Digitales Repositorium der BTU Cottbus – Senftenberg
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Amtliches Mitteilungsblatt der BTU Cottbus–Senftenberg, 2025,21 (12.06.2025)
No full textFachspezifische Prüfungs- und Studienordnung für den Bachelor-Studiengang Lehramt Primarstufe Deutsch-Sport (B.Ed.) vom 12. Juni 202
Semi-Markovketten und Kreuzentropie-Methode : Werkzeuge zur Optimierung von Wartungskosten bei Industrieprozessen
No full textImportance sampling methods, particularly the Cross Entropy (CE) Approach, were originally used to give estimates of rare events probabilities; but recent literature highlights also the usefulness of the Cross-Entropy Method for optimizations. The (CE) approach has its benefits for noisy optimization problems, for which the objective function has no closed analytical form. In this thesis, we present an example of such a noisy optimization problem: the minimization of the expected total cost per time unit of industrial maintenance actions over a fixed horizon. After giving a brief description of different maintenance philosophies (time based versus condition based, we embed our maintenance problem into a Semi Markov Chain (SMC) framework that allows for simulating failure occurrences in industrial systems. In the theoretical part of this PhD thesis, we show that convergence of the maintenance optimization problem reduces to proving the asymptotic stability of the Cross Entropy method that boils down to a stochastic differential equation of Robbins Monro form. The numerical part consists in considering (truncated) Gaussian and Weibull distributions as candidate distributions belonging to the so-called natural exponential family, and evaluating their impacts on minimizing maintenance costs.Importance-Sampling, insbesondere der Cross-Entropy-Ansatz (CE-Ansatz), wurde ursprünglich entwickelt, um die Wahrscheinlichkeit seltener Ereignisse zu schätzen, neuere Literatur hebt aber ebenso die Nützlichkeit der CE-Methode für die Optimierung hervor. Der CE-Ansatz hat seine Vorteile bei verrauschten Optimierungsproblemen, deren Zielfunktion keine geschlossene analytische Form hat. In dieser Arbeit betrachten wir ein Beispiel für ein solches verrauschtes Optimierungsproblem: die Minimierung der erwarteten Gesamtkosten pro Zeiteinheit von industriellen Wartungsmaßnahmen über einen festen Zeithorizont. Dazu beschreiben wir zunächst verschiedene Modellierungsansätze für Wartungsprobleme (zeit- bzw. zustandsbasiert) und formulieren die entsprechenden Modelle dann im Rahmen von Markov-Erneuerungsprozessen (engl.: semi Markov chains), mit denen Ausfälle in industriellen Produktionssystemen simuliert werden können. Im theoretischen Teil dieser Doktorarbeit zeigen wir, dass die Konvergenz des Wartungsoptimierungsproblems der asymptotischen Stabilität der CE-Methode entspricht, was auf eine Stabilitätsbetrachtung für eine stochastische Differentialgleichung in Robbins-Monro-Form hinausläuft. Im numerischen Teil betrachten wir (abgeschnittene) Gauß- und Weibull-Verteilungen als Kandidatenverteilungen (aus der sogenannten natürlichen Exponentialfamilie) und bewerten ihren Einfluss auf die Minimierung der Wartungskosten
Integrating Sustainable Development and Disaster Mitigation into Climate Policies to Support Water Security in Africa
Get PDFAfrica’s water security is inextricable from the recent patterns of climate variability. Effective formulation and implementation of climate policies require efficient integration of disaster mitigation and sustainable development to eliminate maladaptation and enhance water security. However, practical implementation is still lacking in many African countries. This study aims to examine practical measures and strategies for the integration of sustainable development and disaster mitigation into climate policies to enhance water security in Africa. A systematic bibliometric and thematic analysis was conducted using 95 peer-reviewed articles within the period 2010 to 2025 from the Scopus database. Software and frameworks such as VOSviewer and the Preferred Reporting Items for Systematic Reviews (PRISMA) were employed to analyze publication trends, co-authorship networks, keyword co-occurrence, and themes. The study revealed current research themes such as nature-based solutions for water security, climate-resilient infrastructure and technologies, and practical measures, such as eco-based adaptation and water energy food nexus, as some components of climate policy integration that can enhance water security in Africa. The study offers key policy recommendations for policymakers in the implementation of integrated climate policies adequate and effective enough to deal with water security issues in Africa
Stochastische Modelle und optimale Steuerung von Epidemien unter unvollständiger Information
No full textIn this thesis, we develop a mathematical framework to estimate the compartment sizes of an epidemic model with some unobserved compartments (i.e., a model with partial information) and formulate a social planner's stochastic optimal control problem for such an epidemic. Including asymptomatic and unreported infectious individuals in the model allows a more realistic description of the course of an epidemic and avoids misleading estimation.
