstandard aber auch gewährleistet werden kann, muss die Qualität des Produkts ständig gemessen und beurteilt werden. Um die manuelle Prüfung der Pressteile zu unterstützen wurde in den letzten Jahren bei VW/Audi do Brasil – BUC das Oberflächen-Inspektions-System DSight eingesetzt. Leider haben jedoch zahlreiche Messungen mit DSight ergeben, dass die Ergebnisse unzuverlässig und nicht reproduzierbar sind. Aus diesem Grund wurde im Rahmen dieser Diplomarbeit ein neues Software-System zur Inspektion von Oberflächen im Automobilbau entwickelt, das die Anforderungen der Qualitätssicherung besser erfüllt. Das neue System, das den Namen VisionMaster trägt, basiert auf dem Prinzip der Retro-Reflexion. Mit Hilfe implementierter Auswertungsalgorithmen werden aufgenommene Grauwertbilder der gepressten Teile analysiert. Die Ergebnisse der Inspektion werden anschließend in übersichtlicher Form in einem Protokoll ausgegeben. Um die Reproduzierbarkeit der Messungen zu garantieren und die Messergebnisse archivieren zu können, wird zusätzlich eine Datenbank eingesetzt, auf die über die ADO-Technologie zugegriffen wird. Zur Beschleunigung der Inspektion wir das neue System VisionMaster direkt in die Produktionshalle verlagert, um dort vor Ort Messungen an den gepressten Teilen durchführen zu können.
Mobile-Agenten erweitern die Möglichkeiten von verteilten Systemen dadurch, dass sie lauffähigen Code transportieren und diesen ausführen können. Sie können sich frei im Netzwerk bewegen, dort nach Informationen suchen und Aufgaben im Namen ihrer Auftraggeber ausführen. Viele Mobile-Agenten-Plattformen verwenden Java als Laufzeitumgebung, dadurch sind sie unabhängig vor dem darunter-liegenden Betriebssystem. Auf eine Unterstützung einer Anzeigegeräte-unabhängigen Benutzer-Agent-Interaktion wird aber meist nicht geachtet. Betrachtet man sich diese Anzeigegeräte mit den unterschiedlichen Eigenschaften in Display-Größe, Farbfähigkeit und Möglichkeiten für die Ein-und Ausgabe, besonders im Zusammenhang mit mobilen Geräten, z.B. Smartphpones und PDAs, ist es verständlich warum der Benutzer oft noch auf herkömmliche Geräte zur Interaktion angewiesen ist. Der Fokus dieser Diplomarbeit lag auf der Entwicklung eines Frameworks, das graphische Java-Benutzerschnittstellen in einem geräteunabhängigen XML-Format beschreibt und daraus ein geräteabhängiges Format erzeugt. Ein besonderes Augenmerk lag dabei in der einfachen Erweiterbarkeit des Frameworks, um zukünftige Ausgabeformate zu unterstützen, weswegen die Technik XSLT zum Einsatz kam. Nach dem Übermitteln der GUI-Daten werden über einen Rückkanal die Benutzerinteraktionen wieder dem Framewok zugeführt. Da die meisten mobilen Geräte einen Webbrowser integriert haben, eignen sich die Markup-Sprachen HTML oder WML besonders gut als Ausgabeformate für diese Geräte. Das Framework erlaubt darüberhinaus sowohl die lokale als auch die entfernte Interaktion mit den Software-Agenten. Sowohl für den Transport der GUI-Daten als auch für die Interaktion mit Agenten verwendet das Framework die Sicherheitsmechanismen der Agenten-Plattform SeMoA (Secure Mobile Agents). Das vorgestellte Framework lässt sich in SeMoA einfach integrieren und gestattet die individuelle Konfiguration der Interaktionsmethode mit einem Agenten.
The evaluation of the effectiveness of different machine learning algorithms on a publicly available database of signals derived from wearable devices is presented with the goal of optimizing human activity recognition and classification. Among the wide number of body signals we choose a couple of signals, namely photoplethysmographic (optically detected subcutaneous blood volume) and tri-axis acceleration signals that are easy to be simultaneously acquired using commercial widespread devices (e.g. smartwatches) as well as custom wearable wireless devices designed for sport, healthcare, or clinical purposes. To this end, two widely used algorithms (decision tree and k-nearest neighbor) were tested, and their performance were compared to two new recent algorithms (particle Bernstein and a Monte Carlo-based regression) both in terms of accuracy and processing time. A data preprocessing phase was also considered to improve the performance of the machine learning procedures, in order to reduce the problem size and a detailed analysis of the compression strategy and results is also presented.
Anbindung eines PPC405 embedded CPU Core an ein MPC860-System unter dem Echtzeitbetriebssystem OSE
(2006)
Die Diplomarbeit verfolgt das Ziel, die softwareseitige Anbindung eines PPC405-Systems an das Gesamtsystem einer digitalen Funkgeräteplattform herzustellen. Über eine konzipierte Implementierung, die nach dem Einschalten des Funkgeräts gestartet wird, erfolgt die Übertragung des Betriebssystems in den zugehörigen Arbeitsspeicher des PPC405-Systems. Nach Abschluss der Initialisierungsphase kommunizieren die Anwendungsprozesse auf den beteiligten Systemen über eine transparente Erweiterung des Betriebssystems mit der jeweiligen Gegenseite. Als Übertragungsmedium für die genannte Betriebssystemerweiterung wird ein zwischen den Systemen angesiedelter Speicher genutzt, für dessen koordinierte Zugriffe eine im Rahmen der Diplomarbeit entwickelte Treiberkomponente sorgt. Durch die Anbindung des PPC405-Systems wird eine Leistungssteigerung des Gesamtsystems erwartet. Auf der Basis von Messungen wurde die Performance des somit erhaltenen Multiprozessorsystems bestimmt. Aus den Ergebnissen wurden geeignete Möglichkeiten zur Optimierung erarbeitet und umgesetzt.
