German National Library of Science and Technology
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Schlussbericht
Get PDFComputergestützte Lernverfahren zur Bildanalyse waren bereits zu Projektbeginn in bestimmten Anwendungsfeldern schneller oder zuverlässiger als Menschen. Die gleichen Verfahren scheiterten aber in komplexeren Umgebungen, insbesondere in Situationen, die während des Trainings nicht verfügbar waren.
Solche Verfahren werden auch heute noch hauptsächlich mit enormen Datenmengen und manuellen Annotationen trainiert. Das Projekt baute darauf auf, dass die computergestützte Bildanalyse und insbesondere deren Generalisierung nicht ausschließlich als Lernproblem angesehen werden darf, sondern stark von dateneffizienten Ansätzen profitieren kann, um die automatische Verarbeitung in komplexeren Umgebungen zu verwirklichen und eine Generalisierung ermöglichen. In diesem interdisziplinären Projekt haben wir einen Ansatz verfolgt, der die bestehenden Limitierungen basierend auf generativen Modellen und einem
inversen Ansatz angeht.
Inverse Methoden zur Bildanalyse zielen darauf ab, alle Teile der Szene zu rekonstruieren. Dieses beinhaltet die 3D Form der Objekte, ihre Materialeigenschaften, die Position sowie die Beleuchtung. Zu Projektbeginn existierende inverse Ansätze funktionierten für einzelne Objekte oder auf synthetischen Daten, aber bisher nicht ausreichend in komplexen und realistischen Umgebungen. Die Theorie von David Marr postuliert, dass dies im Menschen in einem Objekt-spezifischen und einem Objekt-agnostischen Schritt abläuft. Wir haben erstmals neuronale Evidenz für diese Hypothese und möchten in diesem Projekt zeigen,
dass diese Separierung elementar ist, um inverse Methoden auf echte Bilder anwenden zu können
Sachbericht des Forschungsprojekts
Get PDFDie Digitalisierung von Lebensmittellieferketten mittels IoT-Sensorik ermöglicht eine verbesserte Rückverfolgbarkeit, Transparenz und Effizienz in der gesamten Lieferkette. Dabei werden durchgängig Daten erhoben, die die Grundlage für fundierte Entscheidungen bilden. Diese Daten enthalten potenziell hochsensible Informationen, die für den legitimen Anwender sehr wertvoll sind, durch Dritte allerdings missbraucht werden können. Somit ergibt sich eine neue Risikoabwägung zwischen Leistungssteigerung und potenziellen neuen Angriffsvektoren. Die Absicherung digitaler Lieferketten eine große Herausforderung dar. Das Projekt DataChainSec untersuchte mögliche Lösungsansätze und schloss wissenschaftliche Lücken in den spezifischen Themengebieten.
Asvin konzentriert sich im Teilprojekt im Schwerpunkt auf die Analyse der Angriffsbereiche und Schutzmaßnahmen gegen Kompromittierung der Trainingsdaten oder der Sensorwerte im laufenden Betrieb bei der Analyse und Bewertung von Lebensmitteln
Schlussbericht: Digitale Abbilder für Anlagen zur H2-Gewinnung (DIAA-H2)
Get PDFDas Projekt baute auf bestehenden PLM-Ansätzen und Digital-Twin-Konzepten auf. Für den Anlagenbau wurden diese Konzepte erweitert und angepasst. Ziel war es, Methoden und Systeme zur Erstellung, Verwaltung/Nutzung eines Digitalen Abbilds von Elektrolyseanlagen über den gesamten Lebenszyklus zu entwickeln. Entwicklung von Methoden zur lebenszyklus-übergreifenden Modellierung der Anlagenstruktur. Strukturen wurden entlang des Anlagenlebenszyklus untersucht und optimiert, das eine aus allen Sichten verknüpfte Informationsbasis entsteht, die eine über den Lebenszyklus vorwärts- und rückwärtsgerichtete Auflösung der Zusammenhänge erlaubt.
Entwicklung einer Methode zur Ableitung eines Digitalen Masters. Dies ermöglicht es Daten zusammenzuführen und bietet eine Lösung Daten von verschiedenen Unternehmen/Fachbereichen zu vereinen. Entwicklung einer Methode zur Speicherung der Daten der Instanz-spezifischen Anlage im Digitalen Abbild. Dies ermöglicht die Verknüpfung von physischen Anlagenobjekten mit Instanziierungsbausteinen im Digitalen Master. Der Digitale Master dient als Basis für die Instanziierung des Digitalen Abbildes, das als Grundlage für einen Digitalen Zwilling des Betriebs dienen kann. Die Methode zur Erstellung des Digitalen Masters und zur Instanziierung des Digitalen Abbildes wurde erfolgreich erprobt und implementiert.
Das zentrale wissenschaftlich-technische Ergebnis des Projekts ist die Entwicklung eines Plant Lifecycle Management Systems, das die Verwaltung eines konsistenten digitalen Abbilds der Anlage ermöglicht. Dieses digitale Abbild integriert disziplinspezifische Teilmodelle und bildet die Basis für die Instanziierung von Digital Twins.
