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In this paper, we evaluate the application of Bayesian Optimization (BO) to discrete event simulation (DES) models. In a first step, we create a simple model, for which we know the optimal set of parameter values in advance. We implement the model in SimPy, a framework for DES written in Python. We then interpret the simulation model as a black box function subject to optimization. We show that it is possible to find the optimal set of parameter values using the open source library GPyOpt. To enhance our evaluation, we create a second and more complex model. To better handle the complexity of the model, and to add a visual component, we build the second model in Simio, a commercial off-the-shelf simulation modeling tool. To apply BO to a model in Simio, we use the Simio API to write an extension for optimization plug-ins. This extension encapsulates the logic of the BO algorithm, which we deployed as a web service in the cloud.
The fact that simulation models are black box functions with regard to their behavior and the influence of their input parameters makes them an apparent candidate for Bayesian Optimization (BO). Simulation models are multivariable and stochastic, and their behavior is to a large extent unpredictable. In particular, we do not know for sure which input parameters to adjust to maximize (or minimize) the model’s outcome. In addition, the complex models can take a substantial amount of time to run.
Bayesian Optimization is a sequential and self-learning algorithm to optimize black box functions similar to as we find them in simulation models: they contain a set of parameters for which we want to identify the optimal set, they are expensive to evaluate, and they exhibit stochastic noise. BO has proven to efficiently optimize black box functions from varius disciplines. Among those, and most notably, it is successfully applied in machine learning algorithms to optimize hyperparameters.
In der vorliegenden Arbeit wird die Anwendung eines Schlitzplatten-Mikromischers zur Produktion von O/W-Emulsionen in der Lebensmittelindustrie untersucht. Das verwendete System besteht aus dem Modularen MikroReaktions System (MMRS) der Firma Ehrfeld BTS, einer Mahr Mikrozahnradpumpe, einer HNPM Mikrozahnringpumpe, einer Temperiervorrichtung und Kapillaren zur Verbindung der einzelnen Komponenten. Zur Beurteilung des Emulgierergebnisses wird die Tropfengröße der Öltröpfchen mithilfe eines Malvern Mastersizers 2000 bestimmt. Hierzu erfolgt zunächst eine Identifikation der relevanten Prozessparameter. Mithilfe einer ausführlichen Evaluation der Mischgeometrie, der Geschwindigkeit der Fluide und der Ölkonzentration können die Effekte und Wechselwirkungen herausgearbeitet werden. Alle hergestellten Emulsionen weisen eine bimodale Tropfengrößenverteilung auf. Dennoch kann festgestellt werden, dass die Geschwindigkeit, dicht gefolgt von der Konzentration, den größten Einfluss auf das Emulgierergebnis hat. Hierbei kann die Geschwindigkeit analog zum Energieeintrag betrachtet werden. Eine weiterführende Untersuchung der Parameter Temperatur und Energieeintrag zeigt, dass die Temperatur einen starken Einfluss auf das Emulgierergebnis hat. Die Versuchsergebnisse zeigen bei einer Prozesstemperatur von 75 °C eine monomodale Tropfengrößenverteilung mit einem Tropfendurchmesser von d90,3= 6,07 µm und d3,2= 2,28 µm. Die Untersuchung der Energieeinträge erfolgt in beiden Phasen getrennt voneinander. Es ist nicht möglich, eine klare Aussage über diese Einflüsse zu machen. Als Anwendungsbeispiel für die Lebensmittelindustrie wird die Evaluation unterschiedlicher lebensmitteltauglicher Emulgatoren gewählt. Als Emulgatoren dienen enzymatisch modifiziertes Sojalecithin, Milchphospholipide auf einem Träger, Polysorbat 80 und SDS. Die Untersuchung erfolgt bei drei unterschiedlichen Temperaturen und einem konstanten Energieeintrag. Es ergibt sich eine klare Abhängigkeit der Emulgatorwirkung von der Temperatur. Alle lebensmitteltauglichen Emulgatoren weisen im Temperaturbereich von 25 °C bis 65 °C eine bimodale Tropfengrößenverteilung auf. Der Vergleich der Versuchsergebnisse mit herkömmlichen Emulgierverfahren macht deutlich, dass ein großes Potential in der Anwendung eines Schlitzplatten-Mikromischers in der Lebensmittelindustrie liegt. Im Vergleich zur Literatur ergeben sich bei der Anwendung des MMRS bei gleichen Energieeinträgen ähnlich Tropfengrößen wie bei Membranemulgierverfahren.
Die Entwicklung von Virtual Realitiy-Technologien spielt im digitalen Zeitalter des 21. Jahrhundert eine immer bedeutendere Rolle und bietet Potential für zahlreiche Branchen. In der Branche des Garten- und Landschaftsbaus lässt sich dies beispielsweise durch die Einbettung von Baummodellen in interaktive Planungsprozesse ableiten, um Fehler und Missverständnisse im Planungsprozess zu vermeiden. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich in diesem Zuge mit den Möglichkeiten und Potentialen von generierten Echtzeit-Baummodellen auf der Grundlage von terrestrischem Laserscanning.