Webservices können ein fester Bestandteil von Integrationsbemühungen werden, um nicht nur innerhalb des Unternehmens Altlasten aufzuräumen, sondern mittlerweile auch zwischen den Partnern, Kunden und Lieferanten zu koordinieren. Sie können mit ihrer Schlichtheit und Implementierungseleganz bisherige Integrationstools wie CORBA, DCOM u.a. alt aussehen lassen. Ihre textbasierten Bestandteile SOAP, WSDL und UDDI arbeiten mit XML und HTTP, die das enorme Potenzial des Internet erst jetzt richtig zur Geltung bringen.
The ballistocardiography is a technique that measures the heart rate from the mechanical vibrations of the body due to the heart movement. In this work a novel noninvasive device placed under the mattress of a bed estimates the heart rate using the ballistocardiography. Different algorithms for heart rate estimation have been developed.
Globalization has increased the number of road trips and vehicles. The result has been an intensification of traffic accidents, which are becoming one of the most important causes of death worldwide. Traffic accidents are often due to human error, the probability of which increases when the cognitive ability of the driver decreases. Cognitive capacity is closely related to the driver’s mental state, as well as other external factors such as the CO2 concentration inside the vehicle. The objective of this work is to analyze how these elements affect driving. We have conducted an experiment with 50 drivers who have driven for 25 min using a driving simulator. These drivers completed a survey at the start and end of the experiment to obtain information about their mental state. In addition, during the test, their stress level was monitored using biometric sensors and the state of the environment (temperature, humidity and CO2 level) was recorded. The results of the experiment show that the initial level of stress and tiredness of the driver can have a strong impact on stress, driving behavior and fatigue produced by the driving test. Other elements such as sadness and the conditions of the interior of the vehicle also cause impaired driving and affect compliance with traffic regulations.
IT-Compliance in KMU
(2023)
Die digitale Transformation von Geschäftsprozessen und die stärkere Einbindung von IT-Systemen erzeugen bei kleinen und mittelständischen Unternehmen (KMU) Chancen und Risiken zugleich. Risiken, die insbesondere in einer fehlenden IT-Compliance resultieren können. Wie Studien zeigen, sind KMU in Bezug auf IT-Compliance-Maßnahmen im Vergleich zu kapitalmarktorientierten Unternehmen jedoch im Rückstand [1]. Im Beitrag wird mithilfe von Experteninterviews und einer qualitativen Datenanalyse der Frage nachgegangen, welcher Status quo an Maßnahmen aktuell implementiert und wie der empfundene Compliance-Reifegrad ist. Weiterhin werden die Gründe und Motive erörtert, die zu diesem Zustand geführt haben. Letztlich sind Treiber identifiziert worden, die zu einem höheren Bewusstsein in der Zukunft führen können. Die Arbeit zeigt interessante Erkenntnisse aus der Praxis, da die Experteninterviews Einblicke in den aktuellen Status quo in Bezug auf IT-Compliance liefern.
Die Anforderungen, die von Privatpersonen und Unternehmen an das Internet gestellt werden, sind im Laufe der letzten Jahre stark gewachsen. Längst dient das WWW nicht mehr nur für den Abruf von Informationen, sondern wird als universelle Plattform für Dienstleistungen aller Art verstanden. Im Zuge dieser Entwicklung hat es sich als neue Plattform für die Kommunikation zwischen Kunde und Anbieter etabliert und dient als Medium für die Ausführung komplexer Geschäftsprozesse. Für die Realisierung solcher Geschäftsprozesse werden Web-Anwendungen eingesetzt. Diese sind in ihrer Erstellung wesentlich aufwendiger, als eine Präsentation statischer Webseiten, und damit teurer und fehleranfälliger. Frameworks erlauben, durch die Standardisierung allgemeiner Vorgänge innerhalb von Web-Anwendungen, deren zeit- und damit kosteneffektivere Entwicklung. Zusätzlich kann, durch den Einsatz vorgefertigter Komponenten, der Grad der Wiederverwendung bereits gefundener Lösungen erhöht, und damit nochmals eine Zeitersparnis bei Entwurf und Erstellung einer Anwendung erreicht werden. Ein solches Framework namens "WACoF" wird an der FH Konstanz aktiv entwickelt, basierend auf den Forschungsergebnissen und unter der Leitung von Herrn Prof. Dr. Schmid. In diesem Zusammenhang sind bisher unter anderem Diplomarbeiten von Florian Falkenstein [Falk01] und Marc Nädele [Nädele02] angefertigt worden. Die Hauptaufgabe dieser Diplomarbeit bestand in der Abänderung des oben genanntes Frameworks, so dass sich damit Anwendungen nicht mehr in Programmcode, sondern über einen Anwendungsdeskriptor definieren lassen. Ein solcher Deskriptor enthält sämtliche Informationen, die den Aufbau der Anwendung aus Komponenten beschreiben. Um eine konkrete Anwendung zu erstellen, muss der Anwendungsentwickler lediglich diese Informationen, wie Customizing und die Verbindungen zwischen den Komponenten, in Form einer XML-Datei zur Verfügung stellen. Die Definition der Anwendung wird damit zum einen unabhängig von der konkreten Programmiersprache des Frameworks, zum anderen wird sie in einem einzigen Ort konzentriert und in einer klar definierten Form beschrieben, was ihre Bearbeitung durch entsprechende Tools - wie z.B. grafische Manipulation oder automatische Prüfung auf Korrektheit, und damit frühzeitige Erkennung von Fehlern - erheblich vereinfacht. Dazu war es zuerst notwendig, das Framework in Hinblick auf die Einführung des Deskriptors zu analysieren. Aufgrund dieser Analyse wurden allgemeine Bedingungen für den Zusammenbau von Komponenten aufgestellt, und anhand der bestehenden Anwendungskomponenten (siehe Diplomarbeit von Marc Nädele [Nädele02]) überprüft. Dann wurde das Framework um neue Elemente, wie eine Komponenten-Fabrik und einen Aktivitäts-Pool, erweitert und bestehende Elemente, wie die ComposedActivity und der Crosslink-Mechanismus, neu entworfen bzw. angepasst.
