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This paper describes the development and test of a novel LiDAR based combine harvester steering system using a harvest scenario and sensor point cloud simulation together with an established simulation toolchain for embedded software development. For a realistic sensor behavior simulation, considering the harvesting environment and the sensor mounting position, a phenomenological approach was chosen to build a multilayer LiDAR model at system level in Gazebo and ROS. A software-in-the-loop simulation of the mechatronic steering system was assembled by interfacing the commercial AppBase framework for point cloud processing and feature detection algorithms together with a machine model and control functions implemented in MATLAB/ Simulink. A test of ECUs in a hardware-in-the-loop simulation and as well as HMI elements in a driver-in-the-loop simulation was achieved by using CAN hardware interfaces and a CANoe based restbus simulation.
Hintergrund Die physiotherapeutische Dokumentation spielt im Therapieprozess eine wichtige Rolle, erfolgt jedoch auf unterschiedlichste Weise. Es existieren derzeit eine Vielzahl von Softwarelösungen für die physiotherapeutische Dokumentation, welche sich jedoch in ihren Funktionalitäten stark unterscheiden. Ziel Mithilfe einer Befragung soll ein Konsens von Expertenaus der Physiotherapie im Themengebiet der softwarebasierten Dokumentation ermittelt werden. Anhand der Ergebnisse wird ein Anforderungskatalog für die Entwicklung einer neuartigen und benutzerorientierten Dokumentationssoftware erstellt. Methode Online-Delphi-Befragung mit neun Experten über drei Befragungswellen.
Ergebnisse Hinsichtlich der Anforderungen an die Anamnese konnte ein Konsens erzielt werden. Bei der Gliederung des Befundes kam es zu keiner Übereinstimmung der Experten. Das Ergebnis lässt sich durch unterschiedliche manualtherapeutische Konzepte erklären, die für die Befunderhebung verwendet wurden. Schlussfolgerung Eine softwarebasierte Dokumentation sollte standardisierter als bisher erfolgen, um den ClinicalReasoning-Prozess zu unterstützten. Gleichzeitig ist dabei eine gewisse Flexibilität geboten. Die gesammelten Anforderungen können für die Entwicklung einer neuartigen und benutzerorientierten mobilen Anwendung zur Effizienzsteigerung in der physiotherapeutischen Dokumentation verwendet werden.
Kugelstrahlen ist ein im Maschinenbau eingesetztes Verfahren zur Steigerung der Ermüdungsfestigkeit. Es wird z. B. bei hochbelasteten Komponenten in der Luft- und Raumfahrt, der Fahrzeugtechnik, im Turbomaschinenbau und weiteren Industriezweigen angewandt. Die Einstellung der Betriebsparameter der Kugelstrahlanalage findet üblicherweise mit kostenintensiven empirischen Versuchen statt, mit dem Ziel, die vorgegebene Druckeigenspannung zu erreichen. In [1, 2] wird auf der Basis einer dort beschriebenen neuartigen Elementarzelle vorgeschlagen, die Almenstreifenaufbiegung als Mittel zur Spezifikation der Verfestigung heranzuziehen. Dazu ist deren Simulation notwendig, welche sich mit der entwickelten Elementarzelle wirtschaftlich bewerkstelligen lässt. In der hier vorliegenden Veröffentlichung werden die der Elementarzelle zugrundeliegenden Finite-Elemente-Netze (FE-Netze) mithilfe von Einzelbe-schussversuchen validiert. Weiterhin wird eine ähnlichkeitsmechanische Betrachtung des Kugelstrahlprozesses zur vereinfachten Parametereinstellung vorgestellt.
The Internet of Things (IoT) relies on sensor devices to measure real-world phenomena in order to provide IoT services. The sensor readings are shared with multiple entities, such as IoT services, other IoT devices or other third parties. The collected data may be sensitive and include personal information. To protect the privacy of the users, the data needs to be protected through an encryption algorithm. For sharing cryptographic cipher-texts with a group of users Attribute-Based Encryption (ABE) is well suited, as it does not require to create group keys. However, the creation of ABE cipher-texts is slow when executed on resource constraint devices, such as IoT sensors. In this paper, we present a modification of an ABE scheme, which not only allows to encrypt data efficiently using ABE, but also reduces the size of the cipher-text, that must be transmitted by the sensor. We also show how our modification can be used to realise an instantaneous key revocation mechanism.
