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Approach for the mode switching problem in piecewise smooth implicit multilinear IVPs
No full textThis paper addresses the mode switching problem in piecewise smooth implicit multilinear initial value problems (IVPs), which are relevant for modeling hybrid dynamical systems like HVAC and power systems. Unlike traditional switched systems with explicit mode descriptions, this work focuses on systems where mode information is implicitly encoded in binary-valued variables and switching conditions are defined by inequality constraints. The paper investigates the transversal motion discontinuities that occur when the system meets the boundary surfaces defined by these constraints. A method is presented to determine the discontinuous motion by analyzing the total derivative of the inequality constraints. The modeling framework utilizes hybrid implicit multilinear time-invariant (iMTI) functions and describes the system using inequality-constrained index-1 differential-algebraic equations (DAEs). The Jacobian matrices and thus the total derivatives can be estimated algebraically, due to the use of multilinear functions. To handle the combinatorial complexity associated with the binary variables during mode switching, the paper proposes using sparsity pattern analysis to identify and solve sub-problems more efficiently. The presented method is applied to a two-point temperature-controlled three-tank system, and simulations are performed using the MTI-Toolbox for MathWorks MATLAB.PeerReviewe
Relevanz realer Interaktionsmodelle für die Gestaltung virtueller Events Eine Evaluation am Beispiel eines Foyers
Get PDFIn den Pandemie-Jahren 2020 bis 2021 haben virtuelle Event-Plattformen an Bedeutung gewonnen.
VeranstalterInnen und das Zielpublikum sind jedoch nicht immer mit der Technologie vertraut und haben Schwierigkeiten beim Einstieg in die virtuelle Welt. Um das Onboarding zu erleichtern, besteht die Idee, eine virtuelle Lobby für verschiedene Zielgruppen möglichst vertraut zu gestalten. Eine Hürde ist dabei die Diskrepanz, dass viele typische reale Funktionen eines Foyers ihre physische Funktion in der virtuellen Welt verlieren. In dieser Arbeit wird untersucht, ob typisch reale Elemente/Funktionen eines Foyers auch in der virtuellen Lobby einen sinnvollen Zweck erfüllen. Dazu werden Best Practices zur Gestaltung von realen Foyers und virtuellen Welten recherchiert, auf Basis dessen der Prototyp einer virtuellen Lobby erstellt und dieser Prototyp hinsichtlich der Forschungsfrage „Erfüllen typische Elemente/Funktionen realer Foyers auch in der virtuellen Welt ihren Nutzen?“ evaluiert. Die Evaluation findet durch BesucherInnen zweier Messen statt, deren Klientel der Zielgruppe der untersuchten virtuellen Event-Plattform entspricht. Die ProbandInnen begehen die virtuelle Lobby mit anschließender Befragung. Zwischen den beiden Untersuchungen findet eine Iteration der Lobby sowie des Fragebogens statt.Due to global pandemic in the years 2020 and 2021 virtual event platforms gained popularity and
importance but hosts as well as the audience are not always familiar with the technology and have a hard time onboarding to the virtual world. To make this process feel more natural to the users, a virtual lobby should have common elements/functions of the real world’s foyers they are used to. But many of these Elements lose their physical functions in the virtual world. This paper investigates if typical foyer elements of the real world do still have a function in the virtual world. To do so, research on best practices for building real foyers and virtual worlds is done to then build a prototype of a virtual lobby on this knowledge. This prototype gets evaluated by the visitors of two exhibitions to answer the question: “Do typical foyer elements/functions of the real world still have a use case in the virtual world?” The evaluation is done via a questionnaire. There is an iteration of the lobby and the questionnaire between the two exhibitions which share the key audience with the app the research is done on
Analyse und Evaluation der Einbindbarkeit von C++-Interfaces in Rust