Wenn neue Tätigkeiten in der PVC-Abdichtlinie2 der Lackiererei bearbeitet werden müssen, ist es notwendig die gesamte Produktionslinie zu betrachten, um eine Aussage darüber machen zu können, an welchem Arbeitsplatz diese neuen Tätigkeiten bearbeitet werden können. Die Zuweisung von neuen Tätigkeiten an Arbeitsplätze wird Eintakten genannt. Ziel der Diplomarbeit war es, ein Konzept für die automatische Eintaktung von manuellen Tätigkeiten an der PVC-Abdichtlinie2 der Lackiererei zu erstellen. Anschließend sollte ein Programm entwickelt werden, womit eine automatische Eintaktung durchgeführt werden kann. Bei der Erstellung dieses Programms sollte darauf geachtet werden, dass das Programm leicht zu handhaben ist. Weiterhin sollte das Programm so gestaltet sein, dass es auch durch die ähnlich aufgebaute Abdichtlinie1 genutzt werden kann.
Die vorliegende Arbeit soll die Möglichkeiten von XML und den dazugehörigen Technologien bei der Entwicklung eines komplexen Softwaresystems und dem damit verbundenen Datenaustausch aufzeigen. Dafür soll die Leistungsfähigkeit und Eignung oder ggf. Nichteignung der XML-Technologie durch Entwurf, Aufbau und Test eines Prototyps, durch XML-konforme Ein- und Ausgabe sowie durch Daten- Aufbereitung und -auswertungen nachgewiesen werden. Daten unterschiedlicher Datenbestände werden ins XML-Format transformiert und in eine zentrale Datenbank gespeichert. Diese sollen mittels XML für alle Fremddatensysteme bereitgestellt sowie in HTML- und PDF-Formate transformiert werden.
The IETF, concerned with the evolution of the Internet architecture, nowadays also looks into industrial automation processes. The contributions of a variety of IETF activities, initiated during the last ten years, enable now the replacement of proprietary standards by an open standardized protocol stack. This stack, denoted in the following as 6TiSCH-stack, is tailored for industrial internet of things (IIoTs). The suitability of 6TiSCH-stack for Industry 4.0 is yet to explore. In this paper, we identify four challenges that, in our opinion, may delay or hinder its adoption. As a prime example of that, we focus on the initial 6TiSCHnetwork
formation, highlighting the shortcomings of the default procedure and introducing our current work for a fast and reliable formation of dense network.
The Industrial Internet of Things (IIoT) will leverage on wireless network technologies to integrate in a seamless manner Cyber-Physical Systems into existing information systems. In this context, the 6TiSCH architecture, proposed by IETF, represents the current leading standardization effort to enable timed and reliable data communication within IPv6 networks for industrial applications. In wireless networks, Link Quality Estimation (LQE) is a crucial task to select the best routes for data forwarding, regardless of unpredictable time varying conditions. Although, many solutions for LQE have been proposed in literature, the majority of them are not designed specifically for 6TiSCH networks. In this paper, we analyze the performance of existing LQE strategies on 6TiSCH networks.
First, we run a set of simulations to measure the performance of one existing LQE strategy in 6TiSCH. Our simulations show that such strategy can result in measurements with low accuracy due to the 6TiSCH default timeslot allocation strategy. Consequently, we propose an extension of the 6TiSCH Minimal Configuration that allocates specific timeslots for the transmission of probing messages to mitigate the problem. The proposed methodology is demonstrated to effectively reduce the LQE error.
The influence of sleep on human life, including physiological, psychological, and mental aspects, is remarkable. Therefore, it is essential to apply appropriate therapy in the case of sleep disorders. For this, however, the irregularities must first be recognised, preferably conveniently for the person concerned. This dissertation, structured as a composition of research articles, presents the development of mathematically based algorithmic principles for a sleep analysis system. The particular focus is on the classification of sleep stages with a minimal set of physiological parameters. In addition, the aspects of using the sleep analysis system as part of the more complex healthcare systems are explored. Design of hardware for non-obtrusive measurement of relevant physiological parameters and the use of such systems to detect other sleep disorders, such as sleep apnoea, are also referred to. Multinomial logistic regression was selected as the basis for development resulting from the investigations carried out. By following a methodical procedure, the number of physiological parameters necessary for the classification of sleep stages was successively reduced to two: Respiratory and Movement signals. These signals might be measured in a contactless way. A prototype implementation of the developed algorithms was performed to validate the proposed method, and the evaluation of 19324 sleep epochs was carried out. The results, with the achieved accuracy of 73% in the classification of Wake/NREM/REM stages and Cohen's kappa of 0.44, outperform the state of the art and demonstrate the appropriateness of the selected approach. In the future, this method could enable convenient, cost-effective, and accurate sleep analysis, leading to the detection of sleep disorders at an early stage so that therapy can be initiated as soon as possible, thus improving the general population's health status and quality of life.
Sleep quality and in general, behavior in bed can be detected using a sleep state analysis. These results can help a subject to regulate sleep and recognize different sleeping disorders. In this work, a sensor grid for pressure and movement detection supporting sleep phase analysis is proposed. In comparison to the leading standard measuring system, which is Polysomnography (PSG), the system proposed in this project is a non-invasive sleep monitoring device. For continuous analysis or home use, the PSG or wearable Actigraphy devices tends to be uncomfortable. Besides this fact, they are also very expensive. The system represented in this work classifies respiration and body movement with only one type of sensor and also in a non-invasive way. The sensor used is a pressure sensor. This sensor is low cost and can be used for commercial proposes. The system was tested by carrying out an experiment that recorded the sleep process of a subject. These recordings showed the potential for classification of breathing rate and body movements. Although previous researches show the use of pressure sensors in recognizing posture and breathing, they have been mostly used by positioning the sensors between the mattress and bedsheet. This project however, shows an innovative way to position the sensors under the mattress.
