Universität der Bundeswehr München: AtheneForschung
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Towards a Network-based Approach for Smartphone Security
Get PDFSmartphones have become an important utility that affects many aspects of our daily life. Due to their large dissemination and the tasks that are performed with them, they have also become a valuable target for criminals. Their specific capabilities and the way they are used introduce new threats in terms of information security. The research field of smartphone security has gained a lot of momentum in the past eight years. Approaches that have been presented so far focus on investigating design flaws of smartphone operating systems as well as their potential misuse by an adversary. Countermeasures are often realized based upon extensions made to the operating system itself, following a host-based design approach. However, there is a lack of network-based mechanisms that allow a secure integration of smartphones into existing IT infrastructures. This topic is especially relevant for companies whose employees use smartphones for business tasks. This thesis presents a novel, network-based approach for smartphone security called CADS: Context-related Signature and Anomaly Detection for Smartphones. It allows to determine the security status of smartphones by analyzing three aspects: (1) their current configuration in terms of installed software and available hardware, (2) their behavior and (3) the context they are currently used in. Depending on the determined security status, enforcement actions can be defined in order to allow or to deny access to services provided by the respective IT infrastructure. The approach is based upon the distributed collection and central analysis of data about smartphones. In contrast to other approaches, it explicitly supports to leverage existing security services both for analysis and enforcement purposes. A proof of concept is implemented based upon the IF-MAP protocol for network security and the Google Android platform. An evaluation verifies (1) that the CADS approach is able to detect so-called sensor sniffing attacks and (2) that reactions can be triggered based on detection results to counter ongoing attacks. Furthermore, it is demonstrated that the functionality of an existing, host-based approach that relies on modifications of the Android smartphone platform can be mimicked by the CADS approach. The advantage of CADS is that it does not need any modifications of the Android platform itself
Mehrdienstfähiges Antennendiversity für den mobilen Satellitenrundfunkempfang
Get PDFIn dieser Arbeit wird ein Satellitenradio-Diversitysystem untersucht und aufgebaut, welches unter Verwendung mehrerer Antennensignale eine Empfangsverbesserung in Szenarien mit Mehrwegeausbreitung ermöglicht. Dieses Schalt-Phasen-Diversitysystem erlaubt die Auswahl und Überlagerung von Antennensignalen in einem einfachen Gesamtsystem, so dass nur ein Antennenkabel eine solche Diversity-Antenne mit einem Empfänger verbindet. Dabei erfolgt die Berechnung der optimalen Überlagerung alleine aus Pegelmesswerten. Besonderer Schwerpunkt der Arbeit ist neben der mathematischen Analyse der Randbedingungen der Einsetzbarkeit die Realisierung eines Demonstrators, welcher bei europäischen wie auch amerikanischen Satellitenradio-Frequenzen verwendbar ist. Dies wird erreicht durch die Verwendung von neu aufgebauten Phasenschiebern mit einstellbarem frequenzunabhängigem Phasenhub innerhalb einer relativen Bandbreite von nahezu 8 % sowie mit Hilfe einer Pegelmessschaltung, welche durch die Verwendung digitaler Signalverarbeitung flexibel reprogrammierbar und somit ohne Änderung der Hardware bei unterschiedlichen Unterbandstrukturen anwendbar ist. Aus der Analyse der Randbedingungen des zugrunde liegenden Diversity-Algorithmus erfolgt die Erstellung einer Systemspezifikation. Diese legt besonderes Augenmerk auf die erforderliche Pegelmessgenauigkeit zur Sicherstellung einer konstruktiven Signalüberlagerung. Des Weiteren werden Fehlerkorrekturmaßnahmen vorgestellt und implementiert, welche bei real aufgebauten Systemen unvermeidbare Fehlergrößen reduzieren. Zahlreiche Messungen mit aufgezeichneten Satellitensignalen belegen die eindrucksvolle Reduzierung der Signalausfallzeiten mit Hilfe des Diversitysystems. Dies wird mit demselben Hardwaredemonstrator sowohl für das europäische, als auch für das amerikanische Satellitenradioband gezeigt. Auch die Wirksamkeit der Fehlerkorrekturmaßnahmen wird messtechnisch belegt. Die erarbeitete Spezifikation des Diversity-Systems wird schließlich angewandt zur Erstellung und Untersuchung eines Blockschaltbilds für einen integrierten Diversity-Schaltkreis. Berechnungen der erwarteten Linearität, der Rauschzahl und des Gewinns dieses integrierten Schaltkreises zeigen dessen Einsetzbarkeit in kompakten Diversity-Antennen.In this