620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
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Über Luftschifffahrt
(1894)
Python for Power System Analysis (PyPSA) is a free software toolbox for simulating and optimising modern electrical power systems over multiple periods. PyPSA includes models for conventional generators with unit commitment, variable renewable generation, storage units, coupling to other energy sectors, and mixed alternating and direct current networks. It is designed to be easily extensible and to scale well with large networks and long time series. In this paper the basic functionality of PyPSA is described, including the formulation of the full power flow equations and the multi-period optimisation of operation and investment with linear power flow equations. PyPSA is positioned in the existing free software landscape as a bridge between traditional power flow analysis tools for steady-state analysis and full multi-period energy system models. The functionality is demonstrated on two open datasets of the transmission system in Germany (based on SciGRID) and Europe (based on GridKit).
The future of work has become a pressing matter of concern: Researchers, business consultancies, and industrial companies are intensively studying how new work models could be best implemented to increase workplace flexibility and creativity. In particular, the agile model has become one of the “must-have” elements for re-organizing work practices, especially for technology development work. However, the implementation of agile work often comes together with strong presumptions: it is regarded as an inevitable tool that can be universally integrated into different workplaces while having the same outcome of flexibility, transparency, and flattened hierarchies everywhere. This paper challenges such essentializing assumptions by turning agile work into a “matter of care.” We argue that care work occurs in contexts other than feminized reproductive work, namely, technology development. Drawing on concepts from feminist Science and Technology Studies and ethnographic research at agile technology development workplaces in Germany and Kenya, we examine what work it takes to actually keep up with the imperative of agile work. The analysis brings the often invisibilized care practices of human and nonhuman actors to the fore that are necessary to enact and stabilize the agile promises of flexibilization, co-working, and rapid prototyping. Revealing the caring sociotechnical relationships that are vital for working agile, we discuss the emergence of power asymmetries characterized by hierarchies of skills that are differently acknowledged in the daily work of technology development. The paper ends by speculating on the emancipatory potential of a care perspective, by which we seek to inspire careful Emancipatory Technology Studies.
Objectives: The four-dimensional ultrasound (4D-US) enables imaging of the aortic segment and simultaneous determination of the wall expansion. The method shows a high spatial and temporal resolution, but its in vivo reliability is so far unknown for low-measure values. The present study determines the intraobserver repeatability and interobserver reproducibility of 4D-US in the atherosclerotic and non-atherosclerotic infrarenal aorta. Methods: In all, 22 patients with non-aneurysmal aorta were examined by an experienced examiner and a medical student. After registration of 4D images, both the examiners marked the aortic wall manually before the commercially implemented speckle tracking algorithm was applied. The cyclic changes of the aortic diameter and circumferential strain were determined with the help of custom-made software. The reliability of 4D-US was tested by the intraclass correlation coefficient (ICC). Results: The 4D-US measurements showed very good reliability for the maximum aortic diameter and the circumferential strain for all patients and for the non-atherosclerotic aortae (ICC >0.7), but low reliability for circumferential strain in calcified aortae (ICC = 0.29). The observer- and masking-related variances for both maximum diameter and circumferential strain were close to zero. Conclusions: Despite the low-measured values, the high spatial and temporal resolution of the 4D-US enables a reliable evaluation of cyclic diameter changes and circumferential strain in non-aneurysmal aortae independent from the observer experience but with some limitations for calcified aortae. The 4D-US opens up a new perspective with regard to noninvasive, in vivo assessment of kinematic properties of the vessel wall in the abdominal aorta.
The use of decentralised, sustainable urban drainage systems (SUDS) for the treatment of stormwater runoff is becoming increasingly prevalent in Germany. Decentralised SUDS can offer a viable and attractive alternative to end of pipe treatment systems for stormwater runoff from urban areas. However, there is still some uncertainty regarding the long-term performance of SUDS, and the general legislative requirements for SUDS approval and testing. Whilst the allowable pollution levels in stormwater runoff that infiltrate into ground and/or water table are regulated across Germany by the Federal Soil Protection Law, there is presently no federal law addressing the discharge requirements for surface water runoff. The lack of clear guidance can make it difficult for planners and designers to implement these innovative and sustainable stormwater treatment systems. This study clarifies the current understanding of urban stormwater treatment requirements and new technical approval guidelines for decentralised SUDS devices in Germany. The study findings should assist researchers, designers and asset managers to better anticipate and understand the performance, effective life-spans, and the planning and maintenance requirements for decentralised SUDS systems. This should help promote even greater use of these systems in the future.
