Universität Stuttgart
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Item Open Access Zwei Algorithmen zur Zuflussregelung an Schnellstraßen : Implementation und Vergleich in einer mikroskopischen Verkehrsflusssimulation(2004) Waldherr, SteffenEs werden zwei Verfahren zur Zuflussregelung an Schnellstraßenauffahrten verglichen: Das ALINEA-Verfahren und die Fuzzy-Zuflussregelung nach Bogenberger. Beide Verfahren wurden dazu für ein in der mikroskopischen Simulationsumgebung VISSIM erstelltes Verkehrsnetz implementiert. Durch Simulation mit unterschiedlichen Belastungsfällen werden die Auswirkungen der Zuflussregelung auf den Verkehrszustand ermittelt. Mit diesen Ergebnissen werden die beiden Verfahren untereinander und mit dem ungeregelten Fall verglichen.Item Open Access Durchflusszytometrische Bestimmung der Farbstoffausbreitung über Gap-Junction-Kanäle(1999) Schulz, GunnarGap-Junction-Kanäle verbinden benachbarte Vertebraten-Zellen und ermöglichen den interzellulären Transfer von geladenen und ungeladenen Molekülen bis zu einem Molekulargewicht von 1 kd. Die Existenz funktioneller Gap-Junction-Kanäle kann mit Fluoreszenzfarbstoffen untersucht werden Dabei wird der Farbstoff durch eine Glasmikroelektrode in eine Zelle injiziert und die Kopplung durch Auszählen der gefärbten Zellen im Mikroskop bestimmt. Eine genauere Methode zur Quantifizierung der Zell-Zell Kopplung ist die Farbstoff-Beladungs-Technik mit Calcein AM. In dieser Arbeit wurde die Farbstoff-Beladungstechnik mit der Fluoreszenz aktivierten Durchflusszytometrie gekoppelt. Durch die große Anzahl der untersuchten Zellen eines Ansatzes ermöglicht diese Methode eine verbesserte Auflösung gegenüber der Injektions-methode. Es wurden die Kopplungsraten verschiedener Ansätze mit 6 Zell-Linien untersucht.Item Open Access Punktmasseschätzungen auf Grönland aus GRACE(2008) Xia, JingIn dieser Arbeit werden die Massenänderungen über Grönland durch die Analyse von GRACE-Schwereänderungen berechnet. Eine Inversion wird über die Methode der kleinsten Quadrate durchgeführt. Der Zeitraum ist von April 2002 bis März 2007 und enthält insgesamt 57 Epochen (57 GRACE-Monatslösungen). Wenn die Kugelflächenfunktionen bis zum Entwicklungsgrad 30 entwickelt werden und der Regularisierungsparameter zu 10e-43 gesetzt wird, liegt der potimale Fall vor, um die Massenänderung bzw. die Volumenändereung von Eis zu berechnen. In diesem Fall wird die Eisschmelzrate auf Grönland zu -227qkm/Jahr berechnet. Nach dem Vergleich von zwei Massenpunktverteilungen (Verteilung der Massepunkte über ganz Grönland und nur am östlichen Rand Grönlands) wird festgestellt, dass der Eisverlust am östlichen Rand fast 70% des gesamten Eisverlustes ausmacht. Wenn die Massenpunkte auf dem ganzen Land gewählt werden, ist die Massenänderung -227qkm/Jahr; wenn die Massenpunkte am Rand des Landes liegen, ist die Massenänderung -221qkm/Jahr. Wenn der Entwicklungsgrad der Kugelflächenfunktionen größer als 30 ist, wird das Ergebnis nicht stark beeinflusst. Zur Bestimmung des Regularisierungsparameters wird das L-Kurve-Kriterium verwendet. Dieser Parameter beeinflusst die berechneten Massenänderungen stark. Mit Hilfe der L-Kurve wird der Punkt mit der größten Krümmung (Eckpunkt) ausgesucht. Der entprechende Rgularisierungsparameter wird für eine optimale Schätzung gewählt.Item Open Access GOCE data and gravity field model filter comparison(2008) Raizner, CarinaNew approaches with respect to space borne gravity observations are expected to significantly improve the overall knowledge of the Earth's gravity field and its geoid. The Gravity field and steady-state Ocean Circulation Explorer (GOCE) is the first Core Earth Explorer Mission of the ESA Living Planet Programme. This new satellite mission based on the concept of satellite gradiometry is designed to support applications in Earth physics, oceanography and geodesy with an accurate and detailed global model of the Earth's gravity field and its geoid. One of the main problems in the use of the GOCE data is that the retrieval algorithms need along-track filtering on one hand and/or the implementation of spherical filters on the other. The match between these along-track one-dimensional filters and the spherical two-dimensional ones is far from obvious. Thus, the objective of this