thesis an antenna diversity system for the reception of satellite radio signals is analyzed and a hardware demonstrator is constructed. This diversity system allows for the significant improvement of audio availability in severe multipath fading scenarios by means of switching and superposition of antenna signals. Due to the simplicity of the diversity circuit it only requires a single rf-cable to connect the diversity antenna module to the receiver. The optimal superposition is calculated solely from level measurement results. Emphasis is put on the mathematical analysis of the properties and constraints of the diversity algorithm as well as on the realization of a hardware demonstrator. This system demonstrator allows for the optimization of satellite signals in the European as well as in the American satellite radio frequency band. In order to achieve this phase-shifters with a switchable frequency-independent phase-shift over a relative bandwidth of almost 8 % have been created as well as an easily reprogrammable level detection circuitry using digital signal processing for level measurements of different sub-band structures. Results from the analysis of the diversity algorithm are used to create a system specification particularly with respect to the level detection accuracy so that a constructive superposition of antenna signals is ensured. Furthermore correction algorithms are presented and implemented which correct unavoidable remaining imperfections of realized hardware systems. A multitude of measurements is presented to proof the significant reduction of audio mutes achieved with the same diversity system demonstrator in both European and American satellite radio bands. Also the effectiveness of the presented correction algorithms is shown with such measurements. The designed system specification is applied to create and analyze a block diagram of an integrated diversity circuit. Calculations of the expected linearity, noise figure, and gain of the integrated circuit show its applicability in compact diversity antennas
Alienated Help : Biographies of the long-term unemployed between coping with life devoid of borders and professional employment services
Get PDFTrotz vielfacher politischer Bemühungen erweist sich die Gruppe der sog. Langzeitarbeitslosen in der Bundesrepublik Deutschland als verfestigte Größe, die weitgehend alle Integrationsbemühungen in den Arbeitsmarkt zu ignorieren scheint. Umso intensiver wird auf der Seite der Vermittlungsbehörden nach "passgenauen" Hilfen gesucht, welche sich einerseits an die sozialstaatliche Individualisierungslogik anpassen und andererseits eine Bedarfsfeststellung über immer detaillierte, ökonomisierte Verfahrensabläufe vornehmen. Soziale Arbeit wird im Handlungsfeld der Arbeitsvermittlung zunehmend als Profession adressiert, um etwa sog. "Vermittlungshemmnisse" abzubauen und somit die jeweilige "Beschäftigungsfähigkeit" zu erhöhen. Sie steht dabei im Konflikt zwischen den heterogenen Bedürfnissen der KlientInnen als häufig fremdbestimmte Akteure im Vermittlungsregime und den Anweisungen und Logiken der Arbeitsvermittlung und Sozialpolitik, die gebündelt im Begriff „Aktivierung“ auftauchen.
Die vorliegende Arbeit untersucht mithilfe narrativ-biographischer Interviews, innerhalb welcher Prozesslinien Langzeitarbeitslose ihre Lebenslage rekonstruieren und klärt dabei u.a. die Frage, in welcher Weise soziale Hilfe aus Sicht der AdressatInnen gestaltet werden kann. Dabei wird deutlich, dass jene komplexe Lebenslage Erfahrungen des Verlusts berufsbiographischer Handlungsfähigkeit verdichtet, die sich biographisch als „Entfremdung“ niederschlagen. Anhand des Verlaufskurvenkonzeptes wird nachgezeichnet, wie sich Potentiale des Erleidens über Transformationsbewegungen verstetigen, die maßgeblich über das Handeln der Arbeitsvermittlung gesteuert werden: Arbeitslosigkeit in ihrer biographisch-verfestigten Form wird demnach durch die sozialstaatlichen Vermittlungsbemühungen nicht bearbeitet, sondern – im Gegenteil – erst generiert. Subjektive Verarbeitungsmodi und Formen sozialer Unterstützung lassen sich zwar auf sozialräumlicher Ebene als Aufbau „kreativer Inseln“ sowie in Organisationsformen der Selbsthilfe und Vernetzung erkennen, jedoch sind diese Hilfe- und Bewältigungskulturen nur selten mit den Deutungsmustern des Vermittlungsregimes vereinbar. So bilden sich immer wieder Konfliktfelder in einer asymmetrischen Interaktionsgestaltung, die zum einen die Aushandlung adressatInnenzentrierter Hilfepläne behindern und zum anderen die jeweilige „Beschäftigungsfähigkeit“ immer wieder neu vermessen: Einschränkungen in den sog. beruflichen Sekundärkompetenzen bis hin zu Krankheitsformen schmälern als Akzeptanzdefizite immer weiter die Zugangsmöglichkeiten zum Arbeitsmarkt, so dass eine Vermittlung in biographisch-passende Formen von Erwerbsarbeit immer unwahrscheinlicher wird.
