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Weiterentwicklung eines HITL-basierten, neurosymbolischen Systems zur Suche nach wissenschaftlichen Arbeiten sowie zur Extraktion und Strukturierung von Wissen unter Verwendung von LLMs zur Integration in Forschungswissensgraphen
No full textDie Menge an wissenschaftlichen Publikationen nimmt stetig zu, sodass von einem exponentiellen Wachstum gesprochen werden kann. Um diese Menge an Wissen zu beherrschen, werden Literaturrecherchen (engl.: Literature Reviews, LRs) als Momentaufnahmen der aktuellen Forschung eingesetzt. Diese LRs können selten als nachhaltig bezeichnet werden, da das extrahierte Wissen häufig nur in unstrukturierter Form als synthetisierte Daten vorliegen. Um LRs nachhaltiger zu gestalten, bieten Wissensgraphen (engl.: Knowledge Graphs, KGs), insbesondere Forschungswissensgraphen wie der Open Research Knowledge Graph (ORKG), die Möglichkeit, sowohl Meta- als auch inhaltliche Daten von wissenschaftlichen Arbeiten zu verwalten.
Das Human-in-the-Loop (HITL)-basierte neurosymbolische Werkzeug und Framework ExtracTable unterstützt Forschende bei der Transformation von unstrukturierten Forschungsdaten in strukturierte Repräsentation, die für die Integration in Wissensgraphen wie den ORKG geeignet sind. ExtracTable adressiert zwei zentrale Phasen von Literaturrecherchen: die Erstellung eines wissenschaftlichen Literaturkorpus sowie die Extraktion und Validierung relevanter Wissenselemente. Eine erste Evaluation zeigte eine hohe Nutzerzufriedenheit sowie eine deutliche Reduktion der Zeitspanne von der Formulierung eines Forschungsinteresses bis zur Erstellung eines Literaturkorpus.
Gleichzeitig wurden in beiden Phasen bestehende Herausforderungen identifiziert, darunter die präzisere Filterung wissenschaftlicher Literatur, die Anpassbarkeit und Erweiterbarkeit des Datenmodells sowie der Export in semantisch interoperable Formate. Die vorliegende Arbeit entwickelt ExtracTable iterativ auf Basis der Design Science Research Methodology weiter. Von insgesamt 34 identifizierten Problemen wurden 20 adressiert. Neu implementiert wurden unter anderem eine LLM-basierte Unterstützung mit dynamisch anpassbaren Prompts für Literaturexploration und Wissensextraktion sowie Mechanismen zur verbesserten Nachvollziehbarkeit der Extraktionsergebnisse durch die zusätzliche Erfassung von Seitenzahlen. Darüber hinaus wurde das Ausgabeformat auf JSON umgestellt, um hierarchische Attributbeziehungen abzubilden und die Interoperabilität zu erhöhen.
Eine vorläufige Evaluation zeigt eine Steigerung der Relevanz der gefundenen Arbeiten um 5 % sowie eine vollständigere Extraktion einzelner Attribute. Die Zuverlässigkeit der automatisierten Extraktion ist jedoch weiterhin nur eingeschränkt zufriedenstellend, was den Bedarf an verstärkter menschlicher Validierung unterstreicht
Essays on Detecting Structural Breaks in Fractional Cointegration and Long-Memory Time Series
No full textMaximum friction coefficient estimation during driving-dynamic and active system excitations
No full textDer Einsatz automatisierter und autonomer Fahrfunktionen in modernen Kraftfahrzeugen verspricht eine sichere, effiziente und umweltschonende Mobilität. Vor allem Fahrerassistenzsysteme (FAS) haben das Potenzial, fehlerhaftes Verhalten der fahrzeugführenden Person insbesondere in kritischen Fahrsituationen zu korrigieren und so Verkehrsunfälle zu vermeiden. Für die technische Umsetzung (automatisierter) FAS ist eine zuverlässige Umgebungserkennung essenziell. Vor allem die Fahrbahn ist von hoher Relevanz, da zwischen Reifen und Fahrbahn die einzigen Berührungspunkte des Fahrzeugs zur Umgebung vorliegen. Charakterisierende Größe des Reifen-Fahrbahn-Kontakts ist der maximale Reibwert. Dieser definiert die maximal übertragbaren Reifenkräfte und stellt somit eine physikalische Grenze für das Beschleunigungs-, Brems- und Lenkvermögen des Fahrzeugs dar. Demnach kann die Kenntnis des maximalen Reibwerts wesentlich zur Performanz bestehender FAS sowie zur sicheren Umsetzung automatisierter und autonomer Fahrfunktionen beitragen.
