Verkündungsblatt der TU Kaiserslautern Nr. 2/17.02.2022

Sequence learning describes the process of understanding the spatio-temporal relations in a sequence in order to classify it, label its elements or generate new sequences. Due to the prevalence of structured sequences in nature and everyday life, it has many practical applications including any language related processing task. One particular such task that has seen recent success using sequence learning techniques is the optical recognition of characters (OCR). State-of-the-art sequence learning solutions for OCR achieve high performance through supervised training, which requires large amounts of transcribed training data. On the other hand, few solutions have been proposed on how to apply sequence learning in the absence of such data, which is especially common for hard to transcribe historical documents. Rather than solving the unsupervised training problem, research has focused on creating efficient methods for collecting training data through smart annotation tools or generating synthetic training data. These solutions come with various limitations and do not solve all of the related problems. In this work, first the use of erroneous transcriptions for supervised sequence learning is introduced and it is described how this concept can be applied in unsupervised training scenarios by collecting or generating such transcriptions. The proposed OCR pipeline reduces the need of domain specific expertise to apply OCR, with the goal of making it more accessible. Furthermore, an approach for evaluating sequence learning OCR models in the absence of reference transcriptions is presented and its different properties compared to the standard method are discussed. In a second approach, unsupervised OCR is treated as an alignment problem between the latent features of the different language modalities. The outlined solution is to extract language properties from both the text and image domain through adversarial training and learn to align them by adding a cycle consistency constraint. The proposed approach has some strict limitations on the input data, but the results encourage future research into more widespread applications.

Forschung und Entwicklung (FuE)stellt einen elementaren Baustein für das langfristige Wachstum und die Zukunftsfähigkeit einer Volkswirtschaft dar. Diese Arbeit untersucht, inwiefern der Staat aus steuerrechtlicher Sicht eine FuE-Förderung für Konzerne unternimmt und wo Möglichkeiten zur Verbesserung liegen könnten, um das FuE-Klima in Deutschland nachhaltig zu verbessern. Fokus wird dazu insbesondere auf das Konstrukt der ertragsteuerlichen Organschaft und das neu geschaffene Forschungszulagengesetz (FZulG)gelegt.

Durch die zunehmende Erzeugungsleistung auf Niederspannungsnetzebene (NS-Netzebene) durch Photovoltaikanlagen, sowie die Elektrifizierung des Wärme- und des Verkehrssektors sind Investitionen in die NS-Netze notwendig. Ein höherer Digitalisierungsgrad im NS-Netz birgt das Potential, die notwendigen Investitionen genauer zu identifizieren, und damit ggf. zu reduzieren oder zeitlich zu verschieben. Hierbei stellt die Markteinführung intelligenter Messsysteme, sog. Smart Meter, eine neue Möglichkeit dar, Messwerte aus dem NS-Netz zu erhalten und auf deren Grundlage die Stellgrößen verfügbarer Aktoren zu optimieren. Dazu stellt sich die Frage, wie Messdaten unterschiedlicher Messzyklen in einem Netzautomatisierungssystem genutzt werden können und wie sich das nicht-lineare ganzzahlige Optimierungsproblem der Stellgrößenoptimierung effizient lösen lässt. Diese Arbeit befasst sich mit der Lösung des Optimierungsproblems. Dazu kommt eine Stellgrößenoptimierung nach dem Merit-Order-Prinzip zur Anwendung.

