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Understanding the nanoscale organization of natural killer cell receptor NKp30 at the single-molecule level
No full textHybrid methods for the Bus Driver Scheduling Problem
Full text linkThe Bus Driver Scheduling Problem (BDSP) is a combinatorial optimisation problem that involves assigning bus drivers to predetermined bus tours. The objective function takes into account the operational cost as well as driver satisfaction. This problem is heavily constrained due to stringent rules derived from laws and collective agreements. In the literature, many methods exist to solve variants of the problem, but often they do not optimally solve larger instances. This causes the need for new, efficient methods to solve large-scale problem instances. In this thesis, we focus on a challenging variant of this problem based on the Austrian collective agreement. This variant has been introduced recently in the literature, and exact and heuristic methods have been developed. While these approaches give very good results, optimal solutions have not yet been found for large instances.In this thesis, we proposed new metaheuristic approaches based on Tabu Search (TS) and Iterated Local Search (ILS). After thoroughly evaluating and comparing various algorithmic components, our experiments showed that TS scales very well to larger instances that are out of reach for exact methods. Then, we presented a comprehensive study of a Large Neighbourhood Search (LNS) framework that uses Branch and Price (B&P) or Column Generation (CG) for the repair phase to solve the BDSP. We studied several variants of the LNS, as well as a deeper integration of B&P and LNS, in which we store the generated columns from the subproblems, and reuse them for other subproblems or to find better global solutions. Our analysis shows that this strategy improves several best-known solutions even more than B&P or LNS on their own, constituting a new state-of-the-art solution for this problem. This idea has still not been intensively explored and can be applied to other scenarios or to other optimisation problems. Finally, we introduced an instance generator capable of producing new instances that are either synthetic or real-world-like. By doing so, we can expand the benchmark set of instances. Using those new instances in combination with the recently developed Instance Space Analysis (ISA) methodology, we gained insights into the strengths and weaknesses of our methods compared with the state-of-the-art algorithms
SMOVLab and integrated urban renewal: Urban revitalization and retrofitting using the example of the former SMOV building in Porto Alegre
No full textDie Forschung untersucht das Retrofit des ehemaligen Gebäudes der SMOV - Secretaria Municipal de Obras e Viação (Sekretariat für Bau- und Verkehrswesen) in Porto Alegre sowie die Revitalisierung seines städtischen Umfelds. Die zentralen Themen sind: (1) die Bereitstellung von leistbarem Wohnraum für sozial besonders verletzliche Gruppen; (2) die Reaktivierung des Stadtteils Praia de Belas, dessen urbane Vitalität durch die Dominanz von Verwaltungsgebäuden und durch Immobilienspekulation eingeschränkt ist; und (3) die adaptive Wiederverwendung ungenutzter öffentlicher Gebäude als zeitgenössische Retrofit-Strategie. Das Projekt SMOVLab untersucht die geografischen, historischen und städtebaulichen Grundlagen des Stadtteils und entwickelt Leitlinien für eine sozial vielfältige und ökologisch qualifizierte Transformation.Die brasilianische Wohnungskrise, geprägt von sozialer Ungleichheit und unzureichenden öffentlichen Politiken, betrifft sowohl die Peripherien als auch zentrale Stadtgebiete. In diesem Kontext zeigt sich die Gleichzeitigkeit von hoher baulicher Vakanz und erheblichem Wohnungsdefizit sowie von Verfall des Gebäudebestands und öffentlicher Räume. In Porto Alegre stehen der Druck des Immobilienmarkts auf zentrale Lagen und der gleichzeitige Leerstand öffentlicher Gebäude nebeneinander und tragen zu einem fragmentierten und sozial unausgewogenen Stadtmuster bei.Die urbane Revitalisierung bietet unter diesen Bedingungen die Möglichkeit, den Stadtraum aufzuwerten, das moderne bauliche Erbe zu erhalten und den Zugang zu Wohnraum zu erweitern. Das SMOV-Gebäude, errichtet in den 1960er-Jahren und repräsentativ für die modernistische Architektur, stellt aufgrund seiner Unterauslastung und der Gefahr einer spekulativen Umnutzung einen exemplarischen Fall dar.Ziel der Forschung ist es, die Umsetzbarkeit der Konversion des Gebäudes in sozialen Wohnraum anhand einer projektbasierten Fallstudie aufzuzeigen. Die Untersuchung folgt einem qualitativen und explorativen Ansatz, der Feldforschung, Dokumentenanalyse, Literaturrecherche und vergleichende Studien kombiniert.Die Ergebnisse zeigen, dass das Retrofit des SMOV die architektonische Identität des Gebäudes bewahrt und als Katalysator für die Reaktivierung des Stadtteils Praia de Belas wirkt. Die Einführung von Mischnutzungen und spezifischen Programmen erhöht die urbane Vitalität, diversifiziert die Nutzung und begünstigt ein zugängliches, aktives und sozial integriertes Umfeld. Damit leistet die Arbeit einen Beitrag zur Debatte über die Verbindung von sozial orientiertem Wohnbau und der Requalifizierung zentraler