Get PDFRust and C++ are high-performance programming languages, and the trend of migrating C++ software components to Rust for its memory safety guarantees is growing. One of the biggest challenges in this process is the inter-language communication. This paper evaluates the integrability of C++ libraries into Rust using various tools through unit tests. It then demonstrates how the most promising tool, Autocxx, can be extended to better utilize C++ interfaces.Rust und C++ sind leistungsstarke Programmiersprachen, und der Trend, C++-Softwarekomponenten aufgrund der Speichersicherheitsgarantien von Rust zu migrieren, wächst. Eine der größten Herausforderungen in diesem Prozess ist die Kommunikation zwischen den Programmiersprachen. In dieser Arbeit wird die Einbindbarkeit von C++-Bibliotheken in Rust mit verschiedenen Werkzeugen durch Unit-Tests bewertet. Anschließend wird gezeigt, wie das am vielversprechendsten eingeschätzte Werkzeug, Autocxx, erweitert werden kann, um die Nutzbarkeit von C++-Interfaces zu verbessern
Vorbereitende Untersuchungen zur Wasserstandsanhebung im nördlichen Teil des Wittmoors in Hamburg
Get PDFMoore sind unverwechselbare Landschaftsformen, die durch jahrhundertelange Entwicklung entstanden und in denen sehr spezielle Bedingungen herrschen. Durch ihre besonderen Eigenschaften, wie beispielsweise einen niedrigen pH-Wert und einen niedrigen Nährstoffgehalt, bieten Moore einen einzigartigen Lebensraum, der seltene und hochspezialisierte Arten beheimatet. Doch auch moorfremde Arten finden hier einen Rückzugsort, teilweise weil er ihnen in der stark veränderten Kulturlandschaft fehlt. Damit leisten Moore einen unabdingbaren Beitrag zur Biodiversität. Außerdem speichern intakte Moore Kohlenstoff im Torf, der zuvor in Form von CO2 aus der Atmosphäre entnommen wurde. Sie sind also klimawirksame Kohlenstoffsenken. Hingegen entweichen aus einem entwässerten Moor die Treibhausgase CO2 (Kohlendioxid) und N2O (Lachgas) und das in nicht unerheblichen Mengen. Weltweit emittieren entwässerte Moore jährlich ca. 2 Milliarden Tonnen CO2-Äquivalente. Im vergangenen Jahrhundert wurden sie meist zum Torfabbau entwässert, heutzutage vor allem zur landwirtschaftlichen Nutzung - in Deutschland betrifft das 94% der Moorflächen. Aus ihnen entweichen so viele Treibhausgase, dass diese Böden über ein Drittel der landwirtschaftlichen Emissionen in Deutschland verursachen und das, obwohl sie nur 10% der landwirtschaftlichen Flächen ausmachen. Moore speichern vielfach mehr Kohlenstoff als Wüsten, Wiesen und Wälder und setzen diesen im entwässerten Zustand nach und nach frei. Ein Moor kann also, je nach Entwicklungszustand, eine bedeutende Senke oder Quelle für klimaschädliche Gase darstellen und der Mensch nimmt durch dessen Nutzung unmittelbaren Einfluss. Moore in einen naturnahen Zustand zurückzuversetzen ist eine effektive und kostengünstige Methode, den menschengemachten Klimawandel abzuschwächen. Dazu gehört in erster Linie eine Wiederherstellung des Wasserhaushalts, der in Mooren eine bedeutende Rolle einnimmt. Hierfür muss die Entwässerung gestoppt und der Wasserspiegel des Moores angehoben werden. Das ist ein komplexes Unterfangen und erfordert umfassende Voruntersuchungen, die unter anderem im Rahmen dieser Bachelorarbeit für den nördlichen Teil des Wittmoors erfolgt sind. Das Wittmoor ist ein ehemaliges Hochmoor und liegt in Hamburg und Schleswig-Holstein. Seine Entwicklung begann vor ca. 15.000 Jahren, zerstört wurde es im 20. Jahrhundert binnen 60 Jahren durch den Torfabbau. Seit den 1970er Jahren wird es renaturiert, auch im nördlichen Teil sind bereits Staumaßnahmen umgesetzt worden. Diese sollen erweitert werden und hierfür wurden vorbereitende Untersuchungen angestellt. Anhand von Erfassungen vor Ort, experimentellen Wasseranalysen, Interviews mit Stakeholdern und Recherchearbeit konnten die im Gebiet herrschenden Bedingungen erfasst und bestehende Anforderungen und Ansprüche ermittelt werden. Die Wasserqualität kann, aufgrund mangelnder Datenlage und da die Beprobung im Winter stattfand, nicht abschließend beurteilt werden. Es ist ein Einfluss durch die Einleitung von Fremdwasser anhand vieler Faktoren messbar, er wird jedoch unter den gegebenen Bedingungen als moderat und akzeptabel eingeschätzt. Es sollten jedoch unbedingt weitere Analysen erfolgen. Das Konzept zur Wasserstandsanhebung wurde im Austausch mit der