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Im Bereich kommunaler Entwässerungsnetze besteht nach den regelmäßig erfolgenden DWA-Umfragen über den Zustand der Kanalisationen ein hoher Sanierungsbedarf, obwohl die Problematik seit längerem bekannt ist und erhebliche Anstrengungen zur Netzzustandsverbesserung unternommen werden. Stand der Technik ist eine ganzheitliche Herangehensweise mit dem Ziel, funktionssichere, dauerhafte und dichte Netze zu erhalten, die auch zukünftig einen wirtschaftlichen Betrieb ermöglichen, und dabei den Vermögenswert, den die Netze verkörpern, langfristig zu erhalten. Nach wie vor ist dieses Ziel nicht erreicht, so dass die Sanierungsplanungen der Kommunen geprüft und analysiert werden müssen, um vorhandenes Optimierungspotential zu identifizieren.
Die vorliegende Arbeit setzt an dieser Problematik an. Sie prüft, in welcher Weise der Prozess der Sanierungsplanung im Hinblick auf den Strategieansatz („Strategiemix“) einer Kommune und ihres Entwässerungsbetriebes optimiert werden kann. Sie entwickelt darüber hinaus eine geeignete Entscheidungshilfe für die Wahl des optimalen Sanierungsverfahrens.
Der vorgestellte Lösungsansatz beinhaltet unter Berücksichtigung zahlreicher Entscheidungskriterien erstens eine systematische Vorgehensweise zur Wahl, Festsetzung und Durchführung von Strategieansätzen. Das Verfahren und sein Ergebnis werden als „multikriterielle Sanierungsstrategie“ bezeichnet. Zweitens wird die Entwicklung eines geeigneten Bewertungsverfahrens zur Festlegung geeigneter Sanierungsverfahren betrachtet („multikriterielle Verfahrenswahl“). Drittens verknüpft der Lösungsansatz systematisch den Strategiemix auf Netzebene mit den in erster Linie technischen Elementen auf Haltungsebene. Hierfür wird der Begriff der „strategischen Sanierungsplanung“ neu eingeführt.
Da jedes Entwässerungsnetz unterschiedliche Randbedingungen aufweist, können die Kommunen mit diesem Verfahren ihre eigenen Akzente bei der Priorisierung der einzelnen Entscheidungskriterien setzen und auf diese Weise ihre individuellen Sanierungsziele durch die systematische Verknüpfung der Strategien auf Netzebene mit den Anforderungen auf Haltungsebene wirksam und wirtschaftlich verfolgen.
Generic layout analysis--process of decomposing document image into homogeneous regions for a collection of diverse document images--has many important applications in document image analysis and understanding such as preprocessing of degraded warped, camera-captured document images, high performance layout analysis of document images containing complex cursive scripts, and word spotting in historical document images at page level. Many areas in this field like generic text line extraction method are considered as elusive goals so far, still beyond the reach of the state-of-the-art methods [NJ07, LSZT07, KB06]. This thesis addresses this problem in such a way that it presents generic, domain-independent, text line extraction and text and non-text segmentation methods, and then describes some important applications, that were developed based on these methods. An overview of the key contributions of this thesis is as follows.
The first part of this thesis presents a generic text line extraction method using a combination of matched filtering and ridge detection techniques, which are commonly used in computer vision. Unlike the state-of-the-art text line extraction methods in the literature, the generic text line extraction method can be equally and robustly applied to a large variety of document image classes including scanned and camera-captured documents, binary and grayscale documents, typed-text and handwritten documents, historical and contemporary documents, and documents containing different scripts. Different standard datasets are selected for performance evaluation that belong to different categories of document images such as the UW-III [GHHP97] dataset of scanned documents, the ICDAR 2007 [GAS07] and the UMD [LZDJ08] datasets of handwritten documents, the DFKI-I [SB07] dataset of camera-captured documents, Arabic/Urdu script documents dataset, and German calligraphic (Fraktur) script historical documents dataset. The generic text line extraction method achieves 86% (n = 23,763 text lines in 650 documents) text line detection accuracy which is better than the aggregate accuracy of 73% of the best performing domain-specific state-of-the-art methods. To the best of the author's knowledge, it is the first general-purpose text line extraction method that can be equally used for a diverse collection of documents.
