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- quantile estimation (1)
- quasistatic deformations (1)
- quickest path (1)
- radiation therapy planning (1)
- radiotherapy planning (1)
- random -Gaussian aerodynamic force (1)
- random set (1)
- random system of fibers (1)
- rate-independency (1)
- rate-indepenhysteresis (1)
- real-life applications. (1)
- real-time (1)
- real-time simulation (1)
- real-world accident data (1)
- regularization (1)
- regularized models (1)
- representative systems of Pareto solutions (1)
- reproducing kernel (1)
- risk (1)
- robust network flows (1)
- robustness (1)
- rotational spinning processes (1)
- safety critical components (1)
- safety function (1)
- sales territory alignment (1)
- satisfiability (1)
- selfish routing (1)
- semi-infinite programming (1)
- sensitivities (1)
- separable filters (1)
- sequences (1)
- sequential test (1)
- series-parallel graphs (1)
- shape (1)
- shape optimization (1)
- sharp function (1)
- sicherheitsrelevante Bauteile (1)
- single layer kernel (1)
- singularity (1)
- slender- body theory (1)
- slender-body theory (1)
- slenderbody theory (1)
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- software process (1)
- software tools (1)
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- visual interfaces (1)
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- working memory (1)
Faculty / Organisational entity
- Fraunhofer (ITWM) (198)
- Kaiserslautern - Fachbereich Informatik (139)
- Kaiserslautern - Fachbereich Mathematik (121)
- Kaiserslautern - Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik (9)
- Kaiserslautern - Fachbereich Sozialwissenschaften (8)
- Kaiserslautern - Fachbereich Raum- und Umweltplanung (7)
- Kaiserslautern - Fachbereich ARUBI (2)
- Distance and Independent Studies Center (DISC) (1)
- Universität (1)
In this work, we analyze two important and simple models of short rates, namely Vasicek and CIR models. The models are described and then the sensitivity of the models with respect to changes in the parameters are studied. Finally, we give the results for the estimation of the model parameters by using two different ways.
Algebraic Systems Theory
(2004)
Control systems are usually described by differential equations, but their properties of interest are most naturally expressed in terms of the system trajectories, i.e., the set of all solutions to the equations. This is the central idea behind the so-called "behavioral approach" to systems and control theory. On the other hand, the manipulation of linear systems of differential equations can be formalized using algebra, more precisely, module theory and homological methods ("algebraic analysis"). The relationship between modules and systems is very rich, in fact, it is a categorical duality in many cases of practical interest. This leads to algebraic characterizations of structural systems properties such as autonomy, controllability, and observability. The aim of these lecture notes is to investigate this module-system correspondence. Particular emphasis is put on the application areas of one-dimensional rational systems (linear ODE with rational coefficients), and multi-dimensional constant systems (linear PDE with constant coefficients).
In this paper mathematical models for liquid films generated by impinging jets are discussed. Attention is stressed to the interaction of the liquid film with some obstacle. S. G. Taylor [Proc. R. Soc. London Ser. A 253, 313 (1959)] found that the liquid film generated by impinging jets is very sensitive to properties of the wire which was used as an obstacle. The aim of this presentation is to propose a modification of the Taylor's model, which allows to simulate the film shape in cases, when the angle between jets is different from 180°. Numerical results obtained by discussed models give two different shapes of the liquid film similar as in Taylors experiments. These two shapes depend on the regime: either droplets are produced close to the obstacle or not. The difference between two regimes becomes larger if the angle between jets decreases. Existence of such two regimes can be very essential for some applications of impinging jets, if the generated liquid film can have a contact with obstacles.
Granular systems in solid-like state exhibit properties like stiffness
dependence on stress, dilatancy, yield or incremental non-linearity
that can be described within the continuum mechanical framework.
Different constitutive models have been proposed in the literature either based on relations between some components of the stress tensor or on a quasi-elastic description. After a brief description of these
models, the hyperelastic law recently proposed by Jiang and Liu [1]
will be investigated. In this framework, the stress-strain relation is
derived from an elastic strain energy density where the stable proper-
ties are linked to a Drucker-Prager yield criteria. Further, a numerical method based on the finite element discretization and Newton-
Raphson iterations is presented to solve the force balance equation.
The 2D numerical examples presented in this work show that the stress
distributions can be computed not only for triangular domains, as previoulsy done in the literature, but also for more complex geometries.
If the slope of the heap is greater than a critical value, numerical instabilities appear and no elastic solution can be found, as predicted by
the theory. As main result, the dependence of the material parameter
Xi on the maximum angle of repose is established.
Wireless LANs operating within unlicensed frequency bands require random access schemes such as CSMA/ CA, so that wireless networks from different administrative domains (for example wireless community networks) may co-exist without central coordination, even when they happen to operate on the same radio channel. Yet, it is evident that this Jack of coordination leads to an inevitable loss in efficiency due to contention on the MAC layer. The interesting question is, which efficiency may be gained by adding coordination to existing, unrelated wireless networks, for example by self-organization. In this paper, we present a methodology based on a mathematical programming formulation to determine the
parameters (assignment of stations to access points, signal strengths and channel assignment of both access points and stations) for a scenario of co-existing CSMA/ CA-based wireless networks, such that the contention between these networks is minimized. We demonstrate how it is possible to solve this discrete, non-linear optimization problem exactly for small
problems. For larger scenarios, we present a genetic algorithm specifically tuned for finding near-optimal solutions, and compare its results to theoretical lower bounds. Overall, we provide a benchmark on the minimum contention problem for coordination mechanisms in CSMA/CA-based wireless networks.
Radiotherapy is one of the major forms in cancer treatment. The patient is irradiated with high-energetic photons or charged particles with the primary goal of delivering sufficiently high doses to the tumor tissue while simultaneously sparing the surrounding healthy tissue. The inverse search for the treatment plan giving the desired dose distribution is done by means of numerical optimization [11, Chapters 3-5]. For this purpose, the aspects of dose quality in the tissue are modeled as criterion functions, whose mathematical properties also affect the type of the corresponding optimization problem. Clinical practice makes frequent use of criteria that incorporate volumetric and spatial information about the shape of the dose distribution. The resulting optimization problems are of global type by empirical knowledge and typically computed with generic global solver concepts, see for example [16]. The development of good global solvers to compute radiotherapy optimization problems is an important topic of research in this application, however, the structural properties of the underlying criterion functions are typically not taken into account in this context.
On the Complexity of the Uncapacitated Single Allocation p-Hub Median Problem with Equal Weights
(2007)
The Super-Peer Selection Problem is an optimization problem in network topology construction. It may be cast as a special case of a Hub Location Problem, more exactly an Uncapacitated Single Allocation p-Hub Median Problem with equal weights. We show that this problem is still NP-hard by reduction from Max Clique.
This report reviews selected image binarization and segmentation methods that have been proposed and which are suitable for the processing of volume images. The focus is on thresholding, region growing, and shape–based methods. Rather than trying to give a complete overview of the field, we review the original ideas and concepts of selected methods, because we believe this information to be important for judging when and under what circumstances a segmentation algorithm can be expected to work properly.
W-Lisp Sprachbeschreibung
(1993)
W-Lisp [Wippennann 91] ist eine Sprache, die im Bereich der Implementierung höherer
Programmiersprachen verwendet wird. Ihre Anwendung ist nicht auf diesen Bereich beschränkt. Gute Lesbarkeit der W-Lisp-Notation wird durch zahlreiche Anleihen aus dem Bereich der bekannten imperativen Sprachen erzielt. W-Lisp-Programme können im Rahmen eines Common Lisp-Systems ausgeführt werden. In der WLisp Notation können alle Lisp-Funktionen (inkl. MCS) verwendet werden, so daß die Mächtigkeit von Common-Lisp [Steele 90] in dieser Hinsicht auch in W-Lisp verfügbar ist.
We consider a volume maximization problem arising in gemstone cutting industry. The problem is formulated as a general semi-infinite program (GSIP) and solved using an interiorpoint method developed by Stein. It is shown, that the convexity assumption needed for the convergence of the algorithm can be satisfied by appropriate modelling. Clustering techniques are used to reduce the number of container constraints, which is necessary to make the subproblems practically tractable. An iterative process consisting of GSIP optimization and adaptive refinement steps is then employed to obtain an optimal solution which is also feasible for the original problem. Some numerical results based on realworld data are also presented.
Wireless sensor networks are the driving force behind many popular and interdisciplinary research areas, such as environmental monitoring, building automation, healthcare and assisted living applications. Requirements like compactness, high integration of sensors, flexibility, and power efficiency are often very different and cannot be fulfilled by state-of-the-art node platforms at once. In this paper, we present and analyze AmICA: a flexible, compact, easy-to-program, and low-power node platform. Developed from scratch and including a node, a basic communication protocol, and a debugging toolkit, it assists in an user-friendly rapid application development. The general purpose nature of AmICA was evaluated in two practical applications with diametric requirements. Our analysis shows that AmICA nodes are 67% smaller than BTnodes, have five times more sensors than Mica2Dot and consume 72% less energy than the state-of-the-art TelosB mote in sleep mode.
The stationary heat equation is solved with periodic boundary conditions in geometrically complex composite materials with high contrast in the thermal conductivities of the individual phases. This is achieved by harmonic averaging and explicitly introducing the jumps across the material interfaces as additional variables. The continuity of the heat flux yields the needed extra equations for these variables. A Schur-complent formulation for the new variables is derived that is solved using the FFT and BiCGStab methods. The EJ-HEAT solver is given as a 3-page Matlab program in the Appendix. The C++ implementation is used for material design studies. It solves 3-dimensional problems with around 190 Mio variables on a 64-bit AMD Opteron desktop system in less than 6 GB memory and in minutes to hours, depending on the contrast and required accuracy. The approach may also be used to compute effective electric conductivities because they are governed by the stationary heat equation.
Four aspects are important in the design of hydraulic lters. We distinguish between two cost factors and two performance factors. Regarding performance, filter eciencynd lter capacity are of interest. Regarding cost, there are production considerations such as spatial restrictions, material cost and the cost of manufacturing the lter. The second type of cost is the operation cost, namely the pressure drop. Albeit simulations should and will ultimately deal with all 4 aspects, for the moment our work is focused on cost. The PleatGeo Module generates three-dimensional computer models of a single pleat of a hydraulic lter interactively. PleatDict computes the pressure drop that will result for the particular design by direct numerical simulation. The evaluation of a new pleat design takes only a few hours on a standard PC compared to days or weeks used for manufacturing and testing a new prototype of a hydraulic lter. The design parameters are the shape of the pleat, the permeabilities of one or several layers of lter media and the geometry of a supporting netting structure that is used to keep the out ow area open. Besides the underlying structure generation and CFD technology, we present some trends regarding the dependence of pressure drop on design parameters that can serve as guide lines for the design of hydraulic lters. Compared to earlier two-dimensional models, the three-dimensional models can include a support structure.
A fully automatic procedure is proposed to rapidly compute the permeability of porous materials from their binarized microstructure. The discretization is a simplified version of Peskin’s Immersed Boundary Method, where the forces are applied at the no-slip grid points. As needed for the computation of permeability, steady flows at zero Reynolds number are considered. Short run-times are achieved by eliminating the pressure and velocity variables using an Fast Fourier Transform-based and 4 Poisson problembased fast inversion approach on rectangular parallelepipeds with periodic boundary conditions. In reference to calling it a fast method using fictitious or artificial forces, the implementation is called FFF-Stokes. Large scale computations on 3d images are quickly and automatically performed to estimate the permeability of some sample materials. A matlab implementation is provided to allow readers to experience the automation and speed of the method for realistic three-dimensional models.
