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Das Ziel in dieser Arbeit ist die Programmierung von einem Mikroprozessor, der als ein Richtmikrofon verwendet wird, um unterschiedlichen Richtcharakteristiken zu erzeugen.
Dabei stellt sich die Frage: Ist es möglich ein Mikroprozessor so zu programmieren, dass er eine Stereoaufnahme so verarbeiten kann, sodass unterschiedliche Richtcharakteristiken erzeugt werden könnten?
Um die Frage zu beantworten, wurde eine technische Ausarbeitung von einem Mikroprozessor und seine Programmierung benötigt. Diese befasst sich mit der Programmierung in C++ / Arduino IDE des Mikrokontrollers und eigene Erstellung von Tests, um die Ergebnisse darzustellen.
Als weitere Basis wurden nur verbraucherorientierten Mikroprozessoren untersucht und die beste Möglichkeit wurde ausgesucht und weiterentwickelt. Zudem lag der Fokus auf der Reproduzierbarkeit der Ergebnisse.
Jeder Mensch ist ständig unfreiwillig von einer Flut akustischer Reize umgeben. Diese Situation stellt für Menschen mit Hörverlust eine besondere Herausforderung dar. Menschen mit Hörverlust hören durch Hörgeräte zwar alles verstärkt, jedoch stellt sich die Frage, ob ein Hörgerät lediglich eine einfache Verstärkung von Schallwellen ist oder ob es darüber hinausgehende Funktionen bieten kann.
Die vorliegende Thesis widmet sich der akustischen Szenenanalyse in Hörgeräten, wobei der Schwerpunkt auf der Integration von Machine Learning liegt. Das Ziel besteht darin, eine automatisierte Erkennung und Anpassung an verschiedene akustische Situationen zu ermöglichen. Die Arbeit konzentriert sich insbesondere auf die Analyse grundlegender Szenarien wie: Sprache in Ruhe, absolute Ruhe, Sprache in Störgeräuschen und Störgeräuschen in Audiodaten.
In dieser Arbeit wird die Identifikation von Trägheitsparametern von Mehrkörpersystemen, am Beispiel eines ein aus vier Segmenten bestehenden Roboterarms untersucht. Es werden verschiedene neuronale Netzarchitekturen zur Identifikation der Trägheitsparameter des Roboterarms exploriert. Als Referenz für das Abschneiden der Ansätze wird ein vorab implementierter numerischer Optimierungsansatz, welcher mittels der Software „Matalb“ umgesetzt wurde, benutzt. Der Ansatz zum Aufstellen der benötigten Bewegungsgleichungen und die Formulierung des Regressionsproblems unterscheidet sich von den in der Literatur verwendeten Ansätzen, und beruht auf einem neu entwickelten Sensorkonzept der Hochschule Offenburg (des Sweaty Labors).
Der numerische Ansatz, insbesondere nach Linearisierung des Problems, erzielte herausragende Ergebnisse und konnte die idealen Parameterwerte präzise identifizieren. Demgegenüber standen die neuronalen Netzwerke, deren Potenzial trotz umfassender Untersuchung verschiedener Architekturen und Ansätze nicht vollends ausgeschöpft werden konnte. Die Resultate zeigen deutlich die Grenzen und Herausforderungen bei der Anwendung maschineller Lernmethoden in der spezifischen Aufgabenstellung der Trägheitsparameteridentifikation auf.
Diese Arbeit leistet einen Beitrag zum Verständnis der Möglichkeiten und Grenzen bei der Anwendung neuer Messtechnologien und Berechnungsverfahren in der Robotik. Die überlegene Leistung des numerischen Solvers gegenüber den neuronalen Netzansätzen unterstreicht die Bedeutung weiterer Forschungen in diesem Bereich.
Garbage in, Garbage out: How does ambiguity in data affect state-of-the-art pedestrian detection?
(2024)
This thesis investigates the critical role of data quality in computer vision, particularly in the realm of pedestrian detection. The proliferation of deep learning methods has emphasised the importance of large datasets for model training, while the quality of these datasets is equally crucial. Ambiguity in annotations, arising from factors like mislabelling, inaccurate bounding box geometry and annotator disagreements, poses significant challenges to the reliability and robustness of the pedestrian detection models and their evaluation. This work aims to explore the effects of ambiguous data on model performance with a focus on identifying and separating ambiguous instances, employing an ambiguity measure utilizing annotator estimations of object visibility and identity. Through accurate experimentation and analysis, trade-offs between data cleanliness and representativeness, noise removal and retention of valuable data emerged, elucidating their impact on performance metrics like the log average miss-rate, recall and precision. Furthermore, a strong correlation between ambiguity and occlusion was discovered with higher ambiguity corresponding to greater occlusion prevalence. The EuroCity Persons dataset served as the primary dataset, revealing a significant proportion of ambiguous instances with approximately 8.6% ambiguity in the training dataset and 7.3% in the validation set. Results demonstrated that removing ambiguous data improves the log average miss-rate, particularly by reducing the false positive detections. Augmentation of the training data with samples from neighbouring classes enhanced the recall but diminished precision. Error correction of wrong false positives and false negatives significantly impacts model evaluation results, as evidenced by shifts in the ECP leaderboard rankings. By systematically addressing ambiguity, this thesis lays the foundation for enhancing the reliability of computer vision systems in real-world applications, motivating the prioritisation of developing robust strategies to identify, quantify and address ambiguity.
Immer mehr Unternehmen setzen auf eine Cross-Cloud-Strategie, die es Unternehmen ermöglicht, ihre Anwendungen und Daten über mehrere Cloud-Plattformen hinweg effizient zu verwalten und zu betreiben. Konsistenz und Atomarität zwischen den Cloud-Plattformen zu wahren, stellt eine große Herausforderung dar. Hierzu wird in dieser Arbeit eine Lösung vorgestellt, um Cross-Cloud-Atomarität zu erreichen, welche auf Basis des 2-Phasen-Commit-Protokolls (2PC) beruht. In diesem Zusammenhang wird die Funktionsweise des 2PC-Protokolls erörtert und Erweiterungen sowie Alternativen zum Protokoll kurz angesprochen. Zusätzlich werden alternative Lösungsansätze diskutiert, die für die Erzielung von Cross-Cloud-Atomarität in Betracht gezogen werden können. Dadurch wird ein umfassender Einblick in das Thema sowie mögliche Lösungsansätze für diese Herausforderung gewährt.
As the Industry 4.0 is evolving, the previously separated Operational Technology (OT) and Information Technology (IT) is converging. Connecting devices in the industrial setting to the Internet exposes these systems to a broader spectrum of cyber-attacks. The reason is that since OT does not have much security measures as much as IT, it is more vulnerable from the attacker's perspective. Another factor contributing to the vulnerability of OT is that, when it comes to cybersecurity, industries have focused on protecting information technology and less prioritizing the control systems. The consequences of a security breach in an OT system can be more adverse as it can lead to physical damage, industrial accidents and physical harm to human beings. Hence, for the OT networks, certificate-based authentication is implemented. This involves stages of managing credentials in their communication endpoints. In the previous works of ivESK, a solution was developed for managing credentials. This involves a CANopen-based physical demonstrator where the certificate management processes were developed. The extended feature set involving certificate management will be based on the existing solution. The thesis aims to significantly improve such a solution by addressing two key areas that is enhancing functionality and optimizing real-time performance. Regarding the first goal, firstly, an analysis of the existing feature set shall be carried out, where the correct functionality shall be guaranteed. The limitations from the previously implemented system will be addressed and to make sure it can be applied to real world scenarios, it will be implemented and tested in the physical demonstrator. This will lay a concrete foundation that these certificate management processes can be used in the industries in large-scale networks. Implementation of features like revocation mechanism for certificates, automated renewal of the credentials and authorization attribute checks for the certificate management will be implemented. Regarding the second goal, the impact of credential management processes on the ongoing CANopen real-time traffic shall be a studied. Since in real life scenarios, mission-critical applications like Industrial control systems, medical devices, and transportation networks rely on real-time communication for reliable operation, delays or disruptions caused by credential management processes can have severe consequences. Optimizing these processes is crucial for maintaining system integrity and safety. The effect to minimize the disturbance of the credential management processes on the normal operation of the CANopen network shall be characterized. This shall comprise testing real-time parameters in the network such as CPU load, network load and average delay. Results obtained from each of these tests will be studied.
