Michael Kreger

Empirical investigation of the effect of the door's state on received signal strength in indoor environments at 2.4 GHz

Due to the wide deployment of indoor wireless local area networks (WLANs), the indoor planning became a research of interest for IT as well as networking researchers. As a result of this wide deployment, many IT applications and services started relying on the ready implemented WLAN infrastructure. Therefore, there is a need for reliable propagation models which are able to predict the WLAN signal strength in indoor environments before starting the real world deployment which leads to an efficient and cost aware deployment process. In this paper we develop an empirical propagation model which focuses mainly on the effect of the door state on the propagated WLAN signal in indoor environments. The measurements were compared to other simulated results in literature. A new empirical parameter based on empirical measurements was introduced for a better estimation of the received signal strength (RSS).

Agenten-basierte Echtzeitdetektion von gefährlichen Bauprozessen

Unfalle auf der Baustelle enden im Vergleich zu anderen Wirtschaftszweigen ofter mit schwereren Folgen. Bauarbeiter sind einer Reihe an Gefahren ausgesetzt, wie herunterfallenden Gegenstanden, mechanischen Gefahrdungen wie Absturz von grosen Hohen, Stolpern, Rutschen, beim Umgang mit schweren Maschinen sowie giftigen Gasen und so weiter. Des weiteren stellt das hohe Unfallrisiko auch ein hohen Kostenfaktor fur Bauunternehmen dar. Aus diesen Grunden sind Bauunternehmen besonders interessiert an Masnahmen zur Gefahrenpravention, die mit einer fruhzeitigen Lokalisierung der Gefahrenfaktoren verbunden ist. Die besonderen Herausforderungen fur den Arbeitsschutz auf der Baustelle, aufgrund der wechselnden Bedingungen durch Klimaeinflusse oder nicht stationarer Arbeiten, fordern ein System, dass die Prozessuberwachung in Echtzeit ausfuhren und anhand dessen Zukunftsprognosen zu erstellen um die Entstehung von Gefahrensituation verhindern zu konnen. Die Prozessuberwachung kann mit dem Einsatz geeigneter vernetzter Sensoren erfolgen, die standig Informationen zum Erfassungsbereich des Sensors an eine Netzwerk weitergeben. Die gesammelten Daten stehen jedoch in keiner Beziehung zueinander, so dass eine Auswertung der Gesamtsituation hier schwierig wird. Zudem bedarf es Expertenwissen zur Interpretation der bereitgestellten Informationen, deren manuelle Bearbeitung viel Zeit in Anspruch nimmt. Im Rahmen des Forschungsprojekts integratives-Safety-Awareness-Model (iSAM) wurden beispielhaft einige Sensoren mit Methodiken aus dem Bereich der Agentenmodellierung fur den Einsatz der Gefahrdungsdetektion auf Baustellen erweitert und in einem Multiagentensystem vernetzt. Der konzeptionelle Ansatz zur Entwicklung von Agenten zur Bedienung, Kontrolle und Kalibrierung eines Sensors und zur Detektion von Gefahrenfaktoren auf Baustellen soll im vorliegenden Beitrag prasentiert werden. Die Echtzeitfahigkeit wurde mit Hilfe eines 3D Sensors validiert.Das Energiekonzept der Bundesregierung sieht eine Verdopplung der Sanierungsrate im Gebaudesektor von 1 auf 2 % vor. Dies erfordert unter anderem eine Steigerung der Transparenz und Aussagekraft entsprechender Informationsinstrumente. Energetische Gebaudesimulationen konnen in diesem Kontext fur Entscheidungstrager eine wichtige Grundlage zur Auswahl geeigneter Sanierungsmasnahmen bilden. Die energetische Gebaudemodellierung stellt dabei einen oftmals zeitintensiven Prozess dar, welcher eine Vielzahl an detaillierten Nutzereingaben erfordert. Ansatze zur Vereinfachung und Automatisierung der Modellgenerierung stutzen sich in der Regel auf Gebaudetypologien, um fehlende Nutzereingaben durch statistisch fundierte Annahmen zu ersetzen. Die Verwendung nicht-verifizierter Annahmen schrankt jedoch die Validitat und Aussagekraft der resultierenden Simulationsergebnisse deutlich ein. Das vorliegende Paper stellt deshalb einen Ansatz zur Kalibrierung Typologie-basierter energetischer Gebaudemodelle auf Basis von Smart Meter Daten vor. Mit Hilfe eines genetischen Algorithmus soll dabei ein Set von Parametern ermittelt werden, welche das typologische Modell derart verandern, dass dieses das reale Gebaude hinreichend genau abbildet.Durch die europaweite Einfuhrung der Smart-Meter Zahler, ist es moglich individuelle Energieverbrauchsdaten automatisiert und in einem beliebigen Zeitraum messen zu konnen. Das Institut fur Numerische Methoden und Informatik im Bauwesen der Technischen Universitat Darmstadt beschaftigt sich im Forschungsprojekt „SmartER Game“ damit, welcher Mehrwert sich durch die Auswertung dieser Daten fur Verbraucher, Versorger und Umwelt generieren lasst. In diesem Zusammenhang ist die Aufgabe dieser Thesis einen Software Generator zu entwickeln, der es ermoglicht mit Hilfe der IWU-Gebaudetypologie simulationsfahige Modelle von Einfamilienhausern zu entwickeln, welche in Zukunft diese