We study the efficient computation of Nash and strong equilibria in weighted bottleneck games. In such a game different players interact on a set of resources in the way that every player chooses a subset of the resources as her strategy. The cost of a single resource depends on the total weight of players choosing it and the personal cost every player tries to minimize is the cost of the most expensive resource in her strategy, the bottleneck value. To derive efficient algorithms for finding Nash equilibria in these games, we generalize a tranformation of a bottleneck game into a special congestion game introduced by Caragiannis et al. [1]. While investigating the transformation we introduce so-called lexicographic games, in which the aim of a player is not only to minimize her bottleneck value but to lexicographically minimize the ordered vector of costs of all resources in her strategy. For the special case of network bottleneck games, i.e., the set of resources are the edges of a graph and the strategies are paths, we analyse different Greedy type methods and their limitations for extension-parallel and series-parallel graphs.
Neuronale Netze sind ein derzeit (wieder) aktuelles Thema. Trotz der oft eher schlagwortartigen
Verwendung dieses Begriffs beinhaltet er eine Vielfalt von Ideen, unterschiedlichste methodische
Ansätze und konkrete Anwendungsmöglichkeiten. Die grundlegenden Vorstellungen sind dabei nicht neu, sondern haben eine mitunter recht lange Tradition in angrenzenden Disziplinen wie Biologie, Kybernetik , Mathematik und Physik . Vielversprechende Forschungsergebnisse der letzten Zeit haben dieses Thema wieder in den Mittelpunkt des Interesses gerückt und eine Vielzahl neuer Querbezüge zur Informatik und Neurobiologie sowie zu anderen, auf den ersten Blick weit entfernten Gebieten offenbart. Gegenstand des Forschungsgebiets Neuronale Netze ist dabei die Untersuchung und Konstruktion informationsverarbeitender Systeme, die sich aus vielen mitunter nur sehr primitiven, uniformen Einheiten zusammensetzen und deren wesentliches Verarbeitungsprinzip die Kommunikation zwischen diesen Einheiten ist, d.h. die Übertragung von Nachrichten oder Signalen. Ein weiteres
Charakteristikum dieser Systeme ist die hochgradig parallele Verarbeitung von Information innerhalb
des Systems. Neben der Modellierung kognitiver Prozesse und dem Interesse, wie das menschliche Gehirn komplexe kognitive Leistungen vollbringt, ist über das rein wissenschaftliche Interesse hinaus in zunehmendem Maße auch der konkrete Einsatz neuronaler Netze in verschiedenen technischen Anwendungsgebieten zu sehen. Der vorliegende Report beinhaltet die schriftlichen Ausarbeitungen der Teilnehmerinnen des Seminars Theorie und Praxis neuronaler Netze , das von der Arbeitsgruppe Richter im Sommersemester 1993 an der Universität Kaiserslautern veranstaltet wurde. Besonderer Wert wurde darauf gelegt, nicht nur die theoretischen Grundlagen neuronaler Netze zu behandeln, sondern auch deren Einsatz in der Praxis zu diskutieren. Die Themenauswahl spiegelt einen Teil des weiten Spektrums der Arbeiten auf diesem Gebiet wider. Ein Anspruch auf Vollständigkeit kann daher nicht erhoben werden. Insbesondere sei darauf verwiesen, daß für eine intensive, vertiefende Beschäftigung mit einem Thema auf die jeweiligen Originalarbeiten zurückgegriffen werden sollte. Ohne die Mitarbeit der Teilnehmerinnen und Teilnehmer des Seminars wäre dieser Report nicht möglich gewesen. Wir bedanken uns daher bei Frank Hauptmann, Peter Conrad, Christoph Keller, Martin Buch, Philip Ziegler, Frank Leidermann, Martin Kronenburg, Michael Dieterich, Ulrike Becker, Christoph Krome, Susanne Meyfarth , Markus Schmitz, Kenan Çarki, Oliver Schweikart, Michael Schick und Ralf Comes.
This report presents a generalization of tensor-product B-spline surfaces. The new scheme permits knots whose endpoints lie in the interior of the domain rectangle of a surface. This allows local refinement of the knot structure for approximation purposes as well as modeling surfaces with local tangent or curvature discontinuities. The surfaces are represented in terms of B-spline basis functions, ensuring affine invariance, local control, the convex hull property, and evaluation by de Boor's algorithm. A dimension formula for a class of generalized tensor-product spline spaces is developed.
In the presented work, we make use of the strong reciprocity between kinematics and geometry to build a geometrically nonlinear, shearable low order discrete shell model of Cosserat type defined on triangular meshes, from which we deduce a rotation–free Kirchhoff type model with the triangle vertex positions as degrees of freedom. Both models behave physically plausible already on very coarse meshes, and show good
convergence properties on regular meshes. Moreover, from the theoretical side, this deduction provides a
common geometric framework for several existing models.
In this article we present a method to generate random objects from a large variety of combinatorial classes according to a given distribution. Given a description of the combinatorial class and a set of sample data our method will provide an algorithm that generates objects of size n in worst-case runtime O(n^2) (O(n log(n)) can be achieved at the cost of a higher average-case runtime), with the generated objects following a distribution that closely matches the distribution of the sample data.
Die Simulation von Prüfständen und insbesondere von Baugruppen und Gesamtfahrzeugen auf Prüfständen durch Kopplung von Mehrkörpersimulation mit Modellen für Regelung und Aktuatorik leistet einen wesentlichen Beitrag zur Entwicklungszeitverkürzung. In diesem Beitrag wird ein Kooperationsprojekt vorgestellt, in dem ein Co- Simulationsmodell für die beweglichen Massen sowie die Regelung und Hydraulik eines Gesamtfahrzeugprüfstands erstellt wurde. Es wird sowohl auf die Validierung des Fahrzeugmodells durch Straßenmessungen als auch auf die Identifikation und Validierung des Prüfstandsmodells einschließlich Servohydraulik und Regelung eingegangen.
Ein maßgeschneidertes Kommunikationssystem für eine mobile Applikation mit Dienstgüteanforderungen
(2004)
In diesem Beitrag wird die Maßschneiderung eines Ad-Hoc-Kommunikationssystems zur Fernsteuerung eines Luftschiffs über WLAN vorgestellt. Dabei steht die Dienstunterstützung bei der Übertragung mehrerer Datenströme im Vordergrund. Es werden verschiedene Dienstgütemechanismen erklärt und deren Entwicklung und Integration in ein Kommunikationsprotokoll mit Hilfe eines komponentenbasierten Ansatzes genauer erläutert.
We present a methodology to augment system safety step-by-step and illustrate the approach by the definition of reusable solutions for the detection of fail-silent nodes - a watchdog and a heartbeat. These solutions can be added to real-time system designs, to protect against certain types of system failures. We use SDL as a system design language for the development of distributed systems, including real-time systems.
Interactive graphics has been limited to simple direct illumination that commonly results in an artificial appearance. A more realistic appearance by simulating global illumination effects has been too costly to compute at interactive rates. In this paper we describe a new Monte Carlo-based global illumination algorithm. It achieves performance of up to 10 frames per second while arbitrary changes to the scene may be applied interactively. The performance is obtained through the effective use of a fast, distributed ray-tracing engine as well as a new interleaved sampling technique for parallel Monte Carlo simulation. A new filtering step in combination with correlated sampling avoids the disturbing noise artifacts common to Monte Carlo methods.
Worldwide the installed capacity of renewable technologies for electricity production is
rising tremendously. The German market is particularly progressive and its regulatory
rules imply that production from renewables is decoupled from market prices and electricity
demand. Conventional generation technologies are to cover the residual demand
(defined as total demand minus production from renewables) but set the price at the
exchange. Existing electricity price models do not account for the new risks introduced
by the volatile production of renewables and their effects on the conventional demand
curve. A model for residual demand is proposed, which is used as an extension of
supply/demand electricity price models to account for renewable infeed in the market.
Infeed from wind and solar (photovoltaics) is modeled explicitly and withdrawn from
total demand. The methodology separates the impact of weather and capacity. Efficiency
is transformed on the real line using the logit-transformation and modeled as a stochastic process. Installed capacity is assumed a deterministic function of time. In a case study the residual demand model is applied to the German day-ahead market
using a supply/demand model with a deterministic supply-side representation. Price trajectories are simulated and the results are compared to market future and option
prices. The trajectories show typical features seen in market prices in recent years and the model is able to closely reproduce the structure and magnitude of market prices.
Using the simulated prices it is found that renewable infeed increases the volatility of forward prices in times of low demand, but can reduce volatility in peak hours. Prices
for different scenarios of installed wind and solar capacity are compared and the meritorder effect of increased wind and solar capacity is calculated. It is found that wind
has a stronger overall effect than solar, but both are even in peak hours.
Die Sichten von Projektmitgliedern auf Prozesse von Software-Entwicklungen sollen in der Prozeßmodellierungssprache MVP-L formuliert und anschließend in ein Umfassendes Prozeßmodell integriert werden. Dabei ist die Identifikation ähnlicher Informationen in verschiedenen Sichten von Bedeutung. In dieser Arbeit berichten
wir über die Adaption und Synthese verschiedener Ansätze zum Thema Ähnlichkeit aus unterschiedlichen Domänen (Schema-Integration beim Datenbank-Entwurf, Analoges und Fallbasiertes Schließen, Wiederverwendung und System-Spezifikation). Das Ergebnis, die Ähnlichkeitsfunktion vsim, wird anhand eines Referenzbeispiels illustriert. Dabei gehen wir insbesondere auf die Eigenschaft der Funktion vsim ein und berichten über Erfahrungen im Umgang mit dieser Funktion zur Berechnung der Ähnlichkeit zwischen Prozeßmodellen.
Continuously improving imaging technologies allow to capture the complex spatial
geometry of particles. Consequently, methods to characterize their three
dimensional shapes must become more sophisticated, too. Our contribution to
the geometric analysis of particles based on 3d image data is to unambiguously
generalize size and shape descriptors used in 2d particle analysis to the spatial
setting.
While being defined and meaningful for arbitrary particles, the characteristics
were actually selected motivated by the application to technical cleanliness. Residual
dirt particles can seriously harm mechanical components in vehicles, machines,
or medical instruments. 3d geometric characterization based on micro-computed
tomography allows to detect dangerous particles reliably and with
high throughput. It thus enables intervention within the production line. Analogously
to the commonly agreed standards for the two dimensional case, we
show how to classify 3d particles as granules, chips and fibers on the basis of
the chosen characteristics. The application to 3d image data of dirt particles is
demonstrated.
Das sind die Texte der Vorlesungen, die ich im Dezember 1988 - März 1989 an der Universität Kaiserslautern hielt. Die Sektionen 1-4 enthalten Materialien, die in Russisch im Buch [33] und in früheren Arbeiten [27,28] [30-33] publiziert sind.
Sektion 5 enthält neue Ergebnisse, die wir während meines Aufenthaltes in Kaiserslautern in Zusammenarbeit mit Herrn Robert Plato
(TU Berlin) ausarbeiteten (siehe [21,22]). Sektion 6 ist eine Erweiterung der Arbeit [31].