Mithilfe kritischer Hinsichten auf das „arbeitsnehmerInnenorientiere Integrationskonzept“ der Bundesagentur für Arbeit werden lang- wie auch kurzfristige Reformvorschläge für die Architektur einer Arbeitsvermittlung präsentiert, die die selbstbestimmte Einbindung Sozialer Arbeit zulässt. Neue Handlungsansätze werden u.a. als Konzept der „akzeptanzorientierten Hilfe bei Arbeitslosigkeit“ diskutiert.In spite of multiple political efforts the group of the so-called long-term unemployed in Germany seems to be a constant that widely ignores all integration efforts in the labour market. All the more employment agencies are searching for "custom-fit" helping strategies which on the one hand adapt to the social-state individualization logic and assess the needs oft the clients by detailed, economised procedures. So Social Work as an employment service has to remove the individual so-called „labor market placement obstacles“ and to enhance the employability. In the process it has to handle the conflict between the various needs of its clients as often other-directed actors in the employment regime and the instructions and logics of the employment agencies and social politics clustered in the concept "Activation". With the help of narrative-biographical interviews, the present work examines within which process lines the long-term unemployed reconstruct their situation and resolves the question how social help can be formed from the point of view of the addressees. The results of this research show that their complicated situation condenses experiences of the loss of occupational biographical ability to act which are reflected biographically as „alienation". By using the trajectory concept it can be illustrated how potentials of suffering are dynamised by transformations which are significantly induced by the employment agencies: Therefore, unemployment in its biographical form is not finished by the social-state employment management, but – on the contrary – it is generated. Subjective coping strategies and forms of social support reveal „creative pockets“ as appropriate social environments, self-help organisations and social networks. However, these help and coping cultures are incompatible with the logics of the employment regime. In this way areas of conflict accumulate in an asymmetrical interaction process which on the one hand interfere with the negotiation of addressee-centred help plans and on the other hand repeatedly measure the respective "employability" anew: Restrictions in the so-called secondary competences to the point of illness increasingly impair the access chances to the labour market as acceptance deficits, so that getting a biographically suitable job becomes highly unlikely.
With the help of a critical analysis of the „arbeitsnehmerInnenorientiere Integrationskonzept“ of the federal agency for work long-term as well as short-term reform proposals are presented in order to design an employment system which admits the self-determined integration of Social Work, for example new approaches like the „acceptance-oriented help on unemployment“
Entwicklung und Einführung von Produktionssteuerungsverbesserungen für die kundenorientierte Halbleiterfertigung
Get PDFProduction control in a semiconductor production facility is a very complex and timeconsuming task. Different demands regarding facility performance parameters are defined by customer and facility management. These requirements are usually opponents, and an efficient strategy is not simple to define. In semiconductor manufacturing, the available production control systems often use priorities to define the importance of each production lot. The production lots are ranked according to the defined priorities. This process is called dispatching. The priority allocation is carried out by special algorithms. In literature, a huge variety of different strategies and rules is available. For the semiconductor foundry business, there is a need for a very flexible and adaptable policy taking the facility state and the defined requirements into account. At our case the production processes are characterized by a low-volume high-mix product portfolio. This portfolio causes additional stability problems and performance lags. The unstable characteristic increases the influence of reasonable production control logic. This thesis offers a very flexible and adaptable production control policy. This policy is based on a detailed facility model with real-life production data. The data is extracted from a real high-mix