Die Lösungen sind auf andere Anlagentypen übertragbar und können in verschiedenen Industriezweigen eingesetzt werden. Die entwickelten Konzepte bieten Anschlussfähigkeit für weiterführende Forschungsprojekte.The project built on existing PLM approaches and digital twin concepts, which were extended and adapted for plant engineering. The goal was to develop methods and systems for creating, managing, and using a digital representation of electrolyzer plants across the entire lifecycle. This included the development of methods for lifecycle-spanning modeling of the plant structure. The structures were analyzed and optimized along the plant lifecycle to create an integrated information base linking all perspectives, enabling both forward and backward resolution of relationships across the lifecycle.
A method for deriving a Digital Master was developed. This enables the consolidation of data and provides a solution for integrating data from different companies and disciplines.
In addition, a method was developed for storing data of the instance-specific plant in the digital representation. This allows physical plant objects to be linked with instantiation building blocks in the Digital Master. The Digital Master serves as the basis for instantiating the digital representation, which in turn can form the foundation for an operational digital twin. The method for creating the Digital Master and for instantiating the digital representation was successfully tested and implemented.
The central scientific and technical result of the project is the development of a Plant Lifecycle Management system that enables the management of a consistent digital representation of the plant. This digital representation integrates discipline-specific submodels and forms the basis for the instantiation of digital twins.
The solutions are transferable to other types of plants and can be applied across various industries. The developed concepts provide a foundation for follow-up research projects
Abschlussbericht zur Projektphase III, 2021-2025 ; BonaRes "Boden als nachhaltige Ressource", Modul A
Get PDFIm Forschungsvorhaben SIGNAL-Teilprojekt E wurde mit Hilfe des Agroforst-Modells XN5-AF untersucht, inwieweit Agroforstsysteme gegenüber Offenland-Ackerbau Vorteile in Bezug auf Ertrag und andere Ökosystemfunktionen (Kohlenstoffspeicherung, Evapotranspiration, Nitratauswaschung, Lachgasemissionen) haben können. XN5-AF ist in das Agrarökosystemmodell Expert-N (XN5) integriert und simuliert Beschattung, Windabschwächung, Wurzelkonkurrenz, und Streufall in Alley-Cropping Agroforstsystemen mit hoher zeitlicher Auflösung. Die Simulation der Interaktion von Baumstreifen mit den Ackerfrüchten wird hierbei über eine Kopplung von Wachstumsmodellen für Ackerfrüchte mit einem Baumwachstumsmodell sowie mit Modulen zum Bodenwasser-, Bodenwärme-, Kohlenstoff- und Stickstoffhaushalt realisiert. XN5-AF wurde anhand der Daten aus den mehrjährigen Versuchen an den SIGNAL-Standorten Dornburg, Forst und Wendhausen kalibriert und getestet, wobei für die Phänologie-Kalibrierung ergänzend Daten des Deutschen Wetterdienstes genutzt wurden, da die standortspezifischen Beobachtungen begrenzt waren. Mit Hilfe des kalibrierten Modells wurden Antwortkurven der Ökosystemfunktionen Evapotranspiration, Nitratauswaschung, Lachgasemissionen und Kohlenstoffspeicherung auf veränderte Randbedingungen in Bezug auf N-Düngergaben (20–150% der Düngergaben in den Versuchen) und Niederschlag (50–150% der gemessenen Werte) generiert. Die Simulationen legen nahe, dass Ertragsdifferenzen zwischen Offenlandanbau und Agroforst-Ackerfläche unter Trockenheit geringer werden. Überschüssiger Stickstoff wird bevorzugt in Nähe der Baumstreifen ausgewaschen oder als Lachgas emittiert. Für Winterweizen und Silomais wurden deutschlandweite (396 Landkreise) Simulationen durchgeführt, um regionale Unterschiede in den Ökosystemfunktionen zu ermitteln. Die Simulationen basierend auf der Bodenkarte BÜK200 und Era5-Land Wetterdaten. Während für Winterweizen deutschlandweit nur geringe Ertragseinbußen auf der Agroforst-Ackerfläche simuliert wurden (ca. –1 bis –4 %), zeigten sich für Silomais deutlich stärkere Ertragsverluste von bis zu –12% in östlichen Regionen. In Bezug auf die Kohlenstoffspeicherung im Boden zeigen die Simulationen für Agroforst in Kombination mit Winterweizen einen leicht positiven Effekt. Für Silomais waren die Effekte in den meisten Regionen gering oder leicht negativ. Nitratauswaschung und Lachgasemissionen folgten weitgehend den Ertragsmustern. Klimaprojektionen (basierend auf bias-korrigierten Klimasimulationen aus dem Kernensemble der EURO-CORDEX und ReKliEs-DE Projekte) zeigen dauerhaft nachteilige Agroforsteffekte auf Silomaiserträge. Für Weizen werden hingegen werden ab ca. 2050 deutlich abnehmende Ertragsverluste prognostiziert, da sich die Beschattung durch Bäume bei steigenden Temperaturen hier zunehmend günstig auswirkt