Abteilung Naturschutz der Hamburger Umweltbehörde entwickelt, vereinzelt bedurfte es der Rücksprache mit weiteren Behörden wie der Wasserbehörde oder der Obersten Forstbehörde. Zur Ermittlung geeigneter Positionen zur Stauung wurden bestehende Vorschläge des betreuenden Naturschutzverbands Gesellschaft für ökologische Planung e.V. geprüft und durch Beobachtung und Recherche ergänzt. Es werden vier (optional fünf) größere Grabenstauungen vorgeschlagen, zwei Wälle sollten repariert und ein großflächiges Rinnensystem verschlossen werden. Hierfür wurden fünf verschieden Methoden bzw. Konstruktionen ermittelt, die den herrschenden Anforderungen (z.B. regulierbar) gerecht werden, möglichst langlebig und dennoch kostengünstig und einfach zu errichten sind. Auf dieser Basis konnten geeignete Positionen für Staumaßnahmen identifiziert und passende Staukonstruktionen empfohlen werden. Die Untersuchungen ergaben keine Hinderungsgründe, die einer Renaturierung im Wege stehen könnten. Das Konzept zur Wiedervernässung umfasst auch eine Umsetzungshilfe, bei der die Vorbereitung, Durchführung und Nachbereitung der geplanten Wasserstandsanhebung beschrieben, die benötigten Baustoffe und Werkzeuge benannt und Prioritäten aufzeigt werden. Mit erfolgreicher Umsetzung der empfohlenen Maßnahmen kann auch dieser Teil des Wittmoors wieder dem naturnahen Zustand einen Schritt näher kommen und den wichtigen Beitrag von Mooren für ihre Umgebung und im Klimawandel leisten.Peatlands are unique landscapes with very special conditions. They have been created through centuries of development. Due to their special characteristics, such as a low pH value and low nutrient content, peatlands offer a unique habitat for rare and highly specialized species. But also, species that are not native to bogs find refuge here, partly because they lost their natural habitat in the heavily altered cultural landscape. The peatlands therefore make an indispensable contribution to biodiversity. In addition, natural peatlands store carbon in the peat, which was previously removed as CO2 from the atmosphere. So, bogs can be climate-impacting carbon sinks – if they are wet. In contrast, the greenhouse gases CO2 and N2O escape from drained peatlands in significant quantities. Drained peatlands emit around 2 billion tons of CO2 equivalents worldwide every year. In the last century many peatlands were drained massively for peat extraction and agricultural use, most of them are drained until today. 94% of German peatlands are used agriculturally and therefore drained. These soils are responsible for over a third of agricultural emissions, even though they only make 10% of agricultural land. Peatlands store much more carbon than deserts, meadows and forests and gradually release it when drained. Depending on the development, a peatland can therefore be a significant sink or source of climate-damaging gases - and we have a direct influence through its use. Restoring peatlands to the near-natural state is therefore an effective and inexpensive method of reducing man-made greenhouse gases. This primarily involves restoring the water balance because it plays a key role in peatlands. Therefore, drainage should be stopped and the water level should be raised, which is a complex procedure. It requires extensive preliminary investigations, which were conducted for the northern part of the Wittmoor in this bachelor thesis. The Wittmoor is a former raised bog and is located in Hamburg and Schleswig-Holstein. Its development began around 15.000 years ago and it was degraded in the last century within 60 years by peat extraction and drainage. It has been restored since the 1970s and in the northern part the rise of the water level has already been implemented. This should be extended and therefore preparatory studies have been undertaken. Using on-site surveys, experimental water analyses, interviews with stakeholders and research work, the existing conditions were recorded and existing requirements and demands identified. The water quality cannot be conclusively assessed due to a lack of data and because the testing took place in winter. The influence of the input of foreign water can be measured through many factors, but it´s estimated to be moderate and acceptable under the given