In order to estimate the unobservable states, a suitable description of the dynamics of the epidemic progression by a diffusion approximation is achieved using counting processes. The estimation of the unobservable states is attributed to a stochastic filter problem. To solve this problem, we use the extended Kalman filter, which provides approximate solutions for such non-standard filter problems. This approach is applied to the state estimation of a model with incomplete information for a disease with lifelong immunity after recovery or vaccination. Simulations are carried out to demonstrate the effectiveness of this approach in practice.
The main part of this work addresses a social planner's stochastic optimal control problem for an epidemic model with a partially observed state process. It decomposes the population into susceptible, detected and non-detected infected, detected and non-detected recovered, and hospitalized individuals. Control measures include social distancing, testing, and vaccination. We apply a filtering argument to transform the partially observable stochastic optimal control problem into a completely observable control problem by replacing the hidden state process with the associated Kalman filter processes. This transformed problem with an eight-dimensional state process is treated as a Markov decision process after a time discretization. The associated Bellman equation is solved numerically using a backward recursion algorithm combined with state discretization and quantization techniques to mitigate the curse of dimensionality. In particular, two approaches are implemented. The first involves state discretization and linear interpolation of the value function between grid points, while the second utilizes state discretization and parameterization of the value function with educated ansatz functions. Extensive numerical experiments are presented to demonstrate the effectiveness of both approximate optimal controls in containing the epidemic.
Finally, we generalize the results of Picard (1991) on the efficiency of the continuous-time extended Kalman filter with small noise scaled by a parameter ε>0. First, we show that when the observation drift coefficient is strongly injective and the signal and observation drift become linear for ε → 0, the estimation error is of order √ε. Subsequently, we establish conditions under which the error in the initial filter estimate decays exponentially fast.Diese Arbeit behandelt mathematische Methoden zur Schätzung der Kompartimentgrößen eines Epidemiemodells mit nicht beobachtbaren Kompartimenten (d.h. ein Modell mit unvollständiger Information) und formuliert ein stochastisches Optimierungsproblem für einen gesellschaftlichen Entscheidungsträger. Die Einbeziehung asymptomatischer und nicht gemeldeter Infektionen ermöglicht eine realistischere Beschreibung des Epidemieverlaufs und vermeidet fehlerhafte Schätzungen.
Die zur Beschreibung des Epidemieverlaufs verwendeten Zählprozesse werden zunächst durch Diffusionsprozesse approximiert. Die Schätzung der nicht beobachtbaren Zustände führt auf ein stochastisches Filterproblem in Nicht-Standard Form. Zur näherungsweisen Lösung wird der erweiterte Kalman-Filter verwendet. Dieser Ansatz wird auf die Zustandsschätzung eines Modells mit unvollständiger Information für eine Krankheit mit lebenslanger Immunität nach Genesung oder Impfung angewendet. Die durchgeführten Simulationen demonstrieren die Wirksamkeit dieses Ansatzes in der Praxis.