Stadtbereiche und schlägt ein zeitgemäßes Modell nachhaltiger und inklusiver Stadtentwicklung vor.The research examines the retrofit of the former building of the SMOV - Secretaria Municipal de Obras e Viação (Department of Public Works and Transportation) in Porto Alegre and the revitalization of its surrounding urban area. The central themes are: (1) the provision of affordable housing for socially vulnerable groups; (2) the reactivation of the Praia de Belas district, whose urban vitality is constrained by the predominance of administrative buildings and by real-estate speculation; and (3) the adaptive reuse of underutilised public buildings as a contemporary retrofit strategy. The SMOVLab project investigates the geographic, historical and urban foundations of the district and proposes guidelines for a socially diverse and environmentally responsive transformation.Brazil’s housing crisis, marked by social inequality and insufficient public policies, affects both peripheral and central urban areas. In this context, high vacancy rates coexist with a significant housing deficit, alongside the deterioration of the built fabric and of public space. In Porto Alegre, real-estate pressure on central areas coexists with underused public buildings, contributing to a fragmented and socially unbalanced urban pattern. Urban revitalisation, under these conditions, offers an opportunity to enhance public space, preserve modern architectural heritage and expand access to housing. The SMOV building — constructed in the 1960s and representative of modernist architecture — is an emblematic case due to its underuse and the risk of speculative redevelopment.The objective of the study is to demonstrate the feasibility of converting the building into social housing through a project-based case study. The research adopts a qualitative and exploratory approach, combining fieldwork, document analysis, literature review and comparative studies.The findings show that the retrofit of the SMOV preserves the building’s architectural identity and acts as a catalyst for the reactivation of the Praia de Belas district. The introduction of mixed uses and targeted programmes increases urban vitality, diversifies occupancy and supports an accessible, active and socially integrated environment. The study therefore contributes to the debate on the relationship between social housing and the regeneration of central urban areas, proposing a contemporary model of sustainable and inclusive urban development
How reliable are estimates of trace contaminants in rivers based on monthly grab samples?
No full textWeakly Supervised and Embedded Semantic Segmentation for Computer Aided Diagnostics
Full text linkDeep Neural Networks (DNNs) have achieved an exceptionally high level of accuracy in many tasks compared to the previous state-of-the-art (SOTA), thus enabling DNNs to be used for vision-based computer-aided diagnostics (CAD). They offer a great opportunity for physicians and patients. However, to ensure the real-world applicability of visionbased CAD systems, we need to address, on the one side, their dependence on huge pixel-wise annotated datasets, and, on the other side, the reduction of their dependence on expensive and energy-hungry hardware. The research community has published multiple works on weakly supervised semantic segmentation (WSSS), which allows the DNN to perform pixel-wise predictions while being trained on classification labels. However, their downside is reduced prediction quality, further emphasized by the fact that most WSSS research does not target medical applications. Nevertheless, the cost of deployment is another crucial factor in the real-world application of vision-based CAD systems. In computer vision, SOTA typically relies on powerful GPUs for deployment, whereas in the medical sector, the focus is on cost and ease of deployment. Therefore, developing efficient lightweight neural networks to meet the strict hardware limitations of target platforms is unavoidable. Although some work has already been dedicated to lightweight deployment, more efficient DNNs compressed enough to run on embedded platforms at the highest possible prediction quality are always welcome, even more so after the emergence of the transformer architecture.In this regard, this thesis tackles the above-discussed challenges by addressing the shortcomings of WSSS in the medical field and proposing model compression techniques targeted to achieve higher-quality prediction on systems that can run on embedded platforms. More specifically, this research improves the prediction quality of WSSS networks by proposing modules for improved boundary detection and various ensemble approaches. Moreover, this research proposes a comprehensive list of compression approaches to enable the embedded deployment of variations of the popular U-Net and U-Net-shaped transformers
Cultural spaces in an urban context: repurposing a detached house as a photography gallery in Graz