JavaScript-Frameworks (JSF) sind im Bereich der Webentwicklung seit längerem prominent. Jährlich werden neue JSF entwickelt, um spezifische Probleme zu lösen. In den letzten Jahren hat sich der Trend entwickelt, bei der Wahl des JSF verstärkt auch auf die Performanz der entwickelten Webseite zu achten. Dabei wird versucht, den Anteil an JavaScript auf der Webseite zu reduzieren oder ganz zu eliminieren. Besonders neu ist der Ansatz der "Island Architecture", die erstmals 2019 vorgeschlagen wurde. In dieser Thesis soll die Performanz der meistbenutzten und des performantesten JSF mit dem JSF "Astro" verglichen werden, welches die "Island Architecture" von sich aus unterstützt. Der Schwerpunkt liegt beim Vergleichen der Webseitenperformanz, jedoch werden auch Effizienz und Einfachheit während der Entwicklung untersucht. Das Ziel dieser Arbeit ist es, potenzielle Frameworks zu untersuchen, die die Effizienz und Produktivität für den Nutzer und während der Entwicklung steigern können.
Modellprädiktive Regelung findet zunehmend Anwendung im industriellen Umfeld. Durch schnellere Computer und optimierte Programmierung ist es heute möglich, rechenintensive Regelalgorithmen in Echtzeit auf Mikrocontrollern zu berechnen. Eine besondere Herausforderung besteht jedoch darin, diese Technologie in der Realität einzusetzen. Weil exakte Kenntnisse über das reale System vorliegen müssen, können geringfügige Modellierungsfehler bei der Prädiktion für lange Prädiktionshorizonte schwerwiegende Folgen haben. Das ist insbesondere der Fall, wenn Systeme instabil sind und zu chaotischem Verhalten neigen.
Diese Arbeit behandelt ein breites Spektrum systemtheoretischer Inhalte und zielt darauf ab, ein reales Furuta-Pendel durch modellprädiktive Regelung in der instabilen Ruhelage zu stabilisieren. Hierfür wird ein mathematisches Modell als Prädiktionsmodell hergeleitet, welches durch verschiedene Systemidentifikationsmethoden spezifiziert und validiert wird. Es werden verschiedene Filter-Techniken wie das Kalman-Filter zur Zustandsschätzung oder das Exponential Moving Average (EMA)-Filter zur Filterung von Sensordaten eingesetzt.
Das Furuta-Pendel ist ein komplexes mechatronisches System. Die Aufgaben dieser Arbeit beschränken sich daher nicht nur auf theoretische Aspekte. Neben der Auslegung elektrischer Bauelemente und Schaltungen werden zusätzliche Sensoren zu einem bestehenden System hinzugefügt und mechanische Anpassungen vorgenommen. Darüber hinaus werden Entscheidungen zur Softwarearchitektur getroffen sowie die gesamte Implementierung auf einem Mikrocontroller durchgeführt.
Trotz intensiver Bemühungen konnte kein Modell gefunden werden, welches die gemessenen Ein- und Ausgangsdaten vergleichbar simulieren kann, sodass es den Anforderungen der modellprädiktiven Regelung entspricht. Stattdessen gelang es während der Systemidentifikationsphase einen Linear Quadratic Regulator (LQR) mit unterlagertem Proportional–Integral (PI) Stromregler als Kaskade zu entwerfen, der sowohl simulativ als auch in der Realität das Pendel stabilisieren kann.
Die Bachelorarbeit wurde im Rahmen einer Äquivalenz mit der Ingenieurschule INSA Straßburg geschrieben. Zum Thema wurde eine Projektarbeit im Auftrag der Kriminalpolizei mit einer Bearbeitungszeit von drei Semestern. Aufgabenstellung war es, einen Überblick eines Tatorts ohne menschlichen Eingriff zu verschaffen. Noch heute müssen die Polizisten den Tatort betreten, um Beweisspuren zu sammeln. Das Problem hierbei ist, dass dadurch Hinweise fast systematisch verloren gehen.
Mit einem ferngesteuerten Luftschiff sollte diese Aufgabenstellung gemeistert werden. Die Arbeit beschäftigt sich spezifisch mit dem Entwurf eines integrierten Kamerasystems und mit der Implementierung der Elektronik im Gesamtsystem für einen ersten Prototypen. Auf die Konzeptionierung der Fortbewegung und des Flugobjekts wird somit nicht in Detail eingegangen. Diese Aspekte werden bei der Erstellung des Lastenhefts geschildert und bei Berührungspunkten mit dem im Fokus stehenden Themengebiet erklärt.
Auf struktureller Ebene wird wie gefolgt vorgegangen: Die technischen Lösungen werden abgewogen, getestet und progressiv zusammengeführt. Zum Ende der Bearbeitungszeit können ferngesteuert Bilder und Panoramen aufgenommen und der Tatort live mit einem Video-Feedback observiert werden. Die Elektronik wurde, nach Erarbeitung der elektronischen Architektur, mithilfe einer gedruckten Leiterplatte kompakt in der Gondel des Luftschiffs integriert. Mit zahlreichen Optimierungsperspektiven wurde der erste Prototyp fertiggestellt und das Ziel dieser Arbeit erreicht.
Diese Arbeit befasst sich mit dem Entwurf und der Herstellung einer Roboterhandprothese, die amputierten Menschen eine gewisse Mobilität und eine teilweise Nutzung der Hand ermöglichen soll.
Das Projekt konzentriert sich insbesondere auf die Erkennung der vom Benutzer ausgeführten Bewegung und wird die Schritte der Erfassung, der Bewegung der Übertragung und die Erkennung detailliert darstellen.
Im Rahmen des Projekts "Myo-Hand" soll ein Prototyp einer myoelektrischen Handprothese entwickelt werden. Diese Prothese soll für handamputierte Menschen nützlich sein, da sie ihren Komfort und ihre Unabhängigkeit im Alltag verbessert und somit zu ihrer Eingliederung in die Gesellschaft beiträgt.
In dieser Abschlussarbeit werden die gesamte Arbeit, Studien und Realisierungen vorgestellt, die in den letzten zwei Semestern (WS2022 und SS2023) der Mechanik der Prothese durchgeführt wurden.
Nach einer kurzen Vorstellung der Arbeit des letzten Jahres wird ein Überblick über die Idee und die allgemeine Funktionsweise der Prothese gegeben, die verschiedene Komponenten umfasst: Elektronik, Machine-Learning, Steuerung, Wiederverwertbarkeit und Carbon Footprint. Das Lastenheft wird ebenfalls vorgestellt.
Die technologischen Entscheidungen werden näher erläutert: das Design der Teile, die Wahl der Verbindungen und die verwendeten Motoren. In einem zweiten Teil werden die Schritte zur Herstellung des ersten und zweiten Prototyps sowie eine Kritik des Ergebnisses vorgestellt. Weiter werden die Verbesserungen und die Ziele bis Januar 2024 besprochen.