There is a well known relationship between alternating automata on finite words and symbolically represented nondeterministic automata on finite words. This relationship is of practical relevance because it allows to combine the advantages of alternating and symbolically represented nondeterministic automata on finite words. However, for infinite words the situation is unclear. Therefore, this work investigates the relationship between alternating omega-automata and symbolically represented nondeterministic omega-automata. Thereby, we identify classes of alternating omega-automata that are as expressive as safety, liveness and deterministic prefix automata, respectively. Moreover, some very simple symbolic nondeterminisation procedures are developed for the classes corresponding to safety and liveness properties.
Durch die Zielsetzung des Projekts, in einem ganzheitlichen Ansatz Bleibefaktoren für Zuwanderer in ländlichen
Räumen zu untersuchen und geeignete Lösungsansätze für deren Integration zu entwickeln, wird eine bisher in
dieser Form kaum betrachtete Forschungslücke adressiert. Diese Nische zeichnet sich dadurch aus, dass im
Vorhaben miteinander verbundene, jedoch bisher meist disziplinär bearbeitete Fragestellungen der
Integrationsforschung, der Stadtplanung und der zukunftsfähigen Kommunalentwicklung bzw. kommunalen
Nachhaltigkeit unter besonderer Berücksichtigung von demografischen Herausforderungen vereint werden.
Diese inhaltliche Verschränkung spiegelt sich zudem auch in der interdisziplinären Vorgehensweise im Projekt
wider. So werden die Fragestellungen des Vorhabens aus der Perspektive von und mit
methodischen Zugängen aus den Sozial-, Wirtschafts- und Planungswissenschaften bearbeitet.
Der von Beginn an starke und unmittelbare Einbezug der Kommunalpartner und weiterer praxisnaher Akteure
stellt sicher, dass von Anfang an unterschiedliche wissenschaftliche und nicht-wissenschaftliche Perspektiven
sowie Praxiswissen in den Forschungsprozess integriert werden, um ein gemeinsames Problemverständnis und
eine hohe Relevanz der Ergebnisse für die kommunale Praxis sicherzustellen.
Zuwanderung an sich ist kein neues Phänomen in der Geschichte der Bundesrepublik, was sich in einer Vielfalt
von Studien und Publikationen zu den Einflussfaktoren auf die Integration von verschiedenen Migrantengruppen
(z.B. von „Gastarbeitern“ und ihren Familien, Aussiedlern und Spätaussiedlern aus Osteuropa, humanitären
Migranten bzw. Flüchtlingen, Migranten in erster und zweiter Generation) widerspiegelt. Darüber hinaus
existieren Studien zu einzelnen Aspekten der Integration wie der Teilhabe am Arbeitsmarkt, dem Schulsystem,
der Integration in den Wohnungsmarkt oder auch standortbezogene Fallstudien. Diese Untersuchungen
betrachten jedoch die allgemeine Integration von Zuwanderern, ohne auf die Besonderheiten von kleinstädtisch
und ländlich geprägten Kommunen einzugehen. Diese Thematik wird in einer Studie der Schader Stiftung
aufgegriffen, in der neben den Herausforderungen und Rahmenbedingungen in den Kommunen einige Aspekte
bzw. Handlungsoptionen der Integration aufgezeigt werden.
Die besonderen Herausforderungen des demografischen Wandels für Kommunen sind ebenfalls Gegenstand
zahlreicher Publikationen. Kleinstädtische und ländlich geprägte Kommunen sind besonders stark von diesem
Megatrend betroffen, so dass in vielen Fällen auch deren Zukunftsfähigkeit bedroht sein kann. Durch die
Integration von Zuwanderern im ländlichen Raum können sich für die Kommunen Potenziale ergeben, die
negativen Auswirkungen des Trends zum Teil aufzufangen.
Aus einer stadtplanerischen Perspektive sind in Kommunen mit demografischen Herausforderungen im Sinne
einer (stark) schrumpfenden Bevölkerung signifikante Anlässe zur baulichen Wiedernutzung von Brachflächen,
zum Schließen von Baulücken oder zur Nachverdichtung im Bestand gegeben: Potentielle volkswirtschaftlichen
Folgen sind zu erwarten, wenn sozialräumlich homogene Wohnungsbestände durch den Attraktivitäts- und
Imageverlust von benachbarten Teilräumen mit hohen Wohnungsleerständen betroffen sind. Zudem gilt es, den
betriebswirtschaftlichen (Kostenfaktoren) und städtebaulichen Auswirkungen entgegenzusteuern, um den
potentiellen baulichen Verfall sowie stadtstrukturelle, funktionale und soziale Missstände zu verhindern.
Eine effiziente Nutzung innerörtlicher Flächenressourcen, sowohl durch die Wiedernutzung von Brachflächen
als auch durch die Reaktivierung von Wohnungsleerständen, ermöglicht es den Kommunen, die
Neuinanspruchnahme von Siedlungs- und Verkehrsflächen zu reduzieren. Hierdurch kann den im Rahmen der
Nationalen Nachhaltigkeitsstrategie formulierten Zielvorgaben der Reduzierung zusätzlicher
Flächeninanspruchnahme Rechnung getragen werden. Ein sparsamer Umgang mit Grund und Boden und die
Begrenzung der Bodenversiegelung ist als städtebauliche Aufgabe durch die Bodenschutzklausel gemäß §1a
Abs. 2 BauGB bestimmt. In Anpassung an die örtlichen und städtebaulichen Gegebenheiten sind anstelle der
Neuausweisung von Bauflächen Möglichkeiten der innerörtlichen Entwicklung zu nutzen. Bei der
Inanspruchnahme unbebauter Flächen ist darüber hinaus eine flächensparende Bauweise zu bevorzugen. Durch
entsprechende Darstellungen und Festsetzungen in den Bauleitplänen kann dies erreicht werden, indem
beispielsweise auf Darstellungen von (Neu-) Bauflächen in Flächennutzungsplänen verzichtet oder indem
Höchstmaße der baulichen Nutzung für Wohnbaugrundstücke in Bebauungsplänen festgesetzt werden (§ 9
Abs. 1 Nr. 3 BauGB).
Anstelle der Neuausweisung von Wohngebieten in siedlungsstrukturellen Randlagen stellt die Innenentwicklung
für den Erhalt lebendiger Zentren und zur Begrenzung der Flächenneuinanspruchnahme einen wichtigen Beitrag
zur nachhaltigen städtebaulichen Entwicklung im Sinne des §1 Abs. 5 BauGB dar. Als Voraussetzungen für die
erfolgreiche Wiedernutzung innerörtlicher Flächen und baulicher Potentiale sind Kenntnisse der vorhandenen
Innenentwicklungspotenziale und ihre Verfügbarkeit erforderlich.
In einem geografischen Informationssystem (GIS) lassen sich nach dem gegenwärtigen Stand von Wissenschaft
und Technik Brachflächen, Baulücken und Leerstände zentral erfassen. Zur Erhebung und Verwaltung von
Wohnungsleerständen in einem kommunalen Leerstandskataster lassen sich im Wesentlichen folgende
Methoden und Datenquellen nutzen: Die Analyse von Ver- und Entsorgerdaten (Strom/Wasser) stellen neben
der Erhebung durch Ortsbegehungen (Inaugenscheinnahme von außen durch geschultes Personal), den
Befragungen von Eigentümern, den statistischen Schätzverfahren (Wohnungsfortschreibung und Melderegister)
bzw. den Befragungen kommunaler Funktionsträger (Ortsvorsteher, Bürgermeister) methodische Zugänge dar.
Zur Verifizierung der Daten erfolgt eine Kombination der genannten Methoden. Dabei werden die ermittelten
Leerstände mittels der Stromzählermethode durch zusätzliche Befragung von
Wohnungsunternehmen/Eigentümern oder Ortsvorstehern ergänzt und plausibilisiert, quantitative Daten
(zählerbasierte Methoden) werden durch qualitative Erhebungen (Befragungen) ergänzt. Da der Zugang
zu diesen kommunalen Datenbeständen erschwert war, bediente sich die Forschungsgruppe der SeniorForschungsprofessur Stadtplanung an zugänglichen öffentlichen Daten (Zensus-Erhebungen zu den
Wohnungsleerständen aus dem Jahr 2011) sowie kommerziell erwerbbaren Daten aus der Marktforschung
(microm Geo-Milieus®), da diese empirisch abgesichert sind und im Kontext der Kommunalentwicklung vielfältig
eingesetzt werden (z.B. Beteiligungsverfahren, Wohnbaulandentwicklung).
We present the application of a meshfree method for simulations of interaction between fluids and flexible structures. As a flexible structure we consider a sheet of paper. In a two-dimensional framework this sheet can be modeled as curve by the dynamical Kirchhoff-Love theory. The external forces taken into account are gravitation and the pressure difference between upper and lower surface of the sheet. This pressure difference is computed using the Finite Pointset Method (FPM) for the incompressible Navier-Stokes equations. FPM is a meshfree, Lagrangian particle method. The dynamics of the sheet are computed by a finite difference method. We show the suitability of the meshfree method for simulations of fluid-structure interaction in several applications.
A Lattice Boltzmann Method for immiscible multiphase flow simulations using the Level Set Method
(2008)
We consider the lattice Boltzmann method for immiscible multiphase flow simulations. Classical lattice Boltzmann methods for this problem, e.g. the colour gradient method or the free energy approach, can only be applied when density and viscosity ratios are small. Moreover, they use additional fields defined on the whole domain to describe the different phases and model phase separation by special interactions at each node. In contrast, our approach simulates the flow using a single field and separates the fluid phases by a free moving interface. The scheme is based on the lattice Boltzmann method and uses the level set method to compute the evolution of the interface. To couple the fluid phases, we develop new boundary conditions which realise the macroscopic jump conditions at the interface and incorporate surface tension in the lattice Boltzmann framework. Various simulations are presented to validate the numerical scheme, e.g. two-phase channel flows, the Young-Laplace law for a bubble and viscous fingering in a Hele-Shaw cell. The results show that the method is feasible over a wide range of density and viscosity differences.
We prove a general monotonicity result about Nash flows in directed networks and use it for the design of truthful mechanisms in the setting where each edge of the network is controlled by a different selfish agent, who incurs costs when her edge is used. The costs for each edge are assumed to be linear in the load on the edge. To compensate for these costs, the agents impose tolls for the usage of edges. When nonatomic selfish network users choose their paths through the network independently and each user tries to minimize a weighted sum of her latency and the toll she has to pay to the edges, a Nash flow is obtained. Our monotonicity result implies that the load on an edge in this setting can not increase when the toll on the edge is increased, so the assignment of load to the edges by a Nash flow yields a monotone algorithm. By a well-known result, the monotonicity of the algorithm then allows us to design truthful mechanisms based on the load assignment by Nash flows. Moreover, we consider a mechanism design setting with two-parameter agents, which is a generalization of the case of one-parameter agents considered in a seminal paper of Archer and Tardos. While the private data of an agent in the one-parameter case consists of a single nonnegative real number specifying the agent's cost per unit of load assigned to her, the private data of a two-parameter agent consists of a pair of nonnegative real numbers, where the first one specifies the cost of the agent per unit load as in the one-parameter case, and the second one specifies a fixed cost, which the agent incurs independently of the load assignment. We give a complete characterization of the set of output functions that can be turned into truthful mechanisms for two-parameter agents. Namely, we prove that an output function for the two-parameter setting can be turned into a truthful mechanism if and only if the load assigned to every agent is nonincreasing in the agent's bid for her per unit cost and, for almost all fixed bids for the agent's per unit cost, the load assigned to her is independent of the agent's bid for her fixed cost. When the load assigned to an agent is continuous in the agent's bid for her per unit cost, it must be completely independent of the agent's bid for her fixed cost. These results motivate our choice of linear cost functions without fixed costs for the edges in the selfish routing setting, but the results also seem to be interesting in the context of algorithmic mechanism design themselves.