Aufgrund von fehlenden Erfahrungswerten und Messuntersuchungen wird durch diese Arbeit ein optimiertes Standardverfahren für die Baumaufnahme mittels terrestrischem Laserscanning aufgestellt. Dies geschieht auf der Basis von mehreren Baumaufnahmen und Programmuntersuchungen. Das Standardverfahren beinhaltet alle Bearbeitungsschritte von der Aufnahme bis zum Echtzeit-Visualisierungsmodell. In diesem Zuge werden zu erwartende Einschränkungen durch Windeinflüsse, Dateigrößen und verschiedene Vegetationsperioden genauer untersucht. Durch den Wind entstehende Messrauschfehler lassen sich mittels Filtervorgänge reduzieren, jedoch nicht ganzheitlich entfernen.
Sowohl das terrestrische Laserscanning als auch die 3D-Visualisierung bieten ein breit gefächertes Grundlagenspektrum, mit dem sich vor der Bearbeitung auseinander gesetzt werden muss. Weiterhin spielen Faktoren der menschlichen Wahrnehmung eine wichtige Rolle, um eine zielgerichtete Visualisierung umzusetzen.
Auf der Basis von Probeaufnahmen werden Scaneinstellungsparameter getestet, um Qualitätsmerkmale zu definieren. Weiterhin werden insgesamt 9 auf dem Markt vertretene Weiterverabeitungsprogramme detailliert untersucht und auf Funktionen getestet. In Abhängigkeit von der Baumgröße und Vegetationsperiode ergeben sich unterschiedlich anzuwendende Scaneinstellungen. Aufgrund der besten Ergebniserzielung und geringsten Gesamtzeitaufwendung wird Faro Scene als geeignetes Weiterverarbeitungsprogramm ausgewählt und in das Standardverfahren eingebettet. Da im Zuge einer Vermaschung keine zielführenden Ergebnisse erreicht werden, erfolgt die Darstellung der Baummodelle in Form einer Punktwolkenvisualisierung. Hierzu wird 3ds Max Design mit einem Vray Renderer als geeignetes Programm ausgewählt. Durch den Vergleich mit bestehenden 3D-Gehölzdatenbanken wird die Tauglichkeit der Punktwolkenvisualisierung bekräftigt.
Die aus den Probeaufnahmen gewonnenen Erkenntnisse werden für die Aufnahmen weiterer Baummodelle angewendet. Hierzu wird das entwickelte Standardverfahren mit einem Anwendungsbeispiel von 2 Bäumen gleicher Gattung und Art unterschiedlichen Alters durchgeführt.
Injection of slurry or digestate below maize seeds is a relatively new technique developed to improve nitrogen use efficiency. However, this practice has the major drawback of increasing nitrous oxide (N2O) emissions. The application of a nitrification inhibitor (NI) is an effective method to reduce these emissions. To evaluate the effect of the NI 3,4‐dimethypyrazole phosphate (DMPP) on N2O emissions and the stabilization of ammonium, a two‐factorial soil‐column experiment was conducted. PVC pipes (20 cm diameter and 30 cm length) were used as incubation vessels for the soil‐columns. The trial consisted of four treatments in a randomized block design with four replications: slurry injection, slurry injection + DMPP, digestate injection, and digestate injection + DMPP. During the 47‐day incubation period, N2O fluxes were measured twice a week and cumulated by linear interpolation of the gas‐fluxes of consecutive measurement dates. After completion of the gas flux measurement, concentration of ammonium and nitrate within the soil‐columns was determined. DMPP delayed the conversion of ammonium within the manure injection zone significantly. This effect was considerably more pronounced in treatment digestate + NI than in treatment slurry + NI. Regarding the cumulated N2O emissions, no difference between slurry and digestate treatments was determined. DMPP reduced the release of N2O significantly. Transferring the results into practice, the use of DMPP is a promising way to reduce greenhouse gas emissions and nitrate leaching, following the injection of slurry or digestate.
Zurzeit wird die Digitalisierung in der Baubranche forciert. Im Hochbau ist dabei Building Information Modeling (BIM) als neue Planungsmethode im Vormarsch. In der Landschaftsarchitektur-Branche findet jedoch noch keine systematische Auseinandersetzung mit dieser Thematik statt.
