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Anhand detaillierter Netzanalysen für ein reales Mittelspannungsnetzgebiet konnte gezeigt werden, dass sowohl die Einbindung von Prognosedaten auf Basis von Satelliten und Wetterdaten, als auch die Verbesserung von Folgetagsprognosen auf der Basis numerischer Wettermodelle einen deutlichen Mehrwert für ein prognosebasiertes Engpassmanagement bzw. Redispatch und Blindleistungsmanagement im Verteilnetz aufweisen. Auch Kurzfristprognosen auf der Basis von Satellitendaten haben einen positiven Effekt. Ein weiterer wichtiger Mehrwert des Projektes ist auch die Rückmeldung der kritischen Prognosesituationen aus Sicht der Anwendungsfälle, so dass wie bereits im Projekt gezeigt und darüber hinaus, Prognosen zielgerichteter auf die Anwendung im Verteilnetzbetrieb ausgelegt und optimiert werden können.
Weiterhin konnten Prognoseverbesserungen für das Vorhersagemodell des Deutschen Wetterdienstes durch die Assimilation von sichtbaren Satellitenbildern erreicht werden. Darüber hinaus wurden Wolken- und Strahlungsprodukte aus Satelliten verbessert und somit die Datenbasis für die Kurzfristprognose als auch für die Assimilation.
Darüber hinaus wurden verschiedene Methoden entwickelt, die zukünftig zu einer weiteren Prognoseverbesserung, insbesondere für Wettersituationen mit hohen Prognosefehlern, führen könnten. Solche Situationen wurden aus Sicht des Netzbetriebs und mithilfe von satellitenbasierten Analysen der Gesamtwetterlage für die Perioden der MetPVNet Messkampagnen identifiziert. Hierbei handelte es sich insbesondere um Situationen mit starker oder stark wechselhafter Bewölkung.
Für die MetPVNet Messkampagnen wurde auf der Basis eines Trainingsdatensatzes und in Abhängigkeit der Variabilitätsklasse die Abweichung der bodennahen Einstrahlung von Satellitendaten oder von Strahlungsprognosen quantifiziert. Diese Art der Informationen bietet zukünftig die Möglichkeit zur Bewertung der Prognosegüte.
Ziel des hier beschriebenen Forschungsprojekts war die Entwicklung eines prototypischen Fahrradfahrsimulators für den Einsatz in der Verkehrserziehung und im Verkehrssicherheitstraining. Der entwickelte Prototyp soll möglichst universell für verschiedene Altersklassen und Applikationen einsetzbar sowie mobil sein.
Bei der Übertragung und Speicherung von Daten ist es eine wesentliche Frage, inwieweit die Daten komprimiert werden können, ohne dass deren Informationsgehalt verloren geht.
Ein Maß für den Informationsgehalt von Daten ist also von grundlegender Bedeutung. Vor etwa siebzig Jahren hat C. E. Shannon ein solches Maß eingeführt und damit das Lehr- und Forschungsgebiet der Informationstheorie begründet, welches seit dem bis heute hin wesentlich zur Konzeption und Realisierung von Informationsund Kommunikationstechnologien beigetragen hat. Etwa zwanzig Jahre später hat A. N. Kolmogorov ein anderes Maß für den Informationsgehalt von Daten eingeführt. Während die Shannonsche Informationstheorie zum Curriculum von mathematischen, informatischen und elektrotechnischen Studiengängen gehört, ist die Algorithmische Informationstheorie von Kolmogorov weit weniger bekannt und eher Gegenstand von speziellen Lehrveranstaltungen.
Seit einigen Jahren nimmt allerdings die Beschäftigung mit dieser Theorie zu, zumal in der einschlägigen Literatur von erfolgreichen praktischen Anwendungen der Theorie berichtet wird. Die vorliegende Arbeit gibt eine Einführung in grundlegende Ideen dieser Theorie und beschreibt deren Anwendungsmöglichkeiten bei einigen ausgewählten Problemstellungen der Theoretischen Informatik.
Die Ausarbeitung kann als Skript für einführende Lehrveranstaltungen in die Algorithmische Informationstheorie sowie als Lektüre zur Einarbeitung in die Thematik als Ausgangspunkt für Forschungs- und Entwicklungsarbeiten verwendet werden.
Das Cutting sticks-Problem ist in seiner allgemeinen Formulierung ein NP-vollständiges Problem mit Anwendungspotenzialen im Bereich der Logistik. Unter der Annahme, dass P ungleich NP (P != NP) ist, existieren keine effizienten, d.h. polynomiellen Algorithmen zur Lösung des allgemeinen Problems.