Eine direkte Messung des maximalen Reibwerts im Fahrzeug ist technisch aufwändig und wirtschaftlich schwer umsetzbar. Um FAS dennoch Reibwertinformationen zur Verfügung zu stellen, bieten sich modellbasierte, datenbasierte und hybride Verfahren an, die den maximalen Reibwert über die Fahrzeugseriensensorik schätzen. Der bestehende Forschungsstand zeigt Potenzial hinsichtlich der Fahrzeugsensorik und der Schätzverfahren. Demnach wird in dieser Arbeit als erster Beitrag (I) ein modellbasiertes Verfahren basierend auf einer physikalischen Modellierung der Fahrzeugdynamik implementiert und hinsichtlich der Fahrzeugsensoren analysiert. Zudem werden (II) datenbasierte Ansätze, die das Systemverhalten mittels maschineller Lernverfahren anhand von Daten erfassen, entwickelt. Als dritter Beitrag (III) werden hybride Verfahren aus der Kombination modell- und datenbasierter Ansätze vorgestellt. Die Schätzverfahren werden bezüglich der Genauigkeit für experimentelle Fahrmanöver auf unterschiedlichen Fahrbahnen verglichen.
Bei ausreichender fahrdynamischer Anregung ist eine Schätzung des maximalen Reibwerts möglich, allerdings sind diese bei alltäglichen Fahrten selten. Folglich bieten sich aktive Systemanregungen an, die bei fehlender fahrdynamischer Anregung über die Aktorik eingreifen. Als vierter Beitrag (IV) werden demnach aktive Systemanregungen für ein experimentelles Versuchsfahrzeug implementiert und untersucht, um bei fehlender fahrdynamischer Anregung eine zuverlässige Reibwertschätzung zu ermöglichen - ohne die Bauteilbeanspruchung oder den Fahrkomfort negativ zu beeinträchtigen. Zusammenfassend werden Fahrzeugsensoren, datenbasierte und hybride Schätzverfahren sowie aktive Systemanregungen untersucht mit dem Ziel die Verfügbarkeit von Reibwertinformationen zu erhöhen, FAS zu verbessern und das automatisierte sowie autonome Fahren voranzutreiben.Automated and autonomous driving functions in modern vehicles promise safe, efficient, and environmentally friendly mobility. Advanced Driver Assistance Systems (ADAS), in particular, play a key role in this context, as they can correct erroneous driver behavior, especially in critical situations, and thus help to prevent accidents. A reliable perception of the vehicle's environment is essential for the implementation of (automated) ADAS. With regard to the vehicle's environment, the road surface is of major importance, as the tire-road contact represents the vehicle's only physical interface with its surroundings. A critical parameter characterizing the tire-road contact is the maximum friction coefficient, which determines the upper limit of transmittable tire forces and thus defines the physical boundary for the vehicle's acceleration, braking, and cornering capabilities. Consequently, knowledge of the maximum friction coefficient can contribute essentially to the performance of ADAS and the safe operation of automated and autonomous driving functions.
A direct measurement of the maximum friction coefficient in the vehicle is technically challenging and not economically feasible. Therefore, model-based, data-driven, and hybrid methods are used to estimate the maximum friction coefficient based on available data measured by in-vehicle sensors. Thus, friction information can still be provided for ADAS. Existing research reveals unexploited potential regarding both the utilized vehicle sensors and the applied estimation methods. Therefore, this work contributes, first (I), a model-based approach using physical vehicle dynamics, evaluated for different sensor configurations. In addition, (II) data-driven approaches are developed that capture system behavior using machine learning methods based on experimental data. As a third contribution (III), hybrid approaches combining model-based and data-driven methods are introduced. These estimation algorithms are benchmarked for accuracy across various road surfaces and experimental test data consisting of different driving maneuvers.
While reliable maximum friction coefficient estimation is possible under sufficient driving-dynamic excitation, such conditions are rare during everyday driving. For this reason, active excitations via vehicle actuators are explored. As a fourth contribution (IV), active excitations are implemented and evaluated in an experimental test vehicle to enable reliable maximum friction coefficient estimation under low driving-dynamic excitation scenarios without compromising ride comfort or increasing component wear. In summary, vehicle sensors, data-driven and hybrid estimation methods, as well as active excitations are investigated to increase the availability of friction information, aiming to improve ADAS and advance the development of automated and autonomous driving
On-Demand Inverse Design of Phononic Metamaterials via Deep Learning
No full textMetamaterials are engineered structures whose exceptional macroscopic properties stem primarily from the geometric arrangement of their subwavelength unit cells. Among the various classes of metamaterials, phononic metamaterials are specifically designed to manipulate the propagation of elastic and acoustic waves by inducing frequency band gaps, regions where waves cannot propagate. Unlike mechanical metamaterials that rely on static properties, phononic metamaterials exploit dynamic, wavelength-scale periodicity to achieve wave control.
The inverse design of phononic metamaterials, which aims to generate unit cell configurations that yield user-specified bandgap characteristics, remains a fundamentally challenging problem. This is due to the nonlinear, high-dimensional, and non-unique nature of the structure-to-response mapping. Conventional optimization methods often encounter significant limitations, including high computational cost, limited solution diversity, and poor scalability.
To address these challenges, this thesis develops and evaluates three deep learning-based frameworks for the inverse design of two-dimensional phononic metamaterials. The first is a tandem neural network model, augmented with Bayesian optimization, which couples forward and inverse networks to enhance design consistency. The second is a conditional variational autoencoder, which learns a structured latent space and enables the generation of multiple valid solutions for a given set of target properties. The third is a denoising diffusion probabilistic model, which gradually transforms random noise into binary topological structures aligned with specified bandgap features.