No full textDie vorliegende Diplomarbeit befasst sich mit der Umnutzung und Erweiterung eines derzeit leerstehenden Einfamilienhauses aus den 1970er Jahren im Grazer Bezirk Waltendorf zu einer Galerie für Fotografie mit integrierter Künstlerresidenz. Im Zentrum steht die Auseinandersetzung mit den räumlichen Anforderungen der Präsentation und Rezeption fotografischer Werke sowie deren architektonischer Übersetzung in den Bestand.Die Herausforderung besteht darin, das Bestandsgebäude, welches sich an der Grenze zum denkmalgeschützten Villenviertel am Ruckerlberg, weitgehend zu erhalten und zugleich eine neue Nutzung zu integrieren, die den spezifischen Bedingungen fotografischer Ausstellungspraxis gerecht wird. Neben der Integration der neuen Funktionen in die bestehende Struktur erfolgt eine Erweiterung in den Gartenbereich, wodurch zusätzliche Ausstellungsflächen entstehen, die gegebenenfalls auch Freiluftpräsentationen ermöglichen.Ziel des Entwurfs ist es, die bestehende Struktur mit neuen, zeitgemäßen Elementen zu kombinieren, um eine funktionale und ästhetisch ansprechende Umgebung für Kunstpräsentationen zu schaffen. Dabei liegt der Fokus auf der Gestaltung der Ausstellungsflächen, die sowohl im Innen- als auch im Außenbereich des Gebäudes entstehen. Im Rahmen des Entwurfsprozesses wurden relevante Gestaltungsprinzipien untersucht und adaptiert, wobei neben funktionalen, räumlichen und technischen Rahmenbedingungen auch über die konventionelle Ausstellungsgestaltung hinausgehende Aspekte von Bauplatz und Bestandsgebäude berücksichtigt wurden.Darüber hinaus befasst sich die Arbeit mit der Geschichte der Fotografie und ihrer Präsentationsformen, einschließlich der Entwicklung von Ausstellungen und Galerien. Durch die geplante Erweiterung der Nutzung in den Außenraum wird ein fließender Übergang zwischen Architektur und Natur geschaffen, der die Ausstellungsmöglichkeiten erweitert und eine besondere Atmosphäre für die Kunstbetrachtung bietet.This thesis focuses on the conversion and extension of a 1970s detached house in the district «Waltendorf» of Graz into a photography gallery with an integrated artist residence. The focus is on the spatial requirements for the presentation and reception of photographic works and their architectural translation into the existing building.The challenge lies in preserving as much as possible of the existing building, which is located on the border of the heritage-protected villa district on « Ruckerlberg ». In addition to integrating the new use into the existing building, an extension into the garden area will create additional exhibition space, which could also be used for open-air exhibitions.The aim of the design is to combine the existing structure with new, contemporary elements to create a functional and aesthetically appealing environment for art presentations. The focus here is on the design of the exhibition spaces, which will be created both inside and outside the building. As part of the design process, relevant design principles were examined and adapted, taking into account not only functional, spatial and technical conditions, but also aspects of the building site and the existing building that go beyond conventional exhibition design.In addition, the work deals with the history of photography and ist forms of presentation, including the development of exhibitions and galleries. The planned extension of use to the outdoor area will create a fluid transition between architecture and nature, expanding the exhibition possibilities and offering a special atmosphere for viewing art
Erweiterung von IgANets auf lokalisierte Materialeigenschaften in der Festkörpermechanik
No full textKlassische numerische Simulationsmethoden, darunter die Finite Elemente Methode (FEM), sind fest etabliert und bieten robuste, zuverlässige und genaue Lösungen für eine Vielzahl von technischen Problemen. Die isogeometrische Analyse (IGA) stellt einen bedeutenden Fortschritt dar, da sie die direkte Verwendung exakter Geometriebeschreibungen aus dem computergestützten Design (CAD) im Rahmen der Berechnung ermöglicht. Mit zunehmender Modellkomplexität und dem wachsenden Bedarf an schnellen Designiterationen können jedoch die Rechenkosten traditioneller FEM- und IGA-basierter Simulationen zu einer Einschränkung werden, insbesondere wenn nur kleine Designänderungen von Interesse sind. In solchen Szenarien sind schnelle und effiziente Lösungsmethoden erforderlich.Maschinelle Lernverfahren bieten eine vielversprechende Alternative, da sie eine schnelle Auswertung ähnlicher Probleme ermöglichen, sobald ein Modell passend trainiert wurde. Werden die zugrunde liegenden physikalischen Gesetze explizit in den Trainingsprozess integriert, spricht man von physics-informed machine learning, bei dem die physikalischen Grundlagen dem Modell als zusätzliche Information zur Verfügung gestellt werden.IGANets kombinieren die geometrische Genauigkeit und Glattheit der Basisfunktionen der isogeometrischen Analyse mit einem physics-infomed Netzwerk, wodurch exakte Darstellungen und physikalische Gesetze direkt in den Lösungsprozess einbezogen werden können. Dies führt zu einer effizienten Lösungsstrategie, die bereits erfolgreich an Problemen wie der Poisson-Gleichung und der linearen Elastizität mit homogenen Materialeigenschaften angewendet wurde und sowohl Genauigkeit als auch Recheneffizienz unter Beweis gestellt hat.Das Ziel dieser Arbeit ist es, IGANets auf mechanische Probleme mit inhomogenen Materialverteilungen auszuweiten. Die maßgeblichen mechanischen Gleichungen werden berücksichtigt und ein splinebasierter Ansatz zur