Die Energiewende in Deutschland stockt, so auch der Ausbau der Windenergie an Land. Die Gründe liegen unter anderem in der Umstellung des Fördersystems von einer garantierten Einspeisevergütung hin zu Ausschreibungen, sinkender Akzeptanz gegenüber Windenergieanlagen und der Einführung von Abstandsflächen in bestimmten Bundesländern. Bundesweit stellen Vorhabenträger und Investoren gleichermaßen fest, es mangelt an Ausbauflächen. Vor dem Hintergrund der beabsichtigten Steigerung der Ausbauziele stellen sich beträchtliche Ansprüche an den Raum. Ihnen Geltung zu verschaffen ist in Deutschland die Aufgabe der räumlichen (Gesamt-)Planung. Das bestehende Planungssystem stößt dabei jedoch an seine Grenzen. Die rechtsvergleichende Untersuchung wendet den Blick Deutschlands Nachbarn und starkem Partner in der Europäischen Union zu: Frankreich. Einerseits hat Frankreich im Jahr 2018 den ersten Rang als attraktivsten Markt für Investitionen in erneuerbare Energien vor Deutschland eingenommen. Andererseits verzeichnet Frankreich im Vergleich zu Deutschland einen stetigen Zubau der installierten Windenergieleistung. Der einfachen Frage, was Frankreich anders oder gar besser macht, folgen die zwei zentralen Forschungsleitfragen der Untersuchung: 1. Wie vergleichbar ist die rechtliche und tatsächliche Ausgangslage in Bezug auf die Planungssysteme von Windenergieanlagen in Deutschland und Frankreich? 2. Wie erfolgt die planerische Steuerung des Ausbaus der Windenergie in Deutschland und Frankreich – wie kann das deutsche System durch das französische optimiert werden? Die Beantwortung dieser Fragen führte zum Aufbau der Arbeit in zwei Teile. Im ersten (Grundlagen-)Teil werden jeweils die Ziele zum Ausbau der Windenergie, die tatsächliche Ausgangssituation, Fördermechanismen und der Staats- und verwaltungsorganisatorische Rahmen aufgezeigt. Dies schafft den Kontext und eine bessere Vergleichbarkeit für den sich anschließenden Zweiten Teil. Verglichen werden hier für Deutschland und Frankreich jeweils das Verständnis von (Raum-)Planung, die Systeme der Planung mit ihren einzelnen Planungsinstrumenten zum Ausbau der Windenergie und die Systeme ihrer planerischen Steuerung sowie das Verhältnis von Planung zur Vorhabenzulassung. Die Untersuchung mündet in dem Entwurf eines „Energieplanungskonzepte-Systems“ für das deutsche Planungssystem. Denn die zentralen Erkenntnisse der Arbeit sind: In Frankreich stehen keine stärkeren Umsetzungs-/ Durchsetzungsmechanismen als in Deutschland zur Verfügung, auch nicht in Gestalt von finanziellen Fördermechanismen durch das vergleichbare Ausschreibungsmodell für Windenergieanlagen. Das „günstige Klima“ ist zum einen dem größeren Entwicklungspotenzial der Windenergie geschuldet, zum anderem der besseren, landesweiten und einheitlichen Integration von Umweltfachplanungen, die in Deutschland mit Energiekonzepten vergleichbar sind. In Frankreich verhelfen die sektoralen (Energiefach-)Planungen zu einem vergleichbar besseren Überblick über die Erneuerbare- Energien-Erzeugung – auch wenn ein Zusammenführen der (inter-)kommunalen Daten auf regionaler Ebene nicht vorgesehen ist. Durch die Zentralisierung strategischer und struktureller Entscheidungen verfügt das französische Planungssystem zudem über mehr Systemkohärenz. Die Überführung der Windenergieplanung von der Außenbereichsprivilegierung in Verbindung mit begrenzender Steuerungsplanung hin zu einer Bedarfsfachplanung, die den bundesweiten Ausbaubedarf ermittelt und über die Planungshierarchie schrittweise auf Bundesländer, Regionen und Kommunen herunterbricht, konkretisiert und durchsetzt, würde endlich das vielfach vermisste übergreifende Konzept der Energiewende erbringen. Auf der Grundlage des Vergleichs mit dem französischen Planungssystem bietet die vorliegende Untersuchung einen Vorschlag an, wie das deutsche System für den weiteren Ausbau der Windenergie zur Erreichung der Ausbauziele ertüchtigt werden kann.

