600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften
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Path planning and collision avoidance for safe autonomous vessel navigation in dynamic environments
(2017)
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.
The number of home office workers sitting for many hours is increasing. The sensor chair is tracking users’ sitting behavior which the help of pressure sensors and tries to avoid wrong postures which may cause diseases. The system provides live monitoring of the pressure distribution via web interface, as well as sitting posture prediction in real time. Posture analysis is realized through machine learning algorithm using a decision tree classifier that is compared to a random forest. Data acquisition and aggregation for the learning process happens with a mobile app adding users biometrical data and the taken sitting posture as label. The sensor chair is able to differentiate between an arched back, a neutral posture or a laid back position taken on the chair. The classifier achieves an accuracy of 97.4% on our test set and is comparable to the performance of the random forest with 98.9%.
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.
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.
This paper analyses international cooperation in alternative energy production research and development. Therefore, patents of the technological domain, registered at the European Patent Office from 1997 until 2016, are analysed. International cooperation is considered when patents involve co-assignment or co-inventorship comprising two or more different countries. Generally, international R&D cooperation tends to be increasing over time in alternative energy production. In total, 2234 co-patents from 87 countries are identified. Through social network analysis the cooperative relationships between countries are examined. The most significant states of the network are the United States of America and Germany. Innovative clusters and strong partnerships are identified. Alternative energy technologies that involve international cooperation most extensively are harnessing energy from manmade waste, solar energy and bio-fuels. The paper clarifies which countries are cooperating with each other for what purpose. The findings can be used for establishing R&D strategies in the domain of alternative energy production.
Autismus-Spektrum-Störungen (ASD) bei Kindern werden häufig zu spät diagnostiziert und die Begleitung der chronischen Krankheit gestaltet sich schwierig. Der vorgestellte Ansatz erlaubt die Behandlung der Kinder in dem bekannten häuslichen Umfeld und versucht die Beziehungen zwischen Schlaf und Verhalten herauszuarbeiten. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen die Lebensqualität der Patienten verbessern und den Eltern Hilfestellung geben. Die notwendige infrastrukturelle Unterstützung wird durch medizinisches Fachpersonal geleistet, das auf einen web-basierten Service zurückgreifen kann, der sämtliche Prozesse (Diagnostik, Datenerfassung, -aufzeichnung und Training etc.) begleitet. Die anonymisierten Daten werden in einem Diagnosesystem zentral abgelegt und können so für zukünftige Behandlungsstrategien nutzbar sein. Die umfassende Lösung setzt auf zentrale Elemente von Smart-Homes und AAL auf.