study is to investigate the influences of these two filter types by analyzing the differences between simulated GOCE reference and filtered data. Apart from closed-loop tests in order to check the consistency and correctness of the data and software used, the testing procedure for along-track as well as spherical filtering is implemented as follows. First, a global reference model is used for data generation which yields a reference signal along the orbit. By applying a one-dimensional along-track filter to these synthetic satellite data, a filtered global model is retrieved. On the other hand, the synthetic satellite data can be also generated after applying spherical filters to the global reference model. The outcome is a filtered global model estimated from these synthetic satellite data. The influences of both filter types are assessed by comparing the reference and filtered signals along the orbit as well as by comparing the reference and filtered models on the ground. Additionally, the properties of both filter types can be varied. In order to examine the empirical relation between along-track and spherical filters, transfer functions of the filters are investigated in a second step of this study. The transfer function for the spherical filter in the model domain is the ratio between reference and filtered signal which represents a corresponding one dimensional along-track filter in the signal domain. On the other hand, computing the ratio between reference and filtered model estimated from the along-track filtered signal relates the one-dimensional filter in the signal domain to a two-dimensional spherical filter in the model domain. The outcome of the study will be very useful for explaining some of the differences between current global model retrieval philosophies and will also be applicable to other satellite missions and data types in the future.Item Open Access Versuchsstand Flexibler Roboter: Modellierung und Beobachterentwurf(2009) Burkhardt, MarkusDiese Arbeit befasst sich mit der Modellbildung und dem Beobachterentwurf eines zweigelenkigen, ebenen Roboters mit flexiblen Verbindungselementen. Der Roboter wird dabei als ein flexibles Mehrkörpersystem betrachtet, um die Elastizitäten in den Verbindungen zu berücksichtigen. Durch die Variation der Anzahl an Moden und durch eine unterschiedliche Berücksichtigung der auftretenden Reibung werden mehrere verschiedene Modelle erstellt und anschließend miteinander verglichen. Um eine Zustandsrückführung zu ermöglichen, wird ein Beobachter entworfen. Dabei kommt ein Extended Kalman Filter zum Einsatz. Dabei gilt die Zielvorgabe, dass das Extended Kalman Filter echtzeitfähig ist. Die Implementierung am Versuchsstand erfolgt als C Mex S-Function. Nachdem verschiedene Varianten miteinander verglichen wurden und die geeignetste Variante gewählt wurde, wird das Konvergenzverhalten überprüft.Item Open Access Entwicklung eines adaptiven autoregressiven Modells zur Kurzfristlastprognose im liberalisierten Energiemarkt(2002) Buchholz, BastianFür Unternehmen in der Energiewirtschaft ist es von großer Bedeutung, die elektrische Lastnachfrage seitens der Verbraucher, vorhersagen zu können. Auf diese Weise können zum einen Stromproduzenten den Betrieb ihrer Kraftwerke, und zum Anderen die durch die Liberalisierung des Energiemarktes neu entstandenen Stromhändler ihre Strategie beim An- und Verkauf von elektrischer Energie besser planen. Ziel dieser Arbeit ist es, auf Basis eines autoregressiven Ansatzes (AR-Ansatz), verschiedene Modelle zu erstellen, welche eine Kurzfrist-Prognose, das heisst für den Zeitraum der nächsten 24 Stunden, der elektrischen Lastnachfrage ermöglichen. Der reine AR-Ansatz wird hierfür erweitert. Zuerst durch ein adaptives Prognosevorgehen, welches es dem Modell ermöglicht sich an veränderliche Bedingungen anzupassen, wie sie zum Beispiel durch die Fluktuationen im Kundenstamm, verursacht durch die Liberalisierung des Energiemarktes entstehen. Anschließend durch einen X-Anteil (ARX-Ansatz) welcher den Einfluss der Temperatur berücksichtigt und Konstanten zur Abbildung spezifischer elektrischer Tageslastverläufe enthält. Die Ergebnisse zeigen, dass der ARX-Ansatz, kombiniert mit einem adaptiven Prognosevorgehen, die besten Ergebnisse liefert. Werktage, speziell in der warmen Jahreszeit, lassen sich mit diesem Modell gut abbilden. Die Prognose von Wochenend- und Feiertagen, sowie Tagen in der kalten Jahreszeit muss noch verbessert werden. Dabei ist bei der Prognose von Tagen der kalten Jahreszeit eine Verfeinerung des Verfahrens zur Berücksichtigung der Temperatur vorzunehmen und eine Einbeziehung weiterer Einflussgrößen wie zum Beispiel der Helligkeit vorzusehen. Die Arbeit wurde betreut von Dipl.