Crucially, all models are trained and validated using large-scale datasets generated through high-fidelity finite element simulations. These datasets consist of thousands of binary unit cell geometries and their corresponding band structures, computed under Bloch-periodic boundary conditions. For each design, the dispersion relation is calculated along high-symmetry paths in the Brillouin zone to extract relevant metrics such as bandgap width and mid-frequency. The finite element method serves as the foundation for generating physically accurate data, ensuring that the training process is grounded in reliable simulations.
Beyond model development, this work provides a comprehensive methodological contribution to the field of inverse metamaterial design. In particular, the diffusion-based framework demonstrates superior generative diversity and fidelity, effectively capturing the inherent one-to-many relationship between geometry and wave behavior. Collectively, the proposed approaches establish a scalable, data-driven foundation for the automated, efficient, and physically consistent design of functional phononic metamaterials
On the Institutional Design of Agri-Environmental Contracts: Evidence from Preferences, Attitudes, and Identities
No full textDiese kumulative Dissertation besteht aus drei eigenständigen Fachartikeln, die sich jeweils mit der institutionellen Ausgestaltung von Agrarumweltverträgen befassen. Agrarumweltverträge sind ein zentrales Instrument der Agrarpolitik, um landwirtschaftliche Betriebe zur Erbringung von Umwelt- und Naturschutzleistungen zu motivieren. Die Wirksamkeit der Verträge hängt wesentlich davon ab, ob ihr institutionelles Design die Entscheidungslogiken und Motivationen der beteiligten Akteure berücksichtigt. Bislang ist jedoch unzureichend erforscht, wie unterschiedliche Vertragsmerkmale das Verhalten von Landwirt:innen beeinflussen und wie unterschiedlich gestaltete Verträge von weiteren Stakeholdern bewertet werden. Ziel dieser Dissertation ist es daher, aus institutionen- und verhaltensökonomischer Perspektive zu analysieren, wie die Gestaltung von Agrarumweltverträgen die Teilnahmebereitschaft steigern und damit wirksamer zu Biodiversitäts- und Klimaschutzzielen beitragen kann.
Die drei Artikel bauen sowohl inhaltlich als auch methodisch aufeinander auf. Der erste Artikel liefert einen systematischen Überblick über die empirische Literatur zu den Präferenzen von Landwirt:innen hinsichtlich Agrarumweltverträgen weltweit. Der zweite Artikel untersucht anhand eigener Daten aus Deutschland, wie Landwirt:innen, politische Entscheidungsträger:innen und intermediäre Organisationen Vertragsgestaltungen bewerten und welche institutionellen Merkmale sie priorisieren. Der dritte Artikel analysiert die Präferenzen von Landwirt:innen bezüglich privat finanzierter Agrarumweltverträge und leitet daraus Implikationen für die Weiterentwicklung privater, als auch öffentlicher Programme ab.
Im Detail geht der erste Artikel der Frage nach: Was ist der aktuelle Stand der Wissenschaft im Bereich der stated-preference-Forschung zum Design von Agrarumweltverträgen? Je nach geografischem Kontext werden diese Verträge unterschiedlich konzipiert und als Payments for Ecosystem Services, Agrarumwelt- und Klimamaßnahmen (AUKM) oder Conservation Covenants bezeichnet. Allen gemeinsam ist jedoch das Ziel, durch freiwillige Teilnahme die Bereitstellung von Ökosystemleistungen zu fördern. Dafür sind geeignete Anreizmechanismen entscheidend, um die Attraktivität und damit die Teilnahmebereitschaft zu erhöhen. Vor diesem Hintergrund setzt die Forschung zunehmend auf experimentelle Methoden, was zu einer Vielzahl empirischer Studien geführt hat. Der Artikel gibt einen systematischen Überblick über die peer-reviewte Literatur, die Discrete Choice Experiments (DCEs) mit Landwirt:innen im Kontext von Agrarumweltverträgen verwendet. DCEs sind eine Methode, die sich besonders für die Analyse von Präferenzen vor der Umsetzung von Politiken eignet. Der Artikel identifiziert zwei Haupttypen von Studien: diejenigen, die sich auf Landnutzungsvorgaben konzentrieren (z. B. Düngemittelbeschränkungen, Boden- oder Viehmanagement), und diejenigen, die sich mit Vertragsgestaltungsmerkmalen befassen (z. B. Vertragsdauer, technische Unterstützung, Monitoring). Diese Modalitäten werden im Artikel weiter in Anreizmerkmale unterteilt, die die Teilnahme motivieren, und Verpflichtungsmerkmale, die sich auf den erforderlichen Aufwand zur Vertragserfüllung beziehen. Der Artikel gruppiert die Ergebnisse entsprechend, kontextualisiert sie, identifiziert Forschungslücken und diskutiert methodische Entwicklungen bei der Umsetzung von DCEs mit Landwirten.