This paper explores the many interesting implications for oscillator design, with optimized phase-noise performance, deriving from a newly proposed model based on the concept of oscillator conjugacy. For the case of 2-D (planar) oscillators, the model prominently predicts that only circuits producing a perfectly symmetric steady-state can have zero amplitude-to-phase (AM-PM) noise conversion, a so-called zero-state. Simulations on standard industry oscillator circuits verify all model predictions and, however, also show that these circuit classes cannot attain zero-states except in special limit-cases which are not practically relevant. Guided by the newly acquired design rules, we describe the synthesis of a novel 2-D reduced-order LC oscillator circuit which achieves several zero-states while operating at realistic output power levels. The potential future application of this developed theoretical framework for implementation of numerical algorithms aimed at optimizing oscillator phase-noise performance is briefly discussed.
'THIS ISN'T ME!': the role of age-related self- and user images for robot acceptance by elders
(2020)
Although companion-type robots are already commercially available, little interest has been taken in identifying reasons for inter-individual differences in their acceptance. Elders’ age-related perceptions of both their own self (self-image) and of the general older robot user (user image) could play a relevant role in this context. Since little is known to date about elders’ companion-type robot user image, it is one aim of this study to investigate its age-related facets, concentrating on possibly stigmatizing perceptions of elder robot users. The study also addresses the association between elders’ age-related self-image and robot acceptance: Is the association independent of the user image or not? To investigate these research questions, N = 28 adults aged 63 years and older were introduced to the companion-type robot Pleo. Afterwards, several markers of robot acceptance were assessed. Actual and ideal self- and subjective robot user image were assessed by a study-specific semantic differential on the stereotype dimensions of warmth and competence. Results show that participants tended to stigmatize elder robot users. The self-images were not directly related to robot acceptance, but affected it in the context of the user image. A higher fit between self- and user image was associated with higher perceived usefulness, social acceptance, and intention to use the robot. To conclude, elders’ subjective interpretations of new technologies play a relevant role for their acceptance. Together with elders’ individual self-images, they need to be considered in both robot development and implementation. Future research should consider that associations between user characteristics and robot acceptance by elders can be complex and easily overlooked.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde untersucht, inwieweit eine Bewegungsschärzung aus monokularen Bildsequenzen von Straßenverkehrsszenen und eine darauf aufbauende Hinderniserkennung mit Hilfe von statistischen oder neuronalen Methoden realisiert werden kann. Bei dem zugrunde liegenden mathematischen Modell wird angenommen, daß die Umgebung, in der sich ein Fahrzeug bewegt, im wesentlichen eben ist, was für Verkehrsequenzen in guter Näherung erfüllt ist. Im ersten Teil dieser Arbeit wurde ein statistisches Verfahren zur Bewegungsschätzung vorgestellt und diskutiert. Der erste Schritt dieses Verfahrens stellt die Generierung eines sogenannten Markantheitsbildes dar, in welchem Objektkanten und Objektecken visuell hervorgehoben werden. Für die daraus resultierende Liste von markanten Bildbereichen werden anschließend unter Verwendung einer sogenannten Verschiebungsvektorschätzung, Korrespondenzen im zeitlich folgenden Bild ermittelt. Ausgehend von dem resultierenden Verschiebungsvektorfeld, werden in dem nächsten Schritt des Verfahrens die Bewegungsgrößen ermittelt, also die Rotationsmatrix und der Translationsvektor des Fahrzeugs, beziehungsweise der Kamera. Um abschließend eine Hinderniserkennung realisieren zu können, erfolgt unter Verwendung der Bewegungsgrößen eine Bewegungskompensation der Bilddaten. Bei einer solchen Bewegungskompensation wird unter Verwendung der ermittelten Bewegungsgrößen und dem Modell der bewegten Ebene eine Rücktransformation jedes Bildpixels durchgeführt, so daß bei der Bildung eines Differenzbildes zwischen dem bewegungskompensierten Bild und dem tatsächlich aufgenommenen Bild, dreidimensionale Strukturen, die ja das Ebenenmodell verletzen, deutlich hervortreten und somit auf potentielle Hindernisse hinweisen. Es hat sich gezeigt, daß Fehlmessungen in den Verschiebungsvektoren, welche beispielsweise durch periodische Strukturen auf der Ebene auftreten können, die Bewegungsschätzung und die Hinderniserkennung empfindlich