In diesem Papier werden für eine Reihe von Instanzen effiziente Lösungen angegeben.
Effective Neighborhood Feature Exploitation in Graph CNNs for Point Cloud Object-Part Segmentation
(2022)
Part segmentation is the task of semantic segmentation applied on objects and carries a wide range of applications from robotic manipulation to medical imaging. This work deals with the problem of part segmentation on raw, unordered point clouds of 3D objects. While pioneering works on deep learning for point clouds typically ignore taking advantage of local geometric structure around individual points, the subsequent methods proposed to extract features by exploiting local geometry have not yielded significant improvements either. In order to investigate further, a graph convolutional network (GCN) is used in this work in an attempt to increase the effectiveness of such neighborhood feature exploitation approaches. Most of the previous works also focus only on segmenting complete point cloud data. Considering the impracticality of such approaches, taking into consideration the real world scenarios where complete point clouds are scarcely available, this work proposes approaches to deal with partial point cloud segmentation.
In the attempt to better capture neighborhood features, this work proposes a novel method to learn regional part descriptors which guide and refine the segmentation predictions. The proposed approach helps the network achieve state-of-the-art performance of 86.4% mIoU on the ShapeNetPart dataset for methods which do not use any preprocessing techniques or voting strategies. In order to better deal with partial point clouds, this work also proposes new strategies to train and test on partial data. While achieving significant improvements compared to the baseline performance, the problem of partial point cloud segmentation is also viewed through an alternate lens of semantic shape completion.
Semantic shape completion networks not only help deal with partial point cloud segmentation but also enrich the information captured by the system by predicting complete point clouds with corresponding semantic labels for each point. To this end, a new network architecture for semantic shape completion is also proposed based on point completion network (PCN) which takes advantage of a graph convolution based hierarchical decoder for completion as well as segmentation. In addition to predicting complete point clouds, results indicate that the network is capable of reaching within a margin of 5% to the mIoU performance of dedicated segmentation networks for partial point cloud segmentation.
Realism and plausibility of computer controlled entities in entertainment software have been enhanced by adding both static personalities and dynamic emotions. Here a generic model is introduced which allows the transfer of findings from real-life personality studies to a computational model. This information is used for decision making. The introduction of dynamic event-based emotions enables adaptive behavior patterns. The advantages of this new model have been validated with a four-way crossroad in a traffic simulation. Driving agents using the introduced model enhanced by dynamics were compared to agents based on static personality profiles and simple rule-based behavior. It has been shown that adding an adaptive dynamic factor to agents improves perceivable plausibility and realism. It also supports coping with extreme situations in a fair and understandable way.
Digitalisierung eines Pen-&-Paper-Rollenspiels mit Übertragung von Interaktionen in die reale Welt
(2015)
Das hier vorliegende Werk ist eine Zusammenführung des Masterprojekts und der darauf aufbauenden Masterarbeit von Antony Konstantinidis und Nicolas Kopp. Diese Arbeiten sind in den Jahren 2013 und 2014 entstanden und ergeben zusammen ein umfassendes Bild der Software- und Spielenentwicklung, der Konzeption von Echtzeitanwendungen und vermitteln Hintergründe aus den verschiedensten Bereichen der Mixed Reality, des Storytelling, der Netzwerkkonzeption und der künstlichen Intelligenz.
This project investigated the viability of using the Microsoft Kinect in order to obtain reliable Red-Green-Blue-Depth (RGBD) information. This explored the usability of the Kinect in a variety of environments as well as its ability to detect different classes of materials and objects. This was facilitated through the implementation of Random Sample and Consensus (RANSAC) based algorithms and highly parallelized workflows in order to provide time sensitive results. We found that the Kinect provides detailed and reliable information in a time sensitive manner. Furthermore, the project results recommend usability and operational parameters for the use of the Kinect as a scientific research tool.
Design of a declarative language for task-oriented grasping and tool-use with dextrous robotic hands
(2014)
Apparently simple manipulation tasks for a human such as transportation or tool use are challenging to replicate in an autonomous service robot. Nevertheless, dextrous manipulation is an important aspect for a robot in many daily tasks. While it is possible to manufacture special-purpose hands for one specific task in industrial settings, a generalpurpose service robot in households must have flexible hands which can adapt to many tasks. Intelligently using tools enables the robot to perform tasks more efficiently and even beyond the designed capabilities. In this work a declarative domain-specific language, called Grasp Domain Definition Language (GDDL), is presented that allows the specification of grasp planning problems independently of a specific grasp planner. This design goal resembles the idea of the Planning Domain Definition Language (PDDL). The specification of GDDL requires a detailed analysis of the research in grasping in order to identify best practices in different domains that contribute to a grasp. These domains describe for instance physical as well as semantic properties of objects and hands. Grasping always has a purpose which is captured in the task domain definition. It enables the robot to grasp an object in a taskdependent manner. Suitable representations in these domains have to be identified and formalized for which a domain-driven software engineering approach is applied. This kind of modeling allows the specification of constraints which guide the composition of domain entity specifications. The domain-driven approach fosters reuse of domain concepts while the constraints enable the validation of models already during design time. A proof of concept implementation of GDDL into the GraspIt! grasp planner is developed. Preliminary results of this thesis have been published and presented on the IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA).