Nach dem Auslaufen der 20-jährigen Förderung über eine Einspeisevergütung im Rahmen des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG) gibt es für deutsche Biogasanlagen diverse technische Möglichkeiten für einen Weiterbetrieb. Neben der Wirtschaftlichkeit sind die Anlagenbetreibenden ein wesentlicher Entscheidungsfaktor für den Weiterbetrieb der Anlage. Somit ergibt sich die zentrale Fragestellung „Welche Treiber und Hemmnisse für Betreibende von Bestandsbiogasanlagen in Deutschland bestehen in den verschiedenen Nutzungspfaden für Biogas, sowie für kooperative Geschäftsmodelle?“. Die Erkenntnisse können unter anderem dafür genutzt werden, die Situation der Anlagenbetreibenden besser zu verstehen, um notwendige Unterstützung für einen Weiterbetrieb, beispielsweise durch Kommunen, zur Verfügung stellen zu können.
Artificial intelligence (AI) promises transformative impacts on society, industry, and agriculture, while being heavily reliant on diverse, quality data. The resource-intensive "data
problem" has initialized a shift to synthetic data. One downside of synthetic data is known as the "reality gap", a lack of realism. Hybrid data, combining synthetic and real data, addresses this. The paper examines terminological inconsistencies and proposes a unified taxonomy for real, synthetic, augmented, and hybrid data. It aims to enhance AI training datasets in smart agriculture, addressing the challenges in the agricultural data landscape. Utilizing hybrid data in AI models offers improved prediction performance and adaptability.
The 3GPP release 16 integrates TSN functionality into 5G and standardizes various options for TSN time synchronization over 5G such as transparent mode and bridge mode. The time domains for the TSN network and the 5G network are kept separate with an option to synchronize either of the networks to the other. The TSN time synchronization over 5G is possible either by using the IEEE 1588 generalized Precision Time Protocol (gPTP) based on UDP/IP multicast or via IEEE 802.1AS based on Ethernet PDUs. The INET and Simu5G simulation frameworks, which are both based on the OMNeT++ discrete event simulator, are widely used for simulating TSN and 5G networks. The INET framework comprises the 802.1AS based time synchronization mechanism, and Simu5G provides the 5G user plane carrying IP PDUs. We modified the 802.1AS-based synchronization model of INET so that it works over UDP/IP. With that, it is possible to synchronize TSN slaves (connected to 5G UEs), across a 5G network, with a TSN master clock, present within a TSN network, that is connected to the 5G core network. Our simulation results show that 500 microseconds of synchronization accuracy can be achieved with the corrected asymmetric propagation delay of uplink and downlink between the gNodeB (gNB) and the User Equipment (UE). Furthermore, the synchronization accuracy can be improved if the delay difference between uplink and downlink is known.
Knowledge of the small-scale nutrient status of arable land is an important basis for optimizing fertilizer use in crop production. A mobile field laboratory opens up the possibility of carrying out soil sampling and nutrient analysis directly on the field. In addition to the benefits of fast data availability and the avoidance of soil material transport to the laboratory, it provides a future foundation for advanced application options, e.g. a high sampling density, sampling of small sub-fields or dynamic adaptation of the sampling line during field sampling. An innovative key component is the NUTRI-STAT ISFET sensor module. It measures values for the ions "NO3- ”, “H2PO4- " and "K+ " as well as the pH. The ISFET sensor module was specially developed for soil nutrient analysis. The phosphorus measurement was further developed for the project "soil2data". First results from the ISFET sensor module show a measurement signal settling time of significantly less than 100 seconds and a further consistent stable measurement signal. The measurement signal dynamics of approx. 58 mV per factor 10 of concentration change is given for the measured variables pH and K+. For the measured quantities of NO3- and H2PO4- , the measurement signal dynamics are lower.
Der Einsatz paralleler Hardware-Architekturen betrifft alle Software-Entwickler und -Entwicklerinnen: vom Supercomputer bis zum eingebetteten System werden Multi- und Manycore-Systeme inzwischen eingesetzt. Die Herausforderungen an das Software Engineering sind vielfältig. Zum einen ist (wieder) ein stärkeres Verständnis für die Hardware notwendig. Ohne eine skalierbare Partitionierung der Software und parallele Algorithmen bleibt die Rechenleistung ungenutzt. Zum anderen stehen neue Programmiersprachen im Vordergrund, die die Ausführung von parallelen Anweisungen ermöglichen.