Anschließend werden der Lebenszyklus der Prothese und ihr Carbon Footprint analysiert und mithilfe der Software Ecodesign Studio berechnet.
This paper provides a comprehensive overview of approaches to the determination of isocontours and isosurfaces from given data sets. Different algorithms are reported in the literature for this purpose, which originate from various application areas, such as computer graphics or medical imaging procedures. In all these applications, the challenge is to extract surfaces with a specific isovalue from a given characteristic, so called isosurfaces. These different application areas have given rise to solution approaches that all solve the problem of isocontouring in their own way. Based on the literature, the following four dominant methods can be identified: the marching cubes algorithms, the tessellation-based algorithms, the surface nets algorithms and the ray tracing algorithms. With regard to their application, it can be seen that the methods are mainly used in the fields of medical imaging, computer graphics and the visualization of simulation results. In our work, we provide a broad and compact overview of the common methods that are currently used in terms of isocontouring with respect to certain criteria and their individual limitations. In this context, we discuss the individual methods and identify possible future research directions in the field of isocontouring.
"Ad fontes!"
Francesco Petrarca (1301–1374)
In the beginning, there was an idea: the reconstruction of the first "Iron Hand" of the Franconian imperial knight Götz von Berlichingen (1480–1562). We found that with this historical prosthesis, simple actions for daily use, such as holding a wine glass, a mobile phone, a bicycle handlebar grip, a horse’s reins, or some grapes, are possible without effort. Controlling this passive artificial hand, however, is based on the help of a healthy second hand.
This thesis focuses on the development and implementation of a Datagram Transport Layer Security (DTLS) communication framework within the ns-3 network simulator, specifically targeting the LoRaWAN model network. The primary aim is to analyse the behaviour and performance of DTLS protocols across different network conditions within a LoRaWAN context. The key aspects of this work include the following.
Utilization of ns-3: This thesis leverages ns-3’s capabilities as a powerful discrete event network simulator. This platform enables the emulation of diverse network environments, characterized by varying levels of latency, packet loss, and bandwidth constraints.
Emulation of Network Challenges: The framework specifically addresses unique challenges posed by certain network configurations, such as duty cycle limitations. These constraints, which limit the time allocated for data transmission by each device, are crucial in understanding the real-world performance of DTLS protocols.
Testing in Multi-client-server Scenarios: A significant feature of this framework is its ability to test DTLS performance in complex scenarios involving multiple clients and servers. This is vital for assessing the behaviour of a protocol under realistic network conditions.
Realistic Environment Simulation: By simulating challenging network conditions, such as congestion, limited bandwidth, and resource constraints, the framework provides a realistic environment for thorough evaluation. This allows for a comprehensive analysis of DTLS in terms of security, performance, and scalability.
Overall, this thesis contributes to a deeper understanding of DTLS protocols by providing a robust tool for their evaluation under various and challenging network conditions.
Decarbonisation Strategies in Energy Systems Modelling: APV and e-tractors as Flexibility Assets
(2023)
This work presents an analysis of the impact of introducing Agrophotovoltaic technologies and electric tractors into Germany’s energy system. Agrophotovoltaics involves installing photovoltaic systems in agricultural areas, allowing for dual usage of the land for both energy generation and food production. Electric tractors, which are agricultural machinery powered by electric motors, can also function as energy storage units, providing flexibility to the grid. The analysis includes a sensitivity study to understand how the availability of agricultural land influences Agrophotovoltaic investments, followed by the examination of various scenarios that involve converting diesel tractors to electric tractors. These scenarios are based on the current CO2 emission reduction targets set by the German Government, aiming for a 65% reduction below 1990 levels by 2030 and achieving zero emissions by 2045. The results indicate that approximately 3% of available agricultural land is necessary to establish a viable energy mix in Germany. Furthermore, the expansion of electric tractors tends to reduce the overall system costs and enhances the energy-cost-efficiency of Agrophotovoltaic investments.
Das Softwareunternehmen HRworks implementiert eine Personalverwaltungssoftware unter Verwendung der Programmiersprache Smalltalk und des Model-View-Controller (MVC) Musters. Innerhalb des Unternehmens erfordert jede Model-Klasse des Patterns das Vorhandensein einer korrespondierenden Controllerklasse. Controller verfügen über ein wiederkehrendes Grundgerüst, das bei jeder neuen Implementierung umgesetzt werden muss. Die Unterscheidungen innerhalb dieses Grundgerüsts ergeben sich lediglich aus dem Namen und der spezifischen Struktur der korrespondierenden Model-Klasse. Die vorliegende Arbeit adressiert die Herausforderung der automatischen Generierung dieses Controllergrundgerüsts, wobei die Besonderheiten jeder Model-Klasse berücksichtigt wird. Dies wird durch den gezielten Einsatz von Metaprogrammierung in der Programmiersprache Smalltalk realisiert und durch eine Benutzeroberfläche in der Entwicklungsumgebung unterstützt. Zusätzlich wird der Controller um eine Datentypprüfung erweitert, wofür ein spezialisierter Parser implementiert wurde. Dieser extrahiert aus einem definierten Getter der Model-Klasse den entsprechenden Datentyp des Attributes. Im Ergebnis liefert die Arbeit eine Methodik zur automatisierten Generierung und Anpassung von Controllergrundgerüsten sowie dazugehörigen Teststrukturen basierend auf der jeweiligen Model-Klasse. Zusätzlich wird die Funktionalität der Controller durch eine integrierte Datentypprüfung erweitert.
Vorhofflimmern ist die häufigste tachykarde Herzrhythmusstörung weltweit. Dabei verliert das Herz seinen normofrequenten Sinusrhythmus und schlägt nicht mehr regelmäßig, sondern zu schnell und unregelmäßig. Vorhofflimmern ist normalerweise keine lebensbedrohliche Herzrhythmusstörung, aber es kann zu einem Schlaganfall führen. Die Ursache dieser Herzrhythmusstörung sind die Kreisende bzw. die fokalen Erregungen im linken Atrium, die hauptsächliche aus einer oder mehreren Pulmonalvenen kommen. Die übliche Therapieverfahren des Vorhofflimmerns ist die Pulmonalvenenisolation.
Diese Bachelorthesis beschäftigt sich daher mit der Modellierung unterschiedlicher linksatrialer Fokus-Modelle und intrakardialer Elektrodenkatheter für die Diagnostik und Terminierung von Vorhofflimmern mittels Pulmonalvenenisolation im Offenburger Herzrhythmusmodell nach Schalk, Krämer und Benke, welches in CST
Studio Suite realisiert wurde.
Zu Beginn wurden die verschiedenen linksatrialen fokalen Flimmerquellen modelliert und daraufhin simuliert. Hierbei wurde jeweils eine Simulation mit linksatrialen fokalen Flimmerquellen, die aus einzelnen, dualen oder allen vier Pulmonalvenen kommen, durchgeführt. Es wurde ebenfalls eine weitere Simulation mit Biosignalen (aus der Realität) erstellt. Mit diesen Simulationen konnte nun der elektrische Erregungsablauf sichtbar gemacht werden. Daraufhin wurden die Katheter für die Diagnostik und für die Pulmonalvenenisolation modelliert und in das bestehende Offenburger Herzrhythmusmodell integriert. Bei den Diagnostik-Kathetern handelte es sich um 10-polige Lasso® Katheter, zwei Varianten von PentaRay® NAV eco Katheter und 4-polige Diagnostik-Katheter „OSYPKA FINDER pure®“. Ablationskatheter sind zwei Varianten von Pentaspline Basket pose Katheter und HELIOSTAR™ Ablation Ballon. Abschließend wurden verschiedene Varianten von Isolationsverfahren der Pulmonalvenen modelliert und daraufhin die linksatrialen fokalen Flimmerquellen nach der Isolation der Pulmonalvenen simuliert.