-Ing. Derk Jan Swider (ds@ier.uni-stuttgart.de).Item Open Access Analyse von OODBMS für die technische Modellierung(1995) Maile, AnnetteIm Rahmen des Projekts POWER (Product modelling in object-oriented Databases with efficient Methods for Retrieval) werden die Anforderungen an eine integrierte, umfassende Produktdatenmodellierung untersucht und richtungsweisende Konzepte für ganzheitliche, bereichsübergreifende Informationssysteme im CAD/CAM-Bereich entwickelt. Im Rahmen dieser Studienarbeit werden objektorientierte Datenbankmanagementsysteme (OODBMS) daraufhin untersucht, inwieweit sie für die technische Modellierung geeignet sind. Zunächst werden die Anforderungen an eine Produktmodellierung untersucht. Aufgrund der Komplexität technischer Objekte besteht die Notwendigkeit, Objekte nicht nur geometrisch zu modellieren, wie es bei herkömmlichen CAD-Systemen der Fall ist. Zusätzlich müssen die technischen Aspekte modelliert werden, wie z.B. Beziehungen und Funktionen zu anderen Objekten. Ein Lösungsansatz bietet das Konzept der technischen Modellierung, das hier vorgestellt wird. Anhand eines Szenarios aus dem Bereich der technischen Modellierung wird eine Baugruppe konkret modelliert, dabei ist das Szenario stellvertretend für technische Anwendungen anzusehen. Die Baugruppe umfaßt eine Metallscheibe mit einer durchgehenden, mittigen Bohrung und einen symmetrischen, konzentrischen Bohrkranz, sowie eine zugehörige Achse. Trotz der Einfachheit der Baugruppe existieren Beziehungen und Abhängigkeiten der Objekte untereinander. Für die Verwaltung der aus dem Produktmodell entstehenden komplexen Daten werden geeignete Datenbanksysteme benötigt. Im darauffolgenden Kapitel erfolgt eine Einführung in Datenbanksysteme (DBS). Vorgestellt werden die Konzepte von relationalen und objektorientierten DBS. Relationale Datenbanken haben sich im Verwaltungsbereich bewährt. Im technischen Bereich jedoch, wo es sich meist um komplexe Objkete handelt, reichen sie zur Beschreibung dieser nicht aus. Deshalb wird nun eine neue Generation von DBS – die objektorientierten DBS - untersucht. Sie sollen die Unzulänglichkeiten der relationalen DBS beheben. In Kapitel 4 werden die Anforderungen der technischen Modellierung an Datenbanksysteme anhand des Szenarios ermittelt. Die DBS sind u.A. auf Datenstrukturmöglichkeiten, Versions- und Variantenbildung, Darstellung von Beziehungen von Objekten, etc. zu untersuchen. Im Anschluß daran werden diese erarbeiteten Anforderungen in den beiden ausgewählten Datenbanken - Postgres und OBST - evaluiert. Das Ergebnis dieser Analyse ergibt die Bewertung der Eignung und Leistungsfähigkeit der beiden DBS für die technische Modellierung. Abschließend werden die beiden Datenbanken gegenübergestellt und Stärken und Schwächen der Systeme herausgestellt. Die Durchführung der Arbeit erfolgt an HP-Workstations der Serie 9000/700. Zur Verfügung standen die Versionen Postgres 4.01 und OBST 3-4.Item Open Access Potentiale des Finite-Elemente-Programms Ansys bei der Simulation von flexiblen Mehrkörpersystemen(2008) Fischer, ChristianEs werden die Möglichkeiten zur Simulation von Mehrkörpersystemen in Ansys untersucht und mit Simpack verglichen. Es zeigt sich dass Ansys nur bedingt dafür geeignet ist und vor allem sehr hohe Rechenzeiten erfordert.Item Open Access Systemtransformation und Gezeitenmodellierung(2005) Bulach, KatharinaDie Bestimmung des Schwerefeldes der Erde gewinnt immer mehr an Bedeutung. Der Nutzen und die Anwendung reichen von der Bestimmung der Meerestopographie über die Bestimmung des Geoids in Zentimetergenauigkeit bis hin zur Analyse von Mechanismen und Massenverlagerungen auf der Erdoberfläche und im Erdinnern sowie der besseren Bestimmung hydrologischer Prozesse. Grundlegend für eine möglichst genaue Bestimmung des Erdschwerefeldes ist eine genaue Bestimmung der Satellitenbahn. Da die