low-volume semiconductor facility. The dispatching strategy combines several dispatching rules. Different requirements like line balance, throughput optimization and on-time delivery targets can be taken into account. An automated detailed facility model calculates a semi-optimal combination of the different dispatching rules under a defined objective function. The objective function includes different demands from the management and the customer. The optimization is realized by a genetic heuristic for a fast and efficient finding of a close-to-optimal solution. The strategy is evaluated with real-life production data. The analysis with the detailed facility model of this fab shows an average improvement of 5% to 8% for several facility performance parameters like cycle time per mask layer. Finally the approach is realized and applied at a typical high-mix low-volume semiconductor facility. The system realization bases on a JAVA implementation. This implementation includes common state-of-the-art technologies such as web services. The system replaces the older production control solution. Besides the dispatching algorithm, the production policy includes the possibility to skip several metrology operations under defined boundary conditions. In a real-life production process, not all metrology operations are necessary for each lot. The thesis evaluates the influence of the sampling mechanism to the production process. The solution is included into the system implementation as a framework to assign different sampling rules to different metrology operations. Evaluations show greater improvements at bottleneck situations. After the productive introduction and usage of both systems, the practical results are evaluated. The staff survey offers good acceptance and response to the system. Furthermore positive effects on the performance measures are visible. The implemented system became part of the daily tools of a real semiconductor facility.Produktionssteuerung im Bereich der kundenorientierten Halbleiterfertigung ist heutzutage eine sehr komplexe und zeitintensive Aufgabe. Verschiedene Anforderungen bezüglich der Fabrikperformance werden seitens der Kunden als auch des Fabrikmanagements definiert. Diese Anforderungen stehen oftmals in Konkurrenz. Dadurch ist eine effiziente Strategie zur Kompromissfindung nicht einfach zu definieren. Heutige Halbleiterfabriken mit ihren verfügbaren Produktionssteuerungssystemen nutzen oft prioritätsbasierte Lösungen zur Definition der Wichtigkeit eines jeden Produktionsloses. Anhand dieser Prioritäten werden die Produktionslose sortiert und bearbeitet. In der Literatur existiert eine große Bandbreite verschiedener Algorithmen. Im Bereich der kundenorientierten Halbleiterfertigung wird eine sehr flexible und anpassbare Strategie benötigt, die auch den aktuellen Fabrikzustand als auch die wechselnden Kundenanforderungen berücksichtigt. Dies gilt insbesondere für den hochvariablen geringvolumigen Produktionsfall. Diese Arbeit behandelt eine flexible Strategie für den hochvariablen Produktionsfall einer solchen Produktionsstätte. Der Algorithmus basiert auf einem detaillierten Fabriksimulationsmodell mit Rückgriff auf Realdaten. Neben synthetischen Testdaten wurde der Algorithmus auch anhand einer realen Fertigungsumgebung geprüft. Verschiedene Steuerungsregeln werden hierbei sinnvoll kombiniert und gewichtet. Wechselnde Anforderungen wie Linienbalance, Durchsatz oder Liefertermintreue können adressiert und optimiert werden. Mittels einer definierten Zielfunktion erlaubt die automatische Modellgenerierung eine Optimierung anhand des aktuellen Fabrikzustandes. Die Optimierung basiert auf einen genetischen Algorithmus für eine flexible und effiziente Lösungssuche. Die Strategie wurde mit Realdaten aus der Fertigung einer typischen hochvariablen geringvolumigen Halbleiterfertigung geprüft und analysiert. Die Analyse zeigt ein Verbesserungspotential von 5% bis 8% für die bekannten Performancekriterien wie Cycletime im Vergleich zu gewöhnlichen statischen Steuerungspolitiken. Eine prototypische Implementierung realisiert diesen Ansatz zur Nutzung in der realen Fabrikumgebung. Die Implementierung basiert auf der JAVA-Programmiersprache. Aktuelle Implementierungsmethoden erlauben den flexiblen Einsatz in der Produktionsumgebung. Neben der Fabriksteuerung wurde die Möglichkeit der Reduktion von Messoperationszeit (auch bekannt unter Sampling) unter gegebenen Randbedingungen einer hochvariablen geringvolumigen Fertigung untersucht und geprüft. Oftmals ist