Introduction: Subjects with mild to moderate hearing loss today often receive hearing aids (HA) with open-fitting (OF). In OF, direct sound reaches the eardrums with minimal damping. Due to the required processing delay in digital HA, the amplified HA sound follows some milliseconds later. This process occurs in both ears symmetrically in bilateral HA provision and is likely to have no or minor detrimental effect on binaural hearing. However, the delayed and amplified sound are only present in one ear in cases of unilateral hearing loss provided with one HA. This processing alters interaural timing differences in the resulting ear signals.
Methods: In the present study, an experiment with normal-hearing subjects to investigate speech intelligibility in noise with direct and delayed sound was performed to mimic unilateral and bilateral HA provision with OF.
Results: The outcomes reveal that these delays affect speech reception thresholds (SRT) in the unilateral OF simulation when presenting speech and noise from different spatial directions. A significant decrease in the median SRT from –18.1 to –14.7 dB SNR is observed when typical HA processing delays are applied. On the other hand, SRT was independent of the delay between direct and delayed sound in the bilateral OF simulation.
Discussion: The significant effect emphasizes the development of rapid processing algorithms for unilateral HA provision.
In the past ten years, applications of artificial neural networks have changed dramatically. outperforming earlier predictions in domains like robotics, computer vision, natural language processing, healthcare, and finance. Future research and advancements in CNN architectures, Algorithms and applications are expected to revolutionize various industries and daily life further. Our task is to find current products that resemble the given product image and description. Deep learning-based automatic product identification is a multi-step process that starts with data collection and continues with model training, deployment, and continuous improvement. The caliber and variety of the dataset, the design selected, and ongoing testing and improvement all affect the model's effectiveness. We achieved 81.47% training accuracy and 72.43% validation accuracy for our combined text and image classification model. Additionally, we have discussed the outcomes from the other dataset and numerous methods for creating an appropriate model.
Blockchain interoperability: the state of heterogenous blockchain-to-blockchain communication
(2023)
Blockchain technology has been increasingly adopted over the past few years since the introduction of Bitcoin, with several blockchain architectures and solutions being proposed. Most proposed solutions have been developed in isolation, without a standard protocol or cryptographic structure to work with. This has led to the problem of interoperability, where solutions running on different blockchain platforms are unable to communicate, limiting the scope of use. With blockchains being adopted in a variety of fields such as the Internet of Things, it is expected that the problem of interoperability if not addressed quickly, will stifle technology advancement. This paper presents the current state of interoperability solutions proposed for heterogenous blockchain systems. A look is taken at interoperability solutions, not only for cryptocurrencies, but also for general data-based use cases. Current open issues in heterogenous blockchain interoperability are presented. Additionally, some possible research directions are presented to enhance and to extend the existing blockchain interoperability solutions. It was discovered that though there are a number of proposed solutions in literature, few have seen real-world implementation. The lack of blockchain-specific standards has slowed the progress of interoperability. It was also realized that most of the proposed solutions are developed targeting cryptocurrency-based applications.
This paper presents an overview of EREMI, a two-year project funded under ERASMUS+ KA203, and its results. The project team’s main objective was to develop and validate an advanced interdisciplinary higher education curriculum, which includes lifelong learning components. The curriculum focuses on enhancing resource efficiency in the manufacturing industry and optimising poorly or non-digitised industrial physical infrastructure systems. The paper also discusses the results of the project, highlighting the successful achievement of its goals. EREMI effectively supports the transition to Industry 5.0 by preparing a common European pool of future experts. Through comprehensive research and collaboration, the project team has designed a curriculum that equips students with the necessary skills and knowledge to thrive in the evolving manufacturing landscape. Furthermore, the paper explores the significance of EREMI’s contributions to the field, emphasising the importance of resource efficiency and system optimisation in industrial settings. By addressing the challenges posed by under-digitised infrastructure, the project aims to drive sustainable and innovative practices in manufacturing. All five project partner organisations have been actively engaged in offering relevant educational content and framework for decentralised sustainable economic development in regional and national contexts through capacity building at a local level. A crucial element of the added value is the new channel for obtaining feedback from students. The survey results, which are outlined in the paper, offer valuable insights gathered from students, contributing to the continuous improvement of the project.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen dreidimensionaler Bauteile, bei dem aus einem pulverförmigen Ausgangswerkstoff (1), der mit mindestens zwei Komponenten gebildet ist, wobei die Komponenten einen unterschiedlichen Dampfdruck bei gleicher Temperatur aufweisen, durch ein additives Strahlfertigungsverfahren ein Bauteil hergestellt wird. Mindestens ein Prozessparameter zum Betrieb mindestens eines zweidimensional auslenkbaren Energiestrahls wird derart eingestellt, dass sich der Dampfdruck mindestens einer der Komponenten ändert, so dass der Anteil dieses chemischen Elements oder dieser Legierung im Bauteilvolumen lokal definiert im Bauteil variiert wird.
Bei der Vorrichtung zum Verdampfen einer Flüssigkeit ist eine offenporöse Struktur (1) in einem Gehäuse (8) angeordnet, die zumindest bereichsweise als eine Heizvorrichtung ausgebildet oder mittels einer externen Heizvorrichtung oder Bereiche der offenporösen Struktur (1) auf eine Temperatur, die mindestens der Siedetemperatur der jeweiligen Flüssigkeit entspricht, erwärmbar ist. Die Flüssigkeit ist in einem außerhalb des Gehäuses (8) angeordneten Reservoir (4), mit einer Menge aufgenommen, die während des Betriebs eine kontinuierliche Verdampfung von Flüssigkeit ermöglicht. Das Reservoir ist über mindestens eine Leitung (3) für Flüssigkeit mit dem Gehäuse (8) verbunden und in der mindestens einen Leitung (3) ist/sind ein Ventil und/oder eine Pumpe oder ein Verdichter (5) angeordnet. Die Leitung (3) mündet in mindestens eine Öffnung mindestens einer Düse (2) oder mindestens eine Austrittsöffnung und die Düse (2), deren Öffnung(en) und/oder die mindestens eine Austrittsöffnung der Leitung (3) ist/sind so angeordnet, dass Flüssigkeit auf Oberflächenbereiche der offenporösen Struktur (1) auftrifft und/oder in Poren der offenporösen Struktur (1) eintritt, wenn Flüssigkeit durch die eine Leitung (3) strömt.
Method and system for extractin metal and oxygen from powdered metal oxides (EP000004170066A2)
(2023)
A method for extracting metal and oxygen from powdered metal oxides in electrolytic cell is proposed, the electrolytic cell comprising a container, a cathode, an anode and an oxygen-ion-conducting membrane, the method comprising providing a solid oxygen ion conducting electrolyte powder into a container, providing a feedstock comprising at least one metal oxide in powdered form into the container, applying an electric potential across the cathode and the anode, the cathode being in communication with the electrolyte powder and the anode being in communication with the membrane in communication with the electrolyte powder, such that at least one respective metallic species of the at least one metal oxide is reduced at the cathode and oxygen is oxidized at the anode to form molecular oxygen, wherein the potential across the cathode and the anode is greater than the dissociation potential of the at least one metal oxide and less than the dissociation potential of the solid electrolyte powder and the membrane.