This document presents a new complete standalone system for a recognition of sleep apnea using signals from the pressure sensors placed under the mattress. The developed hardware part of the system is tuned to filter and to amplify the signal. Its software part performs more accurate signal filtering and identification of apnea events. The overall achieved accuracy of the recognition of apnea occurrence is 91%, with the average measured recognition delay of about 15 seconds, which confirms the suitability of the proposed method for future employment. The main aim of the presented approach is the support of the healthcare system with the cost-efficient tool for recognition of sleep apnea in the home environment.
Objective: This paper presents an algorithm for non-invasive sleep stage identification using respiratory, heart rate and movement signals. The algorithm is part of a system suitable for long-term monitoring in a home environment, which should support experts analysing sleep. Approach: As there is a strong correlation between bio-vital signals and sleep stages, multinomial logistic regression was chosen for categorical distribution of sleep stages. Several derived parameters of three signals (respiratory, heart rate and movement) are input for the proposed method. Sleep recordings of five subjects were used for the training of a machine learning model and 30 overnight recordings collected from 30 individuals with about 27 000 epochs of 30 s intervals each were evaluated. Main results: The achieved rate of accuracy is 72% for Wake, NREM, REM (with Cohen's kappa value 0.67) and 58% for Wake, Light (N1 and N2), Deep (N3) and REM stages (Cohen's kappa is 0.50). Our approach has confirmed the potential of this method and disclosed several ways for its improvement. Significance: The results indicate that respiratory, heart rate and movement signals can be used for sleep studies with a reasonable level of accuracy. These inputs can be obtained in a non-invasive way applying it in a home environment. The proposed system introduces a convenient approach for a long-term monitoring system which could support sleep laboratories. The algorithm which was developed allows for an easy adjustment of input parameters that depend on available signals and for this reason could also be used with various hardware systems.
The recovery of our body and brain from fatigue directly depends on the quality of sleep, which can be determined from the results of a sleep study. The classification of sleep stages is the first step of this study and includes the measurement of vital data and their further processing. The non-invasive sleep analysis system is based on a hardware sensor network of 24 pressure sensors providing sleep phase detection. The pressure sensors are connected to an energy-efficient microcontroller via a system-wide bus. A significant difference between this system and other approaches is the innovative way in which the sensors are placed under the mattress. This feature facilitates the continuous use of the system without any noticeable influence on the sleeping person. The system was tested by conducting experiments that recorded the sleep of various healthy young people. Results indicate the potential to capture respiratory rate and body movement.
The main aim of presented in this manuscript research is to compare the results of objective and subjective measurement of sleep quality for older adults (65+) in the home environment. A total amount of 73 nights was evaluated in this study. Placing under the mattress device was used to obtain objective measurement data, and a common question on perceived sleep quality was asked to collect the subjective sleep quality level. The achieved results confirm the correlation between objective and subjective measurement of sleep quality with the average standard deviation equal to 2 of 10 possible quality points.
Die Erholung unseres Körpers und Gehirns von Müdigkeit ist direkt abhängig von der Qualität des Schlafes, die aus den Ergebnissen einer Schlafstudie ermittelt werden kann. Die Klassifizierung der Schlafstadien ist der erste Schritt dieser Studie und beinhaltet die Messung von Biovitaldaten und deren weitere Verarbeitung. Das non-invasive Schlafanalyse-System basiert auf einem Hardware-Sensornetz aus 24 Drucksensoren, das die Schlafphasenerkennung ermöglicht. Die Drucksensoren sind mit einem energieeffizienten Mikrocontroller über einen systemweiten Bus mit Adressarbitrierung verbunden. Ein wesentlicher Unterschied dieses Systems im Vergleich zu anderen Ansätzen ist die innovative Art, die Sensoren unter der Matratze zu platzieren. Diese Eigenschaft erleichtert die kontinuierliche Nutzung des Systems ohne fühlbaren Einfluss auf das gewohnte Bett. Das System wurde getestet, indem Experimente durchgeführt wurden, die den Schlaf verschiedener gesunder junger Personen aufzeichneten. Die ersten Ergebnisse weisen auf das Potenzial hin, nicht nur Atemfrequenz und Körperbewegung, sondern auch Herzfrequenz zu erfassen.
Identifikation von Schlaf- und Wachzuständen durch die Auswertung von Atem- und Bewegungssignalen
(2021)
Sleep study can be used for detection of sleep quality and in general bed behaviors. These results can helpful for regulating sleep and recognizing different sleeping disorders of human. In comparison to the leading standard measuring system, which is Polysomnography (PSG), the system proposed in this work is a non-invasive sleep monitoring device. For continuous analysis or home use, the PSG or wearable Actigraphy devices tends to be uncomfortable. Besides, these methods not only decrease practicality due to the process of having to put them on, but they are also very expensive. The system proposed in this paper classifies respiration and body movement with only one type of sensor and also in a noninvasive way. The sensor used is a pressure sensor. This sensor is low cost and can be used for commercial proposes. The system was tested by carrying out an experiment that recorded the sleep process of a subject. These recordings showed excellent results in the classification of breathing rate and body movements.