Estelle is an internationally standardized formal description technique (FDT) designed for the specification of distributed systems, in particular communication protocols. An Estelle specification describes a system of communicating components (module instances). The specified system is closed in a topological sense, i.e. it has no ability to interact with some environment. Because of this restriction, open systems can only be specified together with and incorporated with an environment. To overcome this restriction, we introduce a compatible extension of Estelle, called "Open Estelle". It allows the specification of (topologically) open systems, i.e. systems that have the ability to communicate with any environment through a well-defined external interface. We define aformal syntax and a formal semantics for Open Estelle, both based on and extending the syntax and semantics of Estelle. The extension is compatible syntactically and semantically, i.e. Estelle is a subset of Open Estelle. In particular, the formal semantics of Open Estelle reduces to the Estelle semantics in the special case of a closed system. Furthermore, we present a tool for the textual integration of open systems into environments specified in Open Estelle, and a compiler for the automatic generation of implementations directly from Open Estelle specifications.
Formale Beschreibungstechniken (FDTs) erlauben durch ihre formale Syntax und Semantik eine präzise Systembeschreibung und sind Grundlage für die formale Verifikation. Bei der Implementierung von Systemen wird jedoch nach wie vor von Hand implementiert, selbst wenn ausgereifte Werkzeuge zur automatischen Generierung von Kode direkt aus der formalen Spezifikation existieren. Die Ursache dafür liegt in dem Ruf dieser Werkzeuge, Kode mit extrem geringer Leistungsfähigkeit zu erzeugen. Es gibt jedoch kaum quantitative Leistungsvergleiche zwischen manuell und automatisch generierten Implementierungen, die dieses Vorurteil stützen oder widerlegen könnten. In diesem Beitrag wird ein solcher Leistungsvergleich anhand des Hochleistungsprotokolls XTP und der FDT Estelle vorgestellt. Er liefert eine Bestandsaufnahme des momentanen Entwicklungsstandes bei der automatischen Generierung von Kode aus Estelle-Spezifikationen im direkten Vergleich zu gut optimierten Handimplementierungen. Es zeigt sich, daß in dem betrachteten Fall eines komplexen Protokolls die Handimplementierung zwar merklich leistungsstärker ist. Dieser Leistungsvorteil wird jedoch durch einen sehr hohen Implementierungsaufwand sowie die Schwierigkeit, die Korrektheit bzgl. der Spezifikation sicherzustellen, erkauft. Im einzelnen Anwendungsfall kann es daher trotz der Leistungseinbußen durchaus vorteilhaft sein, automatisch Kode zu erzeugen, zumal in der Bestandsaufnahme festgestellt wurde, daß automatisch generierte Implementierungen z.T. besser abschneiden als erwartet. Zudem besteht - anders als bei der bereits umfassend optimierten Handimplementierung - noch ein erhebliches ungenutztes Potential zur Leistungsverbesserung der automatisch generierten Implementierung.
Der Bericht stellt die deskriptive Auswertung der Studie "Jugend in Kaiserslautern 2023" vor. Diese wurde mit dem Jugendparlament Kaiserslautern auf den Weg gebracht und vom Jugendreferat Kaiserslautern unterstützt. Die Umfrage wurde im Rahmen eines Lehrforschungsprojekts im Studiengang Integrative Sozialwissenschaft an der RPTU Kaiserslautern erstellt.
Ziel der Studie war es das Freizeitverhalten der Jugendlichen zu untersuchen, die Zufriedenheit mit den Angeboten der Stadt zu erheben, und Verbesserungsbedarf zu identifizieren. Zudem wurde das Thema Sicherheit aus der Studie "Sicherheit in Kaiserslautern 2021" nocheinmal kurz aufgegriffen.
Zu der Online-Umfrage erhielten alle 16- und 17 jährigen Jugendlichen, die in Kaiserslautern ihren Erstwohnsitz haben, eine Einladung per Post. Es ergibt sich eine Rücklaufquote von ca. 23 Prozent.
Die Untersuchung der Verteilung der Jugendlichen in der Stadt zeigt, dass ein hoher Anteil in der Innenstadt wohnt und die Dichte an Jugendlichen dort und auch in Orten mit Hochhausbebauung besonders hoch ist.
Die Ergebnisse zeigen, dass die Jugendlichen sehr aktiv sind und Ihre Freizeit mit sehr vielen unterschiedlichen Aktivitäten verbringen. Auch wenn Jugendliche auch häufig Computer spielen, zeigt diese Umfrage, dass sie auch viel Zeit mit Fortbildungen, Sport, der Familie, Diskussionen und Vereinsaktivitäten verbringen. In der Zeitverwendung ergeben sich Unterschiede nach Geschlecht und Migrationshintergrund. Die Zufriedenheit mit den Angeboten der Stadt ist sehr durchmischt und der Median liegt meist bei 3 (von 5), der Mittelwert meist darunter. Unzufrieden sind die Jugendlichen vor allem auch mit den Preisen und den Räumen. Dies zeigt sich auch in den Verbesserungsvorschlägen. Es werden mehr Aufenthaltsmöglichkeiten ohne Konsumzwang gefordert, mehr Sportplätze und auch mehr Sitzmöglichkeiten. Aber auch mehr events. Das Jugendzentrum wird von dieser Altersgruppe nicht breit genutzt. Dabei muss auch beachtet werden, dass es laut diesen Ergebnissen bisher nicht gelingt Jugendliche gut über die Angebote in der Stadt zu informieren.
Jugendliche erteilen der Politik schlechte Noten. Sie fühlen sich weit mehrheitlich nicht von Politiker:innen vertreten und auch nicht gut eingebunden. Sie fühlen sich auch in Medien schlecht dargestellt und von Erwachsenen als Störfaktor behandelt. Die Schaffung einer zentralen Anlaufstelle findet breite Zustimmung bei den Jugendlichen.
Viele Jugendliche haben ein eher schlechtes Sicherheitsgefühl, insbesondere auch Frauen. Das kann an einer recht hohen Viktimisierungsrate im Bereich sexuelle Belästigung und auch Pöbeleien/ Beleidigungen liegen. Bezogen auf die Wohngegend fühlen sich die Jugendlichen in der Innenstadt unsicherer als im Uniwohngebiet/ Lämmchesberg und den Ortsbezirken, was auch den Ergebnissen für die Gesamtbevölkerung entspricht. Die unsicheren Orte, die Jugendliche nennen, sind inetwa dieselben wie die, die von der Gesamtbevölkerung genannt wurden (Dannwolf 2022). Auch bei Jugendlichen stechen die Mall und andere Plätze in der zentralen Innenstadt hervor. Die Altstadt dagegen wird nicht sehr häufig als unsicherer Ort genannt. Auch bei den Jugendlichen wird vor allem die Präsenz von Gruppen als Grund für Unsicherheit genannt.
It is commonly believed that not all degrees of freedom are needed to produce good solutions for the treatment planning problem in intensity modulated radiotherapy treatment (IMRT). However, typical methods to exploit this fact have either increased the complexity of the optimization problem or were heuristic in nature. In this work we introduce a technique based on adaptively refining variable clusters to successively attain better treatment plans. The approach creates approximate solutions based on smaller models that may get arbitrarily close to the optimal solution. Although the method is illustrated using a specific treatment planning model, the components constituting the variable clustering and the adaptive refinement are independent of the particular optimization problem.
It has been empirically verified that smoother intensity maps can be expected to produce shorter sequences when step-and-shoot collimation is the method of choice. This work studies the length of sequences obtained by the sequencing algorithm by Bortfeld and Boyer using a probabilistic approach. The results of this work build a theoretical foundation for the up to now only empirically validated fact that if smoothness of intensity maps is considered during their calculation, the solutions can be expected to be more easily applied.
We present a parsimonious multi-asset Heston model. All single-asset submodels follow the well-known Heston dynamics and their parameters are typically calibrated on implied market volatilities. We focus on the calibration of the correlation structure between the single-asset marginals in the absence of sucient liquid cross-asset option price data. The presented model is parsimonious in the sense that d(d􀀀1)=2 asset-asset cross-correlations are required for a d-asset Heston model. In order to calibrate the model, we present two general setups corresponding to relevant practical situations: (1) when the empirical cross-asset correlations in the risk neutral world are given by the user and we need to calibrate the correlations between the driving Brownian motions or (2) when they have to be estimated from the historical time series. The theoretical background, including the ergodicity of the multidimensional CIR process, for the proposed estimators is also studied.
For the last decade, optimization of beam orientations in intensitymodulated radiation therapy (IMRT) has been shown to be successful in improving the treatment plan. Unfortunately, the quality of a set of beam orientations depends heavily on its corresponding beam intensity proles. Usually, a stochastic selector is used for optimizing beam orientation, and then a single objective inverse treatment planning algorithm is used for the optimization of beam intensity proles. The overall time needed to solve the inverse planning for every random selection of beam orientations becomes excessive. Recently, considerable improvement has been made in optimizing beam intensity proles by using multiple objective inverse treatment planning. Such an approach results in a variety of beam intensity proles for every selection of beam orientations, making the dependence between beam orientations and its intensity proles less important. We take advantage of this property to present a dynamic algorithm for beam orientation in IMRT which is based on multicriteria inverse planning. The algorithm approximates beam intensity proles iteratively instead of doing it for every selection of beam orientation, saving a considerable amount of calculation time. Every iteration goes from an N-beam plan to a plan with N + 1 beams. Beam selection criteria are based on a score function that minimizes the deviation from the prescribed dose, in addition to a reject-accept criterion. To illustrate the eciency of the algorithm it has been applied to an articial example where optimality is trivial and to three real clinical cases: a prostate carcinoma, a tumor in the head and neck region and a paraspinal tumor. In comparison to the standard equally spaced beam plans, improvements are reported in all of the three clinical examples, even, in some cases with a fewer number of beams.
Investigate the hardware description language Chisel - A case study implementing the Heston model
(2013)
This paper presents a case study comparing the hardware description language „Constructing Hardware in a Scala Embedded Language“(Chisel) to VHDL. For a thorough comparison the Heston Model was implemented, a stochastic model used in financial mathematics to calculate option prices. Metrics like hardware utilization and maximum clock rate were extracted from both resulting designs and compared to each other. The results showed a 30% reduction in code size compared to VHDL, while the resulting circuits had about the same hardware utilization. Using Chisel however proofed to be difficult because of a few features that were not available for this case study.
