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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.
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.
Jede Ernährung hat Auswirkungen auf den Gesundheitszustand des Einzelnen, auf die Umwelt und auf soziale Belange. Eine wachsende Zahl von Mahlzeiten wird in der Außer-Haus-Verpflegung eingenommen, in der eine systematische Nachhaltigkeitsbewertung nicht zur gängigen Praxis gehört. Um diese Lücke zu schließen, wurde im Rahmen des NAHGAST-Projekts ein Instrument entwickelt. Nach mehr als einem Jahr des Einsatzes des NAHGAST-Online-Tools soll nun überprüft werden, welche positiven Umwelteinflüsse durch den Einsatz des Instruments realisiert werden können. Aus diesem Grund befasst sich dieser Artikel mit der Frage, ob ein Online-Tool Akteure aus dem Bereich des Außer-Haus-Verzehrs in die Lage versetzen kann, ihre Mahlzeiten im Hinblick auf Aspekte einer nachhaltigen Ernährung zu überarbeiten. Darüber hinaus wird die Frage beantwortet, wie sich konkrete Rezeptüberarbeitungen der beliebtesten Mittagsgerichte auf den materiellen Fußabdruck sowie auf den Carbon Footprint auswirken.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass ein Online-Tool individuelle Nachhaltigkeitspfade für Akteure im und ermöglicht eine eigenständige Rezeptüberarbeitung für bereits bestehende Gerichte. Mahlzeiten. Die Ergebnisse zeigen, dass bereits geringfügige Änderungen in den Rezepten zu Einsparungen von bis zu einem Drittel führen können beim CO2-Fußabdruck sowie beim Materialfußabdruck führen können. Bezogen auf den Außer-Haus-Verzehr Außer-Haus-Verzehr ergibt sich daraus das Potenzial für erhebliche Multiplikationseffekte, die den Weg für die Verbreitung von nachhaltiger Ernährung ebnen.
Quantitative Umweltbewertungen sind von entscheidender Bedeutung, wenn es darum geht, effektiv auf nachhaltige Produktions- und Verbrauchsmuster hinzuarbeiten. In den letzten Jahrzehnten haben sich Lebenszyklusanalysen (LCA) als praktikables Mittel zur Messung der Umweltauswirkungen von Produkten entlang der Lieferkette etabliert. In Bezug auf Nutzer- und Konsummuster wurden jedoch methodische Schwächen festgestellt, und es wurden mehrere Versuche unternommen, Ökobilanzen entsprechend zu verbessern, beispielsweise durch Einbeziehung von Effekten höherer Ordnung und verhaltenswissenschaftlicher Unterstützung. In einer Diskussion solcher Ansätze zeigen wir, dass den Konzepten des Verbrauchs keine explizite Aufmerksamkeit geschenkt wurde, was häufig zu produktzentrierten Bewertungen führt. Wir führen Theorien sozialer Praktiken ein, um Konsummuster für LCA zugänglich zu machen. Soziale Praktiken sind routinierte Handlungen, die aus miteinander verbundenen Elementen (Materialien, Kompetenzen und Bedeutungen) bestehen, die sie als eine Einheit denkbar machen (z. B. Kochen). Da die meisten sozialen Praktiken eine Art von Verbrauch (Material, Energie, Luft) beinhalten, konnten wir einen Rahmen entwickeln, der soziale Praktiken mit der Ökobilanz verbindet. Der vorgeschlagene Rahmen bietet eine neue Perspektive für quantitative Umweltbewertungen, indem er den Schwerpunkt von Produkten oder Nutzern auf soziale Praktiken verlagert. Dementsprechend sehen wir die Chance darin, die reduktionistische Sichtweise zu überwinden, dass Menschen nur Nutzer von Produkten sind, und sie stattdessen als Praktiker in sozialen Praktiken zu sehen. Dieser Wandel könnte neue Methoden der interdisziplinären Konsumforschung ermöglichen, die beabsichtigte Sozialwissenschaften und wirkungsorientierte Bewertungen einbeziehen. Allerdings bedarf der Rahmen einer weiteren Überarbeitung und vor allem einer empirischen Validierung.
In komplexen, landschaftlichen Transformationsprozessen, in denen Akteure mit unterschiedlichen fachlichen Hintergründen ko-kreativ Wege in eine nachhaltige Zukunft suchen, stellt sich die Frage: Wie lässt sich Komplexität so ausdrücken und darstellen, dass sie von möglichst vielen verstanden und als Herausforderung angenommen wird? Diese Frage steht vor allem in transdisziplinären Forschungssettings wie etwas Reallaboren im Mittelpunkt. Unterschiedliche bildliche Darstellungen können dabei, so die These dieses Beitrags, implizites Wissen versammeln und niedrigschwellige Zugänge zu komplexen Diskussionen schaffen. Anders als etwa lange textliche Darstellungen und Tabellen fungieren Bilder als Anker der Erinnerung, mit denen sich Akteure auch in länger andauernden Prozessen immer wieder verorten können. Um „die Landschaftsforschung anschlussfähig an den Erwartungs-, Erfahrungs-, Wissens- und Überzeugungshorizont betroffener Menschen zu machen“ (Berr 2018b, S. 4) können Erlebte, Konzipierte und Verhandelte Bilder zentrales Verständigungs-Medium sein.
Tools for designing riverscapes co-creatively. Walk! Find typologies! Design spatial visions!
(2020)
Bilder, die hängen bleiben. Wie lassen sich transdisziplinäre Transformationsprozesse gestalten?
(2020)
Ecological restoration of an urban demolition site through introduction of native forb species
(2020)
Urban brownfields can provide habitats for endangered native plant species but may also support invasive non native species. The aim of our study was to develop and test different measures for the ecological restoration of an urban brownfield. We aimed to enhance native plant species richness by seeding two native forb seed mix tures containing 25 (HD-mixture) and 13 species (LD-mixture), respectively, without affecting spontaneously colonizing plant species of nature conservation value. Additionally, we tested the effects of species introduction and mowing on the establishment of invasive non-native plant species, woody species development, and per ennial grass dominance.
With establishment rates of 84% (HD) and 92% (LD) in the first study year and about 60% for both seed mixtures in the fourth year, species introduction was successful and led to rapid re-vegetation of the formerly bare brownfield. Although seeding did not result in increased species richness using either seed mixture, the dominance of perennial grasses was significantly reduced by the establishment of forb species from the HD mixture. Overall, we observed the spontaneous establishment of ten plant species of conservation value; seeding affected these species only temporarily, in the second year. Seeding (with either seed mixture) and mowing both resulted in reduced cover of woody species and a lower frequency of the invasive non-native Robinia pseudoa cacia.
Our study demonstrated the high nature conservation value of dry and nutrient-poor urban brownfields for spontaneously occurring threatened plant species. Further studies have to evaluate if the reduced cover of grasses and woody species through introduction of site-specific native forb species might increase these sites’ aesthetic value and broader acceptance of brownfields by urban residents.