This thesis also presents an active contour (snake) based curled text line extraction method for warped, camera-captured document images. The presented approach is applied to DFKI-I [SB07] dataset of camera-captured, Latin script document images for curled text line extraction. It achieves above 95% (n = 3,091 text lines in 102 documents) text line detection accuracy, which is significantly better than the competing state-of-the-art curled text line extraction methods. The presented text line extraction method can also be applied to document images containing different scripts like Chinese, Devanagari, and Arabic after small modifications.
The second part of this thesis presents an improved version of the state-of-the-art multiresolution morphology (Leptonica) based text and non-text segmentation method [Blo91], which is a domain-independent page segmentation approach and can be equally applied to a diverse collection of binarized document images. It is demonstrated that the presented improvements result in an increase in segmentation accuracy from 93% to 99% (n = 113 documents).
This thesis also introduces a discriminative learning based approach for page segmentation, where a self-tunable multi-layer perceptron (MLP) classifier [BS10] is trained for distinguishing between text and non-text connected components. Unlike other classification based page segmentation approaches in the literature, the connected components based discriminative learning based approach is faster than pixel based classification methods and does not require a block segmentation method beforehand. A segmentation accuracy of $96\%$ ($n = 113$ documents) is achieved in comparison to the state-of-the-art multiresolution morphology (Leptonica) based page segmentation method [Blo91] that achieves a segmentation accuracy of 93%. In addition to text and non-text segmentation of Latin script documents, the presented approach can also be adapted for document images containing other scripts as well as for other specialized layout analysis tasks such as digit and non-digit segmentation [HBSB12], orientation detection [RBSB09], and body-text and side-note segmentation [BAESB12].
Finally, this thesis presents important applications of the two generic layout analysis techniques, ridge-based text line extraction method and the multi-resolution morphology based text and non-text segmentation method, discussed above. First, a complete preprocessing pipeline is described for removing different types of degradations from grayscale warped, camera-captured document images that includes removal of grayscale degradations such as non-uniform shadows and blurring through binarization, noise cleanup applying page frame detection, and document rectification using monocular dewarping. Each of these preprocessing steps shows significant improvement in comparison to the analyzed state-of-the-art methods in the literature. Second, a high performance layout analysis method is described for complex Arabic script document images written in different languages such as Arabic, Urdu, and Persian and different styles for example Naskh and Nastaliq. The presented layout analysis system is robust against different types of document image degradations and shows better performance for text and non-text segmentation, text line extraction, and reading order determination on a variety of Arabic and Urdu document images as compared to the state-of-the-art methods. It can be used for large scale Arabic and Urdu documents' digitization processes. These applications demonstrate that the layout analysis methods, ridge-based text line extraction and the multi-resolution morphology based text and non-text segmentation, are generic and can be applied easily to a large collection of diverse document images.
Wechselnde Umweltbedingungen wie Temperaturveränderungen oder der Zugang zu Nährstoffen erfordern spezielle genetische Anpassungsprogramme, vor allem von sessilen Organismen wie Pflanzen. Ein solcher hochkonservierter Mechanismus, der unter anderem vor Temperaturspitzen schützt, ist die von Hitzeschockfaktoren (HSF) kontrollierte Hitzeschockantwort (HSR). Dabei werden vermehrt spezifische Hitzestressproteine (HSPs, Chaperone) gebildet, die Proteine vor Denaturierung schützen. In Pflanzen hat sich ein hochkomplexes regulatorisches Netzwerk gebildet, das aus über 20 HSFs besteht, das eine genaue Feinabstimmung der HSR auf die jeweiligen Stressbedingungen erlaubt.