Daten nutzen konnen, um reale Simulationen uber Energieverbrauche zu tatigen. Deshalb wurde die Simulationssoftware EnergyPlus und dessen Erweiterung OpenStudio untersucht, um Hintergrunde, Ablaufe und notige Parameter fur die Modellierung zu verstehen und zu analysieren. Auserdem wurde bei dieser Betrachtung festgestellt, dass die amerikanische Software auch fur die europaischen Gebaude anwendbar ist, auch wenn dadurch einige erlauternde Anderungen vorzunehmen sind. Die OpenStudio API wurde verwendet, um ein Modell mit Konstruktion, verschiedenen Raumen, Bewohnern, Heizanlage, elektronischen Geraten und Licht zu erstellen. Die einzelnen Parameter wurden untersucht, um ihre Bedeutung fur die Modellierung zu qualifizieren. Ziel war es, die Vorgaben der EnEV zu verwirklichen, um ein realitatsnahes Modell zu entwickeln. Dabei wurden fehlende Kenntnisse durch die IWU-Gebaudetypologie, IWU Anlagenkennwerte, der EnEV und dem statistischen Bundesamt erganzt und deren Auswirkungen auf die Simulationsergebnisse untersucht. Dadurch konnte die Eingabe des Nutzers auf die Information des Gebaudetyps und Baujahr reduziert werden. Die Kompatibilitat mit EnergyPlus wurde hergestellt und die Ergebnisse auch in OpenStudio veranschaulicht und verglichen. So konnte gezeigt werden, dass es moglich ist, mit der Verwendung der IWU-Gebaudetypologie als Datenbank, einen Software Generator zu erstellen, der simulationsfahige Modelle entwickelt, welche aussagekraftige Ergebnisse liefern. Dazu sind vom Nutzer keine Fachkenntnisse in Bezug auf Baukonstruktion, energetische Berechnungen, Softwareprogrammierung oder der Simulationssoftware EnergyPlus notwendig. Am Schluss einer jeden Generierung konnte eine Simulation gefahren und dem Nutzer die Ergebnisse durch einfache visuelle Verwendung der EnEV Skala veranschaulicht werden.In diesem Bericht werden Methoden vorgestellt, die eine ganzheitliche Integration energetisch aktiver Fassadenelemente vereinfachen sollen. Dafur werden eine digitale Produktdatenmodellierung vorgeschlagen, eine Kollaborationsplattform konzipiert und eine objektorientierte Versionierungshistorie entwickelt. Fur die Produktdatenmodellierung ist der IFC-Standard entsprechend seines Schemas so erweitert worden, dass allgemein multifunktionale Bauteile damit beschrieben werden konnen. Fur die Kollaborationsplattform wurden Anforderungen gesammelt und ein Konzept mit drei Ebenen (Layern) erarbeitet. Hierfur wurden verschiedene Funktionen wie gemeinsame Datenhaltung, Produktdatenkatalog und Kommunikationsmanagement vorgesehen. Die verwendeten Programme im gesamten, verteilten System konnen autonom uber ein Multi-Agenten-System (MAS) kommunizieren und Aufgaben bearbeiten, um den Planer zu unterstutzen. Das MAS erzeugt auserdem eine objektorientierte Versionierungshistorie, die sicherstellen soll, dass der Informationsverlust im Laufe des Planungsprozesses minimal ist. Dies wird dadurch erreicht, dass fur neu hinzugefugte Modellkomponenten Vorgangerelemente gesucht und verlinkt werden.Die Nutzung von Standortinformationen speziell innerhalb von Gebauden hat in den letzten Jahren und verstarkt mit der Vorstellung der Bluetooth-basierten Apple iBeacons ein hohes Interesse erfahren. Gerade im Bereich des Facility Managements zeigt sich zum Beispiel bei der Navigationsunterstutzung von Handwerkern wahrend der Konstruktions- oder Nutzungsphase des Gebaudes ein groses Potenzial durch die Lokalisierung der Nutzer. Bei der Entwicklung von Systemen zur Standortbestimmung wird dabei haufig auf die bereits vorhandene drahtlose Infrastruktur (Wi-Fi) oder energieeffiziente Bluetooth Low Energy-Beacons zuruckgegriffen. Aufgrund ihrer hohen Genauigkeit und Stabilitat werden bei diesen signalbasierten Sensoren oft Musterabgleichsverfahren, allen voran das Fingerprinting, fur die Berechnung der Position der Nutzer verwendet. In dieser Arbeit werden, basierend auf der Definition eines Fingerprints als mathematischer Vektor, insgesamt elf unterschiedliche Berechnungsverfahren untersucht und miteinander verglichen. Dabei werden sowohl „Nearest Neighbor“-Verfahren betrachtet, welche die Euklidische Distanz zweier Vektoren berechnen, als auch Verfahren, die die Kosinus-Ahnlichkeit und somit den Winkel zwischen zwei Vektoren vergleichen. Daruber hinaus werden weitere Verfahren betrachtet, die andere Ahnlichkeitsmase verwenden und haufig im Kontext des „Data-Mining“ Anwendung finden. Die verschiedenen Verfahren wurden im Zuge einer umfangreichen Evaluation in einem Burokomplex bei laufendem Betrieb getestet und verglichen. Dabei wurden zwei Smartphones fur die Datensammlung verwendet und die Verfahren in unterschiedlichen Infrastrukturbedingungen analysiert. Die Evaluationsergebnisse zeigen, dass es teilweise erhebliche Unterschiede in der Genauigkeit der Berechnung gibt und veranschaulichen, dass das „Adapted Nearest Neighbor“-Verfahren das groste Potenzial bietet und wie die Berechnungsgenauigkeit noch weiter optimiert werden kann.