Der Hauptteil dieser Arbeit behandelt ein stochastisches optimales Kontrollproblem eines Entscheidungsträgers für ein Epidemiemodell mit einem unvollständig beobachtbaren Zustandsprozess. Es unterteilt die Bevölkerung in anfällige, erkannte und nicht erkannte infizierte, erkannte und nicht erkannte genesene sowie hospitalisierte Personen. Zu den Kontrollmaßnahmen gehören Social Distancing, Tests und Impfungen. Das unvollständig beobachtbare stochastische optimale Kontrollproblem in ein vollständig beobachtbares Problem umgewandelt, indem der verborgene Zustandsprozess durch die zugehörigen Kalman-Filterprozesse ersetzt wird. Dieses transformierte Problem mit einem achtdimensionalen Zustandsprozess wird nach Zeitdiskretisierung als Markovscher Entscheidungsprozess behandelt. Die zugehörige Bellman-Gleichung wird numerisch unter Verwendung einer Rückwärtsrekursion in Kombination mit Zustandsdiskretisierungs- und Quantisierungstechniken gelöst, um den Fluch dem Dimensionalität zu begegnen. Es werden zwei Ansätze implementiert. Der erste umfasst die Zustandsdiskretisierung und lineare Interpolation der Wertfunktion zwischen Gitterpunkten, während der zweite die Zustandsdiskretisierung und Parametrisierung der Wertfunktion mit geeignet gewählten Ansatzfunktionen nutzt. Ergebnisse umfangreicher numerische Experimente zeigen die Wirksamkeit beider approximativer optimaler Kontrollen bei der Eindämmung der Epidemie.
Schließlich verallgemeinern wir die Ergebnisse von Picard (1991) zur Effizienz des zeitstetigen erweiterten Kalman-Filters mit schwachem Rauschen, skaliert durch einen Parameter ε>0. Wir zeigen, dass, wenn der Driftkoeffizient der Beobachtungen stark injektiv ist und die Signal- und Beobachtungsdrift für ε → 0 linear werden, der Schätzfehler von der Größenordnung √ε ist. Weiterhin finden wir Bedingungen, unter denen der Fehler in der anfänglichen Filterschätzung exponentiell schnell abklingt
Guiding strategies for sustainable mobility in rural tourism : approaches to action in Lusatia using the Spreewald and the Lusatian Lakeland as case studies
No full textDas Working Paper untersucht Leitstrategien nachhaltiger Mobilität im ländlichen Tourismus am Beispiel der Lausitz, mit Fokus auf die Tourismusregionen Spreewald und Lausitzer Seenland. Grundlage ist das Konzept der drei Leitstrategien nachhaltiger Mobilität – Suffizienz (vermeiden), Konsistenz (verlagern) und Effizienz (verbessern) –, die als strategischer Rahmen für eine sozial-ökologische Mobilitätswende etabliert sind. Eine systematische Übertragung auf die touristische Mobilität blieb bislang jedoch weitgehend unberücksichtigt. Ziel der Untersuchung ist es, Handlungsansätze nachhaltiger touristischer Mobilität in beiden Regionen zu identifizieren und den Leitstrategien zuzuordnen. Methodisch kombiniert das Working Paper eine qualitative Dokumentenanalyse von zwölf tourismusbezogenen Konzeptpapieren mit drei leitfadengestützten Expert*inneninterviews. Die Analyse ergibt fünf zentrale Handlungsansätze: (1) Ausbau des ÖPNV, (2) Qualifizierung des Fahrradtourismus, (3) Antriebswende über E-Mobilität, (4) Besucher*innenlenkung sowie (5) Gästekarten mit kostenfreier Nutzung des ÖPNV. Die Ergebnisse zeigen, dass bestehende Handlungsansätze vorrangig auf Optimierung (Effizienz) und Verlagerung (Konsistenz) setzen. Eine tiefgreifende Transformation touristischer Mobilität erfordert jedoch auch die Integration suffizienzorientierter Strategien. Nur die kombinierte Anwendung aller drei Leitstrategien bietet die Möglichkeit, die Herausforderungen nachhaltiger touristischer Mobilität in ländlichen Räumen umfassend zu bewältigen.The working paper examines guiding strategies for sustainable mobility in rural tourism using the example of Lusatia, with a focus on the Spreewald and Lusatian Lakeland tourist regions. It is based on the concept of the three guiding strategies for sustainable mobility – sufficiency (avoid), consistency (shift) and efficiency (improve) – which have been established as a strategic framework for a socio-ecological mobility transition. However, systematic application to tourism mobility has largely been neglected to date. The aim of the study is to identify approaches to sustainable tourist mobility in both regions and to assign them to the guiding strategies. Methodologically, the working paper combines a qualitative document analysis of twelve tourism-related concept papers with three guided expert interviews. The analysis reveals five key approaches: (1) expansion of public transport, (2) qualification of bicycle tourism, (3) drive transition via e-mobility, (4) visitor management, and (5) guest cards with free use of public transport. The results show that existing approaches to action focus primarily on optimisation (efficiency) and modal shift (consistency). However, a profound transformation of tourist mobility also requires the integration of sufficiency-oriented strategies. Only the combined application of all three guiding strategies offers the possibility of comprehensively overcoming the challenges of sustainable tourist mobility in rural areas
