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Timely recognition of threats can be significantly supported by security assistance systems that work continuously in time and call the security personnel in case of anomalous events in the surveillance area. We describe the concept and the realization of an indoor security assistance system for real-time decision support. The system consists of a computer vision module and a person classification module. The computer vision module provides a video event analysis of the entrance region in front of the demonstrator. After entering the control corridor, the persons are tracked, classified, and potential threats are localized inside the demonstrator. Data for the person classification are provided by chemical sensors detecting hazardous materials. Due to their limited spatio-temporal resolution, a single chemical sensor cannot localize this material and associate it with a person. We compensate this deficiency by fusing the output of multiple, distributed chemical sensors with kinematical data from laser-range scanners. Considering both the computer vision formation and the results of the person classification affords the localization of threats and a timely reaction of the security personnel.
Since thermal barrier coatings (TBCs) for turbine blades suffer from bond coat oxidation and sintering of the ceramic top coat during service, quantification of TBC degradation by non destructive evaluation methods (NDE) is essential. IN617 substrates with standard NiCoCrAlY/PYSZ EBPVD TBCs were annealed at 1100 °C and measured by impedance spectroscopy. Parameters such as phase angle, total impedance, real and imaginary part were analyzed. To clearly separate bond coat oxidation from aging of the zirconia, freestanding ceramic top coats and ceramic free samples were analyzed as well. A straight correlation between the changes in the impedance spectra and the measured thickness of the thermally grown oxide was found.
Durch Dotierung eines nematischen Flüssigkristalles mit einer chiralen Substanz wird eine helikal strukturierte Phase induziert, die in der Lage ist, einfallendes Licht wellenlängenselektiv zu reflektieren. Bei der Reaktion des Dotiermittels mit einem gasförmigen Analyten verändern sich die Ganghöhe dieser Struktur und damit die reflektierte Wellenlänge. Liegt diese im Bereich des sichtbaren Lichts, ist eine Farbänderung mit dem menschlichen Auge zu beobachten. Es ist dabei sinnvoll den Flüssigkristall z.B. in einem Polymer einzukapseln, um ihn vor mechanischen Einflüssen und Umwelteinflüssen zu schützen. Eine Möglichkeit zur Einkapselung ist das koaxiale Elektrospinnen. Vorteile sind unter anderem die Realisierung einer großen Oberfläche und einer sehr geringen Wanddicke der schützenden Schale, die die Diffusion von Gasen durch die Wand hindurch ermöglicht. Um die Funktionsfähigkeit eines solchen Sensors zu testen, wurde ein CO2-sensitiver Flüssigkristall verwendet. Dieser wurde in eine Schale aus Polyvinylpyrrolidon (PVP) versponnen und die Reaktion mit CO2 spektroskopisch analysiert.
Raman-microspectroscopy was used for the non-destructive characterization and differentiation of six different meat spoilage associated microorganisms, namely Brochothrix thermosphacta DSM 20171, Micrococcus luteus, Pseudomonas fluorescens DSM 4358, Escherichia coli Top10 and K12 and Pseudomonas fluorescens DSM 50090. To evaluate and classify the Raman-spectroscopic data at species and strain level an adequate preprocessing and subsequent principal component analysis was used. The same procedure was extended to an independent test data set, which could be successfully assigned to the correct bacterial species and even to the right strain. The evaluation was not only successful in differentiation of gram-positive and gram-negative bacteria but also the discrimination between the different bacterial species and strains was possible. This means that the training data set, the preprocessing method and the evaluation of the data lead to a robust principal component analysis. Even the correct assignment of unknown samples is possible. The results show that Raman-microspectroscopy in combination with an appropriate chemometric treatment can be a good tool for a rapid examination and classification of microbial cultures.
The freshness changes in poultry fillets during storage were studied using a portable fiber-optic Raman spectrometer. Poultry fillets with the same storage life (9 days) and expiry date were purchased from a local store and stored at 4 °C. Their Raman spectra were measured on a daily basis up to day 21 using a QE Pro-Raman spectrometer with a laser excitation wavelength of 785 nm. The complex spectra were analyzed using Principal Components Analysis (PCA), which resulted in a separation of the samples into three quality classes according to their freshness: fresh, semi-fresh, and spoiled. These classes were based on and similar to the information inferred from the product label on the packages of poultry fillets. The PCA loadings revealed a decrease in the protein content of the poultry meat during spoilage, an increase in the formation of free amino acids, an increase in oxidation of amino acid residues, and an increase in microbial growth on the surface of the poultry fillets, as well as revealing information about hydrophobic interaction around the aliphatic residues. Similar groupings (fresh, semi-fresh, and spoiled) were also obtained from the results of an Agglomerative Hierarchical Cluster Analysis (AHCA) of the first five principal components. The results allow the conclusion that the portable fiber-optic Raman spectrometer can be used as a reliable and fast method for real-time freshness evaluation of poultry during storage.