Good sleep is crucial for a healthy life of every person. Unfortunately, its quality often decreases with aging. A common approach to measuring the sleep characteristics is based on interviews with the subjects or letting them fill in a daily questionnaire and afterward evaluating the obtained data. However, this method has time and personal costs for the interviewer and evaluator of responses. Therefore, it would be important to execute the collection and evaluation of sleep characteristics automatically. To do that, it is necessary to investigate the level of agreement between measurements performed in a traditional way using questionnaires and measurements obtained using electronic monitoring devices. The study presented in this manuscript performs this investigation, comparing such sleep characteristics as "time going to bed", "total time in bed", "total sleep time" and "sleep efficiency". A total number of 106 night records of elderly persons (aged 65+) were analyzed. The results achieved so far reveal the fact that the degree of agreement between the two measurement methods varies substantially for different characteristics, from 31 minutes of mean difference for "time going to bed" to 77 minutes for "total sleep time". For this reason, a direct exchange of objective and subjective measuring methods is currently not possible.
Das häusliche Umfeld kann vor allem für langfristiges Schlafmonitoring verwendet werden. Gute Patientenakzeptanz erfordert niedrige Nutzer- und Installationsbarrieren. Für die Installation zu Hause sind klassische PSG-Systeme aufgrund von ihrer Komplexität wenig passend. Ziel der Entwicklung ist die qualifizierte Erhebung von Parametern, die einerseits eine hinreichend gute Klassifikation von Schlafphasen erlauben und die andererseits durch nicht-invasive Methoden erfasst werden können.
Basierend auf einer Literaturstudie und der Maßgabe nicht-invasive Methoden zu nutzen, wurden folgende Parameter ausgewählt: Körperbewegung, Atmung und Herzschlag. Diese Parameter können nicht-invasiv durch Matratzendrucksensoren erfasst werden. Die Sensorknoten sind als ein Netz von Drucksensoren implementiert, die mit einem leistungsarmen und performanten Mikrocontroller verbunden sind. Alle Knoten sind über einen systemweiten Bus mit Adressarbitrierung verbunden. Der eingebettete Prozessor ist der Mesh-Netzwerk-Endpunkt, der die Netzwerkkonfiguration, Speicherung und Vorverarbeitung der Daten, externen Datenzugriff und Visualisierung ermöglicht.
Das System wurde getestet, indem Experimente durchgeführt wurden, die den Schlaf verschiedener gesunder junger Personen aufzeichneten. Die erhaltenen Ergebnisse bestätigen die Fähigkeit des Systems, Atemfrequenz und Körperbewegung zu erfassen. Ein wesentlicher Unterschied dieses Systems im Vergleich zu anderen Ansätzen ist die innovative Art, die Sensoren unter der Matratze zu platzieren. Diese Eigenschaft erleichtert die kontinuierliche Nutzung des Systems ohne Einfluss auf den gemeinsamen Schlafprozess.
Um Schlafverhalten langfristig zu untersuchen, wird ein Hardwaresystem mit niedrigen Installationsbarrieren für den Einsatz im häuslichen Umfeld. Erste Ergebnisse weisen auf das Potenzial hin, außer Körperbewegung und Atemfrequenz, auch Herzfrequenz erfassen zu können. Die Werte können weiter verbessert werden, wenn die Sensorabfragefrequenz erhöht wird. Nach der Weiterentwicklung des Systems, soll es mit dem Softwarealgorithmus für die Schlafphasenerkennung verbunden werden.
Die Schlafapnoe ist eine häufig auftretende Schlafstörung,
die unterschiedliche Auswirkungen auf unseren Alltag hat; so wurde z. B.
über eine Tagesschläfrigkeit von etwa 25 % der Patienten mit obstruktiver
Schlafapnoe (OSA) berichtet. Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines
Systems, das eine nichtinvasive Erkennung der Schlafapnoe in häuslicher
Umgebung ermöglichen soll.
This document presents an algorithm for a non-obtrusive recognition of Sleep/Wake states using signals derived from ECG, respiration, and body movement captured while lying in a bed. As a core mathematical base of system data analytics, multinomial logistic regression techniques were chosen. Derived parameters of the three signals are used as the input for the proposed method. The overall achieved accuracy rate is 84% for Wake/Sleep stages, with Cohen’s kappa value 0.46. The presented algorithm should support experts in analyzing sleep quality in more detail. The results confirm the potential of this method and disclose several ways for its improvement.
This paper presents a bed system able to analyze a person’s movement, breathing and recognize the positions that the subject is lying on the bed during the night without any additional physical contact. The measurements are performed with sensors placed between the mattress and the bed-frame. An Intel Edison board was used as an endpoint that served as a communication node from the mesh network to external service. Two nodes and Intel Edison are attached to the bottom of the bed frame and they are connected to the sensors. First test results have indicated the potential of the proposed approach for the recognition of sleep positions with 83% of correct recognized positions.
The process of restoring our body and brain from fatigue is directly depend-ing on the quality of sleep. It can be determined from the report of the sleep study results. Classification of sleep stages is the first step of this study and this includes the measurement of biovital data and its further processing.
In this work, the sleep analysis system is based on a hardware sensor net, namely a grid of 24 pressure sensors, supporting sleep phase recognition. In comparison to the leading standard, which is polysomnography, the proposed approach is a non-invasive system. It recognises respiration and body move-ment with only one type of low-cost pressure sensors forming a mesh archi-tecture. The nodes implement as a series of pressure sensors connected to a low-power and performant microcontroller. All nodes are connected via a system wide bus with address arbitration. The embedded processor is the mesh network endpoint that enables network configuration, storing and pre-processing of the data, external data access and visualization.
The system was tested by executing experiments recording the sleep of different healthy young subjects. The results obtained have indicated the po-tential to detect breathing rate and body movement. A major difference of this system in comparison to other approaches is the innovative way to place the sensors under the mattress. This characteristic facilitates the continuous using of the system without any influence on the common sleep process.