Aufbauend auf dieser Literaturübersicht widmet sich der zweite Artikel empirisch den Perspektiven zentraler Stakeholder und fragt: Wie könnte die Gestaltung von Agrarumweltprogrammen basierend auf den Ansichten der Stakeholder aussehen? Hierzu wurden in Brandenburg, Deutschland, 25 Vertreter:innen aus Landwirtschaft, landwirtschaftlicher Beratung und Politik mit der Q-Methode interviewt, um gemeinsame und unterschiedliche Sichtweisen zu identifizieren. Die Einbeziehung mehrerer Stakeholdergruppen erlaubt es, sowohl institutionelle Unterschiede als auch potenzielle Schnittmengen in den Prioritäten zwischen den Akteursgruppen sichtbar zu machen. In den Interviews ordneten die Teilnehmenden vordefinierte Statements zu Vertragsmerkmalen und gewichteten diese anschließend. Die Analyse ergab drei zentrale Narrative, die jeweils einen Entwurf für ein Umweltprogramm nahelegen: ein niederschwelliges Programm, ein gezieltes Naturschutzprogramm und ein agrarökologisches Betriebsprogramm. Die Ergebnisse zeigen, dass sich ähnliche Sichtweisen über institutionelle Rollen hinweg finden, was Potenziale für konsensfähige Vertragsmodelle eröffnet.
Der dritte Artikel knüpft an die im ersten Artikel identifizierten Forschungslücken an und greift zugleich Erkenntnisse aus dem zweiten auf. Im Zentrum steht die Frage: Welche Präferenzen haben Landwirt:innen für privat finanzierte Agrarumweltverträge? Grundlage ist ein DCE mit Landwirt:innen in Deutschland, das verschiedene innovative Vertragsmerkmale im Grünlandbereich untersucht. Analysiert wird, ob privat finanzierte Agrarumweltverträge ein geeignetes Instrument zur Förderung umweltfreundlicher Landwirtschaft darstellen und ob sie die Einführung innovativer Elemente wie ergebnisorientierte Zahlungen oder kollektive Ansätze erleichtern können. Wie öffentlich finanzierte Verträge sind auch private Verträge für Landwirt:innen freiwillig und erfordern sorgfältig gestaltete Anreize. Der Artikel prüft, ob Landwirt:innen ergebnisorientierte und kollektive Ansätze ansprechend finden, und vergleicht Präferenzen bezüglich privater und öffentlicher Verträge. Darüber hinaus wird untersucht, inwiefern die Identität der Landwirt:innen die Heterogenität der Präferenzen prägt. Ein gängiger Ansatz unterscheidet dabei zwischen produktivistischen Landwirt:innen, die hohe Erträge priorisieren, und umweltschützerischen Landwirt:innen, die Naturschutzleistungen als Ausdruck ihrer beruflichen Kompetenz betrachten. Die Ergebnisse zeigen, dass Landwirt:innen im Durchschnitt geringere Entschädigungen für die Teilnahme an öffentlichen Verträgen als an privaten verlangen. Unabhängig vom Vertragstyp steigen die geforderten Zahlungen, wenn Verträge ergebnisorientierte Zahlungen oder kollektive Umsetzung vorsehen. Zugleich erweisen sich die Präferenzen als stark heterogen, wobei ein erheblicher Teil dieser Unterschiede durch die Identität erklärt werden kann: Umweltorientierte Landwirt:innen verlangen geringere Entschädigungen und sind bereit, mehr Land einzubringen als ihre überwiegend produktivistisch geprägten Kolleg:innen.
Die Dissertation schließt mit einer Synthese, die die Hauptergebnisse zusammenfasst und fünf zentrale Erkenntnisse ableitet, darunter praktische Implikationen und methodische Reflexionen. Hervorgehoben wird insbesondere der Nutzen der Q-Methode zur Erfassung von Stakeholder-Sichtweisen und zur fundierten Auswahl von Attributen in Choice-Experimenten. Zudem wird die Komplexität landwirtschaftlicher Entscheidungsprozesse beleuchtet und die Bedeutung der Integration verhaltensbezogener Variablen wie Identität betont. Inhaltlich diskutiert die Synthese das Verhalten von Landwirt:innen gegenüber innovativen Vertragsmerkmalen und privat finanzierten Modellen. Abschließend erfolgt eine kritische Auseinandersetzung mit methodischen Einschränkungen sowie ein Ausblick auf zukünftige Forschungsarbeiten.This cumulative dissertation consists of three standalone articles, each examining the institutional design of agri-environmental contracts. Such contracts are a key policy instrument to encourage farmers to provide ecosystem services. Their effectiveness largely depends on whether their institutional design accounts for the decision-making logic and motivations of the actors involved. However, there is still insufficient research on how different contract attributes affect farmers’ behaviour and how differently designed contracts are perceived by other stakeholders. The overall aim of this dissertation is therefore to analyse, from an institutional and behavioural economics perspective, how the design of agri-environmental contracts can increase participation and thereby contribute more effectively to biodiversity and climate protection goals.