Das hohe Maß an Komplexität der HSR in Pflanzen erschwert die wissenschaftliche Zugänglichkeit jedoch erheblich. Um die grundlegenden Prinzipien der HSR in Pflanzen zu verstehen griffen wir deshalb auf einen einfacheren Modellorganismus zurück, der Pflanzen sehr nahe steht aber nur einen einzigen HSF (HSF1) enthält, der einzelligen Grünalge Chlamydomonas reinhardtii. Im Rahmen dieser Arbeit wurden dazu drei Ansätze verfolgt.
Als erstes wurden verschiedene chemische Substanzen eingesetzt die unterschiedliche Schritte während der Aktivierung und Abschaltung der HSR hemmen um darüber die Regulation der HSR aufzuklären. Dabei wurde festgestellt, dass die Phosphorylierung von HSF1 eine entscheidende Rolle in der Aktivierung der HSR spielt, das auslösende Momentum die Anhäufung von falsch gefalteten Proteinen ist und das HSP90A aus dem Cytosol eine wichtige modulierende Rolle bei der HSR spielt.
Als zweites wurde die Veränderung sämtlicher Transkripte mithilfe von Microarrays gemessen, um vor allem pflanzenspezifische Prozesse zu identifizieren, die auf erhöhte Temperaturen gezielt angepasst werden müssen. Dabei konnte die Chlorophyll Biosynthese und der Transport von Proteinen in den Chloroplasten als neue, pflanzenspezifische Ziele der Stressantwort identifiziert werden. Des Weiteren konnte direkt gezeigt werden, das HSF1 auch plastidäre Chaperone reguliert, im Gegensatz zu mitochondrialen Chaperonen die getrennt gesteuert werden.
Als letztes wurde gezielt die Expression wichtiger Gene für die Stressantwort (HSF1/HSP70B) unterdrückt, um den Einfluss dieser Gene auf die HSR genauer zu studieren. Dazu habe ich ein in der einzelligen Grünalge neuartiges System entwickelt, basierend auf dem RNAi Mechanismus, dass es erlaubt abhängig von der Stickstoffquelle im Nährmedium auch essentielle Gene gezielt auszuschalten. Dieses System erlaubte es zu zeigen, dass HSF1 selbst während des Stresses die Expression seiner RNA erhöht, und dies gezielt tut um die Stressantwort weiter zu verstärken. Es konnte weiter gezeigt werden, dass das Chloroplasten Chaperon HSP70B ein essentielles Protein für das Zellwachstum ist, welches mithilfe des induzierbaren RNAi Systems genauer untersucht werden kann. Dabei wurde festgestellt, dass die HSP70B vermittelte Assemblierung und Disassemblierung des VIPP1 Proteins entscheidend ist für dessen Funktion in der Zelle. Des Weiteren konnte gezeigt werde, dass HSP70B wahrscheinlich verantwortlich ist für die Faltung eines oder mehrerer noch unbekannter Enzyme der Arginin Biosynthese oder der Stickstofffixierung, und das diese Prozesse wahrscheinlich die essentielle Funktion von HSP70B darstellen.
The main topic of this thesis is to define and analyze a multilevel Monte Carlo algorithm for path-dependent functionals of the solution of a stochastic differential equation (SDE) which is driven by a square integrable, \(d_X\)-dimensional Lévy process \(X\). We work with standard Lipschitz assumptions and denote by \(Y=(Y_t)_{t\in[0,1]}\) the \(d_Y\)-dimensional strong solution of the SDE.
We investigate the computation of expectations \(S(f) = \mathrm{E}[f(Y)]\) using randomized algorithms \(\widehat S\). Thereby, we are interested in the relation of the error and the computational cost of \(\widehat S\), where \(f:D[0,1] \to \mathbb{R}\) ranges in the class \(F\) of measurable functionals on the space of càdlàg functions on \([0,1]\), that are Lipschitz continuous with respect to the supremum norm.