Forderungen nach kürzeren Entwicklungszyklen bei gleichzeitig höherer Produktqualität führen in allen Bereichen der Nutzfahrzeugtechnik und insbesondere auch bei Baumaschinen zum verstärkten Einsatz von Simulationssoftware. Um in diesem Sinne Lebensdauerberechnungen durchführen zu können, sind jedoch genaue Kenntnisse über die im Kundeneinsatz auftretenden Betriebslasten und Beanspruchungen erforderlich. Für deren Ermittlung hat der Baumaschinenhersteller VOLVO Construction Equipment einen Mobilbagger umfassend mit Messtechnik ausgestattet, die neben den mechanischen Belastungen an der Arbeitsausrüstung auch wesentliche Kenndaten des Hydrauliksystems und des Fahrantriebs erfasst. Dieser Messbagger wurde bereits bei unterschiedlichen Kunden in Europa eingesetzt. Der Artikel beschreibt die methodische Vorgehensweise zur Verarbeitung der erfassten Daten und zur Generierung von repräsentativen Nutzungsprofilen am Beispiel der mechanischen Belastungen an der Arbeitseinrichtung, die im Wesentlichen vom Fraunhofer Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik (ITWM) erarbeitet wurde.
Sport und Bewegung sind seit jeher wesentliche Bestandteile des öffentlichen Lebens. Der in den letzten Jahren erkennbare und sich weiter verstärkende demographische und gesellschaftliche Wandel führt allerdings zu einer Veränderung des Sport- und Bewegungsverhaltens und damit auch der Nachfrage nach Sportstätten und Bewegungsräumen. Die sich zunehmend verändernde Situation von Sport und Bewegung findet bislang weder auf der politischen Ebene noch auf der Ebene der kommunalen Planung ausreichend Berücksichtigung. Vor dem Hintergrund stetig steigender Bedarfe zur Sicherung der kommunalen Daseinsvorsorge müssen jedoch zeitnah Lösungen gefunden werden, die den veränderten Rahmenbedingungen auch zukünftig gerecht werden. Ausgehend hiervon befasst sich das in den Jahren 2011 und 2012 durchgeführte Forschungs- und Entwicklungsprojekt „Gesunde Kommune – Sport und Bewegung als Faktor der Stadt- und Raumentwicklung“ mit der Bedeutung von Sport und Bewegung für die rheinland-pfälzischen Kommunen und verfolgt das Ziel, Verknüpfungen zwischen räumlichen und sportlichen Entwicklungsfeldern zu erschließen sowie Möglichkeiten zur gezielten Nutzung von Sport und Bewegung für die nachhaltige Raumentwicklung aufzuzeigen. Die raumwirksamen Leistungen von Sport und Bewegung werden hierbei unter den Aspekten Gesundheit, Ökonomie, Ökologie und Soziales betrachtet. Ein wesentliches Projektziel bildete darüber hinausgehend die Bewusstseinsbildung und Sensibilisierung aller relevanten Akteure auf Landes- und Kommunalebene. Das Projekt wurde Erarbeitet durch den Lehrstuhl Stadtplanung der TU Kaiserslautern in Kooperation mit dem Fachgebiet Sportwissenschaft der TU Kaiserslautern im Auftrag der Entwicklungsagentur Rheinland-Pfalz e.V.. Die Dokumentation und Veröffentlichung erfolgte sowohl im Rahmen eines Projektberichts 2011 sowie eines Abschlussberichts 2012.
Gesunde Kommune - Sport und Bewegung als Faktor der Stadt- und Raumentwicklung - Projektbericht 2011
(2012)
Sport und Bewegung sind seit jeher wesentliche Bestandteile des öffentlichen Lebens. Der in den letzten Jahren erkennbare und sich weiter verstärkende demographische und gesellschaftliche Wandel führt allerdings zu einer Veränderung des Sport- und Bewegungsverhaltens und damit auch der Nachfrage nach Sportstätten und Bewegungsräumen. Die sich zunehmend verändernde Situation von Sport und Bewegung findet bislang weder auf der politischen Ebene noch auf der Ebene der kommunalen Planung ausreichend Berücksichtigung. Vor dem Hintergrund stetig steigender Bedarfe zur Sicherung der kommunalen Daseinsvorsorge müssen jedoch zeitnah Lösungen gefunden werden, die den veränderten Rahmenbedingungen auch zukünftig gerecht werden. Ausgehend hiervon befasst sich das in den Jahren 2011 und 2012 durchgeführte Forschungs- und Entwicklungsprojekt „Gesunde Kommune – Sport und Bewegung als Faktor der Stadt- und Raumentwicklung“ mit der Bedeutung von Sport und Bewegung für die rheinland-pfälzischen Kommunen und verfolgt das Ziel, Verknüpfungen zwischen räumlichen und sportlichen Entwicklungsfeldern zu erschließen sowie Möglichkeiten zur gezielten Nutzung von Sport und Bewegung für die nachhaltige Raumentwicklung aufzuzeigen. Die raumwirksamen Leistungen von Sport und Bewegung werden hierbei unter den Aspekten Gesundheit, Ökonomie, Ökologie und Soziales betrachtet. Ein wesentliches Projektziel bildete darüber hinausgehend die Bewusstseinsbildung und Sensibilisierung aller relevanten Akteure auf Landes- und Kommunalebene. Das Projekt wurde Erarbeitet durch den Lehrstuhl Stadtplanung der TU Kaiserslautern in Kooperation mit dem Fachgebiet Sportwissenschaft der TU Kaiserslautern im Auftrag der Entwicklungsagentur Rheinland-Pfalz e.V..
In Rheinland-Pfalz hinterlässt der demografische Wandel insbesondere in den ländlichen Regionen seine Spuren und die Gesellschaft wird „älter, bunter, weniger“. Ministerpräsidentin Malu Dreyer verdeutlichte bereits in ihrer Regierungserklärung 2013, dass auch die Förderpolitik des Landes neu ausgerichtet werden muss, um den Herausforderungen des demografischen Wandels frühzeitig begegnen zu können. Dabei sind die stärkere Zusammenarbeit der Kommunen sowie die gemeinsame Erarbeitung von überörtlichen Entwicklungskonzepten notwendig, um den gemeinsamen Bedürfnissen Rechnung tragen zu können. Die Entwicklungskonzepte sollen auf Basis von moderierten Beteiligungsprozessen entstehen, da die Bürgerinnen und Bürger am besten wissen, wie sich die Bedarfe in einer Region aufgrund des demografischen Wandels ändern.
In diesem Zusammenhang startete das Land Rheinland-Pfalz im Jahr 2013 die Zukunftsinitiative „Starke Kommunen – Starkes Land“, welche ein 30-monatiges landesweites Beratungs- und Begleitprojekt darstellte. Der Wettbewerb im Jahr 2013 richtete sich an die Verbandsgemeinden und verbandsfreien Gemeinden in Rheinland-Pfalz, an dessen Ende sechs Modellräume ausgewählt wurden. In diesen wurden Möglichkeiten von Bürgerbeteiligungen und langfristiger interkommunaler Zusammenarbeit auf Verbandsgemeinde-Ebene erprobt und ausgewertet.
Prof. Steinebach und das Team begleiteten die Zukunftsinitiative wissenschaftlich. Der Aufgabenbereich umfasste dabei die Evaluierung der organisatorischen Struktur und des Projektaufbaus, die Analyse der inhaltlichen Themenfelder sowie die Untersuchung und Bewertung der interkommunalen Kooperation. Am Ende der wissenschaftlichen Begleitung wurden die Ergebnisse aufgearbeitet und Handlungsempfehlungen gegeben. Daraus sollen Rückschlüsse für die Förderpolitik des Landes gezogen werden.
Im Zeitraum von März bis Mai 2017 wurde eine Evaluierung der Zukunftsinitiative durchgeführt. Diese ist im Download enthalten.
In this article, a new model predictive control approach to nonlinear stochastic systems will be presented. The new approach is based on particle filters, which are usually used for estimating states or parameters. Here, two particle filters will be combined, the first one giving an estimate for the actual state based on the actual output of the system; the second one gives an estimate of a control input for the system. This is basically done by adopting the basic model predictive control strategies for the second particle filter. Later in this paper, this new approach is applied to a CSTR (continuous stirred-tank reactor) example and to the inverted pendulum.
We study the complexity of finding extreme pure Nash equilibria in symmetric network congestion games and analyse how it depends on the graph topology and the number of users. In our context best and worst equilibria are those with minimum respectively maximum total latency. We establish that both problems can be solved by a Greedy algorithm with a suitable tie breaking rule on parallel links. On series-parallel graphs finding a worst Nash equilibrium is NP-hard for two or more users while finding a best one is solvable in polynomial time for two users and NP-hard for three or more. Additionally we establish NP-hardness in the strong sense for the problem of finding a worst Nash equilibrium on a general acyclic graph.
Bei der Erprobung sicherheitsrelevanter Bauteile von Nutzfahrzeugen steht man vor der Aufgabe, die sehr vielfältige Belastung durch die Kunden abschätzen zu müssen und daraus ein Prüfprogramm für die Bauteile abzuleiten, das mehreren gegenläufigen Anforderungen gerecht werden muss: Das Programm muss scharf genug sein, damit bei erfolgreicher Prüfung ein Ausfall im Feld im Rahmen eines bestimmungsgemäßen Gebrauchs ausgeschlossen werden kann, es soll aber nicht zu einer Überdimensionierung der Bauteile führen, und es soll mit relativ wenigen Bauteilversuchen eine ausreichende Aussagesicherheit erreicht werden. Wegen der hohen Anforderungen bzgl. Sicherheit müssen bei der klassischen statistischen Vorgehensweise – Schätzen der Verteilung der Kundenbeanspruchung aus Messdaten, Schätzen der Verteilung der Bauteilfestigkeit aus Versuchsergebnissen und Ableiten einer Ausfallwahrscheinlichkeit – die Verteilungen in den extremen Rändern bekannt sein. Dazu reicht aber das Datenmaterial in der Regel bei weitem nicht aus. Bei der klassischen „empirischen“ Vorgehensweise werden Kennwerte der Beanspruchung und der Festigkeit verglichen und ein ausreichender Sicherheitsabstand gefordert. Das hier vorgeschlagene Verfahren kombiniert beide Methoden, setzt dabei die Möglichkeiten der statistischen Modellierung soweit aufgrund der Datenlage vertretbar ein und ergänzt die Ergebnisse durch empirisch begründete Sicherheitsfaktoren. Dabei werden bei der Lastfestlegung die im Versuch vorhandenen Möglichkeiten berücksichtigt. Hauptvorteile dieses Verfahrens sind a) die Transparenz bzgl. der mit statistischen Mitteln erreichbaren Aussagen und des Zusammenspiels zwischen Lastermittlung und Versuch und b) die Möglichkeit durch entsprechenden Aufwand bei Messungen und Erprobung die empirischen zugunsten der statistischen Anteile zu reduzieren.
In the ground vehicle industry it is often an important task to simulate full vehicle models based on the wheel forces and moments, which have been measured during driving over certain roads with a prototype vehicle. The models are described by a system of differential algebraic equations (DAE) or ordinary differential equations (ODE). The goal of the simulation is to derive section forces at certain components for a durability assessment. In contrast to handling simulations, which are performed including more or less complex tyre models, a driver model, and a digital road profile, the models we use here usually do not contain the tyres or a driver model. Instead, the measured wheel forces are used for excitation of the unconstrained model. This can be difficult due to noise in the input data, which leads to an undesired drift of the vehicle model in the simulation.
