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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).
Schlussbericht HIGEDIS
(2015)
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.
Advanced driver assistance systems (ADAS) are technology systems and devices designed as an aid to the driver of a vehicle. One of the critical components of any ADAS is the traffic sign recognition module. For this module to achieve real-time performance, some preprocessing of input images must be done, which consists of a traffic sign detection (TSD) algorithm to reduce the possible hypothesis space. Performance of TSD algorithm is critical.
One of the best algorithms used for TSD is the Radial Symmetry Detector (RSD), which can detect both Circular [7] and Polygonal traffic signs [5]. This algorithm runs in real-time on high end personal computers, but computational performance of must be improved in order to be able to run in real-time in embedded computer platforms.
To improve the computational performance of the RSD, we propose a multiscale approach and the removal of a gaussian smoothing filter used in this algorithm. We evaluate the performance on both computation times, detection and false positive rates on a synthetic image dataset and on the german traffic sign detection benchmark [29].
We observed significant speedups compared to the original algorithm. Our Improved Radial Symmetry Detector is up to 5.8 times faster than the original on detecting Circles, up to 3.8 times faster on Triangle detection, 2.9 times faster on Square detection and 2.4 times faster on Octagon detection. All of this measurements were observed with better detection and false positive rates than the original RSD.
When evaluated on the GTSDB, we observed smaller speedups, in the range of 1.6 to 2.3 times faster for Circle and Regular Polygon detection, but for Circle detection we observed a decreased detection rate than the original algorithm, while for Regular Polygon detection we always observed better detection rates. False positive rates were high, in the range of 80% to 90%.
We conclude that our Improved Radial Symmetry Detector is a significant improvement of the Radial Symmetry Detector, both for Circle and Regular polygon detection. We expect that our improved algorithm will lead the way to obtain real-time traffic sign detection and recognition in embedded computer platforms.
Extraction of text information from visual sources is an important component of many modern applications, for example, extracting the text from traffic signs on a road scene in an autonomous vehicle. For natural images or road scenes this is a unsolved problem. In this thesis the use of histogram of stroke widths (HSW) for character and noncharacter region classification is presented. Stroke widths are extracted using two methods. One is based on the Stroke Width Transform and another based on run lengths. The HSW is combined with two simple region features– aspect and occupancy ratios– and then a linear SVM is used as classifier. One advantage of our method over the state of the art is that it is script-independent and can also be used to verify detected text regions with the purpose of reducing false positives. Our experiments on generated datasets of Latin, CJK, Hiragana and Katakana characters show that the HSW is able to correctly classify at least 90% of the character regions, a similar figure is obtained for non-character regions. This performance is also obtained when training the HSW with one script and testing with a different one, and even when characters are rotated. On the English and Kannada portions of the Chars74K dataset we obtained over 95% correctly classified character regions. The use of raycasting for text line grouping is also proposed. By combining it with our HSW-based character classifier, a text detector based on Maximally Stable Extremal Regions (MSER) was implemented. The text detector was evaluated on our own dataset of road scenes from the German Autobahn, where 65% precision, 72% recall with a f-score of 69% was obtained. Using the HSW as a text verifier increases precision while slightly reducing recall. Our HSW feature allows the building of a script-independent and low parameter count classifier for character and non-character regions.