Dieses Buch betrachtet unterschiedliche Aspekte bei der Entwicklung paralleler Systeme und berücksichtigt dabei auch eingebettete Systeme. Es verbindet Theorie und praktische Anwendung und ist somit für Studierende und Anwender in der Praxis gleichermaßen geeignet. Durch die programmiersprachenunabhängige Darstellung der Algorithmen können sie leicht für die eigene Anwendung angepasst werden. Viele praktische Projekte erleichtern das Selbststudium und vertiefen das Gelernte.
Simulation von Laserscannern in Pflanzenbeständen für die Entwicklung umfeldbasierter Funktionen
(2018)
Es werden drei Modellierungsansätze zur Simulation von Laserscannern in Pflanzenbeständen für die Entwicklung umfeldbasierter Fahrzeugfunktionen beschrieben. Das Sensorsignal der Distanzmessung wird dabei anhand realer Messwerte oder phänomenologisch und auf der Basis empirisch ermittelter Kennwerte in Abhängigkeit von objekt- und sensorspezifischen Einflussfaktoren abgebildet. Basierend auf den Methoden zur Simulation von Distanzmesssystemen der Open Source Simulationsumgebung Gazebo wurden die Modellierungsansätze als spezifische Sensor- und Umfeldmodelle implementiert. Die Modelle wurden insbesondere für den Einsatz an mobilen landwirtschaftlichen Arbeitsmaschinen und für die Anwendung in der Getreideernte optimiert.
Recent real-time networking developments have enabled ultra reliability, very low latency and high data rates in wired networks. Wireless networking developments have also shown that they can achieve very high data rates with consistency, but they still lack in providing ultra reliability and extremely low latency. Time Sensitive Networking (TSN) developments have brought these capabilities in Industry automation and Automotive industry too. Although TSN is standardized for wired networks for a long time, for wireless networks it will be standardized within the IEEE 802.11be standard for Wi-Fi and 3GPP Release 17 for 5G in the near future. This paper provides an overview of TSN in wired and wireless networks with the aim of comparing different simulators and presenting their offered functionality and shortcomings. These tools can be used to make oneself familiar with TSN algorithms, standards, and for the development and testing of time sensitive networks. Afterwards, the paper discusses open research questions for using TSN over wireless networks.
In modern times, closed-loop control systems (CLCSs) play a prominent role in a wide application range, from production machinery via automated vehicles to robots. CLCSs actively manipulate the actual values of a process to match predetermined setpoints, typically in real time and with remarkable precision. However, the development, modeling, tuning, and optimization of CLCSs barely exploit the potential of artificial intelligence (AI). This paper explores novel opportunities and research directions in CLCS engineering, presenting potential designs and methodologies incorporating AI. Combining these opportunities and directions makes it evident that employing AI in developing and implementing CLCSs is indeed feasible. Integrating AI into CLCS development or AI directly within CLCSs can lead to a significant improvement in stakeholder confidence. Integrating AI in CLCSs raises the question: How can AI in CLCSs be trusted so that its promising capabilities can be used safely? One does not trust AI in CLCSs due to its unknowable nature caused by its extensive set of parameters that defy complete testing. Consequently, developers working on AI-based CLCSs must be able to rate the impact of the trainable parameters on the system accurately. By following this path, this paper highlights two key aspects as essential research directions towards safe AI-based CLCSs: (I) the identification and elimination of unproductive layers in artificial neural networks (ANNs) for reducing the number of trainable parameters without influencing the overall outcome, and (II) the utilization of the solution space of an ANN to define the safety-critical scenarios of an AI-based CLCS.
Management of agricultural processes is often troubled by disconnections and data transfer failures. Limited cellular network coverage may prevent information exchange between mobile process participants.
The research projects KOMOBAR and ISOCom designed, implemented und field-tested a delay tolerant platform for robust communication in rural areas and challenging environments. An adaptable combination of infrastructure-based cellular networks and infrastructure-free multihop ad hoc communication (WLAN) leads to a variety of new communication opportunities. Temporal storage and forwarding of data on mobile farm machinery as well as dynamic platform configurations during process runtime strongly enhance reliability and robustness of data transfers.
We describe an automated approach, to easily track patients regaining their walking ability while recovering from neurological diseases like e.g. stroke. Based on captured gait data and objective measures derived out of it the rehabilitation process can be optimized and thus steered. In order to apply such system in clinical practice two key requirements have to be fulfilled: (i) the system needs to be applicable in terms of ease of use and performance; (ii) the derived measures need to be accurate.