Das Ziel ist daher, fundierte Informationen zu erarbeiten, die das Thema Building Information Modeling aus der Perspektive der deutschen Landschaftsarchitektur beleuchten und eine Basis für eine im Berufsfeld zu führende Diskussion legen. Aufbauend auf einer Bestandsaufnahme zu vorliegenden Entwicklungen, Definitionen, Standards und technologischen Grundlagen werden eine Online-Umfrage sowie Experteninterviews mit BIM-Anwendern und Softwareherstellern durchgeführt. Ein BIM-Test-Projekt dient der Prüfung, inwieweit für die Landschaftsarchitektur typische Planungsschritte mit branchentypischer Software BIMgerecht bearbeitet werden können.
Die hohe Rücklaufquote der Online-Umfrage, 266 Rückläufer bei 707 kontaktierten Landschaftsarchitekturbüros, bestätigt die Brisanz des Themas. Ca. 80 % der befragten Büros haben noch nie von der Methode gehört oder sich noch nicht damit auseinander gesetzt. Weniger als 4 % sind BIM-Anwender oder planen den Umstieg. Die Auswertung gibt Hinweise auf BIM-hemmende Faktoren, u. a. die vorherrschende 2D-Planung und kleinteilige Bürostruktur, sowie positive und negative Erwartungen der Landschaftsarchitekten an eine BIM-Umstellung.
Sowohl aus den Experteninterviews als auch aus der Bearbeitung des Testprojektes ergibt sich, dass erste Softwarelösungen BIM-Prozesse in der Außenanlagenplanung unterstützen. Jedoch fehlen landschaftsarchitektonische Bauteile sowie die Standards, diese in der verbreitet angewandten IFC-Schnittstelle adäquat zu definieren. Insbesondere in der Definition dieser IFC-Klassen und Objekte mit zugehörigen Genauigkeitsstufen in Geometrie und Informationsgehalt ('Levels of Detail' - LOD und 'Levels of Information' - LOI) wird dringender Forschungs- und Entwicklungsbedarf gesehen. Hilfreich wäre eine branchenspezifische BIMArbeitsgruppe. Die Auseinandersetzung mit BIM könnte zur Optimierung der Arbeitsprozesse, Softwarelösungen und Austauschformate beitragen. So wäre eine Angliederung an BIM-Prozesse auch in der Landschaftsarchitektur möglich.
Taking the transdisciplinary research study “Green fingers for a climate resilient city”, funded by the German Ministry of education and research (BMBF), as an example, this paper follows the hypothesis that processes of landscape planning and designing multifunctional green spaces and processes of co-creation need to be combined to stimulate climate resilient city transformation. The findings are that efforts to combine these processes benefit from making complex climate-resilient city planning accessible for people of different professional backgrounds. The paper showcases how storytelling (Schmidt 2019), mapping (Langner 2009) and guided walks (Schultz 2019) are means to mutually engage with, perceive and understand multifunctional green spaces, inspire ownership, and build capacity for the city’s climate-resilient transformation.
The contribution follows the hypothesis that the concept of transformative resilience can be a driver in transdisciplinary processes bringing together landscape planning and landscape design. Combining processes of generating, structuring and spatializing knowledge on landscape functions and designing visions for sustainable landscapes on different scales benefits from the creative use of mappings.
Da urbane Räume besonders von den Folgen des Klimawandels wie Hitzewellen und Starkregen betroffen sind, gibt es vielerorts einen steigenden Bedarf an grüner Infrastruktur bei gleichzeitiger Verringerung des Anteils an Grünflächen durch Bebauung. Extensive Dachbegrünungen können bei fachgerechter Ausführung einen Beitrag zur Verbesserung des Stadtklimas leisten. Werden Dächer mit gebietseigenen Wildpflanzenarten begrünt, so können sie auch zur Förderung regionaltypischer Pflanzen- und Tierarten beitragen. Diese Art der Dachbegrünung ist bislang jedoch wenig erprobt. Dieser auf Ergebnissen des EFRE-Projekts RooBi (Roofs for Biodiversity) basierende Leitfaden für extensive Dachbegrünungen mit gebietseigenen Wildpflanzen soll Impulse für die Realisierung und weitere Erprobung dieser Form der Dachbegrünung geben. Vegetationstechnische Anforderungen, die Auswahl geeigneter Wildpflanzen für Dächer in Nordwestdeutschland und deren Pflege auf dem Dach werden beschrieben ebenso wie Hinweise zu Fördermöglichkeiten. Anhand von Praxisbeispielen wird aufgezeigt, mit welchen Methoden und Materialien sich extensive Dachbegrünungen mit Pflanzenarten nordwestdeutscher Sandmagerrasen umsetzen lassen und wie sich die Vegetation in den ersten Jahren entwickelt.
Der Leitfaden richtet sich an Menschen aus Wissenschaft und Praxis der Stadt- und Landschaftsplanung sowie des Garten- und Landschaftsbaus und des Naturschutzes.