We consider as error \(e(\widehat S)\) the worst case of the root mean square error over the class of functionals \(F\). The computational cost of an algorithm \(\widehat S\), denoted \(\mathrm{cost}(\widehat S)\), should represent the runtime of the algorithm on a computer. We work in the real number model of computation and further suppose that evaluations of \(f\) are possible for piecewise constant functions in time units according to its number of breakpoints.
We state strong error estimates for an approximate Euler scheme on a random time discretization. With this strong error estimates, the multilevel algorithm leads to upper bounds for the convergence order of the error with respect to the computational cost. The main results can be summarized in terms of the Blumenthal-Getoor index of the driving Lévy process, denoted by \(\beta\in[0,2]\). For \(\beta <1\) and no Brownian component present, we almost reach convergence order \(1/2\), which means, that there exists a sequence of multilevel algorithms \((\widehat S_n)_{n\in \mathbb{N}}\) with \(\mathrm{cost}(\widehat S_n) \leq n\) such that \( e(\widehat S_n) \precsim n^{-1/2}\). Here, by \( \precsim\), we denote a weak asymptotic upper bound, i.e. the inequality holds up to an unspecified positive constant. If \(X\) has a Brownian component, the order has an additional logarithmic term, in which case, we reach \( e(\widehat S_n) \precsim n^{-1/2} \, (\log(n))^{3/2}\).
For the special subclass of $Y$ being the Lévy process itself, we also provide a lower bound, which, up to a logarithmic term, recovers the order \(1/2\), i.e., neglecting logarithmic terms, the multilevel algorithm is order optimal for \( \beta <1\).
An empirical error analysis via numerical experiments matches the theoretical results and completes the analysis.
Durch die Verwendung der in den letzten Jahren neu entwickelten metallorganischen Koordinationspolymere als Adsorbentien, kann im Allgemeinen eine schwächere Affinität zu Kohlendioxid im Vergleich zu Zeolithen beobachtet werden. Diese neue Klasse an porösen Materialien verspricht herausragende Eigenschaften aufgrund ihrer hohen spezifischen Oberfläche und großer Porenvolumina. Im Rahmen dieser Arbeit wurden einige Vertreter der metallorganischen Koordinationspolymere auf ihre Adsorptionsfähigkeit auf Kohlendioxid hin untersucht. Zwei Materialien dieser Gruppe wurden aufgrund ihrer chemischen, mechanischen und thermischen Eigenschaften ausgewählt. Es handelte sich um die beiden Adsorbentien HKUST-1 und MIL-53 (Al), die in der Arbeitsgruppe selbst synthetisiert, charakterisiert und vermessen wurden. Damit ein wirtschaftliches und resourcenschonendes Verfahren basierend auf Adsorption entwickelt werden kann, werden Daten bezüglich der Adsorptionskapazität, der Kinetik und Trennfaktoren benötigt. Zur Untersuchung des Adsorptionsgleichgewichts und der Diffusion wurden Adsorptionsisothermen (der reinen Gase Kohlendioxid, Methan und Stickstoff) und Durchbruchskurven mit Modellmischungen aus Methan / Kohlendioxid (Biogas) und Stickstoff / Kohlendioxid (Rauchgas) aufgenommen. Es ergeben sich im Fall von HKUST-1 Kapazitäten für Kohlendioxid bis zu 22,7 Gew.-% bei einem Druck von 100 kPa und einer Temperatur von 293 K. Aus den Daten der gemessenen Adsorptionsisothermen wurden die Mehrkomponentenbeladungen nach IAST, Multi-Langmuir sowie dem Modell von Multi-Freundlich berechnet. Die hierbei größten beobachteten Abweichungen zwischen Berechnung und Messung ergaben sich für HKUST-1. Die freie Koordinationsstelle bestimmt die Wechselwirkung zwischen den beiden Adsorptiven Kohlendioxid und Methan weitgehend, sodass die eingesetzten Modelle das Gleichgewicht nicht hingehend genau wiedergeben können. Bei MIL-53 (Al) zeigen sich relativ gute Übereinstimmungen mit den verwendeten Modellen und den ermittelten Mehrkomponentenbeladungen mit Methan und Kohlendioxid.