aufgrund stabiler Prozesse in der Fertigung die Messung aller Lose an einem bestimmten Produktionsschritt nicht notwendig. Diese Arbeit untersucht den Einfluss dieses gängigen Verfahrens aus der Massenfertigung für die spezielle geringvolumige Produktionsumgebung. Die Analysen zeigen insbesondere in Ausnahmesituationen wie Anlagenausfällen und Kapazitätsengpässe einen positiven Effekt, während der Einfluss unter normalen Produktionsbedingungen aufgrund der hohen Produktvariabilität als gering angesehen werden kann. Nach produktiver Einführung in einem typischen Vertreter dieser Halbleiterfabriken zeigten sich schnell positive Effekte auf die Fabrikperformance als auch eine breite Nutzerakzeptanz. Das implementierte System wurde Bestandteil der täglichen genutzten Werkzeuglandschaft an diesem Standort
Analysis of a Nonlinear Boundary Value Problem with Application to Heat Transfer in Electric Cables
Get PDFIn der vorliegenden Dissertation werden Verfahren zur kontrollierten Modellreduktion des Wärmetransports in elektrischen Leitern entwickelt. Eine typische Reduktionsmethode besteht darin, das zeitabhängige Wärmeleitungsproblem für große Zeiten durch ein stationäres zu ersetzen. Eine weitere Methode vereinfacht das dreidimensionale Randwertproblem in einem zylindrischen Leiter zu einem Problem auf dem zweidimensionalen Querschnitt des Leiters. Diese Reduktionsmethoden werden jedoch oft ohne eine Kenntnis des auftretenden Fehlers angewendet. Daher untersuchen wir die Konvergenz der Lösung des vollen Wärmeleitungsproblems gegen die Lösung eines stationären auf dem Leiterquerschnitt definierten Randwertproblems. Diese Abschätzungen wenden wir auf ein elektrisches Kabel an und identifizieren die zunächst abstrakt bestimmten Approximationsfehler mit konkreten physikalischen Größen. Danach verwenden wir nichtlineare Randintegralmethoden auf mehrfach zusammenhängenden Gebieten um das reduzierte Modell auszuwerten. Zusätzlich zur kontrollierten Modellreduktion liefern die theoretischen Untersuchungen Ergebnisse von praktischer Relevanz. So implizieren z.B. die Bedingungen für die Existenz und Eindeutigkeit des vollen Wärmeleitungsproblems, dass ab einer hinreichen hohen Stromstärke keine endliche Temperatur mehr erreicht wird. Dies wird durch die Unterscheidung subresonanter und resonanter Zustände semilinearer elliptischer Gleichungen beschrieben. Die Analyse des Querschnittsproblems durch Randintegralgleichungen liefert wiederum eine geometrische Eigenschaft von mehrfach zusammenhängenden Gebieten - die Dämpfungseigenschaft. Diese Eigenschaft kann als eine natürliche Eigenschaft von Isolierungen interpretiert werden und ist wesentlich für die Konvergenz der Fixpunktiteration im mehrfach zusammenhängenden Fall
Verhaltensanalyse der Beanspruchung des Operateurs in der Multi-UAV-Führung
Get PDFDiese Dissertation beschäftigt sich mit der experimentellen Stimulation, Beobachtung und Messung, sowie der Modellierung von Verhalten, insbesondere sogenannter selbstadaptiver Strategien, von multi-UAV-Bedienern in Aufgabensituationen mit hoher Arbeitsbelastung.
Dabei gelingt es, Mitigationsstrategien von Piloten unter hoher „Workload“ quantitativ zu erfassen und zu beschreiben. Dies ist ein Beitrag zur automatisierten Erkennung von Überforderungssituationen im Cockpit im Hinblick auf die Weiterentwicklung von Assistenzsystemen. Die zentralen Aspekte der Arbeit sind dabei:
1. die systematische Ableitung eines Konzepts zur Überforderungserkennung auf der Basis von Interaktionsbeobachtungen (manuelle und visuelle Interaktionen, d.h. Blickbewegungsmessung) und Verhaltensmodellen als Teilkomponente wissensbasierter, adaptiver Operateurassistenzsysteme ;
2. der Aufbau und die Durchführung komplexer Mensch-Maschine-Experimente in der virtuellen Echtzeit-Simulation einer Manned-unmanned Teaming Mission (d.h. Führung mehrerer UAVs aus dem Cockpit eines bemannten Hubschraubers) mit dem Ziel der Provokation selbstadaptiver Verhaltensstrategien durch hohe Arbeitsbelastung, welche dann als Indikator der subjektiven Beanspruchung und der damit letztlich auch der Überforderung herangezogen werden können, und der quantitativen und objektiven Messung entsprechender Verhaltensparameter zur anschließenden Beschreibung der Beobachtungen;
3. die geschlossene Rechnermodellierung entsprechend gemessener Verhaltens- bzw. Interaktionsmuster mit Hilfe von Hidden-Markov-Modellen sowie deren Validierung durch die automatische Erkennung von Aufgabenkontexten und Unteraufgaben anhand beobachteter Interaktionssequenzen.