ZUKUNFTSBÄUME FÜR MÜNSTER – ERARBEITUNG EINES BAUMENTWICKLUNGSKONZEPTES MIT STANDORTSPEZIFISCHEN ARTENEMPFEHLUNGEN UNTER ZUKÜNFTIGEN KLIMABEDINGUNGEN UNTER BERÜCKSICHTIGUNG DES KLIMAHÜLLENKONZEPTES
Durch den voranschreitenden Klimawandel werden die ohnehin ungünstigen Standortbedingungen von Bäumen im urbanen Raum zunehmend schwieriger. Gleichzeitig steigt die Bedeutung von Stadtbäumen, denn im Rahmen der Klimaanpassung haben ihre Ökosystemleistungen einen besonders hohen Stellenwert. Viele der gängigen Arten leiden allerdings stark unter den bereits spürbaren Auswirkungen des Klimawandels – auch im klimatisch vergleichsweise milden Münster. In der vorliegenden Arbeit wird eine vereinfachte Typologisierung der urbanen Baumstandorte in Münster vorgenommen. Unter Berücksichtigung der stadtklimatischen Besonderheiten und spezifischen Einschränkungen wird das Klimahüllenkonzept von Kölling auf die jeweiligen Standorttypen übertragen und in Bezug zu den zukünftig erwarteten klimatischen Verhältnissen gesetzt. Hierbei zeigt sich, dass zum Ende des aktuellen Jahrhunderts nicht mehr viele der klassischen Arten als Stadtbäume in Münster geeignet sein werden. Daher werden standortbezogene Zukunftsbaum-Empfehlungen in Form eines vereinfachten Baumentwicklungskonzeptes erarbeitet. Die Standortgerechtigkeit und die Diversität des urbanen Baumbestandes werden im Hinblick auf die geänderten klimatischen Bedingungen in Zukunft enorm an Bedeutung gewinnen. Die Erweiterung und Optimierung des zukünftigen Stadtbaumsortiments ist insofern ein wichtiger Baustein zur Anpassung des urbanen Baumbestandes an den voranschreitenden Klimawandel.
Im Rahmen der vorliegenden Masterarbeit im Studiengang Landschaftsarchitektur an der Hochschule Osnabrück wurden Untersuchungen zur Winteraktivität der Zwergfledermaus (Pipistrellus pipistrellus) in Osnabrück (Niedersachsen) durchgeführt und Methoden zum ultraschallakustischen Nachweis von Gebäudequartieren erprobt und weiterentwickelt. Vorausgegangen war eine Online-Umfrage bei 17 Mitarbeitenden Unterer Naturschutzbehörden in Niedersachsen zur Verfahrenspraxis bei fledermauskritischen Gebäudesanierungen und Abrissen. Defizite bestehen demnach möglicherweise nicht nur in der Qualität fledermauskundlicher Erfassungen, sondern auch in einer gravierenden Kenntnislücke der zuständigen Behörden über Vorhaben, bei denen gebäudebewohnende Fledermäuse und ihre Quartiere beeinträchtigt werden. Das Feststellen von schwärmenden Zwergfledermäusen kann dazu dienen, noch während der Überwinterung eine Quartiersnutzung festzustellen. Winterschwärmkontrollen sollten daher in allgemeine Methodenempfehlungen Eingang finden, um bei Artenschutzprüfungen eine bessere Wissensgrundlage über die phänologische Quartiersfunktion und -nutzung zu ermöglichen.
Akustische Quartiersnachweise können sowohl über aktive Untersuchungen als auch unter bestimmten Voraussetzungen mithilfe passiver automatischer Ultraschallerfassungen erfolgen. Optische Hilfsmittel, vorzugsweise moderne Wärmebildkameras, sollten darüber hinaus unbedingt hinzugezogen werden. In der Stadt Osnabrück konnten in einer mehrtägigen Frostperiode Ende Dezember 2021 vier neue Winterquartiere der Zwergfledermaus bei Begehungen mit Detektor gefunden werden. Ein parallel durchgeführtes Dauermonitoring an einem großen Winterquartier über den Zeitraum 29.10.2021 bis 01.03.2022 offenbarte erhöhte Schwärmaktivität nicht nur bei Frost, sondern ebenfalls nach kräftigen Temperaturanstiegen mit Nachttemperaturen bis über 10°C. Die genauen Zusammenhänge zwischen allgemeiner Aktivität und Witterungsbedingungen sind komplex und benötigen weitergehender Untersuchungen. Auch auf Grundlage des derzeitigen Kenntnisstandes können großräumige Quartierssuchen in Form von winterlichen Schwärmkontrollen bereits jetzt dazu beitragen, essentielle Quartiere der Zwergfledermaus zu identifizieren. Den Unteren Naturschutzbehörden wird u.a. vorgeschlagen, ein Kataster über diese Quartiere in ihrem Zuständigkeitsbereich zu führen und beständig zu aktualisieren.