Modellierung lokalisierter Materialeigenschaften innerhalb des IGANets-Frameworks entwickelt. Diese Implementierung wird anschließend auf ein Optimierungsproblem mit lokal variierendem Material angewendet. Ferner werden mehrere numerische Beispiele vorgestellt, um die Methode zu validieren und ihr Potenzial für die Optimierung einer lokal variierenden Materialverteilung aufzuzeigen. Die Ergebnisse bestätigen die Gültigkeit der Implementierung innerhalb eines eingeschränkten Anwendungsbereichs und zeigen, dass mechanische Probleme mit lokalisierten Materialeigenschaften mit angemessener Genauigkeit gelöst werden können. Darüber hinaus liefert das Optimierungsbeispiel physikalisch plausible Ergebnisse, dies unterstreicht die Anwendbarkeit des Ansatzes.Classical numerical simulation methods including the finite element method (FEM) are well established and provide robust, reliable, and accurate solutions for a wide range of engineering problems. Isogeometric analysis (IGA) represents a significant advancement by enabling the direct use of exact geometric descriptions from computer-aided design (CAD) within the analysis framework. However, with increasing model complexity and the growing need for rapid design iterations, the computational cost of traditional FEM- and IGA-based simulations can become restrictive, particularly when only small design modifications are of interest. In such scenarios, fast and efficient solution methods are essential.Machine learning techniques offer a promising alternative by enabling rapid evaluation of families of similar problems once a model has been trained. When the underlying physical laws are explicitly embedded into the training process, this approach results in physics-informed machine learning frameworks.IGANets combine the geometric accuracy and smoothness of isogeometric analysis with a physics-informed machine learning framework, enabling the direct incorporation of exact geometric representations and governing physical laws into the solution process. This results in a highly efficient solution strategy that has already been successfully applied to problems as is the case for the Poisson equation and linear elasticity with homogeneous material properties, demonstrating both accuracy and computational efficiency.The objective of this thesis is to extend IGANets to mechanical problems involving inhomogeneous material distributions. The mechanical governing equations are considered, and a spline-based approach for modelling localised material properties within the IGANets framework is developed. This implementation is subsequently applied to a multi-material optimisation problem.Several numerical examples are presented to validate the proposed method and to demonstrate its potential for multi-material optimisation. The results confirm the applicability within a limited range and show that mechanical problems with localised material properties can be solved with appropriate accuracy. Furthermore, the optimisation examples yield physically reasonable results, highlighting the usability of the approach
Design by Analysis for Pressure Equipment – Creep Strain Check Based on Simulations with Sine Hyperbolic Creep Constitutive Law
No full textWerden Druckgeräte bei hohen Temperaturen betrieben, sind Kriechnachweise erforderlich. Die hierfür maßgebliche harmonisierte Norm für unbefeuerte Druckgeräte EN13445-3 enthält im Anhang B analytische Zulässigkeitsnachweise für den Zeitstandbereich. Diese basieren auf vereinfachten FE-Modellen und sind für komplexere Problemstellungen mit einer Kombination unterschiedlicher Werkstoffe sowie variabler Lastverläufe nur eingeschränkt praktikabel. Vor diesem Hintergrund wird in der vorliegenden Arbeit ein alternativer Kriechdehnnachweis basierend auf einem Sinus-hyperbolicus-Kriechgesetz unter Verwendung der Finite-Elemente-Methode untersucht. Der Nachweis erfolgt mittels der Duktilitätserschöpfungsregel, wobei die in der Simulation ermittelten Kriechdehnungen den zulässigen Kriechdehngrenzen gegenübergestellt werden, die aus der Auslegung nach Formeln gemäß EN13445-3 abgeleitet werden. In dieser Arbeit wird die Nachweismethode beschrieben und anhand ausgewählter Beispiele demonstriert, um einen praxisnahen Ansatz für simulationsgestützte Kriechdehnnachweise zu entwickeln.When pressure vessels are operated at elevated temperatures, creep assessments are required. The relevant harmonized standard for unfired pressure vessels, EN13445-3, provides analytical admissibility checks for the creep regime in Annex B. These checks are based on simplified finite element models and are only of limited applicability for more complex problems involving combinations of different materials as well as variable loading histories. Against this background, the present work investigates an alternative creep strain assessment based on a Sinus-hyperbolicus creep law using the finite element method. The verification is performed by means of the ductility exhaustion rule, whereby the creep strains obtained from the simulations are compared with the allowable creep strain limits derived from design by formula according to EN13445-3. The assessment method is described and demonstrated by selected examples in order to develop a practical approach for simulation-based creep strain assessment