Die Dissertation beschreibt dazu die zu Grunde liegende Theorie der wissensbasierten Assistenzsysteme, der adaptiven Automation und die state-of-the-art Methoden zur Bestimmung subjektiver Beanspruchung. Der erarbeitete Konzeptansatz, die experimentellen Resultate und die entwickelten maschinellen Lernverfahren liefern die konzeptionellen, methodischen und algorithmischen Grundlagen für eine automatisierte Systemkomponente eines wissensbasierten, adaptiven Assistenzsystems, welches in der Lage ist, durch reine Verhaltensbeobachtung die Aufgabe und drohende Überforderungssituationen zu erkennen. Damit ist in dieser Arbeit der grundsätzliche Machbarkeitsnachweis für eine derartige maschinelle Fähigkeit gelungen. Das wesentliche erfahrungswissenschaftliche Resultat der Arbeit ist die Beobachtung, dass Piloten bei der multi-UAV-Führung nicht, wie zunächst zu erwarten, auf extreme Belastungssituationen mit einem massiven Anstieg der subjektiven Beanspruchung reagieren, welches dann gegebenenfalls zu deutlichen Leistungseinbrüchen führen könnte, sondern mit aufgabenspezifischen, selbstadaptiven Strategien die drohende Überforderungssituation möglichst weit hinausschieben. Die Registrierung dieser Verhaltensmuster erlaubt somit die proaktive Erkennung von Überforderung
Environment Perception for Driver Assistance Systems Using Hierarchical Occupancy Grids
Get PDFDie Zahl der im Straßenverkehr Verunglückten in Deutschland ist rückläufig. Die Fahrzeughersteller tragen ihren Teil zur Sicherheit im Straßenverkehr bei, indem sie Fahrern immer komplexere Fahrerassistenz- und Sicherheitssysteme anbieten, um sicher und entspannt ans Ziel zu kommen. Für moderne Fahrerassistenzsysteme ist eine zuverlässige und umfassende Umgebungserfassung unerlässlich. Um möglichst viele unterschiedliche Systeme mit einer gemeinsamen Umgebungserfassung bedienen zu können, ist es notwendig, dass diese eine möglichst sensorunabhängige, anwendungsübergreifende, konsistente und umfassende Repräsentation der Umgebung liefert. Belegungskarten ermöglichen die Analyse von Freiraum, die Fahrbahnverlaufsschätzung, die Detektion bewegter Objekte und die Selbstlokalisierung. In dieser Arbeit wird daher eine dreidimensionale Belegungskarte zur Umgebungsmodellierung für Fahrerassistenzsysteme eingesetzt. Um den effizienten Einsatz von dreidimensionalen Karten zu ermöglichen wird ein Verfahren vorgestellt, mit dem sich der Detaillierungsgrad der Umgebungsmodellierung dynamisch und anwendungsgesteuert anpassen lässt. Um die Umgebungserfassung zu vervollständigen wird sowohl die rasterbasierte Selbstlokalisierung in zwei und drei Dimensionen als auch die Detektion und Verfolgung bewegter Objekte behandelt. Als weitere Anwendungen für die vorgeschlagene Umgebungsrepräsentation werden eine Laserscanner-basierte Höhenschätzung für Brücken und eine Parklückendetektion und -vermessung beschrieben und evaluiert.The number of casualties from road traffic is decreasing in Germany. Vehicle manufacturers contribute to safety by providing drivers with more and more complex driver assistance and safety systems, making driving safer and more relaxing. A reliable and comprehensive environment perception is essential for modern driver assistance systems. To support as many different applications as possible with a single environment representation, a sensor-independent and application-independent consistent environment representation must be applied. Occupancy grids enable free space analysis, road course estimation, detection of moving objects and self-localization among other things. Therefore, this thesis uses a three-dimensional occupancy grid to model the environment for driver assistance systems. To allow for an efficient application of three-dimensional occupancy grids, a dynamic method to control the occupancy grid detail level is proposed. The desired resolution is controlled by the applications. To complete the environment perception, a grid-based simultaneous self-localization and mapping approach for two and three dimensions as well as the detection and tracking of moving objects are described and evaluated. In addition, exemplary applications for the proposed environment representation are characterized and analyzed: lidar-based height estimation for bridges and parking spot detection and measuring