Normal breathing during sleep is essential for people’s health and well-being. Therefore, it is crucial to diagnose apnoea events at an early stage and apply appropriate therapy. Detection of sleep apnoea is a central goal of the system design described in this article. To develop a correctly functioning system, it is first necessary to define the requirements outlined in this manuscript clearly. Furthermore, the selection of appropriate technology for the measurement of respiration is of great importance. Therefore, after performing initial literature research, we have analysed in detail three different methods and made a selection of a proper one according to determined requirements. After considering all the advantages and disadvantages of the three approaches, we decided to use the impedance measurement-based one. As a next step, an initial conceptual design of the algorithm for detecting apnoea events was created. As a result, we developed an activity diagram on which the main system components and data flows are visually represented.
Polysomnography is a gold standard for a sleep study, and it provides very accurate results, but its cost (both personnel and material) are quite high. Therefore, the development of a low-cost system for overnight breathing and heartbeat monitoring, which provides more comfort while recording the data, is a well-motivated challenge. The system proposed in this manuscript is based on the usage of resistive pressure sensors installed under the mattress. These sensors can measure slight pressure changes provoked during breathing and heartbeat. The captured signal requires advanced processing, like applying filters and amplifiers before the analog signal is ready for the next step. Then, the output signal is digitalized and further processed by an algorithm that performs a custom filtering before it can recognize breathing and heart rate in real-time. The result can be directly visualized. Furthermore, a CSV file is created containing the raw data, timestamps, and unique IDs to facilitate further processing. The achieved results are promising, and the average deviation from a reference device is about 4bpm.
Aufbau eines neuen Knowledge Networks für den Bereich "Human Resources" der Winterthur Versicherung
(2003)
Die seit Mitte des letzten Jahrhunderts geprägte Industriegesellschaft erfährt eine neue Wende. Das Zeitalter der Informations- und Wissensgesellschaft drängt sich aufgrund der Informationstechnologie (IT) in den Vordergrund. "Die Wissensgesellschaft ist keine ferne Vision. Sie ist längst Realität. Wir müssen sie nicht erfinden, sondern erfinderisch mit ihren Chancen umgehen". Im Gegensatz zur bisherigen Gesellschaft, in der die Produktion von Objekten zu möglichst geringen Kosten im Mittelpunkt stand, orientiert sich diese neue Gesellschaft mehr an der Entwicklung von neuen Ideen und neuem Wissen zur Produktion und Weiterentwicklung von Objekten. Auch die Organisationsform in Unternehmen erfuhr einen Wandel: von funktionalen zu prozessorientierten Organisationsformen. Diese prozessorientierte Organisation ist lernfähiger, da Barrieren, Abeilungsgrenzen und Hierarchieebenen leichter überwindbar geworden sind. In diesem Zusammenhang liegt die Wertschöpfung von Unternehmen darin, dass die Mitarbeiter der Unternehmung mit Geschick, Originalität und Schnelligkeit neue Probleme identifizieren, kreativ lösen und überzeugend kommunizieren. Zum wettbewerbsentscheidenden Faktor wird das Wissen, welches sich in verschiedensten Formen innerhalb des Unternehmens befindet. Dieses zu offenbaren und zu gebrauchen ist u.a. das Ziel des Knowledge Managements. Wie bei jeder Organisation empfiehlt es sich auch beim Knowledge Management, in zusammenhängenden Prozessen zu denken. Dazu müssen Unternehmen Knowledge Management als einen gestaltbaren Prozess verstehen, der sich auf alle internen Prozesse auswirkt.
Die Integration eines Systems für den Support von Softwareprodukten in ein bestehendes Unternehmensumfeld ist der Schwerpunkt dieser Arbeit. Im ersten Teil dieser Arbeit wird anhand eines theoretischen Prozessmodells das Vorgehen zur stufenweisen Realisierung eines Softwareprojektes beschrieben. Des Weiteren werden den Support unterstützende Managementprozesse und Werkzeuge vorgestellt und ein theoretischer Ansatz für deren Umsetzung im Unternehmen erarbeitet. Der zweite Teil dieser Arbeit beschreibt die einzelnen Prozessphasen der Projektrealisierung. Im Anschluss daran wird das fertige System mit seinen Hauptinhalten erläutert.
Fatigue and drowsiness are responsible for a significant percentage of road traffic accidents. There are several approaches to monitor the driver’s drowsiness, ranging from the driver’s steering behavior to analysis of the driver, e.g. eye tracking, blinking, yawning or electrocardiogram (ECG). This paper describes the development of a low-cost ECG sensor to derive heart rate variability (HRV) data for the drowsiness detection. The work includes the hardware and the software design. The hardware has been implemented on a printed circuit board (PCB) designed so that the board can be used as an extension shield for an Arduino. The PCB contains a double, inverted ECG channel including low-pass filtering and provides two analog outputs to the Arduino, that combined them and performs the analog-to-digital conversion. The digital ECG signal is transferred to an NVidia embedded PC where the processing takes place, including QRS-complex, heart rate and HRV detection as well as visualization features. The compact resulting sensor provides good results in the extraction of the main ECG parameters. The sensor is being used in a larger frame, where facial-recognition-based drowsiness detection is combined with ECG-based detection to improve the recognition rate under unfavorable light or occlusion conditions.
Zur Verringerung der Kosten und des Aufwands zur Installation, Update und Wartung von Workstations in einem industriellen Umfeld, sollte ein System zur zentralen, hardwareunabhängigen und vollautomatischen Installation dieser Workstations eingeführt werden. Hierzu mussten zuerst einmal die Möglichkeiten für eine vollautomatische Installation der verschiedenen Betriebssysteme und Anwendungen betrachtet werden. Nach dem Aufbau der Hardware folgte daraufhin die Installation des Deployment Systems der Firma OnTechnology (OnCommand). Im Anschluss daran wurden die Skripte für die Betriebssystem- und Anwendungsinstallation erstellt. Diese Skripte wurden anschließend zur besseren Handhabung zu Profilen zusammengefasst. Im nächsten Schritt wurden bestehende Clients in das System integriert. Daraufhin wurde das Sicherheitskonzept des Systems betrachtet, mit dem die Möglichkeit besteht bestimmten Benutzern nur bestimmte Rechte zu vergeben. In weiteren Teilen der Diplomarbeit werden die bisherigen Probleme bei der Firma und das erhoffte Ziel, die Möglichkeiten des Systems, sowie die Probleme bei der Umsetzung beziehungsweise des Systems, dargestellt und im Fazit zusammengefasst.