Messdaten der Satelliten neben der gravitativen Wirkung der Erde auch gravitative Wirkungen der direkten und indirekten Gezeiteneffekte beinhalten, gilt es diese Störeinflüsse zu reduzieren, um schließlich das Gravitationsfeld der Erde bestimmen zu können. Die Modellierung der Gezeiten ermöglicht es schließlich, die Messungen der sich frei um die Erde bewegenden Satelliten um die Einflüsse der gravitativen Störkräfte zu befreien. Somit können Aussagen über die gravitativen Eigenschaften des Erdkörpers an beliebigen Beobachtungspunkten gewonnen werden. Die Modellierung der Gezeiteneffekte bezieht sich auf das erdfeste Referenzsystem (International Terrestrial Reference System, ITRS), welches üblicherweise auch als Beobachtungssystem dient. Oftmals werden Koordinaten aber beschrieben in einem von der Erdrotation entkoppelten raumfestes System, wie es beispielsweise durch das International Celestial Reference System (ICRS) definiert wird. Aufgrund der Tatsache, dass Beobachtungspunkte nicht immer im gewünschten Referenzsystem vorliegen, müssen diese zunächst entsprechend transformiert werden. Die Erstellung eines C-Programmes zur Transformation von Koordinaten bezüglich des ITRS in Koordinaten bezüglich des ICRS oder umgekehrt ist Teil dieser Arbeit. Liegen die Beobachtungspunkte im erdfesten Referenzsystem vor, so können die Gezeitenbeschleunigungen der direkten Gezeiten, der Gezeiten der festen Erde sowie der Ozeangezeiten an den gewünschten Punkten berechnet werden. Hierzu wurde ein bereits bestehendes C-Programm überarbeitet, was den zweiten Teil dieser Arbeit bildet. Mit Hilfe der beiden C-Programme besteht somit die Möglichkeit Beobachtungspunkte zum einen in das richtige Referenzsystem zu transformieren, zum anderen Gezeiteneffekte in diesen Punkten zu berechnen. Zudem wurde eine Art "Handbuch" erstellt, welches sowohl die Grundlagen als auch die Programme selbst dokumentiert. Im Grundlagenteil werden zunächst die verschiedenen Zeitsysteme und deren Zusammenhänge erläutert. Die Referenzsysteme, welche bei der Systemtransformation von fundamentaler Bedeutung sind, werden vorgestellt sowie deren Zusammenhänge über Präzession, Nutation und Polbewegung dargelegt. Des weiteren erfolgt die Herleitung des Gezeitenpotenzials, welches für die Gezeitenmodellierung von Bedeutung ist. Die Programmdokumentationen zur Systemtransformation und zur Gezeitenmodellierung werden getrennt voneinander behandelt. Dabei wird zum einen der detaillierte Aufbau der Programme mit den zur Berechnung notwendigen Formeln dargestellt, zum anderen werden die Ein- und Ausgabefils sowie wichtige Programmeinstellungen näher erläutert. Die aus dem Programm gewonnenen Ergebnisse der Systemtransformation werden anhand eines Vergleichprogrammes beurteilt. Zuletzt werden einige Berechnungsbeispiele zur Systemtransformation als auch zur Gezeitenmodellierung dargestellt um die verschiedenen Berechnungsmöglichkeiten, welche die Programme bieten, aufzuzeigen.Item Open Access Kalman filtering implementation with Matlab(2004) Kleinbauer, Rachel1960 und 1961 veröffentlichte Rudolf Emil Kalmen seine Arbeiten über einen rekursiven prädiktiven Filter, der auf dem Gebrauch von rekursiven Algorithmen basiert. Damit revolutionierte er das Feld der Schätzverfahren. Seitdem ist der sogenannte Kalman Filter Gegenstand ausführlicher Forschung und findet bis heute Anwendung in zahlreichen Gebieten. Der Kalman Filter schätzt den Zustand eines dynamischen Systems, auch wenn die exakte Form dieses Systems unbekannt ist. Der Filter ist sehr leistungsfähig, da er die Schätzung von vergangenen, gegenwärtigen und sogar zukünftigen Stadien zulässt. Im Rahmen dieser Studienarbeit bestand die Aufgabe darin, in Matlab einen Kalman Filter zu programmieren. Ziel ist es, den Studierenden des Kurses "Methods of Navigation" ein Verständnis des Kalman Filters zu vermitteln, indem sie mit dessen praktischem Umgang vertraut gemacht werden. Die Ausarbeitung beinhaltet eine Beschreibung des Standard Kalman Filters und seiner Algorithmen mit den zwei Hauptschritten Prädiktion und Korrektion. Ausserdem wird der "Extended Kalman Filter" behandelt, der die Übertragung des Kalman Filters auf nichtlineare Systeme darstellt. Zum Schluss wird das Programm am Beispiel des Orbits eines geostationären Satelliten angewendet.