The three articles build on each other both in terms of content and methodology. The first article provides a systematic review of the empirical literature on farmers’ preferences regarding agri-environmental contracts worldwide. The second article uses original data from Germany to examine how farmers, policy-makers, and intermediary organisations assess contract designs and which institutional features they prioritise. The third article analyses farmers’ preferences for privately financed agri-environmental contracts and derives implications for the further development of both private and public programmes.
In detail, the first article addresses the question: What is the current state of stated preference research for agri-environmental contract design? Depending on the geographical context, such contracts are designed in different ways and are referred to as Payments for Ecosystem Services, agri-environmental climate measures (AECMs), or Conservation Covenants. Despite these differences, they share the common goal of promoting the provision of ecosystem services through voluntary participation. Suitable incentive mechanisms are therefore crucial for increasing attractiveness and participation. Against this backdrop, research has increasingly relied on experimental methods, resulting in a large body of empirical studies. This article systematically reviews peer-reviewed literature applying Discrete Choice Experiments (DCEs) with farmers in the context of agri-environmental contracts. DCEs are particularly well suited for analysing preferences prior to policy implementation. The review identifies two main types of studies: those focusing on land-use prescriptions (e.g. fertiliser restrictions, soil or livestock management) and those examining contract design attributes (e.g. contract length, technical assistance, monitoring). The latter are further divided into incentive attributes, which motivate participation, and committment attributes, which determine the effort required for compliance. The article organises the findings accordingly, places them in context, identifies research gaps, and discusses methodological developments in applying DCEs with farmers.
Building on this literature review, the second article takes an empirical perspective on the views of key stakeholders and asks: How would the design of agrienvironmental contracts look based on stakeholder attitudes? To this end, 25 representatives from farming, agricultural advisory services, and policy in Brandenburg, Germany, were interviewed using Q-methodology to identify shared and divergent viewpoints. Including multiple stakeholder groups made it possible to capture both institutional differences and areas of overlap in priorities. In the interviews, participants ranked predefined statements on contract attributes and subsequently weighted them. The analysis revealed three central narratives, each of which can be interpreted as a draft programme design: a low-threshold programme, a targeted nature conservation programme, and an agroecological farm system programme. The results show that in some cases, similar perspectives exist across institutional roles, highlighting the potential for broadly acceptable contract models.
The third article builds on the research gaps identified in the first and incorporates insights from the second to analyse farmers’ preferences for public and private agri-environmental contracts. At its core, it asks: What are farmers’ preferences for privately financed agri-environmental contracts? The analysis is based on a DCE with German grassland farmers that examines preferences for a set of innovative contract attributes. It explores whether privately financed contracts are a suitable instrument for promoting environmentally friendly farming and whether they can facilitate the adoption of innovative elements such as results-based payments or collective approaches. Like publicly financed contracts, private contracts are voluntary and therefore require carefully designed incentives. The article compares preferences for public and private contracts and examines whether farmers find results-based and collective approaches attractive. It also investigates how farmers’ identities shape preference heterogeneity. A common distinction is made between productivist farmers, who prioritise high yields, and environmentalist farmers, who view conservation efforts as an expression of professional competence. The results show that, on average, farmers demand lower compensation for participation in public contracts than in private contracts. Regardless of contract type, they request higher payments when contracts involve results-based payments or collective implementation. At the same time, preferences are highly heterogeneous, with a considerable share of this variation explained by farmers’ identities: environmentally oriented farmers demand lower compensation and are willing to enrol more land than their predominantly productivist counterparts.
The dissertation concludes with a synthesis that summarises the main findings and derives five key insights, including practical implications and methodological reflections. In particular, it highlights the value of Q-methodology for capturing stakeholder perspectives and for informing the selection of attributes in choice experiments. It also reflects on the complexity of farmers’ decision-making processes and underlines the importance of integrating behavioural variables such as identity. Substantively, the synthesis discusses farmers’ responses to innovative contract attributes and privately financed models. Finally, it provides a critical reflection on methodological limitations and outlines avenues for future research, including potential extensions of the three articles presented
Hidden champions: How salt marsh plant traits shape sediment stability
No full textThe influence of salt marshes on sediment dynamics is of increasing interest in the
light of climate change. Increased hydrodynamic forcing can lead to a destabilisation
of sediments, which may be aggravated by rising sea levels. Salt marshes
can counteract both processes by stabilising existing sediment and inducing vertical
accretion which can reduce relative sea level rise. This thesis addresses the
question how sediment dynamics are affected by biomechanical and morphological
plant traits with the aim to promote salt marsh establishment and incorporate the
sediment stabilising functions in coastal protection.
Following an introduction to relevant plant traits, systematic studies with surrogates
are presented that elucidate the effect of individual plant traits on drag forces under
waves and currents. The study under waves showed that stiffness and the dynamic
frontal area (i.e., frontal area resulting from bending which depends on stiffness and
hydrodynamic forcing) determines drag forces. However, the results showed that
forces do not increase linearly with increasing material volume and it is proposed
that the interaction of neighbouring surrogates results in these additional drag forces.
The study under unidirectional currents highlighted the relevance of along-plant
variation of biomechanical and morphological plant traits for plant posture and
resulting drag forces. The results show that using stem-averaged properties may
result in errors in predicted drag force of up to 26% and highlight the need to
consider the reconfiguration of variable rigidity stems.