Der Einsatz von Agentensystemen ist vielfältig, dennoch sind aktuelle Realisierungen lediglich in der Lage primär regelkonformes oder aber „geskriptetes“ Verhalten auch unter Einsatz von randomisierten Verfahren abzubilden. Für eine realistische Repräsentation sind jedoch auch Abweichungen von den Regeln notwendig, die nicht zufällig sondern kontextbedingt auftreten. Im Rahmen dieses Forschungsprojektes wurde ein realitätsnaher Straßenverkehrssimulator realisiert, der mittels eines detailliert definierten Systems für kognitive Agenten auch diese irregulären Verhaltensweisen generiert und somit ein realistisches Verkehrsverhalten für die Verwendung in VR-Anwendungen simuliert. Durch das Erweitern der Agenten mit psychologischen Persönlichkeitsprofilen, basierend auf dem „Fünf-Faktoren-Modell“, zeigen die Agenten individualisierte und gleichzeitig konsistente Verhaltensmuster. Ein dynamisches Emotionsmodell sorgt zusätzlich für eine situationsbedingte Adaption des Verhaltens, z.B. bei langen Wartezeiten. Da die detaillierte Simulation kognitiver Prozesse, der Persönlichkeitseinflüsse und der emotionalen Zustände erhebliche Rechenleistungen verlangt, wurde ein mehrschichtiger Simulationsansatz entwickelt, der es erlaubt den Detailgrad der Berechnung und Darstellung jedes Agenten während der Simulation stufenweise zu verändern, so dass alle im System befindlichen Agenten konsistent simuliert werden können. Im Rahmen diverser Evaluierungsiterationen in einer bestehenden VR-Anwendung – dem FIVIS-Fahrradfahrsimulator des Antragstellers - konnte eindrucksvoll nachgewiesen werden, dass die realisierten Konzepte die ursprünglich formulierten Forschungsfragestellung überzeugend und effizient lösen.
Rural areas often lack affordable broadband Internet connectivity, mainly due to the CAPEX and especially OPEX of traditional operator equipment [HEKN11]. This digital divide limits the access to knowledge, health care and other services for billions of people. Different approaches to close this gap were discussed in the last decade [SPNB08]. In most rural areas satellite bandwidth is expensive and cellular networks (3G,4G) as well as WiMAX suffer from the usually low population density making it hard to amortize the costs of a base station [SPNB08].
Kaum ein anderes Segment im Gesundheitswesen in Deutschland steht so im Fokus der Qualitätssicherung wie die medizinische Rehabilitation. So sind leitliniengetreue Therapien oder ausgereifte Zertifizierungsverfahren längst existenzielle Belegungsvoraussetzungen für die Rehabilitationseinrichtungen. Ohne ein funktionierendes Qualitätsmanagementsystem darf eine Rehabilitationsklinik nicht belegt werden (§20 SGB IX) – das ist einmalig im Gesundheitssystem. Die Rehabilitationskliniken sind damit Vorreiter in Sachen Qualität im Gesundheitswesen.
Aufgrund eines nahezu gleichlautenden Beschlusses des Kreistages im Rhein-Sieg-Kreis (RSK) und des Hauptausschusses der Stadt Bonn im Jahr 2011 wurden die jeweiligen Verwaltungen beauftragt, gemeinsam mit den Energieversorgern der Region ein Starthilfekonzept Elektromobilität zu entwickeln. In Folge dieses Beschlusses konstituierte sich Ende 2011 ein Arbeitskreis, der aus den Verwaltungen des Rhein-Sieg-Kreises und der Stadt Bonn, den Energieversorgern SWB Energie und Wasser, der Rhenag, den Stadtwerken Troisdorf, der Rheinenergie und den RWE besteht. Die inhaltlichen Schwerpunkte, die inzwischen in drei Arbeitskreisen behandelt werden, umfassen den Ausbau der Ladeinfrastruktur, die Öffentlichkeitsarbeit und die Bereitstellung von Strom aus regenerativen Quellen durch den Zubau entsprechender Anlagen in der Region. Während Maßnahmen zur Öffentlichkeitsarbeit und die Bereitstellung Grünen Stroms aus den Arbeitskreisen direkt bearbeitet und bewegt werden, ist dies aufgrund der Komplexität des Themas und der zahlreichen Einflussgrößen beim Ausbau der Ladeinfrastruktur nicht möglich. Daraus entstand die Überlegung einer Kooperation mit der Hochschule Bonn-Rhein-Sieg.
Das Cutting sticks-Problem ist ein NP-vollständiges Problem mit Anwendungspotenzialen im Bereich der Logistik. Es werden grundlegende Definitionen für die Behandlung sowie bisherige Ansätze zur Lösung des Problems aufgearbeitet und durch einige neue Aussagen ergänzt. Insbesondere stehen Ideen für eine algorithmische Lösung des Problems bzw. von Varianten des Problems im Fokus.