Es ist davon auszugehen, dass weltweit etwa die Hälfte der industriell eingesetzten Wärme als Abwärme ungenutzt verloren geht (Quelle: Effiziente Energieversorgung durch Abwärme, Fachmagazin Energy 2.0, April 2012). Vor dem Hintergrund der Nachhaltigkeit und Energieeffizienz ist es eine verantwortungsvolle Aufgabe, diese ungenutzte Energieressource schrittweise zu erschließen. Für die bisherige Vernachlässigung verfügbarer Energiequellen gibt es spezifische Gründe, die erkannt und projektbezogen möglichst ausgeräumt werden müssen. Dazu hat die Hochschule Osnabrück in Kooperation mit dem Kompetenzzentrum Energie und dem Landkreis Osnabrück eine Studie erstellt.
Regionales Wärmekataster Industrie - ReWIn
Diese Konzeptstudie schafft durch eine vorangestellte Recherche der bereits entwickelten Methoden und Technologien zur Abwärmenutzung eine Grundlage zur Potenzialabschätzung und Aufstellung eines Wärmekatasters für den Landkreis Osnabrück.
In der Studie werden für die typisch energieintensiven Branchen des Landkreises methodische Berechnungsansätze mit statistischen, branchenbezogenen Energiekennwerten und vorerst anonymisierten Unternehmensdaten neuartig kombiniert, um eine regionale Potenzialkarte der Abwärme zu erstellen. Die Studie wurde vom Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) gefördert.
The Internet of Things (IoT) is the enabler for new innovations in several domains. It allows the connection of digital services with physical entities in the real world. These entities are devices of different categories and sizes range from large machinery to tiny sensors. In the latter case, devices are typically characterized by limited resources in terms of computational power, available memory and sometimes limited power supply. As a consequence, the use of security algorithms requires of them to work within the limited resources. This means to find a suitable implementation and configuration for a security algorithm, that performs properly on the device, which may become a challenging task. On the other side, there is the desire to protect valuable assets as strong as possible. Usually, security goals are recorded in security policies, but they do not consider resource availability on the involved device and its power consumption while executing security algorithms. This paper presents an IoT security configuration tool that helps the designer of an IoT environment to experiment with the trade-off between maximizing security and extending the lifetime of a resource constrained IoT device. The tool is controlled with high-level description of security goals in the form of policies. It allows the designer to validate various (security) configurations for a single IoT device up to a large sensor network.
Process modeling languages help to define and execute processes and workflows. The Business Process Model and Notation (BPMN) 2.0 is used for business processes in commercial areas such as banks, shops, production and supply industry. Due to its flexible notation, BPMN is increasingly being used in non-traditional business process domains like Internet of Things (IoT) and agriculture. However, BPMN does not fit well to scenarios taking place in environments featuring limited, delayed, intermittent or broken connectivity. Communication just exists for BPMN - characteristics of message transfers, their priorities and connectivity parameters are not part of the model. No backup mechanism for communication issues exists, resulting in error-prone and failing processes. This paper introduces resilient BPMN (rBPMN), a valid BPMN extension for process modeling in unreliable communication environments. The meta model addition of opportunistic message flows with Quality of Service (QoS) parameters and connectivity characteristics allows to verify and enhance process robustness at design time. Modeling of explicit or implicit, decision-based alternatives ensures optimal process operation even when connectivity issues occur. In case of no connectivity, locally moved functionality guarantees stable process operation. Evaluation using an agricultural slurry application showed significant robustness enhancements and prevented process failures due to communication issues.
The effects of reaction parameters on Hurn:xwiley:23670932:media:cptc202000216:cptc202000216-math-0001 production from ethanol photocatalysis in the gas phase have been investigated. The photocatalytic activity evolves from an early mass‐transfer limited regime to an independent one at later irradiation times, which is interpreted in terms of a photocatalytic site activity distribution. Ethanol molar fraction exhibits two different domains, with Hurn:xwiley:23670932:media:cptc202000216:cptc202000216-math-0002 production increasing up to a molar fraction of 0.12, beyond which it plateaus. Hurn:xwiley:23670932:media:cptc202000216:cptc202000216-math-0003 :AcH ratios are very sensitive to reaction conditions, reaching 1.8 at low reactant flows. UV light is converted to Hurn:x-wiley:23670932:media:cptc202000216:cptc202000216-math-0004 with an efficiency of nearly 3 %.