The results obtained from the studies with surrogates were verified during a laboratory
experiment using seedlings of four marsh species with different plant traits.
Drag forces experienced by seedlings tended to increase with horizontal orbital velocity,
and with stem length and diameter. The interplay of both plant traits was
complex and experienced drag forces appeared to be affected by species-specific
traits such as rigidity and leaf growth.
To estimate potential changes in the coastal protection capacity of salt marshes in
the future, the effect of climate change on biomechanical plant traits was assessed for
the common salt marsh species Spartina anglica and Elymus athericus. Specimens
of both species were exposed to future climate conditions and afterwards the effect
on biomechanical plant traits was assessed. Despite some differences between the
future climate scenario and present conditions, all values lie within the natural trait
ranges for the two species, suggesting that the effect of salt marsh vegetation on
hydrodynamics and the resulting drag will not change in the future.
Winter stages of the same species were then used to quantify their effect on sediment
erosion under breaking waves. Results yielded no effect of the above ground biomass
on mean erosion, even though the species responded differently with Elymus athericus
buckling and Spartina anglica withstanding the hydrodynamic forcing. Equally,
no significant differences were observed between the species which is attributed to
the comparable dry root biomass and soil bulk density of the used vegetated patches.
The data, thus, suggest that a species independent erosion protection efficiency persists
throughout the year.
Finally, the insights gained in the effect of plant traits on drag forces are discussed
in the context of sedimentation and erosion. The results provide improved understanding
of the role of biomechanical and morphological traits of individual plants
and based on these recommendations are developed to guide salt marsh establishment
as part of coastal protection strategies. However, the interaction of multiple
plants within a meadow could not be elucidated and the quantification of density
thresholds which define the transition from erosive to depositional conditions within
and around salt marsh vegetation remains open for investigation
Sacheigentum und Urheberrecht im Konflikt : Die vollständige Vernichtung eines urheberrechtlich geschützten Werks als andere Beeinträchtigung nach § 14 UrhG
No full textProperty Rights and Copyright in Conflict. The Complete Destruction of a Copyright-Protected Work as »Other Impairment« Pursuant to Section 14 of the German Copyright Act (UrhG)«: This work examines whether the complete destruction of a copyright-protected work is covered by Section 14 of the German Copyright Act (UrhG). While older case law granted owners broad rights, the Federal Court of Justice ruled in 2019 that complete destruction is qualified as »other impairment«. This strengthens authors’ moral rights but intensifies the tension with property rights. The study proposes criteria for balancing these interests and offers practical approaches to solve conflicts
Dresdener Kreis 2016 : 17. Dresdener Kreis Elektroenergieversorgung : 23. bis 24. März 2016 in Dresden
No full textDer Sammelband "Dresdener Kreis 2016: 17. Dresdener Kreis Elektroenergieversorgung vom 23. bis 24. März 2016 in Dresden" beinhaltet neben einem kurzen Bericht zum 17. Treffen des Dresdener Kreises 2016 wissenschaftliche Beiträge von Doktoranden der beteiligten Hochschulinstitute zum Thema Elektroenergieversorgung. Der Dresdener Kreis setzt sich aus der Professur für Elektroenergieversorgung der Technischen Universität Dresden, dem Fachgebiet Elektrische Energiesysteme der Universität Duisburg-Essen, dem Fachgebiet Elektrische Energieversorgung der Leibniz Universität Hannover und dem Lehrstuhl Elektrische Netze und Erneuerbare Energie der Otto-von-Guericke Universität Magdeburg zusammen und trifft sich einmal im Jahr zum fachlichen Austausch an einer der beteiligten Universitäten
Strafrechtliche und strafprozessuale Auswirkungen von algorithmenbasierten Bewegungen autonomer Fahrzeuge in unterschiedlichen Dilemma-Situationen
No full textDer Wandel in der Automobilindustrie vom Benzinmotor hin zu neuen Antriebsformen, insbesondere hin zum Elektromotor, ist nur die erste erhebliche Umstellung für den Straßenverkehr der Zukunft. Bereits heute werden die Fahrzeuge im Straßenverkehr durch Assistenzsysteme zunehmend automatisiert. Dadurch kann zum einen die Sicherheit des Straßenverkehrs stetig verbessert werden und zum anderen können Menschen komfortabel durch den Verkehr geleitet werden. Auf der letzten Ebene der Automatisierung, dem autonomen Fahren (Stufe 5 der Automatisierung), wird der bisherige Fahrzeugführer zu einem Passagier, welcher während der Fahrt nicht mehr in den Fahrtbetrieb eingreifen kann. Diese vollständige Automatisierung von Fahrzeugen könnte bereits in den nächsten Jahren realisiert werden.