Die Erprobung neuer Fahrzeugachsen oder Achsvarianten auf Basis von Lastdaten aus dem Fahrbetrieb erfolgt meist mit Hilfe komplexer mehrkanaliger Prüfstände. Bei solchen Erprobungen sollen im Allgemeinen die im Fahrbetrieb gemessenen Radnabenkräfte und Momente vom Prüfstand reproduziert werden. Aufgrund der komplexen Wechselwirkungen zwischen Prüfling und Prüfmaschine stellt sich bei jedem neuen Konzept die Frage, ob der gewünschte Test mit einem vorgegebenen Prüfsystemaufbau durchführbar ist, bzw. welche Konfiguration des Prüfsystems für den geplanten Test geeignet erscheint. In dieser Arbeit wird die Modellierung eines neuartigen Achsprüfsystemkonzeptes beschrieben, das auf zwei Hexapoden basiert. Die Modellierung umfasst neben der geometrischen Anordnung des Prüfsystems auch die Hydraulik sowie den internen Controller. Das Prüfsystemmodell wurde als so genanntes Template innerhalb des Fahrzeugsimulationsprogramms ADAMS/Car entwickelt und kann mit verschiedenen Achsmodellen zu einem Gesamtsystem gekoppelt werden. An diesem Gesamtmodell können alle am realen Prüfsystem auftretenden Arbeitsschritte wie Controllereinstellung, Drive-File-Iteration und Simulation durchgeführt werden. Geometrische oder hydraulische Parameter können auf einfache Weise geändert werden, um eine optimale Anpassung des Prüfsystems an den Prüfling und die vorgegebenen Lastdaten zu ermöglichen. Das im Rahmen des Projektes entwickelte Modell unterstützt und begleitet einerseits die Einführung des neuen Achsprüfsystemkonzeptes und kann andererseits zur virtuellen Vorbereitung von Testläufen eingesetzt werden. Am Beispiel einer Vorder- und einer Hinterachse wird die allgemeine Vorgehensweise erläutert und die neuen Möglichkeiten aufgezeigt, die sich durch die Prüfsystemsimulation ergeben.
Testing a new suspension based on real load data is performed on elaborate multi channel test rigs. Usually wheel forces and moments measured during driving maneuvers are reproduced on the rig. Because of the complicated interaction between rig and suspension each new rig configuration has to prove its efficiency with respect to the requirements and the configuration might be subject to optimization. This paper deals with modeling a new rig concept based on two hexapods. The real physical rig has been designed and meanwhile built by MOOG-FCS for VOLKSWAGEN. The aim of the simulation project reported here was twofold: First the simulation of the rig together with real VOLKSWAGEN suspension models at a time where the design was not yet finalized was used to verify and optimize the desired properties of the rig. Second the simulation environment was set up in a way that it can be used to prepare real tests on the rig. The model contains the geometric configuration as well as the hydraulics and the controller. It is implemented as an ADAMS/Car template and can be combined with different suspension models to get a complete assembly representing the entire test rig. Using this model, all steps required for a real test run such as controller adaptation, drive file iteration and simulation can be performed. Geometric or hydraulic parameters can be modified easily to improve the setup and adapt the system to the suspension and the load data.
We compare different notions of differentiability of a measure along a vector field on a locally convex space. We consider in the \(L^2\)-space of a differentiable measure the analoga of the classical concepts of gradient, divergence and Laplacian (which coincides with the Ornstein-Uhlenbeck
operator in the Gaussian case). We use these operators for the extension of the basic results of Malliavin and Stroock on the smoothness of finite dimensional image measures under certain nonsmooth mappings to the case of non-Gaussian measures. The proof of this extension is quite direct and does not use any Chaos-decomposition. Finally, the role of this Laplacian in the
procedure of quantization of anharmonic oscillators is discussed.
Die Inhalte der in zwei verschiedenen Bundesländern angebotenen Weiterbildungsveranstaltungen für Lehrer und Lehrerinnen aus dem psychologischen Themenfeld wurden den Themenbereichen des Rahmencurriculums "Psychologie in den Lehramtsstudiengängen" der Deutschen Gesellschaft für Psychologie (DGPs, 2002) zugeordnet. Sodann wurden die Angebote der Weiterbildungsinstitute mit Relevanzeinschätzungen derselben Themenbereiche durch Lehrkräfte aller Schularten verglichen. Diese Relevanzeinschätzungen waren in einer Fragebogenstudie (Dutke & Singleton, 2006a,b) von 233 Lehrkräften erhoben worden. Angebots- und Relevanzprofile waren korreliert. Im Vergleich zu den Relevanzurteilen unterrepräsentiert waren Themen wie motivationale und emotionale Bedingungen des Lernens und Lehrens, Interventionsmöglichkeiten bei Lern- und Leistungsauffälligkeiten oder der Umgang mit sozial-emotional auffälligem Verhalten. Im Angebot eher überrepräsentiert schienen Grundlagenfragen der Beratung und Intervention zu sein. Implikationen einer nachfrageorientierten Gestaltung der Weiterbildungsangebote sowie Konsequenzen für die Positionierung der Psychologie im Weiterbildungssektor für Lehrkräfte werden diskutiert.
One approach to multi-criteria IMRT planning is to automatically calculate a data set of Pareto-optimal plans for a given planning problem in a first phase, and then interactively explore the solution space and decide for the clinically best treatment plan in a second phase. The challenge of computing the plan data set is to assure that all clinically meaningful plans are covered and that as many as possible clinically irrelevant plans are excluded to keep computation times within reasonable limits. In this work, we focus on the approximation of the clinically relevant part of the Pareto surface, the process that consititutes the first phase. It is possible that two plans on the Parteto surface have a very small, clinically insignificant difference in one criterion and a significant difference in one other criterion. For such cases, only the plan that is clinically clearly superior should be included into the data set. To achieve this during the Pareto surface approximation, we propose to introduce bounds that restrict the relative quality between plans, so called tradeoff bounds. We show how to integrate these trade-off bounds into the approximation scheme and study their effects.
In this paper we consider the location of stops along the edges of an already existing public transportation network, as introduced in [SHLW02]. This can be the introduction of bus stops along some given bus routes, or of railway stations along the tracks in a railway network. The goal is to achieve a maximal covering of given demand points with a minimal number of stops. This bicriterial problem is in general NP-hard. We present a nite dominating set yielding an IP-formulation as a bicriterial set covering problem. We use this formulation to observe that along one single straight line the bicriterial stop location problem can be solved in polynomial time and present an e cient solution approach for this case. It can be used as the basis of an algorithm tackling real-world instances.
Ownership Domains generalize ownership types. They support programming patterns like iterators that are not possible with ordinary ownership types. However, they are still too restrictive for cases in which an object X wants to access the public domains of an arbitrary number of other objects, which often happens in observer scenarios. To overcome this restriction, we developed so-called loose domains which abstract over several precise domains. That is, similar to the relation between supertypes and subtypes we have a relation between loose and precise domains. In addition, we simplified ownership domains by reducing the number of domains per object to two and hard-wiring the access permissions between domains. We formalized the resulting type system for an OO core language and proved type soundness and a fundamental accessibility property.
Hyperidentities
(1992)
The concept of a free algebra plays an essential role in universal algebra and in computer science. Manipulation of terms, calculations and the derivation of identities are performed in free algebras. Word problems, normal forms, system of reductions, unification and finite bases of identities are topics in algebra and logic as well as in computer science. A very fruitful point of view is to consider structural properties of free algebras. A.I. Malcev initiated a thorough research of the congruences of free algebras. Henceforth congruence permutable, congruence distributive and congruence modular varieties are
intensively studied. A lot of Malcev type theorems are connected to the congruence lattice of free algebras. Here we consider free algebras as semigroups of compositions of terms and more specific as clones of terms. The properties of these semigroups and clones are adequately described by hyperidentities. Naturally a lot of theorems of "semigroup" or "clone" type can be derived. This topic of research is still in its beginning and therefore a lot öf concepts and results cannot be presented in a final and polished form. Furthermore a lot of problems and questions are open which are of importance for the further development of the theory of hyperidentities.
On derived varieties
(1996)
Derived varieties play an essential role in the theory of hyperidentities. In [11] we have shown that derivation diagrams are a useful tool in the analysis of derived algebras and varieties. In this paper this tool is developed further in order to use it for algebraic constructions of derived algebras. Especially the operator \(S\) of subalgebras, \(H\) of homomorphic irnages and \(P\) of direct products are studied. Derived groupoids from the groupoid \(N or (x,y)\) = \(x'\wedge y'\) and from abelian groups are considered. The latter class serves as an example for fluid algebras and varieties. A fluid variety \(V\) has no derived variety as a subvariety and is introduced as a counterpart for solid varieties. Finally we use a property of the commutator of derived algebras in order to show that solvability and nilpotency are preserved under derivation.
A polynomial function \(f : L \to L\) of a lattice \(\mathcal{L}\) = \((L; \land, \lor)\) is generated by the identity function id \(id(x)=x\) and the constant functions \(c_a (x) = a\) (for every \(x \in L\)), \(a \in L\) by applying the operations \(\land, \lor\) finitely often. Every polynomial function in one or also in several variables is a monotone function of \(\mathcal{L}\).
If every monotone function of \(\mathcal{L}\)is a polynomial function then \(\mathcal{L}\) is called orderpolynomially complete. In this paper we give a new characterization of finite order-polynomially lattices. We consider doubly irreducible monotone functions and point out their relation to tolerances, especially to central relations. We introduce chain-compatible lattices
and show that they have a non-trivial congruence if they contain a finite interval and an infinite chain. The consequences are two new results. A modular lattice \(\mathcal{L}\) with a finite interval is order-polynomially complete if and only if \(\mathcal{L}\) is finite projective geometry. If \(\mathcal{L}\) is simple modular lattice of infinite length then every nontrivial interval is of infinite length and has the same cardinality as any other nontrivial interval of \(\mathcal{L}\). In the last sections we show the descriptive power of polynomial functions of
lattices and present several applications in geometry.
Order-semi-primal lattices
(1994)
Minimum Cut Tree Games
(2008)
In this paper we introduce a cooperative game based on the minimum cut tree problem which is also known as multi-terminal maximum flow problem. Minimum cut tree games are shown to be totally balanced and a solution in their core can be obtained in polynomial time. This special core allocation is closely related to the solution of the original graph theoretical problem. We give an example showing that the game is not supermodular in general, however, it is for special cases and for some of those we give an explicit formula for the calculation of the Shapley value.
A simple transformation of the Equation of Motion (EoM) allows us to directly integrate nonlinear structural models into the recursive Multibody System (MBS) formalism of SIMPACK. This contribution describes how the integration is performed for a discrete Cosserat rod model which has been developed at the ITWM. As a practical example, the run-up of a simplified three-bladed wind turbine is studied where the dynamic deformations of the three blades are calculated by the Cosserat rod model.
In this paper we address the improvement of transfer quality in public mass transit networks. Generally there are several transit operators offering service and our work is motivated by the question how their timetables can be altered to yield optimized transfer possibilities in the overall network. To achieve this, only small changes to the timetables are allowed. The set-up makes it possible to use a quadratic semi-assignment model to solve the optimization problem. We apply this model, equipped with a new way to assess transfer quality, to the solution of four real-world examples. It turns out that improvements in overall transfer quality can be determined by such optimization-based techniques. Therefore they can serve as a first step towards a decision support tool for planners of regional transit networks.