Der Gegenstand dieser Bachelorarbeit ist die automatisierte Extraktion von Polygonzügen anhand eines Grundrissbildes. Diese Polygonzüge sollen die Räumlichkeiten wiedergeben. In dieser Bachelorarbeit wurde daher ein Algorithmus für die Grundrissbildverarbeitung mittels Python entwickelt und implementiert. Zuerst wird ein Grundrissbild bereinigt, d. h. es werden unerwünschte Bildstrukturen verwaschen. Mithilfe des Canny-Kantendetektors werden anschließend die Kanten detektiert. Danach werden die Ecken im Grundrissbild via Harris-Eckendetektor lokalisiert. Um die Ecken sinnvoll zu verbinden, wird eine abgewandelte Form des Dijkstra Algorithmus herangezogen. Die daraus gewonnen Daten dienen zur Erstellung der Polygonzüge, welche für die Simulation von pFlow benötigt werden. Der entwickelte Algorithmus eignet sich insbesondere für klare und simple Grundrissbilder.
Gegenstand dieser Arbeit ist ein Tool, das das Monitoring von Tabellen über mehrere SAP R/3-Systeme hinweg ermöglichen soll. Es wird in einer J2EE Umgebung implementiert und in ein Community Portal eingebettet. Das Tool soll dabei periodisch, innerhalb von vorgebbaren Zeitabständen automatisch starten. Für diese Aufgabe gibt es ein R/3-Programm, das abgelöst werden soll und dessen Funktionsumfang Grundlage der Neuentwicklung ist. Es müssen drei Tabellen aus den R/3- Systemen gelesen werden: die Tabelle, welche die Loginzeiten der Benutzer je System und Mandant beinhaltet, die Tabellen mit den Systemmeldungen und die mit den Transporten. Die Tabellen werden im neuen Tool über den RFC (Remote Funktion Call) Funktionbaustein RFC_READ_TABLE aus den R/3-Systemen gelesen. Diese Daten werden dann in einer externen Datenbank gespeichert. Um über ein Portal auf die Daten zugreifen zu können, wird eine entsprechende Schnittstelle entwickelt. Die gewünschten Tabellen und Einschränkungen werden über eine Konfigurationsdatei definiert. Somit ist es möglich, nicht nur die drei genannten Tabellen aus den R/3-Systemen zu lesen. Es werden für alle Systeme und deren Mandanten auftretende Fehler dokumentiert, um dem Administrator des Monitors die Möglichkeit zu geben, einfach herauszufinden, warum bestimmte Systeme eventuell nicht ausgelesen werden konnten.. Eine Fehlermeldung aus dem Portal kann, im internen R/3-Fehlermeldungssystem, für das entsprechende System angelegt werden. Zudem wird bei jedem Durchlauf die Anzahl der gelesenen Datensätze je System und Tabelle für mögliche Auswertungen dokumentiert. Abschliessend werden Erweiterungen beschrieben, welche in möglichen weiteren Versionen umgesetzt werden könnten. Dazu müssen allerdings noch eingehendere Vor- und Nachteils Betrachtungen angestellt werden.
Die Zielsetzung dieser Arbeit ist die Entwicklung der Serverdienste einer Client/Server-Software für die computergestützte Telefonie am Arbeitsplatz. Die Software ermöglicht die Steuerung und Statusüberwachung von Telefonapparaten mit dem Ziel, die Benutzung ergonomischer zu gestalten und das zugrunde liegende Telekommunikationssystem stärker in die Informationstechnik zu integrieren. Die Software soll mit der Telekommunikationsanlage Meridian I von Nortel zusammenarbeiten, um die Manipulation der angeschlossenen Telefonapparate zu ermöglichen. Beim Softwareentwurf ist für die Zukunft die Unterstützung weiterer Telekommunikationsanlagen zu berücksichtigen. Zudem soll ein API definiert werden, welches die Implementierung eines Clients in Form eines HTTP-Dienstes für die Nutzung über einen Web-Browser ermöglicht. Ebenso soll der Weg für eine in Zukunft zu entwickelnde dedizierte Client-Software bereitet werden. Für die Umsetzung der Projektziele wurde ein komponentenorientiertes Middleware-Konzept auf Basis des Java Telephony Application Programming Interface (JTAPI) verwirklicht. Dafür wurde eine JTAPI-konforme Provider-Implementierung realisiert, die das zugehörige Zustands- und Objektmodell umsetzt. Für die Kommunikation mit der Telekommunikationsanlage wurde eine Treiberkomponente entwickelt, die das proprietäre Protokoll des CTI-Links implementiert. Schließlich wurde ein einheitliches, RMI-basiertes API spezifiziert, das für die Entwicklung der Client-Software in Form eines HTTP-Dienstes oder einer selbständigen, fensterbasierten Anwendung eingesetzt werden kann. Die komponentenorientierte Gesamtarchitektur ermöglicht darüber hinaus die Entwicklung weiterführender CTI-Dienste.