Untersucht wurde das mechanische Verformungsverhalten des massiven metallischen Glases Zr52,5Cu17,9Ni14,6Al10Ti5 (Vitreloy 105) an Luft und im wässrigen Umgebungsmedium 0,01 M Na2SO4 (+ 0,01 M NaCl). Die Belastung erfolgte im Dreipunktbiegeversuch unter quasistatischer sowie zyklischer Beanspruchung und mit Hilfe der instrumentierten Schlagprüfung. Neben dem Umgebungseinfluss wurde der Effekt von zyklisch-kryogenen Vorbehandlungen und Oberflächenbearbeitungen mittels Mikrostrahlen, -fräsen, -erodieren und -laserablation auf die Schädigungsentwicklung und die ertragbaren Spannungen analysiert. Während eine Modifikation der Oberfläche stets in einer Erhöhung der Plastizität infolge einer verstärkten Scherbandbildung resultierte, wiesen diese Proben i.d.R. deutlich niedrigere Dauerfestigkeiten unter zyklischer Wechselbeanspruchung auf. Die tiefkühlbehandelten Zustände zeigten in allen mechanischen Tests ein optimiertes Verformungsverhalten. Mit Hilfe der anodischen Polarisation wurde außerdem im chloridhaltigen Medium ein signifikanter Effekt auf die Lebensdauer der unbehandelten Ermüdungsproben verzeichnet. Die Detektion der scherbandgetriebenen Deformationsprozesse sowie der Rissinitiierung und -ausbreitung erfolgte sowohl mittels Licht- und Rasterelektronenmikroskopie als auch unter Ausnutzung elektrochemischer Messsignale im wässrigen Medium bzw. resistometrischer Methoden an Luft. Auf Basis der Untersuchungsergebnisse wurden abschließend Schädigungsmodelle für die jeweiligen Versuchsbedingungen aufgestellt und diskutiert.

Verkündungsblatt der TU Kaiserslautern Nr. 3/25.03.2022

Impaired genome integrity has severe consequences for the viability of any cell. Unrepaired DNA lesions can lead to genomically unstable cells, which will often become predisposed for malignant growth and tumorigenesis, where genomic instability turns into a driving factor through the selection of more aggressive clones. Aneuploidy and polyploidy are both poorly tolerated in somatic cells, but frequently observed hallmarks of cancer. Keeping the genome intact requires the concentrated action of cellular metabolism, cell cycle and DNA damage response. This study presents multi-omics analysis as a versatile tool to understand the various causes and consequences of impaired genome integrity. The possible computational approaches are demonstrated on three different datasets. First, an analysis of a collection of DNA repair experiments is shown, which features the creation of a high-fidelity dataset for the identification and characterization of DNA damage factors. Additionally, a web-application is presented that allows scientists without a computational background to interrogate this dataset. Further, the consequences of chromosome loss in human cells are analyzed by an integrated analysis of TMT labeled mass spectrometry and sequencing data. This analysis revealed heterogeneous cellular responses to chromosome losses that differ from chromosome gains. My analysis further revealed that cells possess both transcriptional and post-transcriptional mechanisms that compensate for the loss of genes encoded on a monosomic chromosome to alleviate the detrimental consequences of reduced gene expression. In my final project, I present a multi-omics analysis of data obtained from SILAC labeled mass spectrometry and dynamic transcriptome analysis of yeast cells of different ploidy, from haploidy to tetraploid. This analysis revealed that unlike cell volume, the proteome of a cell does not scale linearly with increasing ploidy. While the expression of most proteins followed this scaling, several proteins showed ploidy-dependent regulation that could not be explained by transcriptome expression. Hence, this ploidy-dependent regulation occurs mostly on a post-transcriptional level. The analysis uncovered that ribosomal and translation related proteins are downregulated with increasing ploidy, emphasizing a remodeling of the cellular proteome in response to increasing ploidy to ensure survival of cells after whole genome doubling. Altogether this study intends to show how state-of-the-art multi-omics analysis can uncover cellular responses to impaired genome integrity in a highly diverse field of research.