This thesis is devoted to furthering the tropical intersection theory as well as to applying the
developed theory to gain new insights about tropical moduli spaces.
We use piecewise polynomials to define tropical cocycles that generalise the notion of tropical Cartier divisors to higher codimensions, introduce an intersection product of cocycles with tropical cycles and use the connection to toric geometry to prove a Poincaré duality for certain cases. Our
main application of this Poincaré duality is the construction of intersection-theoretic fibres under a
large class of tropical morphisms.
We construct an intersection product of cycles on matroid varieties which are a natural
generalisation of tropicalisations of classical linear spaces and the local blocks of smooth tropical
varieties. The key ingredient is the ability to express a matroid variety contained in another matroid variety by a piecewise polynomial that is given in terms of the rank functions of the corresponding
matroids. In particular, this enables us to intersect cycles on the moduli spaces of n-marked abstract
rational curves. We also construct a pull-back of cycles along morphisms of smooth varieties, relate
pull-backs to tropical modifications and show that every cycle on a matroid variety is rationally
equivalent to its recession cycle and can be cut out by a cocycle.
Finally, we define families of smooth rational tropical curves over smooth varieties and construct a tropical fibre product in order to show that every morphism of a smooth variety to the moduli space of abstract rational tropical curves induces a family of curves over the domain of the morphism.
This leads to an alternative, inductive way of constructing moduli spaces of rational curves.
Große Stegöffnungen werden in Stahlverbundträgern immer dann erforderlich, wenn in Trägerebene Leitungen quer zur Trägerachse geführt werden sollen. Die Attraktivität der Stahlverbundbauweise steigt mit der Möglichkeit, die Tragfähigkeit im Bereich großer Stegöffnungen rechnerisch nachweisen zu können. Bisher war es aber nicht möglich, eine Verstärkung des Betongurtes durch Einbau von Dübelleisten in einem Nachweiskonzept nutzbar zu machen. Bei Dübelleisten handelt es sich um Doppelkopfanker, die in einer Reihe meist auf ein Lochblech aufgeschweißt werden. Sie werden von mehreren Herstellern als Querkraft- und Durchstanzbewehrungselemente vertrieben.
In der vorliegenden Arbeit wird der Einfluss von Dübelleisten auf das Querkrafttragverhalten
des Stahlbetongurts von Verbundträgern im Bereich von großen Stegöffnungen untersucht. Dazu wurden 28 Versuche sowie rechnerische Untersuchungen durchgeführt.
Dabei konnte in einzelnen Versuchen durch den Einsatz von Dübelleisten eine Traglaststeigerung von mehr als 50 % erzielt werden. Unter anderem wurde der Effekt der Querbiegung untersucht, bei dem durch die vertikale Belastung des Betongurts außerhalb der Verbundträgerachse ein negatives Biegemoment in Querrichtung entsteht.
Es wurde ein Nachweiskonzept erarbeitet, mit dem die Querkrafttragfähigkeit eines Betongurts unter Berücksichtigung von im Betongurt angeordneten Dübelleisten wirklichkeitsnah
bestimmt werden kann. Das erstellte Konzept ermöglicht es, bei der Bemessung von Verbundträgern, die durch Stegöffnungen geschwächt sind, durch einen geringen Mehreinsatz von Bewehrung in Form von Dübelleisten eine deutliche Traglaststeigerung zu erzielen. Der Einfluss von Querbiegemomenten wird durch eine konservative Abschätzung der Lasteinzugsfläche berücksichtigt.