In the context of the Franco-German research project Re(h)strain, this work focuses on a global system analysis integrating both safety and security analysis of international and/or urban railway stations. The Re(h)strain project focuses on terrorist attacks on high speed train systems and investigates prevention and mitigation measures to reduce the overall vulnerability and strengthen the system resilience. One main criterion regarding public transport issues is the number of passengers. For example, the railway station of Paris “Gare du Nord” deals with a bigger number of passengers than the biggest airport in the world (SNCF open Data 2014), the Atlanta airport, but in terms of passengers, it is only around the 23rd rank railway station in the world. Due to the enormous mass of people, this leads to the system approach of breaking out the station into several classes of zones, e.g. entrance, main hall, quays, trains, etc. All classes are analysed considering state-of-the-art parameters, like targets attractiveness, feasibility of attack, possible damage, possible mitigation and defences. Then, safety incidence of security defence is discussed in order to refine security requirement with regard to the considered zone. Finally, global requirements of security defence correlated to the corresponding class of zones are proposed.
Unkonventionelle Spreng- und Brandvorrichtungen sind Bedrohungen in den weltweiten Konfliktherden und werden bei terroristischen Aktivitäten verwendet. Der Schutz von Menschen und Material erfordert daher effektive Gegenmaßnahmen. Dazu gehört auch die Anforderung an Sicherheitskräfte oder militärisches Personal, unbekannte Substanzfunde mit geringem zeitlichem und logistischem Aufwand vor Ort als gefährdend oder unkritisch einzustufen. Um Explosivstoffe von nicht-explosiven Materialien zu unterscheiden, kann die bei Explosivstoffen initiierbare, stark exotherme Reaktion genutzt werden. Diese resultiert in Strahlungsemissionen sowie in lokaler Druck- und Temperaturerhöhung. Die Messung dieser Reaktionseffekte und die Anforderung an eine mobile, einfach zu bedienende und robuste Analytik werden durch ein System ermöglicht, das Proben im einstelligen mg-Bereich durch schnelles Erhitzen auf mikrostrukturierten Heizern zum chemischen Umsatz anregt. Die emittierte Strahlung wird mit Photodioden im Bereich des sichtbaren und nah-infraroten Lichts aufgenommen, ein Sensor registriert die Druckerhöhung in einer geschlossenen Versuchskammer. In einem zweiten Aufbau werden die gasförmigen Reaktionsprodukte über ein Sensorarray von vier kommerziellen Gassensoren geleitet und die Signalantworten der Halbleitergassensoren mittels Hauptkomponentenanalyse ausgewertet. Die Ergebnisse zeigen, dass die schnelle thermische Aktivierung für die untersuchten primären Explosivstoffe, Treibladungspulver, sowie Trinitrotoluol (TNT) reproduzierbar erfolgt. Nicht-Explosivstoffe werden dabei im untersuchten Umfang sicher als unkritisch erkannt. Die Auswertung der Gassensorsignale liefert eine Unterscheidung von Nitrat- und Peroxid-basierten Sprengstoffen sowie von nicht-explosiven Substanzen.
Die Detektion von Explosivstoffen stellt ein zentrales Feld der zivilen Sicherheitsforschung dar. Eine besondere Herausforderung liegt hierbei in dem Nachweis verpackter Substanzen, wie es bei Unkonventionellen Spreng- und Brandvorrichtung (USBV) häufig der Fall ist. Derzeit eingesetzte Verfahren arbeiten meist mit bildgebenden Techniken, durch die sich ein Anfangsverdacht ergibt. Der tatsächliche chemische Inhalt der USBV lässt sich jedoch nicht exakt ermitteln. Eine genaue Beurteilung der Gefährdung durch solche Substanzen ist allerdings von großer Bedeutung, insbesondere wenn die Entschärfung des Objekts in bewohntem Gebiet stattfinden muss. In der vorliegenden Arbeit wird ein Verfahren vorgestellt, das sich als Verifikationsverfahren bei bestehendem Anfangsverdacht gezielt einsetzen lässt. Hierzu wird mittels Laserbohrtechnik zunächst die äußere Hülle des zu untersuchenden Gegenstandes durchdrungen. Anschließend finden eine lasergestützte Probenahme des Inhalts sowie die Detektion unter Verwendung geeigneter Analysemöglichkeiten statt. Der Bohr- und Probenahmefortschritt wird über verschiedene spektroskopische und sensorische Verfahren begleitend überwacht. Zukünftig soll das System abstandsfähig auf Entschärfungsrobotern eingesetzt werden.
In der vorliegenden Arbeit wird ein neuartiges Verfahren zur Echtzeitüberwachung von Laserbohrprozessen vorgestellt. Die Untersuchungen werden an unterschiedlichen Materialien unter Einsatz eines passiv-gütegeschalteten Nd:YAG Lasers durchgeführt. Prozessbegleitend findet eine Aufzeichnung der akustischen Emissionen mit anschließender Analyse durch schnelle Fourier-Transformation statt. Hierdurch lassen sich der Durchbruch beim Bohren durch ein Material sowie der Materialübergang mehrschichtiger Systeme detektieren. Die akustischen Messungen werden durchAuswertung der Pulsfolge des Lasers mittels einer Fotodiode gestützt. Hierbei zeigt sich eine gute Übereinstimmung der im akustischen Spektrum dominanten Frequenz mit der jeweils im Laserburstauftretenden Pulsfrequenz. Das vorgestellte Verfahren ermöglicht eine Echtzeitüberwachung beim Laserbohren mittels kostengünstiger und einfacher Hardware. Zudem zeichnet es sich im Gegensatz zu bestehenden Verfahren durch eine hohe Robustheit gegen äußere Störeinflüsse aus, da eine frequenzbasierte Auswertung stattfindet.