Der zunehmende Wunsch der Verbraucher nach einem natürlichen Lebensstil führt unter anderem zu einem erhöhten Konsum von Rohmilch und Milchprodukten aus unpasteurisierter Milch (Hudopisk et al., 2013). Rohmilchkonsumenten bevorzugen Rohmilch zum Einen wegen des subjektiven Eindrucks eines besseren Geschmacks und zum Anderen versprechen sie sich gesundheitliche Vorteile, wie eine reduzierte Empfindlichkeit gegen Allergien und eine bessere Qualität der enthaltenen Nährstoffe, durch den Verzehr unbehandelter Milch (Claeys et al., 2014). Mit dem Konsum von Rohmilch gehen allerdings mikrobiologische Risiken einher, da Rohmilch aufgrund ihres neutralen pH-Wertes, dem hohen Nährstoffgehalt und der hohen Wasseraktivität einen guten Nährboden für mikrobielles Wachstum darstellt. Das Wachstum von verschiedenen Mikroorganismen wird dabei größtenteils durch die Temperatur, die kompetitive Begleitflora und die Anwesenheit von Hemmstoffen beeinflusst (Claeys et al., 2013).Mögliche Kontaminationen der Rohmilch resultieren entweder aus einer direkten Abgabe von Mikroorganismen durch das Euter, als Konsequenz von Entzündungen oder durch eine indirekte Kontamination während des Melkvorgangs oder der späteren Handhabung (EFSA, 2015).
Unternehmen im Maschinenbau realisieren Sicherheitsfunktionen immer mehr durch die Anwendungsprogrammierung von sicherheitsgerichteten Steuerungen. Die aktuellen Normen DIN EN ISO 13849 und DIN EN 62061 definieren erstmals auch Anforderungen an die Softwareentwicklung von Sicherheitsfunktionen. Dadurch sollen gefährliche systematische Fehler in der sicherheitsbezogenen Anwendungssoftware für eine Maschine vermieden werden. Wesentliche Anforderung dieser Normen ist, einen strukturierten Entwicklungsprozess einzuhalten: das V-Modell. Auch die weiteren Anforderungen zu fehlervermeidenden und -beherrschenden Maßnahmen bei der Entwicklung sind in den Normen wie üblich sehr allgemein gehalten. Zudem gibt es bislang wenige publizierte Beispiele und Vorschläge für die Umsetzung dieser Anforderungen. Daher ist die Interpretation der Normen bei der Softwareentwicklung im Maschinenbau oft unklar und bereitet Schwierigkeiten in der Umsetzung. Dies war der Anlass für ein von der DGUV gefördertes und an der Hochschule Bonn-Rhein-Sieg durchgeführtes Projekt (FF-FP0319, Laufzeit 2011 bis 2013). In dem Projekt wurde gemeinsam mit regionalen Maschinenbauunternehmen eine praktisch anwendbare Entwicklungsmethode – die Matrixmethode des IFA – hergeleitet und in einem Forschungsbericht mit vielen Beispielen dokumentiert. Dieser Forschungsbericht bildet den Kern des vorliegenden IFA Reports. Mit der hier dargestellten Matrixmethode des IFA kann Anwendungssoftware von Sicherheitsfunktionen normgerecht spezifiziert, validiert und dokumentiert werden. Darüber hinaus vermittelt der Report weitere Informationen rund um Anwendungsprogrammierung für sicherheitsbezogene Maschinensteuerungen. Der Aufwand für die Anwendungsprogrammierung ist bei Standardsteuerungen typischerweise höher als für zertifizierte Sicherheitssteuerungen. Daher beziehen sich mehrere Kapitel des Reports auf die Anwendung von Standardsteuerungen. Zur effizienten Anwendung der Matrixmethode entwickelt das IFA ein Softwaretool namens SOFTEMA. Die Beispiele des Reports sind zum Download verfügbar und können mit SOFTEMA betrachtet werden.