conditions. However, further analysis should definitely be taken. The concept for raising the water level was developed in consultation with the nature conservation department of the Hamburg environmental authority. In some cases, it was necessary to involve other stakeholders such as the water authority or the supreme forestry authority. To determine suitable positions for damming, existing proposals from the supervising nature conservation association Gesellschaft für ökologische Planung e.V. were checked and supplemented by observation and research. Four (optionally five) larger ditch dams are offered, two berms should be repaired, and a large-scale channel system has to be closed. For this purpose, five different methods or constructions were identified that meet the prevailing requirements (e.g. adjustable). They also are as durable as possible and yet inexpensive and easy to build. On this basis, suitable positions for damming options could be evaluated and adequate dam constructions suggested. The investigations did not show any obstacles that could stand in the way of restoration. The concept for rewetting also includes an implementation guide, which describes the preparation, installation and follow-up of the planned water level raising, lists the required construction materials and tools and identifies priorities. With the successful implementation of the recommended steps, this part of the Wittmoor can also come a step closer to a near-natural state and make the important contribution of peatlands to their environment and to climate change
Characterization of the municipal plastic and multilayer packaging waste in three cities of the Baltic states
No full textThe composition of plastic and multilayer packaging waste was assessed in the mixed municipal solid waste (MSW) streams of the Kaunas (Lithuania), Daugavpils (Latvia) and Tallinn (Estonia) municipalities. For the analysis of samples in the mixed MSW streams, the authors used manual sorting and a visual recognition method. Composition analysis of plastic and multilayer packaging waste from separately collected waste of multi-family and single-family households was performed in the Kaunas and Tallinn municipalities. For the analysis of samples in the separately collected waste streams, the research group combined manual sorting and near-infrared (NIR) spectroscopy methods. The findings reveal that the percentage distribution of plastic and multilayer packaging waste within the municipal solid waste (MSW) stream is relatively consistent across the municipalities of Kaunas, Daugavpils and Tallinn, comprising 40.16%, 36.83% and 35.09%, respectively. However, a notable variation emerges when examining separately collected plastic and multilayer packaging waste streams. In this category, the proportion of plastic and multilayer packaging within the total separately collected packaging waste stream ranges from 62.05% to 74.7% for multi-family residential buildings and from 44.66% to 56.89% for single-family residential buildings. The authors provided further insights for the enhanced recycling potential of different plastic materials through improved sorting.PeerReviewe
Detecting Geometric Primitives in Depth Data from the Google ARCore Depth API
Get PDFDiese Arbeit stellt ein System vor, das geometrische Primitive in der Umgebung des Nutzers auf mobilen Geräten ohne spezialisierte Tiefensensor-Hardware erkennt. Das System nutzt Tiefendaten von der Google ARCore Depth API, um eine Punktwolke zu erstellen. Um die Punktwolkeninformationen effizient in Echtzeit zu speichern und zu aktualisieren, wird eine eigens entwickelte Octree-Implementierung verwendet. Primitive werden innerhalb der Punktwolke mithilfe der RANSAC-Implementierung von [SWK07] erkannt. Die resultierenden Parametrisierungen der Primitive werden verwendet, um Dreiecksnetze ihrer konvexen Hüllen zu erzeugen. Diese Netze werden schließlich gerendert und in Echtzeit auf das Kamerabild überlagert, sodass der Nutzer sie in einer Augmented Reality (AR) Anwendung sehen kann.This thesis presents a system that detects geometric primitive in the user's surroundings on mobile devices without specialized depth-sensing hardware. The system utilizes depth data from the Google ARCore Depth API to create a point cloud. To efficiently store and update the point cloud information in real-time, a custom octree implementation is employed. Primitives are detected within the point cloud using the RANSAC implementation by [SWK07]. The resulting parameterizations of the primitives are used to generate triangle meshes of their convex hulls. These meshes are finally rendered and overlayed onto the camera feed, accessible to the user through an Augmented Reality (AR) application