The article investigates the development of a manufacturing route for highly porous titanium foams suitable for craniofacial surgery applications, particularly in cranioplasties. The study focuses on the polyurethane replication method for foam production and emphasizes reducing residual gas content, as it significantly affects the mechanical properties and suitability for approval of the foams. Various factors such as starting materials, solvent debinding, heating schedules, and hydrogen atmosphere are analyzed for their impact on residual gas content. It is shown that significant reductions in residual gas content can only be achieved by reworking each step of the process. A combination of initial solvent debinding of the PU template with dimethyl sulphoxide, reduction of suspension additives, use of coarser Gd. 1 powders, and an integrated debinding and sintering process under partial hydrogen atmosphere achieves a significant reduction in residual gas content. This way, the potential for producing titanium foams that comply with relevant standards for craniofacial implants is demonstrated.
Die Arbeit beinhaltet die Konzeption und den Aufbau eines Prüfstandes für den Elektromotor sowie den Antriebsstrang des Hocheffizienzfahrzeugs "Schluckspecht S6" der Hochschule Offenburg. Neben Beschreiben des Vorgehens bei dem Entwerfen von benötigten CAD-Modellen wird auch auf die Auswahl und Implementierung elektronischer Komponenten sowie die Programmierung des verwendeten Mikrocontrollers eingegangen. Die Ergebnisse eines ersten Tests des Prüfstandes werden außerdem aufgezeigt und diskutiert.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde das elektrisch / elektronische System des Hocheffizienzfahrzeugs „Schluckspecht 6“ hinsichtlich seiner Übersichtlichkeit und Modularität optimiert. Essenziell war die Vernetzung der durch verschiedene Projektgruppen erstellten Teilsysteme mittels des neu integrierten CAN-Bus. Im Zuge der Überarbeitung des E/E-Systems wurde auch ein neuer Gesamtfahrzeugschaltplan angefertigt.
Im Rahmen der Optimierung des E-Antriebsstrangs wurde eine neue Motorsteuerung entwickelt, die aufgrund des verbauten Vierquadrantenstellers neben einem zuverlässigen Antrieb des Schluckspecht 6 zukünftig auch die Steuerung und Regelung von Lastmaschinen in – für den Schluckspecht 6 neu entwickelten – Testständen erlaubt. Für die Messdatenerfassung, während Test- und Rennläufen sowie in den Testständen, wurden diverse Messsysteme realisiert. Dazu gehören die Messung des Motorstroms, der Zwischenkreisspannung und der Motordrehzahl. Basierend auf der Motorstrommessung und Zwischenkreisspannungsmessung wurde eine Stromregelung implementiert, um die Bedienfreundlichkeit und Effizienz des S6 im Rennbetrieb zu erhöhen.
Die Visualisierung von Programmabläufen ist ein zentraler Aspekt für Programmieranfänger, um das Verständnis von Codeabläufen zu erleichtern und den Einstieg in der Softwareentwicklung zu unterstützen. In dieser Masterthesis wird ein speziell auf die Bedürfnisse von Einsteigern zugeschnittenes generisches Framework vorgestellt, wobei der Fokus auf einer einfachen, verständlichen aber auch korrekten Darstellung der Programmausführung liegt. Das Framework integriert das Debugger Adapter Protocol, um den Debugger unterschiedlicher Sprachen ansprechen und verwenden zu können.
In dieser Arbeit werden zunächst die Anforderungen für das generische Framework diskutiert. Anschließend werden bestehende Ansätze zur Visualisierung von Programmabläufen ausführlich untersucht und analysiert. Die Implementierung des Frameworks wird daraufhin detailliert beschrieben, wobei besonderer Wert auf die Erweiterbarkeit unterschiedlicher Sprachen gelegt wird.
Um die Eignung des Frameworks zu evaluieren, werden mehrere Aufgaben aus dem ersten Modul mit der jeweiligen Programmiersprache des Studiengangs Angewandte Informatik der Hochschule Offenburg betrachtet. Die Ergebnisse zeigen, dass das Framework mit den Aufgaben umgehen und diese korrekt und verständlich darstellen kann.
Design and Implementation of a Camera-Based Tracking System for MAV Using Deep Learning Algorithms
(2023)
In recent years, the advancement of micro-aerial vehicles has been rapid, leading to their widespread utilization across various domains due to their adaptability and efficiency. This research paper focuses on the development of a camera-based tracking system specifically designed for low-cost drones. The primary objective of this study is to build up a system capable of detecting objects and locating them on a map in real time. Detection and positioning are achieved solely through the utilization of the drone’s camera and sensors. To accomplish this goal, several deep learning algorithms are assessed and adopted because of their suitability with the system. Object detection is based upon a single-shot detector architecture chosen for maximum computation speed, and the tracking is based upon the combination of deep neural-network-based features combined with an efficient sorting strategy. Subsequently, the developed system is evaluated using diverse metrics to determine its performance for detection and tracking. To further validate the approach, the system is employed in the real world to show its possible deployment. For this, two distinct scenarios were chosen to adjust the algorithms and system setup: a search and rescue scenario with user interaction and precise geolocalization of missing objects, and a livestock control scenario, showing the capability of surveying individual members and keeping track of number and area. The results demonstrate that the system is capable of operating in real time, and the evaluation verifies that the implemented system enables precise and reliable determination of detected object positions. The ablation studies prove that object identification through small variations in phenotypes is feasible with our approach.
An in-depth study of U-net for seismic data conditioning: Multiple removal by moveout discrimination
(2024)
Seismic processing often involves suppressing multiples that are an inherent component of collected seismic data. Elaborate multiple prediction and subtraction schemes such as surface-related multiple removal have become standard in industry workflows. In cases of limited spatial sampling, low signal-to-noise ratio, or conservative subtraction of the predicted multiples, the processed data frequently suffer from residual multiples. To tackle these artifacts in the postmigration domain, practitioners often rely on Radon transform-based algorithms. However, such traditional approaches are both time-consuming and parameter dependent, making them relatively complex. In this work, we present a deep learning-based alternative that provides competitive results, while reducing the complexity of its usage, and, hence simplifying its applicability. Our proposed model demonstrates excellent performance when applied to complex field data, despite it being exclusively trained on synthetic data. Furthermore, extensive experiments show that our method can preserve the inherent characteristics of the data, avoiding undesired oversmoothed results, while removing the multiples from seismic offset or angle gathers. Finally, we conduct an in-depth analysis of the model, where we pinpoint the effects of the main hyperparameters on real data inference, and we probabilistically assess its performance from a Bayesian perspective. In this study, we put particular emphasis on helping the user reveal the inner workings of the neural network and attempt to unbox the model.
Seismic data processing involves techniques to deal with undesired effects that occur during acquisition and pre-processing. These effects mainly comprise coherent artefacts such as multiples, non-coherent signals such as electrical noise, and loss of signal information at the receivers that leads to incomplete traces. In the past years, there has been a remarkable increase of machine-learning-based solutions that have addressed the aforementioned issues. In particular, deep-learning practitioners have usually relied on heavily fine-tuned, customized discriminative algorithms. Although, these methods can provide solid results, they seem to lack semantic understanding of the provided data. Motivated by this limitation, in this work, we employ a generative solution, as it can explicitly model complex data distributions and hence, yield to a better decision-making process. In particular, we introduce diffusion models for three seismic applications: demultiple, denoising and interpolation. To that end, we run experiments on synthetic and on real data, and we compare the diffusion performance with standardized algorithms. We believe that our pioneer study not only demonstrates the capability of diffusion models, but also opens the door to future research to integrate generative models in seismic workflows.