Studienverläufe von Studenten weichen nicht selten vom offiziell geplanten Curriculum ab. Für eine den Studienerfolg verbessernde Planung und Weiterentwicklung von Studiengängen und Curricula fehlen den Verantwortlichen häufig Erkenntnisse über tatsächliche sowie typischerweise erfolgreiche und weniger erfolgreiche Studienverlaufsmuster. Process-Mining-Techniken können helfen, mehr Transparenz bei der Auswertung von Studienverläufen zu schaffen und so die Erkennung typischer Studienverlaufsmuster, die Überprüfung der Übereinstimmung der konkreten Studienverläufe mit dem vorgegebenen Curriculum sowie eine zielgerechte Verbesserung des Curriculums zu unterstützen.
Emotional communication is a key element of habilitation care of persons with dementia. It is, therefore, highly preferable for assistive robots that are used to supplement human care provided to persons with dementia, to possess the ability to recognize and respond to emotions expressed by those who are being cared-for. Facial expressions are one of the key modalities through which emotions are conveyed. This work focuses on computer vision-based recognition of facial expressions of emotions conveyed by the elderly.
Although there has been much work on automatic facial expression recognition, the algorithms have been experimentally validated primarily on young faces. The facial expressions on older faces has been totally excluded. This is due to the fact that the facial expression databases that were available and that have been used in facial expression recognition research so far do not contain images of facial expressions of people above the age of 65 years. To overcome this problem, we adopt a recently published database, namely, the FACES database, which was developed to address exactly the same problem in the area of human behavioural research. The FACES database contains 2052 images of six different facial expressions, with almost identical and systematic representation of the young, middle-aged and older age-groups.
In this work, we evaluate and compare the performance of two of the existing imagebased approaches for facial expression recognition, over a broad spectrum of age ranging from 19 to 80 years. The evaluated systems use Gabor filters and uniform local binary patterns (LBP) for feature extraction, and AdaBoost.MH with multi-threshold stump learner for expression classification. We have experimentally validated the hypotheses that facial expression recognition systems trained only on young faces perform poorly on middle-aged and older faces, and that such systems confuse ageing-related facial features on neutral faces with other expressions of emotions. We also identified that, among the three age-groups, the middle-aged group provides the best generalization performance across the entire age spectrum. The performance of the systems was also compared to the performance of humans in recognizing facial expressions of emotions. Some similarities were observed, such as, difficulty in recognizing the expressions on older faces, and difficulty in recognizing the expression of sadness.
The findings of our work establish the need for developing approaches for facial expression recognition that are robust to the effects of ageing on the face. The scientific results of our work can be used as a basis to guide future research in this direction.
Population ageing and growing prevalence of disability have resulted in a growing need for personal care and assistance. The insufficient supply of personal care workers and the rising costs of long-term care have turned this phenomenon into a greater social concern. This has resulted in a growing interest in assistive technology in general, and assistive robots in particular, as a means of substituting or supplementing the care provided by humans, and as a means of increasing the independence and overall quality of life of persons with special needs. Although many assistive robots have been developed in research labs world-wide, very few are commercially available. One of the reasons for this, is the cost. One way of optimising cost is to develop solutions that address specific needs of users. As a precursor to this, it is important to identify gaps between what the users need and what the technology (assistive robots) currently provides. This information is obtained through technology mapping.
The current literature lacks a mapping between user needs and assistive robots, at the level of individual systems. The user needs are not expressed in uniform terminology across studies, which makes comparison of results difficult. In this research work, we have illustrated the technology mapping of assistive robots using the International Classification of Functioning, Disability and Health (ICF). ICF provides standard terminology for expressing user needs in detail. Expressing the assistive functions of robots also in ICF terminology facilitates communication between different stakeholders (rehabilitation professionals, robotics researchers, etc.).
We also investigated existing taxonomies for assistive robots. It was observed that there is no widely accepted taxonomy for classifying assistive robots. However, there exists an international standard, ISO 9999, which classifies commercially available assistive products. The applicability of the latest revision of ISO 9999 standard for classifying mobility assistance robots has been studied. A partial classification of assistive robots based on ISO 9999 is suggested. The taxonomy and technology mapping are illustrated with the help of four robots that have the potential to provide mobility assistance. These are the SmartCane, the SmartWalker, MAid and Care-O-bot (R) 3. SmartCane, SmartWalker and MAid provide assistance by supporting physical movement. Care-O-bot (R) 3 provides assistance by reducing the need to move.