In den Modellierungssystemen des CAD/CAM werden oft unterschiedliche Methoden zur mathematischen Beschreibung von Freiformkurven und -flächen eingesetzt. Als Basisfunktionen können sowohl Monome, Bernstein-Polynome, B-Spline-Basisfunktionen als auch nicht lineare Funktionen auftreten. In den einzelnen CAD-Systemen kann der maximal zulässige Grad dieser Basisfunktionen variieren. Müssen nun Daten zwischen verschiedenen CAD-Systemen ausgetauscht werden, so muß u. U. eine Basistransformation
und/oder eine Gradanpassung durchgeführt werden. Diese Transformationen sind i.a. nicht exakt möglich. Hier sind geeignete, möglichst optimale Approximationen nötig. Bisher wurden verschiedene Verfahren entwickelt. Das älteste geht zurück auf Forrest [Forr72]. Farin [FAR90] invertiert den Prozeß der Graderhöhung. Watkins und Worsey [Wat88] sowie Lachance [Lach88] reduzieren den Polynomgrad in der Tschebyscheff-Basis. Hoschek et al. [Hos89] sowie Plass und Stone [Plas83] approximieren die Kurve bzw. Fläche punktweise. Dadurch lassen sich alle Kurven- und Flächenrepräsentationen durch eine Bézier-Darstellung approximieren. Ein Approximationsfehler kann jedoch auch nur punktweise garantiert werden. Durch einen anschließenden Parameteriterationsprozeß läßt sich eine weitere Approximationsverbesserung erzielen. Eine solche Parameterkorrektur ist jedoch nur dann sinnvoll, wenn die Parametrisierung der Approximationskurve bzw. -fläche frei gewählt werden kann. In Fällen, in denen die Funktionswerte dei; zu approximierenden Flächen bzgl. ihrer Parameterwerte mit anderen Flächen korrespondieren, darf keine Parameteränderung durchgeführt werden, wie z.B. bei der Approximation sogenannter Eigenschaftsflächen, die eine bestimmte Eigenschaft einer anderen Fläche, wie etwa die Gausskrümmung oder die Normalenrichtung darstellen. In dieser Arbeit wird ein Verfahren zur optimalen Gradreduktion von Bézierkurven und -flächen vorgestellt. Damit eine \(C^0\)-stetige Approximation innerhalb einer vom Benutzer vorgegebenen Fehlertoleranz durchgeführt werden kann, muß die Approximation mindestens eine Berührordnung ersten Grades mit der Originalkurve bzw. -fläche aufweisen. Mit Hilfe arithmetischer Operationen auf Bézierdarstellungen [Faro88], [Schr92] werden lineare Gleichungssysteme für eine optimale Belegung der freien Parameter aufgestellt, sowie eine Fehlerkurve bzw. -fläche in Bézierform berechnet, um die Einhaltung einer Fehlertoleranz zu gewährleisten.
In der CAGD Literatur werden häufig Ableitungen und Graderhöhungen von Bezierkurven und -flächen wiederum in Bezierform angegeben [1][2][3][6]. Meistens werden diese Darstellungen nur für theoretische Betrachtungen verwendet, z.B. geometrischer Deutung von Stetigkeiten zwischen angrenzenden Flächenstücken. Für praktische Anwendungen reicht die Menge der Operationen jedoch nicht aus. Farouki und Rajan [4] zeigten, daß die Resultate arithmetischer Operationen, wie Addition und Multiplikation auf Bezierkurven auch als Bezierkurven darstellbar sind. Hier werden wir die Operationen auf polynomiale und rationale Tensorprodukt Bezierflächen und Flächen über Dreiecken ausdehnen. Eine Erweiterung auf rationale Flächen ermöglicht insbesondere die Ausführung einer Division, wie sie für viele Anwendungen benötigt wird. Das Rechnen mit Flächen hat im Gegensatz zu punktweisen Auswertungen den Vorteil gleichzeitig mit Hilfe von notwendigen Bedingungen an das entstandene Beziernetz sichere Ergebnisabschätungen angeben zu können. Diese lassen sich für adaptive Verfahren nutzen und sind insbesondere dort wichtig, wo es auf exakte Aussagen über das Verhalten von Flächen ankommt, wie z.B. bei der Qualitätsanalyse von Freiformflächen [5]. Mit Hilfe der hier vorgestellten Operationen läßt sich u.a. an Vorzeichenwechseln erkennen, ob eine zu untersuchende Bezierfläche konvex ist oder nicht (siehe Kapitel 4). Außerdem können Fehler, die bei punktweisen Auswertungen auf Gittern mit großer Maschenweite entstehen, vermieden werden. Nachdem in Kapitel 2 die zum Verständnis nötigen Definitionen und Schreibweisen erläutert wurden, werden in Kapitel 3 die grundlegenden Operationen für eine Arithmetik
auf Bezierflächen beschrieben. Dabei werden Formeln angegeben, die die Bezierpunkte und Gewichte der Ergebnisfläche aus denen der Operandenflächen bestimmen. Durch Aneinanderreihung und Verkettung einzelner Operationen lassen sich dann komplexe Berechnungen mit der gesamten Fläche ausführen. Zum Schluß werden in Kapitel 4 einige Beispiele aus dem Bereich der Qualitätsanalyse von Freiformflächen angegeben.
This paper describes some new algorithms for the accurate calculation of surface properties. In the first part an arithmetic on Bézier surfaces is introduced. Formulas are given, which determine the Bézier points and weights of the resulting surface from the points and weights of the operand surfaces. An application of the arithmetic operations to the surface interrogation methods are described in the second part. It turns out, that the quality analysis can be reduced to a few numerical stable operations. Finally the advantages and disadvantages of this method are discussed.
Partitioned chain grammars
(1979)
This paper introduces a new class of grammars, the partitioned chain grammars, for which efficient parsers can be automatically generated. Besides being efficiently parsable these grammars possess a number of other properties, which make them very attractive for the use in parser-generators. They for instance form a large grammarclass and describe all deterministic context-free languages. Main advantage of the partitioned chain grammars however is, that given a language it is usually easier to describe it by a partitioned chain grammar than to construct a grammar of some other type commonly used in parser-generators for it.
Open cell foams are a promising and versatile class of porous materials. Open metal foams serve as crash absorbers and catalysts, metal and ceramic foams are used for filtering, and open polymer foams are hidden in every-day-life items like mattresses or chairs. Due to their high porosity, classical 2d quantitative analysis can give only very limited information about the microstructure of open foams. On the other hand, micro computed tomography (μCT) yields high quality 3d images of open foams. Thus 3d imaging is the method of choice for open cell foams. In this report we summarise a variety of methods for the analysis of the resulting volume images of open foam structures developed or refined and applied at the Fraunhofer ITWM over a course of nearly ten years: The model based determination of mean characteristics like the mean cell volume or the mean strut thickness demanding only a simple binarisation as well as the image analytic cell reconstruction yielding empirical distributions of cell characteristics.
In order to optimize the acoustic properties of a stacked fiber non-woven, the microstructure of the non-woven is modeled by a macroscopically homogeneous random system of straight cylinders (tubes). That is, the fibers are modeled by a spatially stationary random system of lines (Poisson line process), dilated by a sphere. Pressing the non-woven causes anisotropy. In our model, this anisotropy is described by a one parametric distribution of the direction of the fibers. In the present application, the anisotropy parameter has to be estimated from 2d reflected light microscopic images of microsections of the non-woven. After fitting the model, the flow is computed in digitized realizations of the stochastic geometric model using the lattice Boltzmann method. Based on the flow resistivity, the formulas of Delany and Bazley predict the frequency-dependent acoustic absorption of the non-woven in the impedance tube. Using the geometric model, the description of a non-woven with improved acoustic absorption properties is obtained in the following way: First, the fiber thicknesses, porosity and anisotropy of the fiber system are modified. Then the flow and acoustics simulations are performed in the new sample. These two steps are repeatedc for various sets of parameters. Finally, the set of parameters for the geometric model leading to the best acoustic absorption is chosen.
IMRT planning on adaptive volume structures – a significant advance of computational complexity
(2004)
In intensity-modulated radiotherapy (IMRT) planning the oncologist faces the challenging task of finding a treatment plan that he considers to be an ideal compromise of the inherently contradictive goals of delivering a sufficiently high dose to the target while widely sparing critical structures. The search for this a priori unknown compromise typically requires the computation of several plans, i.e. the solution of several optimization problems. This accumulates to a high computational expense due to the large scale of these problems - a consequence of the discrete problem formulation. This paper presents the adaptive clustering method as a new algorithmic concept to overcome these difficulties. The computations are performed on an individually adapted structure of voxel clusters rather than on the original voxels leading to a decisively reduced computational complexity as numerical examples on real clinical data demonstrate. In contrast to many other similar concepts, the typical trade-off between a reduction in computational complexity and a loss in exactness can be avoided: the adaptive clustering method produces the optimum of the original problem. This flexible method can be applied to both single- and multi-criteria optimization methods based on most of the convex evaluation functions used in practice
Die Umsetzung von Projekten gemeinschaftlichen Wohnens ist Teil eines aufwändigen Prozesses, der häufig mit einer hohen Unsicherheit bei der Realisierung behaftet ist und Wohnprojektinitiativen viel Engagement abverlangt. Ein großes Potenzial wird daher in gemeinschaftlichen Wohnprojekten gesehen, die durch oder in Kooperation mit einem Wohnungsunternehmen oder einer -genossenschaft entstehen und die die Wohnungen und Gemeinschaftsflächen an die Bewohnerschaft vermieten. In dieser Kurzstudie mit Schwerpunkt Rheinland-Pfalz (07/2020 – 06/2021) steht im Fokus, welche Erfahrungen Wohnungsanbieter im Planungs- und Entstehungsprozess von gemeinschaftlichen Mietwohnprojekten gemacht haben und wie sie den Prozess retrospektiv bewerten. Die Ergebnisse zeigen, dass der Großteil der befragten Wohnungsanbieter positive Erfahrungen mit den gemeinschaftlichen Mietwohnprojekten gemacht hat, wenngleich ein teilweise erhöhter Aufwand in der Planungs- und Entwicklungsphase bestand.
On Abstract Shapes of RNA
(2008)
As any RNA sequence can be folded in many different ways, there are lots of different possible secondary structures for a given sequence. Most computational prediction methods based on free energy minimization compute a number of suboptimal foldings and we have to identify the native structures among all these possible secondary structures. For this reason, much effort has been made to develop approaches for identifying good predictions of RNA secondary structure. Using the abstract shapes approach as introduced by Giegerich et al., each class of similar secondary structures is represented by one shape and the native structures can be found among the top shape representatives. In this article, we derive some interesting results answering enumeration problems for abstract shapes and secondary structures of RNA. We start by computing symptotical representations for the number of shape representations of length n. Our main goal is to find out how much the search space can be reduced by using the concept of abstract shapes. To reach this goal, we analyze the number of secondary structures and shapes compatible with an RNA sequence of length n under the assumption that base pairing is allowed between arbitrary pairs of bases analytically and compare their exponential growths. Additionally, we analyze the number of secondary structures compatible with an RNA sequence of length n under the assumptions that base pairing is allowed only between certain pairs of bases and that the structures meet some appropriate conditions. The exponential growth factors of the resulting asymptotics are compared to the corresponding experimentally obtained value as given by Giegerich et al.