Towards neuroadaptive chatbots : a feasibility study
No full textLarge-language models (LLMs) are transforming most industries today and are set to become a cornerstone of the human digital experience. While integrating explicit human feedback into the training and development of LLM-based chatbots has been integral to the progress we see nowadays, more work is needed to understand how to best align them with human values. Implicit human feedback enabled by passive brain-computer interfaces (pBCIs) could potentially help unlock the hidden nuance of users' cognitive and affective states during interaction with chatbots. This study proposes an investigation on the feasibility of using pBCIs to decode mental states in reaction to text stimuli, to lay the groundwork for neuroadaptive chatbots. Two paradigms were created to elicit moral judgment and error-processing with text stimuli. Electroencephalography (EEG) data was recorded with 64 gel electrodes while participants completed reading tasks. Mental state classifiers were obtained in an offline manner with a windowed-means approach and linear discriminant analysis (LDA) for full-component and brain-component data. The corresponding event-related potentials (ERPs) were visually inspected. Moral salience was successfully decoded at a single-trial level, with an average calibration accuracy of 78% on the basis of a data window of 600 ms. Subsequent classifiers were not able to distinguish moral judgment congruence (i.e., moral agreement) and incongruence (i.e., moral disagreement). Error processing in reaction to factual inaccuracy was decoded with an average calibration accuracy of 66%. The identified ERPs for the investigated mental states partly aligned with other findings. With this study, we demonstrate the feasibility of using pBCIs to distinguish mental states from readers' brain data at a single-trial level. More work is needed to transition from offline to online investigations and to understand if reliable pBCI classifiers can also be obtained in less controlled language tasks and more realistic chatbot interactions. Our work marks preliminary steps for understanding and making use of neural-based implicit human feedback for LLM alignment
Amtliches Mitteilungsblatt der BTU Cottbus–Senftenberg, 2025,07 (25.03.2025)
No full textSatzung über die Anerkennung des Studienvorbereitungsprogramms des DAAD „VORsprung: Mit digitaler Vorbereitung zum Studium“ (VORsprung) in Kombination mit dem TestAS und dem TestDaF als Hochschulzugangsberechtigung bzw. -zulassung für ausgewählte zulassungsfreie MINT-Bachelor-Studiengänge der BTU vom 18. März 202
Photosensitivity and carrier densities of perovskite solar absorbers
No full textDark and light current–voltage characteristics of perovskite solar absorbers are analyzed in terms of their carrier densities. The analysis reveals p-type large polarons as a dominant carrier type in the investigated perovskite solar cells. The mechanism causing photosensitivity is attributed to the dissociation (and pairing) of bipolarons to large polarons (and vice versa) that are controlled by the internal potential Γ. As an example, the polaron concept is tested for a formamidinium lead triiodide perovskite solar cell. The individual steps of the data analysis are demonstrated and determine the ionicity factor of this perovskite film, quantify the density of the large polarons, and predict the gain and loss of photo-induced carriers. It is deduced that a reversible light-on/off operation can only occur when the bias voltage never exceeds a critical value of the internal potential. The results gained in this study suggest that the novel analysis can be successively applied on different hybrid perovskite materials, too
Amtliches Mitteilungsblatt der BTU Cottbus–Senftenberg, 2025,14 (12.06.2025)
No full textNeufassung der fachspezifischen Prüfungs- und Studienordnung für den Bachelor-Studiengang Lehramt Primarstufe Deutsch-Englisch (B.Ed.) vom 12. Juni 202
Amtliches Mitteilungsblatt der BTU Cottbus–Senftenberg, 2025,18 (12.06.2025)
No full textNeufassung der fachspezifischen Prüfungs- und Studienordnung für den Bachelor-Studiengang Lehramt Primarstufe Mathematik-Sachunterricht Naturwissenschaften (B.Ed.) vom 12. Juni 202