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 Ansätze aufgezeigt, mit denen bestimmte Instanzen des Problems effizient berechnet werden können. Für die Berechnung wichtige Parameter werden charakterisiert und deren Beziehung untereinander analysiert.
This paper describes the security mechanisms of several wireless building automation technologies, namely ZigBee, EnOcean, ZWave, KNX, FS20, and Home-Matic. It is shown that none of the technologies provides the necessary measure ofsecurity that should be expected in building automation systems. One of the conclusions drawn is that software embedded in systems that are build for a lifetime of twenty years or more needs to be updatable.
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.
Recent work in image captioning and scene-segmentation has shown significant results in the context of scene-understanding. However, most of these developments have not been extrapolated to research areas such as robotics. In this work we review the current state-ofthe- art models, datasets and metrics in image captioning and scenesegmentation. We introduce an anomaly detection dataset for the purpose of robotic applications, and we present a deep learning architecture that describes and classifies anomalous situations. We report a METEOR score of 16.2 and a classification accuracy of 97 %.
Tracelets and Specifications
(2017)
In the accompanying paper [1] the authors study a model of concurrent programs in terms of events and a dependence relation, i.e., a set of arrows, between them. There also two simplifying interface models are presented; they abstract in different ways from the intricate network of internal points and arrows of program components. This report supplements [1] by presenting full proofs for the properties of the interface models, in particular, that both models exhibit homomorphic behaviour w.r.t. sequential and concurrent composition. [1] B. Möller, C.A.R. Hoare, M.E. Müller, G. Struth: A discrete geometric model of concurrent program execution. In H. Zhu, J. Bowen: Proc. UTP 16. LNCS 10134. Springer 2017, 1-25
Friction effects impose a requirement for the supplementary amount of torque to be produced in actuators for a robot to move, which in turn increases energy consumption. We cannot eliminate friction, but we can optimize motions to make them more energy efficient, by considering friction effects in motion computations. Optimizing motions means computing efficient joint torques/accelerations based on different friction torques imposed in each joint. Existing friction forces can be used for supporting certain types of arm motions, e.g standing still.
Reducing energy consumption of robot's arms will provide many benefits, such as longer battery life of mobile robots, reducing heat in motor systems, etc.
The aim of this project is extending an already available constrained hybrid dynamic solver, by including static friction effects in the computations of energy optimal motions. When the algorithm is extended to account for static friction factors, a convex optimization (maximization) problem must be solved.
The author of this hybrid dynamic solver has briefly outlined the approach for including static friction forces in computations of motions, but without providing a detailed derivation of the approach and elaboration that will show its correctness. Additionally, the author has outlined the idea for improving the computational efficiency of the approach, but without providing its derivation.
In this project, the proposed approach for extending the originally formulated algorithm has been completely derived and evaluated in order to show its feasibility. The evaluation is conducted in simulation environment with one DOF robot arm, and it shows correct results from the computation of motions. Furthermore, this project presents the derivation of the outlined method for improving the computational efficiency of the extended solver.
Motion capture, often abbreviated mocap, generally aims at recording any kind of motion -- be it from a person or an object -- and to transform it to a computer-readable format. Especially the data recorded from (professional and non-professional) human actors are typically used for analysis in e.g. medicine, sport sciences, or biomechanics for evaluation of human motion across various factors. Motion capture is also widely used in the entertainment industry: In video games and films realistic motion sequences and animations are generated through data-driven motion synthesis based on recorded motion (capture) data.
Although the amount of publicly available full-body-motion capture data is growing, the research community still lacks a comparable corpus of specialty motion data such as, e.g. prehensile movements for everyday actions. On the one hand, such data can be used to enrich (hand-over animation) full-body motion capture data - usually captured without hand motion data due to the drastic dimensional difference in articulation detail. On the other hand, it provides means to classify and analyse prehensile movements with or without respect to the concrete object manipulated and to transfer the acquired knowledge to other fields of research (e.g. from 'pure' motion analysis to robotics or biomechanics).
Therefore, the objective of this motion capture database is to provide well-documented, free motion capture data for research purposes.