This article focuses on the analytical analysis of the free energy in a realistic model for RNA secondary structures. In fact, the free energy in a stochastic model derived from a database of small and large subunit ribosomal RNA (SSU and LSU rRNA) data is studied. A common thermody-namic model for computing the free energy of a given RNA secondary structure, as well as stochastic context-free grammars and generating functions are used to derive the desired results. These results include asymptotics for the expected free energy and for the corresponding variance of a random RNA secondary structure. The quality of our model is judged by comparing the derived results to the used database of SSU and LSU rRNA data. At the end of this article, it is discussed how our results could be used to help on identifying good predictions of RNA secondary structure.
In this paper, the analysis of one approach for the regularization of pure Neumann problems for second order elliptical equations, e.g., Poisson’s equation and linear elasticity equations, is presented. The main topic under consideration is the behavior of the condition number of the regularized problem. A general framework for the analysis is presented. This allows to determine a form of regularization term which leads to the “natural” asymptotic of the condition number of the regularized problem with respect to mesh parameter. Some numerical results, which support theoretical analysis are presented as well. The main motivation for the presented research is to develop theoretical background for an efficient and robust implementation of the solver for pure Neumann problems for the linear elasticity equations. Such solvers usually are needed in a number of domain decomposition methods, e.g. FETI. Developed approaches are planed to be used in software, developing in ITWM, e.g. KneeMech simulation software.
In a dynamic network, the quickest path problem asks for a path minimizing the time needed to send a given amount of flow from source to sink along this path. In practical settings, for example in evacuation or transportation planning, the reliability of network arcs depends on the specific scenario of interest. In this circumstance, the question of finding a quickest path among all those having at least a desired path reliability arises. In this article, this reliable quickest path problem is solved by transforming it to the restricted quickest path problem. In the latter, each arc is associated a nonnegative cost value and the goal is to find a quickest path among those not exceeding a predefined budget with respect to the overall (additive) cost value. For both, the restricted and reliable quickest path problem, pseudopolynomial exact algorithms and fully polynomial-time approximation schemes are proposed.
In a dynamic network, the quickest path problem asks for a path such that a given amount of flow can be sent from source to sink via this path in minimal time. In practical settings, for example in evacuation or transportation planning, the problem parameters might not be known exactly a-priori. It is therefore of interest to consider robust versions of these problems in which travel times and/or capacities of arcs depend on a certain scenario. In this article, min-max versions of robust quickest path problems are investigated and, depending on their complexity status, exact algorithms or fully polynomial-time approximation schemes are proposed.
Virtual material design is the microscopic variation of materials in the computer, followed by the numerical evaluation of the effect of this variation on the material‘s macroscopic properties. The goal of this procedure is an in some sense improved material. Here, we give examples regarding the dependence of the effective elastic moduli of a composite material on the geometry of the shape of an inclusion. A new approach on how to solve such interface problems avoids mesh generation and gives second order accurate results even in the vicinity of the interface. The Explicit Jump Immersed Interface Method is a finite difference method for elliptic partial differential equations that works on an equidistant Cartesian grid in spite of non-grid aligned discontinuities in equation parameters and solution. Near discontinuities, the standard finite difference approximations are modified by adding correction terms that involve jumps in the function and its derivatives. This work derives the correction terms for two dimensional linear elasticity with piecewise constant coefficients, i.e. for composite materials. It demonstrates numerically convergence and approximation properties of the method.
We introduce a refined tree method to compute option prices using the stochastic volatility model of Heston. In a first step, we model the stock and variance process as two separate trees and with transition probabilities obtained by matching tree moments up to order two against the Heston model ones. The correlation between the driving Brownian motions in the Heston model is then incorporated by the node-wise adjustment of the probabilities. This adjustment, leaving the marginals fixed, optimizes the match between tree and model correlation. In some nodes, we are even able to further match moments of higher order. Numerically this gives convergence orders faster than 1/N, where N is the number of dis- cretization steps. Accuracy of our method is checked for European option prices against a semi closed-form, and our prices for both European and American options are compared to alternative approaches.
We study global and local robustness properties of several estimators for shape and scale in a generalized Pareto model. The estimators considered in this paper cover maximum likelihood estimators, skipped maximum likelihood estimators, moment-based estimators, Cramér-von-Mises Minimum Distance estimators, and, as a special case of quantile-based estimators, Pickands Estimator as well as variants of the latter tuned for higher finite sample breakdown point (FSBP), and lower variance. We further consider an estimator matching population median and median of absolute deviations to the empirical ones (MedMad); again, in order to improve its FSBP, we propose a variant using a suitable asymmetric Mad as constituent, and which may be tuned to achieve an expected FSBP of 34%. These estimators are compared to one-step estimators distinguished as optimal in the shrinking neighborhood setting, i.e., the most bias-robust estimator minimizing the maximal (asymptotic) bias and the estimator minimizing the maximal (asymptotic) MSE. For each of these estimators, we determine the FSBP, the influence function, as well as statistical accuracy measured by asymptotic bias, variance, and mean squared error—all evaluated uniformly on shrinking convex contamination neighborhoods. Finally, we check these asymptotic theoretical findings against finite sample behavior by an extensive simulation study.
We present some optimality results for robust Kalman filtering. To this end, we introduce the general setup of state space models which will not be limited to a Euclidean or time-discrete framework. We pose the problem of state reconstruction and repeat the classical existing algorithms in this context. We then extend the ideal-model setup allowing for outliers which in this context may be system-endogenous or -exogenous, inducing the somewhat conflicting goals of tracking and attenuation. In quite a general framework, we solve corresponding minimax MSE-problems for both types of outliers separately, resulting in saddle-points consisting of an optimally-robust procedure and a corresponding least favorable outlier situation. Still insisting on recursivity, we obtain an operational solution, the rLS filter and variants of it. Exactly robust-optimal filters would need knowledge of certain hard-to-compute conditional means in the ideal model; things would be much easier if these conditional means were linear. Hence, it is important to quantify the deviation of the exact conditional mean from linearity. We obtain a somewhat surprising characterization of linearity for the conditional expectation in this setting. Combining both optimal filter types (for system-endogenous and -exogenous situation) we come up with a delayed hybrid filter which is able to treat both types of outliers simultaneously. Keywords: robustness, Kalman Filter, innovation outlier, additive outlier
Software-Projekte bestehen aus einer Vielzahl von Teilaufgaben, die durch komplexe Wechselbeziehungen miteinander verknüpft sind. Systematische Unterstützung bei der Durchführung von Software-Projekten erfordert deshalb nicht nur die isolierte Unterstützung einzelner Teilaufgaben, sondern insbesondere der Wechselbeziehungen. Außerdem müssen Aktivitäten des Messens und Bewertens durchgeführt werden, um quantitative Aussagen über Produkte und Prozesse ableiten zu können. Ziel des MVP-Projekts (Multi-View Process modeling) ist es, derartige integrierte Unterstützung auf der Basis meßbarer Projektpläne zur Verfügung zu stellen. Projektpläne setzen sich dabei unter anderem aus Prozeß-, Produkt-, Ressourcen- und Qualitätsmodellen zusammen. Meßansätze werden nicht nur zur systematischen Unterstützung von Projekten, sondern auch zur Verbesserung existierender Prozeß-, Produkt-, Ressource- und Qualitätsmodelle aufgrund 'gemessener' Erfahrungswerte verwendet. Die Benutzer des MVP-Entwicklungssystems (MVP-S) werden durch ihre Rollen im Rahmen eines Projekts charakterisiert werden können. Es wird beschrieben, wie Rollen das MVP-System nutzen können. Dies geschieht entweder durch direkte Repräsentation ihrer Aufgaben als Prozesse oder indem die im Projektplan repräsentierte Information ausgewertet und präsentiert wird; entsprechend bezeichnen wir eine Rolle als "zustandsverändernd" oder als "zustandserfragend". Um diese Rollen zu unterstützen, existieren unterschiedliche Möglichkeiten abhängig vom Grad der Automatisierung. Es werden beispielhaft drei Stufen aufgezeigt. Anschließend wird die Realisierung einer prototypischen, qualitätsorientierten, prozeßsensitiven Software-Entwicklungsumgebung diskutiert. Zum Abschluß wird auf gegenwärtige und zukünftige Forschungsfragen im Rahmen des MVP-Projekts eingegangen.
The intuitionistic calculus mj for sequents, in which no other logical symbols than those for implication and universal quantification occur, is introduced and analysed. It allows a simple backward application, called mj-reduction here, for searching for derivation trees. Terms needed in mj-reduction can be found with the unification algorithm. mj-Reduction with unification can be seen as a natural extension of SLD-resolution. mj-Derivability of the sequents considered here coincides with derivability in Johansson's minimal intuitionistic calculus LHM in [6]. Intuitionistic derivability of formulae with negation and classical derivability of formulae with all usual logical symbols can be expressed with mj-derivability and hence be verified by mj-reduction. mj-Derivations can be easily translated into LJ-derivations without
"Schnitt", or into NJ-derivations in a slightly sharpened form of Prawitz' normal form. In the first three sections, the systematic use of mj-reduction for proving in predicate logic is emphasized. Although the fourth section, the last and largest, is exclusively devoted to the mathematical analysis of the calculus mj, the first three sections may be of interest to a wider readership, including readers looking for applications of symbolic logic. Unfortunately, the mathematical analysis of the calculus mj, as the study of Gentzen's calculi, demands a large amount of technical work that obscures the natural unfolding of the argumentation. To alleviate this, definitions and theorems are completely embedded in the text to provide a fluent and balanced mathematical discourse: new concepts are indicated with bold-face, proofs of assertions are outlined, or omitted when it is assumed that the reader can provide them.
Skelettbasierte implizite Flächen haben aufgrund ihrer Fähigkeit, durch automatisches Verschmelzen aus wenigen, einfachen Primitiven komplexe Strukturen zu formen, für Modellierung, Visualisierung und Animation zunehmend an Bedeutung gewonnen. Eine wesentliche Schwierigkeit beim Einsatz impliziter Flächen ist nach wie vor eine effiziente Visualisierung der resultierenden Objekte. In der vorliegenden
Arbeit werden die grundlegenden Ideen einer Methode zur partikelgestützten Triangulierung skelettbasierter impliziter Flächen beschrieben, die die Vorteile einer partikelgestützten Abtastung
impliziter Flächen mit der polygonalen Darstellung durch Dreiecke kombiniert. Der Algorithmus ist in der Lage, effizient auf dynamische Veränderungen der Gestalt sowie das Auseinanderreißen nicht allzu
komplexer implizit gegebener Objekte zu reagieren. Zusätzlich besteht die Möglichkeit, die Triangulierung krümmungsadaptiv zu gestalten, um bei gleichbleibender Darstellungsqualität eine Reduktion der Dreiecksanzahl zu erreichen.
We are concerned with modeling and simulation of the pressing section of a paper machine. We state a two-dimensional model of a press nip which takes into account elasticity and flow phenomena. Nonlinear filtration laws are incorporated into the flow model. We present a numerical solution algorithm and a numerical investigation of the model with special focus on inertia effects.