Bisher ist nicht bekannt, in welchem Ausmaß Fremd- oder Störgerüche dazu geeignet sind, die allgemeine Leistungsfähigkeit eines Sprengstoffspürhundes einzuschränken oder sogar die Detektion eines Sprengkörpers zu verhindern. Ziel ist es zu untersuchen, inwieweit sich durch den gezielten Einsatz von Störsubstanzen die Sprengstoffdetektionsfähigkeit von Spürhunden beeinflussen lässt. Mit Detektionsfähigkeit ist hier sowohl die Wahrscheinlichkeit einer richtigen Detektion von Sprengstoffen in Gegenwart von starken Fremdgerüchen, als auch die ebenfalls zu erwartende Verringerung der Einsatzdauer (vorzeitige Erschöpfung) gemeint.
Sicherheit im Fährverkehr
(2012)
Das Förderprojekt VESPERPLUS wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung im Rahmen des Sicherheitsforschungsprogramms der Bundesregierung im Themenschwerpunkt "Schutz von Verkehrsinfrastrukturen" mit dem Gesamtziel der Erhöhung des Standards der Sicherheitsmaßnahmen im Fährverkehr gefördert. Das Forschungsprojekt ordnet sich in das übergeordnete Fachgebiet der "Maritimen Verkehrssicherheit" ein und widmet sich als Verbundprojekt der Problematik terroristischer Bedrohungen im Bereich des Seetransports. Forschungsschwerpunkte sind dabei Arbeiten zur vorhandenen Sicherheitsstruktur, Gefahrstoffkontrollen, Entscheidungsunterstützung an Bord von Fährschiffen, Schulung und Training sowie begleitende Forschung zu menschlichem Verhalten und Auswirkungen auf Gesellschaft und Wirtschaft.
Detection of triacetone triperoxide using temperature cycled metal-oxide semiconductor gas sensors
(2015)
Optical gas sensors based on chiral-nematic liquid crystals (N* LCs) forming one-dimensional photonic crystals do not require electrical energy and have a considerable potential to supplement established types of sensors. A chiral-nematic phase with tunable selective reflection is induced in a nematic host LC by adding reactive chiral dopants. The selective chemical reaction between dopant and analyte is capable to vary the pitch length (the lattice constant) of the soft, self-assembled, one-dimensional photonic crystal. The progress of the ongoing chemical reaction can be observed even by naked eye because the color of the samples varies. In this work, we encapsulate the responsive N* LC in microscale polyvinylpyrrolidone (PVP) fibers via coaxial electrospinning. The sensor is, thus, given a solid form and has an improved stability against nonavoidable environmental influences. The reaction behavior of encapsulated and nonencapsulated N* LC toward a gaseous analyte is compared, systematically. Making use of the encapsulation is an important step to improve the applicability.
The application of Raman and infrared (IR) microspectroscopy is leading to hyperspectral data containing complementary information concerning the molecular composition of a sample. The classification of hyperspectral data from the individual spectroscopic approaches is already state-of-the-art in several fields of research. However, more complex structured samples and difficult measuring conditions might affect the accuracy of classification results negatively and could make a successful classification of the sample components challenging. This contribution presents a comprehensive comparison in supervised pixel classification of hyperspectral microscopic images, proving that a combined approach of Raman and IR microspectroscopy has a high potential to improve classification rates by a meaningful extension of the feature space. It shows that the complementary information in spatially co-registered hyperspectral images of polymer samples can be accessed using different feature extraction methods and, once fused on the feature-level, is in general more accurately classifiable in a pattern recognition task than the corresponding classification results for data derived from the individual spectroscopic approaches.
Explorative experiments were done to figure out differences in the emission of volatile organic compounds (VOCs) of not infested trees and trees infested by Anoplophora glabripennis (Asian longhorn beetle, ALB), a quarantine pest. Therefore, VOCs from some native insect species, Anoplophora glabripennis infested Acer, stressed Acer, healthy Acer, Populus and Salix were obtained by enrichment on adsorbents. Qualitative analysis was done by thermal desorption gas chromatography coupled with a mass selective detector (TD-GC/MS). Altogether 169 substances were identified. 11 substances occur from ALB infested or mechanically damaged trees i.e. stressed trees, but not from healthy trees. (+)-Cyclosativene, (+)-α-longipinene, copaene and caryophyllene are detectable only from ALB-infested Acer not from mechanically damaged or healthy Acer. However, these substances are also emitted by healthy Salix. 2,4-Dimethyl-1-heptene is among all tree samples exclusively present in the ambience of ALB-infested trees. It´s rarely detectable from native insect species’ samples.