The presented database GraspDB14 in sum contains over 2000 prehensile movements of ten different non-professional actors interacting with 15 different objects. Each grasp was realised five times by each actor. The motions are systematically named containing an (anonymous) identifier for each actor as well as one for the object grasped or interacted with.
The data were recorded as joint angles (and raw 8-bit sensor data) which can be transformed into positional 3D data (3D trajectories of each joint).
In this document, we provide a detailed description on the GraspDB14-database as well as on its creation (for reproducibility).
Chapter 2 gives a brief overview of motion capture techniques, freely available motion capture databases for both, full body motions and hand motions, and a short section on how such data is made useful and re-used. Chapter 3 describes the database recording process and details the recording setup and the recorded scenarios. It includes a list of objects and performed types of interaction. Chapter 4 covers used file formats, contents, and naming patterns. We provide various tools for parsing, conversion, and visualisation of the recorded motion sequences and document their usage in chapter 5.
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.
Der vorliegende Fachbericht ist der Abschlussbericht eines im Auftrag des Ministeriums für Umwelt, Landwirtschaft, Natur- und Verbraucherschutz durchgeführten Kooperationsprojekts des LANUV mit dem Internationalen Zentrum für Nachhaltige Entwicklung (Hochschule-Bonn-Rhein-Sieg) zur Untersuchung von Mengen und Gründen für die Entstehung von Lebensmittelverlusten bei Obst, Gemüse und Kartoffeln sowie zur Entwicklung von Vermeidungsstrategien im Winter 2016/2017.
Die im Folgenden dargestellten wichtigsten Ergebnisse des Teilprojektes 5 "Mathematische Beschreibung der relevanten physikalischen Prozesse und numerische Simulation von Wasseraufbereitung und -verteilung" beziehen sich auf die Arbeitspakete 2 "Daten und Methoden zum Modellaufbau, zur Zustandsschätzung, Prognose und Bewertung" und 3 "Physikalische Modelle und Numerische Verfahren".
Als rohstoffarme und exportorientierte Wirtschaftsnation ist die Bundesrepublik in ho- hem Maß auf die Sicherung und Sicherheit der Logistikketten im grenzüberschreiten- den Verkehr angewiesen. Angesichts der komplexen Transportstrukturen bei grenz- überschreitenden Transporten kommt den eingesetzten Kontroll- und Prüfverfahren besondere Bedeutung zu: Einerseits müssen Kostenbelastungen, Unterbrechungen und Verzögerungen in der Transportkette minimiert, andererseits besonders illegale Einfuhren, Transporte und Substanzen unterbunden werden. Von besonderer Bedeu- tung für Verdachts- bzw. Stichprobenkontrollen ist der Einsatz speziell trainierter Spür- hunde. Als besonders leistungsfähige ‚lebende Sensoren‘ sind sie in der Lage, eine Vielzahl von Stoffen zu detektieren. Der Einsatz von Spürhunden unterliegt allerdings engen Grenzen: Hoher Trainingsaufwand, eng begrenzte Einsatzdauer, begrenzte Verfügbarkeit. Die Entwicklung neuer, optimierter Einsatzverfahren für Spürhunde z. B. mit höheren Durchsatzraten und überprüfbarer Verlässlichkeit durch Einbindung technischer Systeme ist daher ein wichtiger Beitrag für die Sicherung und Sicherheit der Logistikketten.
Um das digitale Storytelling für Medienunternehmen lukrativ nutzbar zu machen, existiert eine zunehmende Zahl von Tools, Software also, die das deutlich weniger zeitaufwendige Produzieren mithilfe zur Verfügung stehender Seitenvorlagen möglich machen. Drei oftmals verwendete Tools zur Produktion als auch zur Veröffentlichung von Beiträgen im digitalen Storytelling sind Atavist, Pageflow und Shorthand. Statt eigenem Programmieren können verschiedene multimediale Elemente in der Regel mit wenigen Mausklicks integriert werden. Nicolas Kaufmann beschäftigt sich in seiner Abschlussarbeit zum Bachelor of Science mit dem Thema "Digitales Storytelling - Eine Untersuchung zu Darstellungsformen, Nutzen und Tools".
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.