Die immer höheren Kosten für Energie und die Verknappung der natürlichen Ressourcen steigern die Bedeutung der Forschung an Katalysatoren für die chemische Synthese. Da die Herstellung geeigneter Katalysatoren zeitintensiv und teuer ist, sowohl durch den Einsatz von Edelmetallen als katalytisch aktivem Zentrum, als auch durch Verwendung von aufwändig synthetisierten Ligandsystemen, liegt der Fokus der Industrie auf heterogen katalysierten Verfahren. Im Arbeitskreis Thiel werden bereits seit längerer Zeit Pyrazolylpyridine als Chelatliganden für Übergangsmetallkomplexe synthetisiert, da sie leicht funktionalisierbar und damit in ihren elektronischen Eigenschaften modifizierbar sind. Ziel der vorliegenden Dissertation war die Synthese neuer Pyrazolyl- und Triazolylpyridine, die durch ihre funktionellen Gruppen eine einfache Heterogenisierung auf einem Trägermaterial ermöglichen, und so die Synthese von heterogenisierten Katalysatoren erlauben. Die Wahl fiel hierbei auf Ester- bzw. Chloridfunktionen, da die erfolgreiche Anbindung dieser Gruppen auf Trägermaterialien bereits bekannt ist. Die erfolgreiche Herstellung der an Position 5 des Azolylrings funktionalisierten Liganden gelang durch Synthese der Pyrazolylpyridine über eine Pyridylpyranonzwischenstufe bzw. durch Verwendung von Anhydriden als Edukte.
In einem zweiten Schritt wurde das nächste Ziel, die Anbindung der hergestellten Liganden auf ein Trägermaterial, durch die Verwendung von Amin- und Imidazolfunktionalisierten Kieselgelen realisiert. Die erfolgreiche Synthese konnte durch Festkörper-NMR-Analytik bestätigt werden. Sowohl die freien, als auch die heterogenisierten Liganden wurden nun verwendet, um Übergangsmetallkomplexe zu synthetisieren. Es wurden Palladium(II)komplexe, ausgehend von Bis(benzonitril)palladium(II)dichlorid und Ruthenium(II)komplexe, ausgehend von Carbonylhydridotris(triphenylphosphan)ruthenium(II)chlorid, Tetrakis(dimethylsulfoxid)ruthenium(II)dichlorid und Dichlorido(\eta^{6} -para-cymol)ruthenium(II)dimer hergestellt und charakterisiert.
Ebenfalls wurde die Eignung dieser Übergangsmetallkomplexe als Katalysatoren für chemische Reaktionen getestet. Die Palladiumkomplexe wurden in der Suzuki-Kupplung von Phenylhalogeniden mit Phenylboronsäure getestet. Die Eignung der Rutheniumverbindungen als Hydrierkatalysatoren wurde zum einen in der Hydrierung von CO2 zu Ameisensäure, zum anderen in der Transferhydrierung von Acetophenon untersucht. Dabei zeigte sich besonders eine gute Aktivität der Rutheniumkomplexe als Katalysatoren in der Transferhydrierung.
Das Recycling von Automobilen leistet einen wesentlichen Beitrag zur Schonung der natürlichen Ressourcen und Reduzierung der entstehenden Abfallmengen. Dabei kommt dem Automobilhersteller eine zentrale Rolle zu, da nur durch die frühzeitige Berücksichtigung der Recyclinganforderungen bei der Entwicklung der Produkte sichergestellt werden kann, dass diese zukünftig auch in umweltgerechter und wirtschaftlicher Weise einer erneuten Nutzung zugeführt werden können.