Gegenstand der Forschungsfrage ist, wie Wasserprogramme gemanagt werden, um zu einer nachhaltigen Entwicklung sowie zur Umsetzung des Sustainable Development Goal 6 und anderen zentralen SDGs der Agenda 2030 beitragen zu können, die als Fortschreibung der Millennium Development Goals eine wirksamere internationale Nachhaltigkeitspolitik sicherstellen sollen. Seit der Agenda 2030 versehen Durchführungsorganisationen der Entwicklungszusammenarbeit ihre Vorhaben mit dem Prädikat „nachhaltig“. Hier stellt sich die Frage, ob die Nachhaltigkeit nur auf dem Papier existiert oder ob sich tatsächlich nachhaltigere Ansätze erkennen lassen. Im Rahmen der deutschen Entwicklungszusammenarbeit implementiert die Gesellschaft für Internationale Zusammenarbeit in Sambia das Vorhaben "Wasser klimasensibel bewirtschaften", in dessen Rahmen nachhaltige Maßnahmen ergriffen werden, Menschen zu befähigen, mit den veränderten klimatischen Bedingungen zurechtzukommen. Darunter fallen unter anderem Sensibilisierungsmaßnahmen für Landwirte, die dazu dienen, die Ressource Wasser effektiv zu nutzen, oder technische Eingriffe, die den Zweck verfolgen, Niederschläge aus Starkregenereignissen abzufangen bzw. deren Zerstörungspotenzial zu lindern. Obwohl Sambia eines der wasserreichsten Länder Afrikas ist, haben dort nicht alle Menschen Zugang zu Wasser. Auch in der Landwirtschaft sind Engpässe zu verzeichnen. Diese Problematik wird zusätzlich durch den Klimawandel verstärkt. Es kam in den letzten Jahren zunehmend einerseits zu Ausfällen ganzer Regenzeiten, aber andererseits auch zu extremen Niederschlagsereignissen jenseits gewohnter Regen- und Trockenzeiten. Für Landwirte, die ihre Produktion auf die saisonalen Witterungsverhältnisse abgestimmt haben, sind diese unberechenbaren klimatischen Veränderungen existenzbedrohend. Trotz des Wasserreichtums kommt es dann entweder zu Engpässen bei der Bewässerung der Felder oder zur Zerstörung von Ernteerträgen durch Extremwetter. Das von dem in Sambia lebenden Verfasser gewählte Fallbeispiel, dessen Analyse der Klärung der oben angeführten Forschungsfrage dienen soll, ist das GIZ-Projekt „Nachhaltige Bewirtschaftung von Wasserressourcen und landwirtschaftlicher Wassernutzung in Sambia“. Im Rahmen dieses Fallbeispiels wird kontrovers diskutiert, ob und inwiefern sich das heutige Nachhaltigkeitskonzept von bisherigen Maßnahmen unterscheidet, die zu Zeiten der MDGs noch nicht explizit nachhaltig geprägt waren. Der Verfasser wird sich kritisch mit der Frage auseinandersetzen, ob die in der Fallstudie gewählte Maßnahme "Wasser klimasensibel bewirtschaften" geeignet ist, langfristig nachhaltige Wirkung zu erzielen. Anhand des Fallbeispiels sollen theoretische Ansätze der Nachhaltigkeit empirisch untersucht werden.

In the field of measurement technology, the use of unmanned aerial vehicles is becoming more and more popular. For many measurement tasks, the use of such devices offers many advantages in terms of cost and measurement effort. However, the occurring vibrations and disturbances are a significant disadvantage for the application of these devices for several measurement tasks. Within the scope of this work, a platform for measurement devices is developed. The platform is designed specifically for use on drones. The task of the platform is to isolate measurement equipments mounted on it from the drone disturbances. For this purpose we go through the product development process according to VDI 2221 to design a mechanical model of the platform. Then, control strategies are applied to isolate the platform. Since the disturbances acting on a drone are not always stationary, two control strategies known for their ability to handle uncertain systems are used. One of them comes from the field of acoustic.