Logopädische Lernsoftware
(2003)
In den letzen Jahren konnte ein wachsendes Interesse an Lernsoftware im logopä-dischen Einsatzbereich verzeichnet werden. Dieses Interesse zeigte sich nicht nur auf Seite der logopädischen Fachpraxen sondern auch in den Grundschulen. Auf Grund dessen ist die Lernsoftware auf dem besten Wege, sich neben den traditionellen Lern- und Übungsmaterialien am Markt zu etablieren. Auf Grund der Vielfalt an Sprachstörungen wird ein System benötigt, das indivi-duell, je nach Bedürfnis des Klienten, konfiguriert werden kann. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Entwurf und der Weiterentwick-lung der logopädischen Lernsoftware Detektiv Langohr, damit dieses Produkt den Anforderungen und Wünschen des Klientel so gerecht wie möglich wird. Auf Basis einer durchgeführten Marktanalyse wurden konkrete Anforderungen an ein solches System spezifiziert und im Anschluss in ein Projekt umgesetzt. Um dem Leser einen besseren Einblick in die Welt der Logopädie verschaffen zu können, wurde eine allgemeine Einführung in die Sprachtherapie dem Analyse- und Um-setzungsteil vorangestellt.
This thesis deals with background, theory, design, layout and experimental test results of an analogue CMOS VLSI current-mode analog-to-digital converter. This system supports a project, whose goal it is to build a biologically relevant model of synaptic plasticity, named the Artificial Synapse. A critical part of the design, which is based on analogue CMOS VLSI circuits, is the ability to activate a discrete number of channels by sampling an analogue signal. Since currents are the signal of interest and transistors are biased in weak inversion (subthreshold regime), the system requires a current mode A/D circuit that it can operate at ultra-low power and current levels. To meet this need, two new innovative A/D converter approaches are proposed to replace the system’s previous A/D converter design which suffered from a non-linear resolution, uncoded output code and heavy bit oscillations. The initial technical requirements and key criteria for the new converter comprise a resolution of one nano ampere, an input current range between 0 – 100nA, conversion frequencies of up to 5kHz, and a power supply voltage of less than 1.5V. Temperature range, space occupation and power dissipation aspects were not specified due to the early stage of the related Artificial Synapse project. The novel converters both produce seven bit thermometer codes, their functional principle can be best described as current mode flash analog-to-digital converters (ADCs). Due to the fact that the input signal is in the area of a subthreshold current, it is selfevident that the A/D converter design should operate at a subthreshold realm. To support low power operation, clocks or high currents could not be used and were excluded from the design from the very start. To encode the thermometer code into standard binary code, a seven-to-three encoder was designed and integrated on the chip. In October 2003, the design was submitted for production to the MOSIS circuit fabrication service. The AMI Semiconductor 1.5 micron ABN CMOS process was chosen to manufacture the chip. When it was returned in January 2004, simulation results showed that both new A/D converter approaches accomplished excellent results which were expected from SPICE simulation results. With the new chip installed, it became possible to resolve input currents as small as one nano ampere and achieve conversion frequencies of up to 5kHz. The circuits also both meet the requirements which were set at the beginning of the project to operate at a power supply voltage of less than 1.5V, processing input currents in the range between 0 – 100nA. A prototype printed circuit board (PCB) was developed, produced and employed for experiments with the chip. The major application of this test-bed is the ability to generate and measure extremely low currents with high precision. This enables the monitoring of the very small currents that are processed by the chip.
Die vorliegende Arbeit beschreibt die Entwicklung und Implementierung eines plattformunabhängigen Facility Management Systems für das Testlabor der Firma Nortel Networks Germany. Ein Facility Management System dient der rechnergestützten Dokumentation und Verwaltung von Netzwerken wie Telekommunikations-, Daten- und Überwachungsnetzen, sowie deren Geräten. Dieses System stellt ein Individualprojekt dar und wurde spezifisch für Switches (Vermittlungsstellen) vom Typ DMS-100F entwickelt, um dem Benutzer die Möglichkeit zu bieten, über eine Applikation auf der Client-Seite die Konfigurationsdaten des jeweiligen Switches in einer zentralen Datenbank zu sichern, zu modifizieren und auszudrucken. Bis zu diesem Zeitpunkt existierte weder ein Tool, das diese Aufgabe erfüllte, noch jegliche andere Art der Dokumentation.
Die Arbeit befasst sich mit dem J2EE Framework Jakarta Struts. Hauptziel ist es, den Einsatz von Struts in der ZKB zu prüfen. Es soll festgestellt werden, ob Struts in Zukunft für die Entwicklung grösserer Web-Applikationen in der ZKB eingesetzt werden kann. Dazu wird eine bereits existierende ASP Web-Applikation zuerst zu einer JSP-Applikation (Model 1) und anschliessend zu einer Struts-Applikation (Model 2) portiert. Danach werden die beiden Versionen bzgl. Entwicklungsaufwand, Funktionsumfang, Performance und Wartbarkeit miteinander verglichen. Darüber hinaus werden Fähigkeiten des Struts Frameworks beleuchtet, die Architektur des Frameworks beschrieben und überprüft, inwiefern das Framework den Entwickler entlasten kann. Entwickler ohne Erfahrung mit Struts finden hier ausserdem eine verständliche Einführung an einem überschaubaren Beispiel. Nach der Einleitung in Kapitel 1 werden im zweiten Kapitel die Struts zu Grunde liegenden Technologien der Java 2 Plattform Enterprise Edition (J2EE) von Sun beschrieben. Im dritten Kapitel wird detailliert auf Struts eingegangen. Um dem Leser den Einstieg in Struts zu erleichtern, wird vor der Beschreibung der Struts Komponenten die Architektur und der Programmablauf erläutert. Eine Anleitung zum Erstellen einer kleinen Struts Applikation erklärt Struts an einem praktischen Beispiel. Vergleichbare Frameworks werden am Ende des Kapitels vorgestellt. Im vierten Kapitel erläutere ich die Entwicklung der von mir mit Struts erstellten Web-Applikation. Die beiden letzten Kapitel enthalten die Erkenntnisse aus meiner Arbeit mit Struts und versuchen eine Entscheidungsgrundlage für oder gegen den Einsatz des Frameworks zu liefern.