Multi-robot systems (MRS) are capable of performing a set of tasks by dividing them among the robots in the fleet. One of the challenges of working with multirobot systems is deciding which robot should execute each task. Multi-robot task allocation (MRTA) algorithms address this problem by explicitly assigning tasks to robots with the goal of maximizing the overall performance of the system. The indoor transportation of goods is a practical application of multi-robot systems in the area of logistics. The ROPOD project works on developing multi-robot system solutions for logistics in hospital facilities. The correct selection of an MRTA algorithm is crucial for enhancing transportation tasks. Several multi-robot task allocation algorithms exist in the literature, but just few experimental comparative analysis have been performed. This project analyzes and assesses the performance of MRTA algorithms for allocating supply cart transportation tasks to a fleet of robots. We conducted a qualitative analysis of MRTA algorithms, selected the most suitable ones based on the ROPOD requirements, implemented four of them (MURDOCH, SSI, TeSSI, and TeSSIduo), and evaluated the quality of their allocations using a common experimental setup and 10 experiments. Our experiments include off-line and semi on-line allocation of tasks as well as scalability tests and use virtual robots implemented as Docker containers. This design should facilitate deployment of the system on the physical robots. Our experiments conclude that TeSSI and TeSSIduo suit best the ROPOD requirements. Both use temporal constraints to build task schedules and run in polynomial time, which allow them to scale well with the number of tasks and robots. TeSSI distributes the tasks among more robots in the fleet, while TeSSIduo tends to use a lower percentage of the available robots.
Subsequently, we have integrated TeSSI and TeSSIduo to perform multi-robot task allocation for the ROPOD project.
Currently, a variety of methods exist for creating different types of spatio-temporal world models. Despite the numerous methods for this type of modeling, there exists no methodology for comparing the different approaches or their suitability for a given application e.g. logistics robots. In order to establish a means for comparing and selecting the best-fitting spatio-temporal world modeling technique, a methodology and standard set of criteria must be established. To that end, state-of-the-art methods for this type of modeling will be collected, listed, and described. Existing methods used for evaluation will also be collected where possible.
Using the collected methods, new criteria and techniques will be devised to enable the comparison of various methods in a qualitative manner. Experiments will be proposed to further narrow and ultimately select a spatio-temporal model for a given purpose. An example network of autonomous logistic robots, ROPOD, will serve as a case study used to demonstrate the use of the new criteria. This will also serve to guide the design of future experiments that aim to select a spatio-temporal world modeling technique for a given task. ROPOD was specifically selected as it operates in a real-world, human shared environment. This type of environment is desirable for experiments as it provides a unique combination of common and novel problems that arise when selecting an appropriate spatio-temporal world model. Using the developed criteria, a qualitative analysis will be applied to the selected methods to remove unfit options.
Then, experiments will be run on the remaining methods to provide comparative benchmarks. Finally, the results will be analyzed and recommendations to ROPOD will be made.
BonaRes (Modul A): Überwindung der Bodenmüdigkeit mithilfe eines integrierten Ansatzes - ORDIAmur
(2019)
Die nationale Politik- und Forschungsstrategie Bioökonomie sieht eine Transformation der Wirtschaft vor, bei der die Verwendung fossiler Rohstoffe zunehmend durch den Einsatz nachwachsender Rohstoffe ersetzt wird. Der Einsatz biobasierter Kunststoffe soll dabei gefördert werden. Erste Analysen der Berichterstattung zu Biokunststoffen im Rahmen einer Pilotstudie ergaben, dass der Grundgedanke biologisch abbaubarer Kunststoffe breite Zustimmung im öffentlichen Diskurs erfährt. Abseits der soziopolitischen Diskursebene entwickelt sich jedoch eine medial geführte Diskussion um erhebliche Probleme mit den Stoffen in der Abfallwirtschaft. Die Gefahr besteht nun, dass diese Haltung verbreitet durch die Massenmedien auf die öffentliche Meinung abfärbt. Mangelnde öffentliche Akzeptanz könnte den Erfolg von innovativen Biokunststoff-Produkten gefährden.