Im Rahmen dieser Arbeit wird ein Konzept vorgestellt, welches die Recycling-anforderungen systematisch in die Ablauf- und Aufbauorganisation von Fahrzeug-entwicklungsprojekten integriert. Die Grundlage bildet ein Prozessmodell, welches in den frühen Phasen der Entwicklung die Ableitung von Recyclingzielen mit Hilfe der Szenario-Technik ermöglicht und in den nachfolgenden Phasen der Entwicklung die Zielerreichung durch einen formalisierten Recycling-Problemlösezyklus sicherstellt. Das zentrale Element stellt ein Planungsinstrument dar, welches mögliche Demontage- und Recyclingprozesse bereits innerhalb der Produktentwicklung simuliert und dadurch eine ganzheitliche Optimierung des Fahrzeuges unterstützt.
Die Auswertung verschiedener Recyclingszenarien am Beispiel eines Mittelklasse- PKW hat gezeigt, dass mit der heutigen Prozesskette der Altfahrzeugverwertung eine Reduzierung der Abfallmengen nicht kostendeckend erreichbar ist. Erst unter Berücksichtigung neuer Verwertungstechnologien für die heute zu entsorgenden Restmengen kann die wirtschaftliche Situation verbessert werden. Gleichzeitig konnte durch die Bewertung unterschiedlicher Rohbaukonzepte nachgewiesen werden, dass der Ersatz konventioneller Materialsysteme durch innovative Leichtbauwerkstoffe das Recycling am Lebensende des Fahrzeuges zunehmend erschwert.
Um bereits innerhalb der Produktentwicklung die Voraussetzung für ein hochwertiges Fahrzeugrecycling zu schaffen ist somit das Zusammenführen und Ausbalancieren von produkt- und prozessbezogenen Maßnahmen unabdingbar. Die organisa-torische Umsetzung erfolgt dabei durch ein Recyclingteam, welches es ermöglicht das Recyclingwissen in die komplexen Entwicklungsabläufe zu integrieren und mit allen Prozessbeteiligten zeitlich und inhaltlich abzustimmen.
The safety of embedded systems is becoming more and more important nowadays. Fault Tree Analysis (FTA) is a widely used technique for analyzing the safety of embedded systems. A standardized tree-like structure called a Fault Tree (FT) models the failures of the systems. The Component Fault Tree (CFT) provides an advanced modeling concept for adapting the traditional FTs to the hierarchical architecture model in system design. Minimal Cut Set (MCS) analysis is a method that works for qualitative analysis based on the FTs. Each MCS represents a minimal combination of component failures of a system called basic events, which may together cause the top-level system failure. The ordinary representations of MCSs consist of plain text and data tables with little additional supporting visual and interactive information. Importance analysis based on FTs or CFTs estimates the contribution of each potential basic event to a top-level system failure. The resulting importance values of basic events are typically represented in summary views, e.g., data tables and histograms. There is little visual integration between these forms and the FT (or CFT) structure. The safety of a system can be improved using an iterative process, called the safety improvement process, based on FTs taking relevant constraints into account, e.g., cost. Typically, relevant data regarding the safety improvement process are presented across multiple views with few interactive associations. In short, the ordinary representation concepts cannot effectively facilitate these analyses.
We propose a set of visualization approaches for addressing the issues above mentioned in order to facilitate those analyses in terms of the representations.
Contribution:
1. To support the MCS analysis, we propose a matrix-based visualization that allows detailed data of the MCSs of interest to be viewed while maintaining a satisfactory overview of a large number of MCSs for effective navigation and pattern analysis. Engineers can also intuitively analyze the influence of MCSs of a CFT.
2. To facilitate the importance analysis based on the CFT, we propose a hybrid visualization approach that combines the icicle-layout-style architectural views with the CFT structure. This approach facilitates to identify the vulnerable components taking the hierarchies of system architecture into account and investigate the logical failure propagation of the important basic events.
3. We propose a visual safety improvement process that integrates an enhanced decision tree with a scatter plot. This approach allows one to visually investigate the detailed data related to individual steps of the process while maintaining the overview of the process. The approach facilitates to construct and analyze improvement solutions of the safety of a system.
Using our visualization approaches, the MCS analysis, the importance analysis, and the safety improvement process based on the CFT can be facilitated.