Doch genau im Wechsel des Fahrzeugführers zum Passagier liegt die rechtliche Brisanz des autonomen Fahrens. Denn wenn alle Insassen nur noch Passagiere ohne Eingriffsmöglichkeit sind, verschiebt sich die Verantwortlichkeit für die Aktionen und Reaktionen des autonomen Fahrzeugs zwangsläufig auf die Hersteller solcher Fahrzeuge und dort insbesondere auf die Personen, welche für die Programmierung dieser Fahrzeuge verantwortlich sind. Im Bereich des materiellen Strafrechts wurde dabei in der rechtswissenschaftlichen Literatur den Dilemma-Situationen besondere Bedeutung zugemessen. Bei den Dilemma-Situationen stellt sich die Frage, wie das Fahrzeug reagiert, wenn es sich mit einer unausweichlichen Situation konfrontiert sieht, bei der zwangsläufig Sach- oder Personenschäden entstehen. Wie verhält sich das Fahrzeug beispielsweise, wenn auf der Straße ein Mensch gestürzt ist und das Auto ein Überfahren nur verhindern kann, wenn es auf den seitlichen Gehweg ausweichen und dabei einen Fußgänger überfahren würde?
In der rechtswissenschaftlichen Literatur wurden bereits einige vergleichbare Dilemma-Situationen mit autonomen Fahrzeugen dargestellt, in der Regel mit unterschiedlichen rechtlichen Ergebnissen. Da die unterschiedliche rechtliche Würdigung insbesondere für die Hersteller von autonomen Fahrzeugen zukünftig für erhebliche Unsicherheit sorgen wird, befasst sich diese Dissertation mit der Frage, ob es eine einheitliche materiellrechtliche Lösung für sämtliche Dilemma-Situationen bei der Teilnahme autonomer Fahrzeuge am Straßenverkehr geben kann. Dafür werden ausgewählte Dilemma-Situationen zunächst in einer Einzelanalyse nach dem Schema Tatbestand-Rechtswidrigkeit-Schuld gelöst, um auf diesen drei Ebenen die einzelnen
materiellrechtlichen Problematiken darzustellen. Sodann werden unterschiedliche Einheitslösungsansätze für sämtliche Dilemma-Situationen analysiert. Im Ergebnis wird dabei aufgezeigt, dass man über die Figur des erlaubten Risikos bereits auf Tatbestandsebene zu einem Strafbarkeitsausschluss für den Hersteller kommen kann und Rechtsunsicherheiten beseitigen kann.
In einem letzten Schritt wird erörtert, wie die strafprozessuale Praxis im Bereich autonomer Fahrzeuge aussehen könnte. Die strafprozessuale Praxis wurde in der Literatur bislang ausgeklammert, der Fokus liegt deutlich auf dem materiellen Strafrecht. Für die Staatsanwaltschaften und Gerichte wird es jedoch insbesondere im Bereich möglicher Dilemma-Situationen von hoher Relevanz sein, wie man nachträglich feststellen kann, ob sich das autonome Fahrzeug in einer Dilemma-Situation befunden hat und warum das Fahrzeug ausgewichen oder weitergefahren ist. Dabei ist, unabhängig von der vorliegend favorisierten materiellrechtlichen Auflösung der Dilemma-Situationen über die Figur des erlaubten Risikos, insbesondere relevant, ob man die Komplexität der Dilemma-Situationen im Zusammenhang mit autonomen Fahrzeugen überhaupt über die Strengbeweismittel der Strafprozessordnung lösen kann. Im Ergebnis wird aufgezeigt, dass die heutzutage in der strafprozessualen Praxis häufig herangezogenen Zeugen- und Augenscheinsbeweise allein nicht ausreichen werden. Über diese wird man höchstens nachvollziehen können, wie sich das Fahrzeug verhalten hat, nicht jedoch, welche konkrete Situation es nunmehr wahrgenommen hat und aufgrund welcher Programmierung es eine Entscheidung getroffen hat. Insbesondere in Dilemma-Situationen muss aber aufgeklärt werden, ob eine solche überhaupt vorlag und ob der Hersteller die materiellrechtlichen Vorgaben bei der Programmierung berücksichtigt hatte. Diese Aufklärung muss schon im Ermittlungsverfahren über die Hinzuziehung besonders geschulter unfallanalytischer Sachverständiger erfolgen. Da es in Dilemma-Situationen zwangsläufig zu einer oder mehreren Rechtsgutsverletzungen kommen wird, ist die detaillierte Aufarbeitung mit besonders geschulten Sachverständigen zwingend notwendig. Zum einen ist dies notwendig, um die strafrechtliche Verantwortlichkeit des Herstellers zu begründen oder ausschließen zu können. Zum anderen ist dies notwendig, um den Geschädigten, Hinterbliebenen und der Öffentlichkeit das Verhalten des Fahrzeugs in der konkreten Situation nachvollziehbar erläutern zu können und somit die Akzeptanz autonomer Fahrzeuge zu erhöhen.The shift in the automotive industry from petrol engines to new forms of propulsion, especially electric motors, is only the first significant change for road transport in the future. Vehicles are already using several assistant systems today, which leads to an increasing automation of vehicles. As a consequence, on the one hand, the automation continuously improves road safety and, on the other hand, comfortably guides people through traffic. At the final level of automation, autonomous driving (level 5 of automation), the previous driver will ultimately become a passenger, who can no longer intervene in the driving process while the vehicle is in motion. This complete automation of vehicles can already be realised in a few years.