Entwicklung und Validierung der Datenkommunikation zwischen FPGA und Processing System mit Linux-Betriebssystem auf einem System on Chip für die Regelung einer Magnetstromversorgung
Get PDFFür die Implementierung einer Magnetstromregelung wurde die Entwicklungsplattform Mercury XU5 von Enclustra in Betrieb genommen. Auf dem System on Chip wurde zwischen dem FPGA und dem Processing-System mit Linux-Betriebssystem eine Datenkommunikation mit dem AXI-Interface aufgebaut. Die wichtigste Anforderung war die Evaluation der zeitlichen Performance dieser Übertragung, da diese der Echtzeitanforderung der Regelung unterliegt. Die Datenkommunikation wurde mit dem AXI-GPIO-IP-Core von Xilinx aufgebaut. Es wurde eine Software geschrieben, die den AXI-GPIO-Core aus dem Linux-Betriebssystem heraus auslesen und beschreiben kann. Die Performance der Datenübertragung wurde mit dem Integrated-Logic-Analyzer von Xilinx gemessen. Dabei stellte sich heraus, dass diese auf dem AXI4-Lite-Interface basierende Kommunikation für die Anwendung innerhalb der Magnetstromregelung zu langsam ist. Es wurde außerdem ein weiterer Ansatz implementiert, der unter der Nutzung des vollen AXI4-Interfaces die Daten in Bursts überträgt. Dabei konnte eine deutliche Verbesserung der Übertragungsgeschwindigkeit festgestellt werden. Allgemein stellt die Arbeit eine funktionierende Datenkommunikation und einen Ansatz für die Verbesserung deren Übertragungsgeschwindigkeit mit Burst-Transaktionen bereit.For the implementation of a magnet-current-control, the developement platform Mercury XU5 by Enclustra was set up. A data communication was established on the System on Chip between the FPGA and the Processing-System running a Linux operating system. The main requirement was the evaluation of the timing performance of the data transmission, as it has to meet the real-time requirement of the control loop. The data communication was built by using the AXI GPIO IP core from Xilinx. A Software was written, that reads from and writes to the AXI GPIO core within the Linux operating system. The performance of the data communication was measured by using the Integrated Logic Analyzer from Xilinx. The result was, that the performance of the communication, based on the AXI4-Lite interface is too slow for an application in the magnet-current-control. A second approach was implemented, that uses the full AXI4-Interface and transmits data in bursts. The approach led to a significant improvement of transfer speed. In general the thesis provides a working data communication and an approach for the improvement of its transfer speed by using burst transactions
Die Untersuchung zu Realismus und Authentizität durch das Sounddesign beim fiktionalen Film : unter Betrachtung zweier Aspekte: 1. “Wird ein nach realistischen Aspekten bearbeitetes Sounddesign von Konsumenten als authentischer wahrgenommen als ein nach Designaspekten bearbeitetes Sounddesign?“ und 2. “Welche benennbaren Parameter von Geräuschen tragen maßgeblich zur Identifizierung des Geräuschursprungs bei?“
Get PDFIn dieser Bachelor-Thesis untersuchen wir zwei Fragen: zum einen, ob ein realistisch gestaltetes Sound-design auch als realistisch wahrgenommen wird; und zweitens suchen wir Parameter welche hauptsächlich zur Verschmelzung der visuellen und der auditiven Sinneswahrnehmungen zum Audiovisuellen Objekt dienen. Dies geschieht unter Berücksichtigung des menschlichen Wahrnehmungssystems. Für eine Onlineumfrage wurden kurze Szenen aus unterschiedlichen Spielfilmen verwendet und mit selbst aufgenommenen Audioaufnahmen manipuliert. Unterschiedliche Versionen der Szenen wurden in zwei voneinander getrennten Versuchsreihen vorgeführt. Die von den Versuchsteilnehmern beantworteten Fragen sollen dabei helfen, empirische Schlussfolgerungen bezüglich der Fragestellungen zu ziehen.