Sachbericht ; Verbundprojekt ATTOplus: Beitrag des Amazonas-Regenwaldes zur globalen Treibhausgas-Bilanz und Klimaentwicklung (ATTO+ JGU)
Get PDFDas vorliegende Teilprojekt verfolgte das Ziel, die chemische Zusammensetzung und molekulare Struktur organischer Submikrometer-Aerosolpartikel im Amazonasgebiet aufzuklären. Dabei stand die Verbindung zwischen biogenen Emissionsquellen, atmosphärischen Oxidationsprozessen und der Ausbildung sekundärer organischer Aerosole (SOA) im Fokus. Das Projekt ist eingebettet in den Verbund ATTO+ und liefert einen wesentlichen Beitrag zum Verständnis von Aerosol-Wolken-Wechselwirkungen und zur globalen Klimawirkung biogener Emissionen. Im Zentrum stand die Nutzung und Weiterentwicklung hochauflösender massenspektrometrischer Verfahren zur Bestimmung molekularer Marker, die den Zusammenhang zwischen VOC-Emission, chemischer Transformation und Aerosolbildung belegen. Die Fragestellungen umfassten sowohl die Charakterisierung hochpolarer Oxidationsprodukte (insbesondere Organosulfate und Isopren-Derivate) als auch die Untersuchung chiraler Aerosolbestandteile, die Rückschlüsse auf stereochemisch selektive Reaktionspfade ermöglichen
Sachbericht zum Verwendungsnachweis
Get PDFDas vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) geförderte Verbundforschungsvorhaben ZwillE zielte auf die Entwicklung eines Digitalen Zwillings der städtischen Entwässerungsinfrastruktur einschließlich der Einleitungsgewässer ab, welcher Messdaten, Prognosen, Simulationsmodelle, Erfahrungswissen der Akteure sowie eine darauf aufbauende nachvollziehbare Entscheidungsassistenz integriert und so ein transdisziplinäres und systemisches Betriebs- und Risikomanagement von Wasser-Extremereignissen ermöglicht. Im Fokus des Projektes stand die Entwicklung und praktische Umsetzung von Methoden und Werkzeugen für die Erstellung eines virtuellen Abbildes eines städtischen Entwässerungssystems als Basis für eine proaktive Bewältigung von extremen Niederschlagsereignissen im urbanen Raum. Am Beispiel des Entwässerungssystems der Stadt Hannover mit vorgelagerten Einzugsgebieten und nachgelagerten Oberflächengewässern sollte ein Digitaler Zwilling entstehen, welcher auf Grundlage von Echtzeitmessdaten und Simulationsmodellen den aktuellen Ist-Zustand des abgebildeten Systems widerspiegelt und durch die Einbeziehung von Prognosen der wichtigsten Einflussfaktoren wie z. B. Niederschlags- und Abflussdaten eine vorausschauende Szenario-Analyse ermöglicht
Schlussbericht zum Vorhaben Space4iCity - FH-lmpuls 2016 Intensivierungsphase: Nutzung von Erdbeobachtungsdaten zur Verbesserung der Datenbasis für Stadtklimasimulationen
Get PDFDurch die Entwicklung urbaner digitaler Zwillinge auf kommunaler Ebene, aber auch auf Landes- und Bundesebene entstehen Geo-Datenräume, mit denen vielfältige Planungs-, Entscheidungs- und Wirtschaftsprozesse optimiert oder erst möglich werden. Parallel dazu werden im Copernicus-Programm der ESA satellitengestützte Erdbeobachtungsdaten in immer höherer räumlicher und zeitlicher Auflösung als Open Data bereitgestellt, welche auch für kommunale Anwendungen relevant sind. Die Verfügbarkeit dieser Satellitendaten bietet die Möglichkeit, räumliche Information mit zwar hoher zeitlicher Auflösung, allerdings mit geringer räumlicher Auflösung zu erhalten. Die aus den Erdbeobachtungsdaten extrahierten Informationen können in Digitalen Zwillingen und Stadtklimasimulation genutzt werden, um deren Genauigkeit und Leistungsfähigkeit zu verbessern.
Ziel des Vorhabens Space4iCity ist es, eine grundsätzliche Machbarkeit der Nutzung von Erdbeobachtungsdaten zur urbanen Simulation zu evaluieren. Dazu wurden zeitliche Daten zu Oberflächentemperatur und Vegetation für drei Fallstudien in Stuttgart aus frei verfügbaren Daten der Sentinel-Satelliten extrahiert und in den urbanen digitalen Zwilling integriert. Damit wurde die Qualität der Datenbasis für die Stadtklimasimulation durch eine genauere Erfassung des Stadtgrüns verbessert werden. Gleichzeitig wurden die extrahierten Daten zum Monitoring von urbanen Hitzeinseln (Urban Heat Islands, UHI) und Stadtgrün genutzt