However, it is precisely this change from driver to passenger that makes autonomous driving such a legally controversial issue. If all occupants are merely passengers with no means of intervention, responsibility for the actions and reactions of the autonomous vehicle inevitably shifts to the manufacturers of such vehicles, and in particular to the people responsible for programming them. In the field of substantive criminal law, particular importance has been attached to dilemma situations in legal literature. Dilemma situations raise the question of how the vehicle will react when confronted with an unavoidable situation in which property damage or personal injury is inevitable. For example, how does the vehicle behave if a person has fallen on the road and the car can only avoid running them over by swerving onto the pavement, thereby running over a pedestrian?
Several comparable dilemma situations involving autonomous vehicles have already been analyzed in legal literature, usually with different legal outcomes. Since the different legal assessments will cause considerable uncertainty in the future, particularly for manufacturers of autonomous vehicles, this dissertation addresses the question of whether there can be a uniform substantive legal solution for all dilemma situations involving autonomous vehicles in road traffic. To this end, selected dilemma situations are first resolved in an individual analysis according to the scheme of facts, illegality and guilt in order to present the individual substantive legal issues on these three levels. After that, different uniform solution approaches for all dilemma situations are analysed. The result shows that the concept of permissible risk can be used to exclude criminal liability for the manufacturer at the level of facts and to eliminate legal uncertainties.
In a final step it will be discussed, what criminal procedure practice might look like around autonomous vehicles. Criminal procedure practice has been excluded from the literature so far, with the focus clearly on substantive criminal law. However, it will be highly relevant for public prosecutors and courts, particularly regarding possible dilemma situations, to determine retrospectively whether the autonomous vehicle was in a dilemma situation and why the vehicle swerved or continued driving. Regardless of the currently favoured substantive law resolution of dilemma situations via the concept of permissible risk, it is particularly relevant, whether the complexity of dilemma situations in connection with autonomous vehicles can be resolved at all, using the strict means of evidence provided by the German Criminal Procedure Code. The result shows that the witness and visual evidence frequently used in criminal proceedings today will not be sufficient on its own. At most, this evidence will make it possible to understand how the vehicle behaved, but not what specific situation it perceived and on the basis of which programming it made a decision. Especially in dilemma situations it must be clarified, whether such a situation actually existed and whether the manufacturer had taken the substantive legal requirements into account in the programming. This clarification must already be carried out during the investigation proceedings with the assistance of specially trained accident analysis experts. Since dilemma situations inevitably lead to one or more violations of legal rights, detailed analysis by specially trained experts is absolutely essential. On the one hand, this is necessary to establish or rule out the manufacturer's criminal liability. On the other hand, it is necessary to be able to explain the behaviour of the vehicle in the specific situation to the injured parties, surviving dependants and the public in a comprehensible manner, thereby increasing the acceptance of autonomous vehicles
Compact atom sources for optical frequency standards
No full textAtomic clocks are crucial for precise time dissemination, supporting industrial applications for navigation, telecommunication, the financial system, and the energy industry by ensuring accurate timekeeping and synchronization. At present, the best atomic clocks are based on optical transitions. Optical lattice clocks based on Yb or Sr achieve fractional frequency uncertainties in the low 10^(-18) regime. This remarkable accuracy allows resolving the gravitational redshift on the centimeter scale. This progress has driven the development of compact transportable optical lattice clocks, which are crucial for field- or even space applications. Especially for space operation, there is a critical need to minimize size, weight and power consumption of key components, particularly the source of laser-cooled atoms. Conventional atom sources for optical lattice clocks consist of an atomic oven with a high power consumption and a six-beam magneto-optical trap (MOT) that requires a large and complex optical setup.
This thesis addresses the technical challenges associated with the development of compact sources of laser-cooled alkaline-earth-like atoms by demonstrating a miniaturized atomic oven and a miniaturized MOT for Yb and Sr. The MOT generation is tested with three types of in-vacuum optical elements that generate all the required laser beams for three-dimensional trapping and cooling with only one single input beam. A quasi-monolithic aluminum structure generating a conventional MOT beam geometry that is called pyramid reflector is compared to a quasi-planar optical element called Fresnel reflector. Both are characterized and compared using the same high-flux Yb source. Particularly, two-stage cooling of a fermionic alkaline-earth-like atom in a non-conventional MOT configuration is performed for the first time, demonstrating the applicability of planar MOT optics in optical lattice clocks. Furthermore, a planar diffraction grating is combined with the miniaturized atomic oven inside a highly compact vacuum chamber. The atomic oven is based on a circular fused silica chip and is tested by loading an Yb MOT generated with the pyramid reflector and a Sr MOT generated with the diffraction grating. It requires less than 250 mW of electrical heating power to generate a MOT loading rate above 10^8 atoms/s with the pyramid reflector.
The presented components form a compact source of laser-cooled Yb or Sr atoms, and, when combined with a compact optical lattice setup, will serve as the basic building blocks of a future transportable optical lattice clock