Orientierung von Bildverbänden mit großer Basis
Get PDFDie 3D Modellierung von urbanen Regionen und die Bestimmung von Höhen- und Landschaftsmodellen ist für Städteplanung, Tourismus, sowie Einsatzplanung von Spezialeinheiten des Militärs und der Polizei von zunehmender Bedeutung. Digitale Bilder stellen aufgrund der niedrigen Kosten für Kameras und Speichermedien eine leicht verfügbare, massentaugliche Datenquelle dar. Der technische Aufwand zur Generierung der Bilder ist bei Bodenaufnahmen gering. Unter Verwendung von kleinen leichten unbemannten Flugsystemen (Unmanned Aircraft Systems – UAS) können auch Luftaufnahmen vergleichsweise einfach gewonnen werden. Koch et al. (1999); Pollefeys et al. (2000, 2004, 2008) haben gezeigt, dass unter ausschließlicher Verwendung digitaler Fotos und Methoden aus Photogrammetrie und Computer Vision eine 3D Rekonstruktion mit hohem Detaillierungsgrad möglich ist. Die Grundlage dafür bilden Verfahren zur Bildzuordnung, welche die relative Orientierung von Bildern ermöglichen. In dieser Dissertation wird untersucht, wie die Robustheit der Bildzuordnung erhöht werden kann, um auch für Bildmengen mit großer Basis und ohne größere einschränkende Annahmen, die genaue Orientierung für eine detaillierte 3D Rekonstruktion bestimmen zu können. Dazu werden bestehende Methoden hinsichtlich ihrer Robustheit gegen verschiedene Störeinflüsse untersucht. Basierend auf den daraus resultierenden Erkenntnissen wird ein neues Verfahren zur robusten Bildzuordnung FASIAM – (Fast Accurate Scale Invariant Affine Matching) präsentiert und in ein Gesamtsystems zur 3D Rekonstruktion integriert. Zur Verifikation der Robustheit des Verfahrens werden Tests mit den Bilddatensätzen der Visual Geometry Group (2003) Oxford durchgeführt und mit Ergebnissen gängiger Verfahren verglichen. Das Gesamtsystem wird mittels größerer realistischer freihändig oder von kleinen UAS aus aufgenommenen Bildmengen getestet. Zudem wird untersucht, ob und mit welcher Genauigkeit absolute Orientierungen auf der Grundlage von verhältnismäßig ungenauen GPS-Messungen bestimmt werden können. Abschließend erfolgen eine Bewertung der Ergebnisse und ein Ausblick auf mögliche künftige Nutzungen und Weiterentwicklungen
Pascals Kunst zu überzeugen : Geist und Wirkung der Mathematischen Logik in den Briefen in die Provinz
Get PDFDie bis in unsere Tage reichende Präsenz der "Briefe in die Provinz" von Blaise Pascal (1623 - 1662) gab Anlass, diese Streitschriften hinsichtlich eines ihnen zugrunde liegenden methodischen Verfahrens zu untersuchen, das auf den Grundregeln der von Pascal betriebenen Mathematischen Logik beruht und das den nachhaltigen Erfolg der "Briefe in die Provinz" erklärt
Ein isopyknisches numerisches Modell zur Simulation von Flüssigschlickdynamiken
Get PDFThe progressive extension and development of coastal waterways has led to an increase in siltation and formation of fluid mud in sections of estuarine shipping channels, ports and port approaches over the past decades. The need for a better understanding and a profound knowledge of fluid mud dynamics has increased so that it is necessary to develop new maintenance strategies and renaturation measures in estuaries as well as optimize existing ones. Numerical simulations contribute to the evaluation of such strategies. For that reason, the aim of this thesis is to enable the numerical simulation of fluid mud dynamics. Fluid mud forms by building up a structure of aggregates in regions in which there is an increasing accumulation of cohesive sediments. Although the water content of the high-concentration suspension can be very high, the flow behavior changes from Newtonian to non-Newtonian. However, most of the current established hydrodynamic numerical models solve the shallow water equations with a Newtonian assumption. A standard numerical model approach for the Reynolds-averaged Navier-Stokes equations is therefore extended in this thesis to cover the simulation of non-Newtonian behavior. The developments are based on an existing numerical model in isopycnal coordinates. A vertical resolution by isopycnal layers - layers of constant density - is pursued as the flow can be strongly stratified in systems of high-concentration suspensions. In addition, sharp density gradients