Hierbei werden die Glaubwürdigkeit und die Realismuseinschätzung der gezeigten Geräusche bezogen auf die Szenen genauer betrachtet. Abschließend wird basierend auf der Auswertung der Umfrageergebnissen der Schluss gezogen, dass für ein Sounddesign, welches als realistisch eingeschätzt wird, nicht zwangsweise die spezifischen Geräusche der gezeigten Objekte verwendet werden müssen. Außerdem werden für die Verbindung von Bild und Ton zum Audiovisuellen Objekt drei Parameter identifiziert, die neben der Synchronität einen Einfluss auf diesen Prozess ausüben: Bewegungsart, Stofflichkeit und Zusammenspiel
der Objekte.In this bachelor thesis we investigate two questions: first, whether a realistically designed sound design is indeed perceived as more realistic; and second, we search for parameters that support the connection of the visual and auditory perceptions to the audiovisual object. To this end, we first introduce the function of the human perception system. For an online survey, short scences from different feature films were used and
manipulated with self-recorded audio sounds. Different versions of these were presented in two separate test series. The participants’ answers to this questionnaire were used to draw empirical conclusions regarding the acceptance of realistic sound design. We then examine more closely the credibility and the realism assessment of the sounds connected to the scenes. Finally, based on the evaluation of the survey
results, we conclude that the specific sounds of the objects shown in a scene need not be used for the sound design to be considered as realistic. Moreover, we identify three parameters for the connection of image and sound to the audiovisual object which, in addition to synchronicity, have an influence on this process: movement, material and object interaction
Ein ESP-NOW basiertes Mesh-Netzwerk für Smart-Home-Anwendungen
Get PDFIm Zuge dieser Bachelorarbeit wurde eine Analyse von ESP-WIFI-MESH - einer Mesh-Netzwerk-Lösung für die ESP32-Plattform - durchgeführt und ein alternativer Ansatz zur Konzeption eines Mesh-Netzwerks für die ESP32-Plattform formuliert. Durch die bei ESP-WIFI-MESH verwendete Baumtopologie kann ein Knoten nur mit seinem Elternund Kindknoten direkt kommunizieren, nicht jedoch mit anderen Knoten, die sich in Funkreichweite befinden. Zudem führt der Ausfall eines Knotens im Netzwerk auch zum Ausfall seines Teilbaums. Damit kann der Root-Knoten kurzfristig einen Single Point of Failure darstellen. Als Alternative dazu wurde ein dezentral organisiertes Mesh-Netzwerk mit einer Mesh-Topologie entwickelt, das aufgrund der Mesh-Topologie kürzere Wege zwischen benachbarten Knoten ermöglichen soll. Zudem soll die dezentrale Organisation des Netzwerks Ausfälle einzelner Knoten schneller kompensieren können. Dazu wurde eine geeignete Kommunikationstechnologie mit groÿer Kompatibilität innerhalb der ESP32-Mikrocontroller-Familie (ESP-NOW) sowie ein geeignetes Routing-Protokoll (BATMAN IV) gewählt. Auf Grundlage dessen wurde ein Protokoll für den Austausch von Routing-Informationen und Nutzdaten im Mesh-Netzwerk entwickelt. Die Ergebnisse zeigen, dass die entwickelte Lösung kürzereWege bei benachbarten Knoten finden kann, eine geringere Round Trip Time sowie Startzeit des Netzwerks aufweist und darüber hinaus Ausfälle einzelner Knoten schneller kompensieren kann als ESP-WIFI-MESH.As part of this bachelor thesis, an analysis of ESP-WIFI-MESH - a mesh network solution for the ESP32 platform - was performed and an alternative approach to designing a mesh network for the ESP32 platform was proposed. Due to the tree topology used in ESP-WIFI-MESH, a node can only communicate directly with its parent and child nodes, but not with other nodes that are within its wireless range. Moreover, the failure of a node in the network also leads to the failure of its subtree. Thus, the root node can represent a single point of failure that results in the short-term failure of the entire network if it fails. As an alternative, a decentrally organized mesh network with a mesh topology has been developed, in which the mesh topology allows for shorter paths between neighboring nodes. In addition, the decentralized organization of the network should be able to compensate for failures of individual nodes more quickly. For this purpose, a suitable communication technology with high compatibility within the ESP32 microcontroller family (ESP-NOW) and a suitable routing protocol (BATMAN IV) were chosen. Based on these, a protocol for the exchange of routing information and payload data in the mesh network was developed. The results show that the developed solution can find shorter paths across neighboring nodes, has a lower round trip time and network startup time, and can also compensate for failures of individual nodes more quickly when compared to ESP-WIFI-MESH