stören. Diese statistischen Ausreißer bewirken, daß trotz der Verwendung von robusten Schätzmethoden, eine stabile Hinderniserkennung nur durch die Einbeziehung von Vorwissen über die Art der Bewegung des Fahrzeugs realisiert werden kann. Weiterhin führen die Komplexität des Verfahrens und die damit verbundenen hohen Anforderungen an die Rechenleistung der eingesetzten Hardware dazu, daß die für die praktische Anwendbarkeit so wichtige Echtzeitfähigkeit des Verfahrens bisher nur für Eingangsbilder mit geringer Auflösung ermöglicht werden konnte. Speziell für die Bildverarbeitung hat sich das neue Paradigma der Zellularen Neuronalen Netzwerke als außerordentlich leistungsfähig erwiesen. Neben der extrem hohen Verarbeitungsgeschwindigkeit von CNN-basierten schaltungstechnischen Realisierungen zeichnen sie sich durch eine hohe Robustheit bei vertauschten oder fehlerhaften Eingangsdaten aus. Für nahezu jedes aktuelle Problem der Bildverarbeitung wurde bisher ein geeignetes CNN bestimmt. Auch für komplexe Aufgabenstellungen aus der Bildverarbeitung, wie beispielsweise die Texturklassifikation, die Spurverfolgung oder die Gewinnung von Tiefeninformation konnten bereits CNN-Programme implementiert und schaltungstechnisch verwirklicht werden. So konnte auch im zweiten Teil dieser Arbeit gezeigt werden, daß die einzelnen Schritte der Hinderniserkennung aus monokularen Bildsequenzen ebenfalls unter Verwendung eines CNN realisierbar sind. Es wurde demonstriert, daß für die Generierung eines Markantheitsbildes bereits ein Standard-CNN mit linearer Kopplungsfunktion und der Nachbarschaft r=1 verwendet werden kann. Das rechenaufwändige statistische Verfahren der Markantheitsbildberechnung kann somit durch einen einzigen CNN-Verarbeitungsschritt durchgeführt werden. Weiterhin wurde im Rahmen dieser Arbeit gezeigt, daß auch der folgende, rechenintensive Schritt des statistischen Verfahrens der Hinderniserkennung, nämlich die Verschiebungsvektorschätzung, mittels CNN verwirklicht werden kann. Hierzu sind CNN mit polynomialen Kopplungsfunktionen und der Nachbarschaft r=1 notwendig. Bei den durchgeführten Untersuchungen hat sich herausgestellt, daß die CNN-basierten Verarbeitungsschritte den statistischen Methoden in den Punkten Robustheit und Verarbeitungsgeschwindigkeit deutlich überlegen sind. Abschließend wurde in dieser Arbeit gezeigt, daß mit Hilfe von CNN sogar eine direkte Hinderniserkennung aus monokularen Bildsequenzen - ohne den Umweg über die Bestimmung der Verschiebungsvektoren und der Bewegungsgrößen - realisiert werden kann. In dem vorgestellten Verfahren wird nach zwei Vorverarbeitungsschritten, die Hinderniserkennung in einem einzigen Schritt unter Verwendung eines CNN mit polynomialen Zellkopplungsgewichten vom Grade D=3 und der Nachbarschaft r=2 durchgeführt. Das vorgeschlagene Verfahren führt zu einer wesentlichen Vereinfachung der Hinderniserkennung in monokularen Bildsequenzen, da die Bewegegungsschätzung aus dem statistischen Verfahren nicht länger notwendig ist. Die Umgehung der expliziten Bewegungsschätzung hat weiterhin den Vorteil, daß der Rechenaufwand stark reduziert wurde und durch den Wegfall der Verschiebungsvektorschätzung und dem damit verketteten Problem der Ausreißer, ist das vorgestellte CNN-basierte Verfahren außerdem sehr robust. Die ersten Resultate, die unter Verwendung von synthetischen und natürlichen Bildsequenzen erhalten wurden, sind überaus vielversprechend und zeigen, daß CNN ausgezeichnet zur Verarbeitung von Videosequenzen geeignet sind.
Nano-granular metals are materials that fall into the general class of granular electronic systems in which the interplay of electronic correlations, disorder and finite size effects can be studied. The charge transport in nano-granular metals is dominated by thermally-assisted, sequential and correlated tunneling over a temperature-dependent number of metallic grains. Here we study the frequency-dependent conductivity (AC conductivity) of nano-granular Platinum with Pt nano-grains embedded into amorphous carbon (C). We focus on the transport regime on the insulating side of the insulator metal transition reflected by a set of samples covering a range of tunnel-coupling strengths. In this transport regime polarization contributions to the AC conductivity are small and correlation effects in the transport of free charges are expected to be particularly pronounced. We find a universal behavior in the frequency dependence that can be traced back to the temperature-dependent zero-frequency conductivity (DC conductivity) of Pt/C within a simple lumped-circuit analysis. Our results are in contradistinction to previous work on nano-granular Pd/ZrO2ZrO2 in the very weak coupling regime where polarization contributions to the AC conductivity dominated. We describe possible future applications of nano-granular metals in proximity impedance spectroscopy of dielectric materials.