The paper compares different anti-windup strategies for the current control of inverter-fed permanent magnet synchronous machines (PMSM) controlled by pulse-width modulation. In this respect, the focus is on the drive behavior with a relatively large product of stator frequency and sampling time. A requirement for dynamically high-quality anti-windup measures is, among other things, a sufficiently accurate decoupling of the stator current direct axis and quadrature axis components even at high stator frequencies. Discrete-time models of the electrical subsystem of the PMSM are well suited for this purpose, of which the method found to be the most accurate in a preliminary investigation is used as the basis for all anti-windup methods examined. Simulation studies and measurement results document the performance of the compared methods.
Predictive control has great potential in the home energy management domain. However, such controls need reliable predictions of the system dynamics as well as energy consumption and generation, and the actual implementation in the real system is associated with many challenges. This paper presents the implementation of predictive controls for a heat pump with thermal storage in a real single-family house with a photovoltaic rooftop system. The predictive controls make use of a novel cloud camera-based short-term solar energy prediction and an intraday prediction system that includes additional data sources. In addition, machine learning methods were used to model the dynamics of the heating system and predict loads using extensive measured data. The results of the real and simulated operation will be presented.
The increasingly stringent CO2 emissions standards require innovative solutions in the vehicle development process. One possibility to reduce CO2 emissions is the electrification of powertrains. The resulting increased complexity, as well as the increased competition and time pressure make the use of simulation software and test benches indispensable in the early development phases. This publication therefore presents a methodology for test bench coupling to enable early testing of electrified powertrains. For this purpose, an internal combustion engine test bench and an electric motor test bench are virtually interconnected. By applying and extending the Distributed Co-Simulation Protocol Standard for the presented hybrid electric powertrain use case, real-time-capable communication between the two test benches is achieved. Insights into the test bench setups, and the communication between the test benches and the protocol extension, especially with regard to temperature measurements, enable the extension to be applied to other powertrain or test bench configurations. The shown results from coupled test bench operations emphasize the applicability. The discussed experiences from the test bench coupling experiments complete the insights.
With the function RooTri(), we present a simple and robust calculation method for the approximation of the intersection points of a scalar field given as an unstructured point cloud with a plane oriented arbitrarily in space. The point cloud is approximated to a surface consisting of triangles whose edges are used for computing the intersection points. The function contourc() of Matlab is taken as a reference. Our experiments show that the function contourc() produces outliers that deviate significantly from the defined nominal value, while the quality of the results produced by the function RooTri() increases with finer resolution of the examined grid.
Featherweight Generic Go (FGG) is a minimal core calculus modeling the essential features of the programming language Go. It includes support for overloaded methods, interface types, structural subtyping, and generics. The most straightforward semantic description of the dynamic behavior of FGG programs is to resolve method calls based on runtime type information of the receiver. This article shows a different approach by defining a type-directed translation from FGG− to an untyped lambda-calculus. FGG− includes all features of FGG but type assertions. The translation of an FGG− program provides evidence for the availability of methods as additional dictionary parameters, similar to the dictionary-passing approach known from Haskell type classes. Then, method calls can be resolved by a simple lookup of the method definition in the dictionary. Every program in the image of the translation has the same dynamic semantics as its source FGG− program. The proof of this result is based on a syntactic, step-indexed logical relation. The step index ensures a well-founded definition of the relation in the presence of recursive interface types and recursive methods. Although being non-deterministic, the translation is coherent.
In this paper, the performance of different continuous-time and discrete-time models of the electrical subsystem of induction machines and permanent-magnet synchronous machines as well as methods based on them for decoupling the direct and
quadrature axis components of the stator current are investigated and compared. The focus here is on inverter-fed, pulse width modulated drives when operated with a relatively large product of stator frequency and sampling time, where significant
differences between the models and decoupling methods used come to light. Recommendations for a discrete-time model to be used uniformly in the future are made, as well as statements on whether feedforward or feedback decoupling structures are better suited and whether state controllers improve decoupling measures for very steep speed ramps. Simulation studies and measurement results support the statements made above.
This research presents a comprehensive exploration of hydroponic systems and their practical applications, with a focus on innovative solutions for managing environmental and analytical sensors in hydroponic setups. Hydroponic systems, which enable soilless cultivation, have gained increasing importance in modern agriculture due to their resource-efficient and high-yield nature.
The study delves into the development and deployment of the SensVert system, an adaptable solution tailored for hydroponic environments. SensVert offers adaptability and accessibility to farmers across various agricultural domains, addressing contemporary challenges in supervising and managing environmental and analytical sensors within hydroponic setups. Leveraging LoRa technology for seamless wireless data transmission, SensVert empowers users with a feature-rich dashboard for real-time monitoring and control. The study showcases the practical implementation of SensVert through a single sensor node, seamlessly integrating temperature, humidity, pressure, light, and pH sensors. The system automates pH regulation, employing the Henderson-Hasselbalch equation, and precisely controls liquid dosing using a PID controller. At the core of SensVert lies an architecture comprising The Things Stack as the network server, Node-Red as the application server, and Grafana as the user interface. These components synergize within a local network hosted on a Raspberry Pi; effectively mitigating challenges associated with data packet transmission in areas with limited internet connectivity.
As part of ongoing research, this work also paves the way for future advancements. These include the establishment of a wireless sensor network (WSN) utilizing LoRa technology, enabling seamless over-the-air sensor node updates for maintenance or replacement scenarios. These enhancements promise to further elevate the system's reliability and functionality within hydroponic cultivation, fostering sustainable agricultural practices.
Hintergrund:
Die Versorgung von Patienten mit Cochleaimplantaten erfordert im Rahmen der Rehabilitation nicht nur Hörtrainings, sondern auch regelmäßige Erfassungen des Hörvermögens. Diese Tests konzentrieren sich hierbei meist auf das Vertehen von Sprache. Hierbei müssen Patienten Wörter oder Zahlen unter Vorhandensein von Störgeräuschen verstehen. Diese Störgeräusche sind in der Regel künstlicher Natur wie Rauschen. Das Ziel dieser Arbeit ist es, diese künstlichen Störgeräusche durch realistischere zu ersetzen und zusätzlich einen Raumklang sowohl für die Störgeräusche als auch für die zu verstehenden Wörter oder Zahlen zu implementieren. Um die Erfassung der multimodalen Sprachwahrnehmung zu verbessern, wird nicht nur eine virtuelle auditive Umgebung geschaffen, sondern auch eine visuelle Komponente integriert, die auf einem Head-Mounted Display (HMD) wiedergegeben werden kann. Das Ziel ist es, eine audiovisuelle virtuelle Realität zu schaffen, die alltagsrelevante Kommunikationssituationen widerspiegelt und somit die Validität und Relevanz von Hörtests erhöht.
Umsetzung:
Für die Umsetzung wurden Werkzeuge zur Simulation von Raumakustik und eine hochwertige visuelle Darstellung auf einem HMD benötigt. An der Technischen Universität München wurde das Tool "real-time Simulated Open Field Environment" (rtSOFE) entwickelt, das durch die Berechnung von Raumimpulsantworten Raumakustik simuliert und die direkte Wiedergabe von Schallquellen in virtuellen Klangfeldern ermöglicht. Für die visuelle Umgebung wurde die Unreal Engine 5 gewählt, die sehr realistische Darstellungen virtueller Räume ermöglicht und hauptsächlich in der Videospielindustrie verwendet wird.
Ergebnisse:
Mit den Tools rtSOFE und Unreal Engine wurden drei realistische Umgebungen geschaffen: Ein Pub, ein Wohnzimmer und eine U-Bahn-Station. Diese Umgebungen enthalten realitätsnahe Störgeräusche, die zur jeweiligen Umgebung passen. Probanden können sich dank des HMD in diesen Umgebungen frei bewegen. Zudem wurde ein Testsetup unter Verwendung von Sätzen aus dem Oldenburger Satztest innerhalb dieser audiovisuellen Umgebung umgesetzt.