characterize the transitional area of fluid mud and water body. The isopycnal discretization enables a vertically resolved simulation of the velocity and density distribution inside the fluid mud body. The isopycnal layers interact due to momentum transfer, mass transfer and interfacial shear stresses. Advective and gravitational transport, mixing and settling of cohesive sediment suspensions are realized by changes in the isopycnal layer thicknesses as each layer represents a suspension with a specific sediment concentration. The vertical transport rates are determined by parameterizations of transport subprocesses and lead to variations in the layer thicknesses. The rheology of fluid mud is dominated by the break-up and recovery of the internal structure in response to shear impact (non-Newtonian behavior). A time- and space-dependent rheological viscosity is therefore introduced into the internal stress terms for the simulation of the rheological behavior of fluid mud. Applications to schematic and realistic model domains demonstrate the abilities and performance of the extended isopycnal numerical model for the simulation of fluid mud dynamics such as simulation of fluid mud influenced by tidal currents.In den letzten Jahrzehnten hat der fortschreitende Ausbau von Seeschifffahrtsstraßen zu einer Zunahme der Verschlickung und Entstehung von Flüssigschlick in Bereichen der ästuarinen Schifffahrtstraßen, Häfen und Hafeneinfahrten geführt. Der Bedarf an fundierten Kenntnissen über die Flüssigschlickdynamik wächst, um neue Unterhaltungsstrategien und Renaturierungsmaßnahmen in Ästuaren zu entwickeln und bestehende zu optimieren. Numerische Modelle dienen als Werkzeug zur Beurteilung dieser Strategien und Maßnahmen. Ziel der vorliegenden Arbeit ist daher, die numerische Simulation der Dynamik von Flüssigschlick zu ermöglichen. Flüssigschlick entsteht in Bereichen erhöhter Akkumulation von kohäsiven Sedimenten. Diese bilden Aggregate und führen zum Aufbau einer inneren Struktur, mit der sich das Fließverhalten der hochkonzentrierten Schlicksuspension von Newtonschen zu nicht-Newtonschen Verhalten verändert. Die derzeit etablierten hydrodynamischen Modelle lösen die Flachwassergleichungen unter der Annahme eines Newtonschen Fluides. In der vorliegenden Arbeit wird daher ein herkömmliches numerisches Verfahren für die Reynolds-gemittelten Navier-Stokes Gleichungen für die Simulation von nicht-Newtonschen Verhalten erweitert. Die Entwicklungen für die Simulation der Flüssigschlickdynamik bauen auf einem bestehenden isopyknischen numerischen Modell auf. Eine vertikale Auflösung durch Isopyknen - Schichten gleicher Dichte - ist in dieser Arbeit eingesetzt worden, um stark geschichtete Strömungen in Gewässern mit hochkonzentrierten Suspensionen zu realisieren. Insbesondere die Grenzschicht zwischen Flüssigschlick- und Wasserkörper ist durch einen ausgeprägten Dichtesprung gekennzeichnet. Die isopyknische Diskretisierung ermöglicht die Dichte- und Strömungsverteilung im Flüssigschlickkörper vertikal aufzulösen. Die isopyknischen Schichten interagieren durch Impulsaustausch, Massenaustausch und Schubspannungen an den Grenzflächen. Jede Isopykne repräsentiert eine Suspension mit entsprechender Sedimentkonzentration. Advektion und gravitationeller Transport, Durchmischung und Absetzen kohäsiver Schwebstoffsuspensionen wird durch Änderungen der Schichtdicke der Isopyknen realisiert. Die vertikalen Transportraten zwischen den isopyknischen Schichten werden durch Parametrisierungen der Transportteilprozesse bestimmt. Die Rheologie von Flüssigschlick wird durch Aufbrechen und Neubildung der internen Struktur in Reaktion auf einwirkende Scherkräfte dominiert (nicht-Newtonsches Verhalten). Das rheologische Verhalten wird im numerischen Modell durch eine zeit- und ortsabhängige rheologische Viskosität umgesetzt, die in den Termen der inneren Spannungen der Impulsgleichung berücksichtigt wird. Anwendungen auf schematische und realistische Modellgebiete verdeutlichen die Möglichkeiten und Leistungsfähigkeit des weiterentwickelten isopyknischen numerischen Modells für die Simulation der Flüssigschlickdynamik. Weiterhin zeigen die Modellanwendungen, dass die Entwicklung von Flüssigschlick im tidebeeinflussten System mit diesem Modellverfahren simuliert werden kann