Fazit:
Das entwickelte Testsetup in der audiovisuellen Umgebung ermöglicht eine realistischere und alltagsnähere Erfassung des Hörvermögens im Vergleich zu herkömmlichen Hörtests. Die visuelle Komponente trägt zur Steigerung der Realitätsnähe bei. Allerdings fehlt im aktuellen Setup die Synchronisation zwischen der auditiven und visuellen Umgebung, insbesondere in Form von Lippenbewegungen (Lip Syncing), um eine umfassende Erfassung der multimodalen Sprachwahrnehmung zu ermöglichen.
Bildung für nachhaltige Entwicklung (BNE) hat einen festen Platz im deutschen Bildungssystem gefunden. BNE setzt sich die Ziele, Lernende zu informierten und verantwortungsbewussten Konsumenten zu befähigen sowie sie darauf vorzubereiten und das eigene Verhalten sowie das Verhalten anderer kritisch zu reflektieren. Der Nachhaltigkeitsbegriff von BNE orientiert sich hierbei an den drei Perspektiven, Soziales, Ökonomisches und Ökologisches, und an deren Wechselwirkungen untereinander.
Um Lernenden Nachhaltigkeitsthemen nach der Definition von BNE zu vermitteln, bieten sich Photovoltaik-Systeme (PV), vor allem in Off-Grid-Ausführungen, an, da sie aufgrund ihrer Eigenschaften als erneuerbare Energieerzeuger einen rücksichtsvolleren Umgang mit den vorhandenen Ressourcen fordern, Reflexion des eigenen Verhaltens anregen und sich in verschiedenen Situationen unter den drei Perspektiven der Nachhaltigkeit betrachten lassen.
Für eine Projektarbeit an allgemeinbildenden sowie beruflichen Schulen wurde außerhalb dieser Arbeit ein Off-Grid-PV-System entworfen, anhand dessen Lernende Fragestellungen der elektrischen Energieerzeugung aus Sonneneinstrahlung sowie allgemeine Nachhaltigkeitsthemen erforschen. Das didaktische Konzept zur Begleitung des PV-Systems wurde anhand von den Anforderungen der BNE entwickelt und gliedert sich in die Bereiche einleitende Workshops, Lern- und Arbeitsmaterial, weiterführendes Material sowie einen abschließenden Workshop zur Reflexion des erlernten. Die getroffenen Entscheidungen im Bereich der Technik sowie des Lehr-Lern-Materials werden jeweils didaktisch begründet.
AI-based Ground Penetrating Radar Signal Processing for Thickness Estimation of Subsurface Layers
(2023)
This thesis focuses on the estimation of subsurface layer thickness using Ground Penetrating Radar (GPR) A-scan and B-scan data through the application of neural networks. The objective is to develop accurate models capable of estimating the thickness of up to two subsurface layers.
Two different approaches are explored for processing the A-scan data. In the first approach, A-scans are compressed using Principal Component Analysis (PCA), and a regression feedforward neural network is employed to estimate the layers’ thicknesses. The second approach utilizes a regression one-dimensional Convolutional Neural Network (1-D CNN) for the same purpose. Comparative analysis reveals that the second approach yields superior results in terms of accuracy.
Subsequently, the proposed 1-D CNN architecture is adapted and evaluated for Step Frequency Continuous Wave (SFCW) radar, expanding its applicability to this type of radar system. The effectiveness of the proposed network in estimating subsurface layer thickness for SFCW radar is demonstrated.
Furthermore, the thesis investigates the utilization of GPR B-scan images as input data for subsurface layer thickness estimation. A regression CNN is employed for this purpose, although the results achieved are not as promising as those obtained with the 1-D CNN using A-scan data. This disparity is attributed to the limited availability of B-scan data, as B-scan generation is a resource-intensive process.
Das Ziel dieser Arbeit ist es, eine Schnittstelle zu erstellen, die es erlaubt, dem vom Unternehmen produzierten modulbasierten ERP-System Module zu integrieren, die
mit der aktuellen Version der Programmiersprache Delphi erstellt wurden.
Die Schwierigkeit hierbei ist, dass die momentane Implementation des Systems auf
einer Jahrzehnte alten Version der Sprache basiert, die in mehreren Bereichen keine
Kompatibilität mit der neuen Version besitzt.
Um dieses Ziel zu erreichen wurden zunächst die konkreten Anforderungen an die
Lösung formuliert und daraufhin verschiedene Lösungsansätze für eine Schnittstelle
konzipiert.
Durch Testen an einer prototypisch vereinfachten Version des ERP-Systems konnte
festgestellt werden, dass eine Lösung über eine auf Datenbanktransaktionen basierende Schnittstelle für das Projekt am ehesten geeignet war.
Nach weiterer Planung des exakten Aufbaus wurden die nötigen Funktionalitäten dann
umgesetzt, wobei zuerst in groben Zügen die essentiellen Aspekte realisiert wurden,
welche dann in weiteren Durchläufen auf die exakten Spezifikationen verfeinert und
auf Fehler geprüft wurden.
Nachdem dieser Lösungsansatz einen ausreichenden Vervollständigungsgrad erreicht
hatte, wurde das Projekt zu Testzwecken in firmeninternem Umfeld in Betrieb genommen.
Durch anschließendes weiteres Beheben von noch ausstehenden Fehlern wurde das
Projekt dann in einen Zustand gebracht, in dem es allgemein in Verwendung genommen werden kann und somit die gewünschten Vorgaben erfüllt.
Go ist eine 2009 veröffentlichte Programmiersprache mit einem statischen Typsystem. Seit Version 1.18 sind auch Generics ein Teil der Sprache. Deren Übersetzung wurde im de facto Standard-Compiler mittels Monomorphisierung umgesetzt. Diese bringt neben einigen Vorteilen auch Nachteile mit sich. Aus diesem Grund beschäftigt sich diese Arbeit mit einer alternativen Übersetzungsstrategie für Generics in Go und implementiert diese in einem neuen Compiler für Featherweight Generic Go, einem Subset von Go. Zum Schluss steht damit ein nahezu funktionierender Compiler, welcher schließlich Racket-Code ausgibt. Eine Evaluierung der Performanz der Übersetzungsstrategie ist allerdings noch ausstehend.
Ziel der vorliegenden Bachelorarbeit ist es, eine automatisierte Bildausschnittkontrolle für die Low Code Plattform Intrexx zu implementieren. Diese soll mit Hilfe eines geeigneten Künstliche Intelligenz Frameworks Gesichter in Bildern erkennen und diese anschließend ausschneiden. Die Benutzer*innen sollen die Ausschnitte außerdem noch manuell anpassen können. Die Implementierung erfolgt mittels Typescript innerhalb einer Webkomponente, um eine Verwendung innerhalb von Intrexx zu ermöglichen. Nach einem Vergleich verschiedener technologischer Ansätze hat sich Tensorflow als geeignetes KI-Framework herausgestellt. Im Rahmen einer Performance-Analyse wurden außerdem verschiedene Tensorflow-Modelle miteinander verglichen.
The current thesis conducts the study on the integration of digitalization techniques aimed at improving energy supply efficiency in off-grid energy systems. The primary objective is to fortify the security of energy supply in remote areas, particularly in instances of adverse weather conditions, unanticipated changes in load and fluctuations in the performance of renewable energy systems. This objective is to be achieved through the implementation of a smart load management strategy in stand-alone photovoltaic systems (SAPVS). This strategy involves deployment of forecasting algorithms on an edge device that operates with limited processing resources in an environment characterized for the lack of internet connection. The edge device is designed to interact with a smart home gateway that prioritizes, and schedules smart appliances based on the forecasted state of charge (SOC) in the 36-hours ahead of the SAPVS operation (the implementation of the loads schedule deployed on the Home Assistant device is out of the scope of the tasks implemented for this project).
The edge device, developed using a Raspberry Pi 3B+, was specifically intended for being implemented along with a SAPVS, in remote areas such as health stations in Africa and tropical islands, providing communities with a reliable source of electrical energy. The deployment of the strategy was carried out in four phases. The first phase involved the implementation of an Extraction-Transformation-Load (ETL) pipeline, where data was gathered from various heterogeneous hardware sources of an implemented test system that served as the enabler and testbench of this research, this test stand is composed of power electronics components such as an inverter, a MPPT solar charge controller, a smart meter, and a BOS LiFePo4 battery prototype. In the transformation stage, a data model was developed to identify the most critical parameters of the energy system, and to eliminate outliers and null values. In the load stage, a local SQL database was established for saving and structuring the data gathered and to ensure high-quality data with defined units and casting.
The second phase involved data analysis to identify the relevant features and potential exogenous variables for the forecasting model to implement. In the third phase, an Auto Regressive Moving Average (ARMA) model with two selected exogenous variables was implemented to forecast the AC load consumption profile for the 36- hours ahead of the off-grid system operation. The final phase involved the information exchange with the Home Assistant device, by transferring to it from the edge device the battery SOC present value and the predicted 36-hour ahead AC load profile information for prioritization and scheduling of loads; this through an MQTT interface.
The outcome of the experiment was a successful deployment of a data engineering and data forecasting approach that enabled data quality strategy implementation, local database storage, and forecasting algorithms on a processing and internet-constrained edge device. The interface with a home assistant implementation resulted in the successful execution of smart load management endeavors in an off-grid system, thereby enhancing the energy security of supply and contributing to the advancement of data-driven strategies in the rural electrification sector.
This thesis emphasizes the significance of digitalization strategies in smart SAPVS and highlights the potential of edge computing solutions in achieving seamless energy management in smart homes.
Conceptualization and implementation of automated optimization methods for private 5G networks
(2023)
Today’s companies are adjusting to the new connectivity realities. New applications require more bandwidth, lower latency, and higher reliability as industries become more distributed and autonomous. Private 5th Generation (5G) networks known as 5G Non-Public Networks (5G-NPN), is a novel 3rd Generation Partnership Project (3GPP)- based 5G network that can deliver seamless and dedicated wireless access for a particular industrial use case by providing the mentioned application’s requirements. To meet these requirements, several radio-related aspects and network parameters should be considered. In many cases, the behavior of the link connection may vary based on wireless conditions, available network resources, and User Equipment (UE) requirements. Furthermore, Optimizing these networks can be a complex task due to the large number of network parameters and KPIs that need to be considered. For these reasons, traditional solutions and static network configuration are not affordable or simply impossible. Despite the existence of papers in the literature that address several optimization methods for cellular networks in industrial scenarios, more insight into these existing but complex or unknown methods is needed.
In this thesis, a series of optimization methods were implemented to deliver an optimal configuration solution for a 5G private network. To facilitate this implementation, a testing system was implemented. This system enables remote control over the UE and 5G network, establishment of a test environment, extraction of relevant KPI reports from both UE and network sides, assessment of test results and KPIs, and effective utilization of the optimization and sampling techniques.
The research highlights the advantageous aspects of automated testing by using OFAT, Simulated Annealing, and Random Forest Regressor methods. With OFAT, as a common sampling method, a sensitivity analysis and an impact of each single parameter variation on the performance of the network were revealed. With Simulated Annealing, an optimal solution with MSE of roughly 10 was revealed. And, in the Random Forest Regressor, it was seen that this method presented a significant advantage over the simulated annealing method by providing substantial benefits in time efficiency due to its machine- learning capability. Additionally, it was seen that by providing a larger dataset or using some other machine-learning techniques, the solution might be more accurate.
Eine reine Passwortauthentifizierung, wie sie im Hochschulumfeld eingesetzt wird, bringt Sicherheitsrisiken mit sich. Ziel dieser Arbeit ist es zu analysieren, wie die Sicherheit in der Praxis mittels einer Zwei-Faktor-Authentifizierung erhöht werden kann und in welcher Weise die Einführung eines Single-Sign-On Konzept zum Erreichen dieses Ziels beiträgt. Es konnte gezeigt werden, dass eine Shibboleth IdP Installation als zentraler Zugangspunkt für Single-Sign-On sowie eine daran angebundene privacyIDEA-Instanz die Umsetzung der Zwei-Faktor-Authentifizierung für einige aber nicht alle Dienste ermöglicht.
Im Rahmen dieser Abschlussarbeit wurde ein automatisertes Test-Framework für eine Datenanalyse-Software namens MARS entwickelt. Der Zweck der Entwicklung dieses Frameworks ist es, die von der Software, zurückgegebenen Ergebnisse zu testen und zu vergleichen. In Zukunft soll dieses Framework verwendet werden, um den Start von Tests bei jeder neuen Version von MARS zu automatisieren.
Darüber hinaus ist dieses Framework in zwei Versionen erhältlich. Die erste ist eine grafische Version, um bestimmte Tests gezielt auszuführen und zu evaluieren. Die zweite Version ist eine Kommandozeilenversion, die es ermöglicht, schnell mehrere Tests zu generieren. Diese Version kann bspw. von einem Jenkins-Server aus gestartet werden.
Das Test-Framework wurde mit der Programmiersprache Python erstellt und mit dem Qt-Framework grafisch unterstützt. Die Vielzahl an Modulen und die große Anzahl an Nutzern machen Python zu einer beliebten Sprache für diese Art von Anwendungen. Die hohe Modularität von Qt für Python und die einfache Handhabung machen es zu einem reichhaltigen Werkzeug für die Erstellung von grafischen Benutzeroberflächen.
Extensible Authentication Protocol (EAP) bietet eine flexible Möglichkeit zur Authentifizierung von Endgeräten und kann in Kombination mit TLS für eine zertifikatsbasierte Authentifizierung verwendet werden. Motiviert wird diese Arbeit von einer potenziellen Erweiterung für PROFINET, die diese Protokolle einsetzen soll.
Dabei soll eine sicherer EAP-TLS-Protokollstacks für eingebettete Systeme in der Programmiersprache Rust entwickelt werden. Durch das Ownership-System von Rust können Speicherfehler eliminiert werden, ohne dabei auf die positiven Eigenschaften von nativen Sprachen zu verzichten. Es wird ein besonderes Augenmerk auf wie die Verwendung klassischer Rust-Bibliotheken im Umfeld von eingebetteten Systemen, den Einfluss des Speichermodells auf das Design, sowie die Integration von C-Bibliotheken für automatisierte Interoperabilitätstests gelegt.
Das Ziel dieser Arbeit ist die technische Konstruktion eines Prototyps für einen Kopf-und Rumpfsimulator aus dem 3D-Druck mit integriertem Zwei-Kanal-System zur Freifeldmessung akustischer Signale. Die akustischen Eigenschaften sind abhängig von der anatomischen Geometrie eines menschlichen Schädels und des Gehörs, somit soll die Konstruktion des Prototyps möglichst realitätsgetreu nachgeahmt werden. Der Prototyp soll technische Anforderungen wie den Ein- und Ausbau von unterschiedlichen Mikrofonen und Pinna-Modellen gewährleisten.