BIM und Sensorik im Brandschutz

Im Brandschutz ist die schnellstmogliche Rettung von Menschen durch die Einsatzkrafte ein primares Ziel. In komplexen Gebauden – insbesondere bei beeintrachtigten Sichtverhaltnissen durch Rauch – ist die Bestimmung der Position der Einsatzkraft und die Wegfindung zu den zu rettenden Personen sowie das schnelle Verlassen des Gebaudes zeitkritisch. Um diesen Prozess zu unterstutzen, sind Methoden zur Ortung und Wegberechnung (Navigation) in Gebauden erforderlich (indoor). Die Navigationsmethoden, die auserhalb von Gebauden verwendet werden, sind indoor nicht geeignet. Fur den Aufbau einer Indoor-Funk-Infrastruktur zur Ortung und Wegberechnung bietet die Radio-Frequency-Identification (RFID) Sensortechnologie in Kombination mit BIM eine hervorragende Ausgangsbasis. Fur den Bereich der Wegfindung konnen Wegegraphen (auch Routingnetze genannt) auf Grundlage des BIM berechnet werden. Dafur sind Informationen uber die Topologie und Topografie des Gebaudes mit zusatzlicher Semantik uber begehbare Wege (z. B. Flure, Treppen, Turen) erforderlich. Diese Informationen sind in BIM grundsatzlich vorhanden und konnen fur diesen Anwendungsfall – angereichert um die Positionen der im Gebaude verteilten RFID-Sensoren – effizient weiterverwendet werden. Die neuen Methoden zur BIM-basierten Ortung und Wegberechnung mit RFID-Sensoren in Gebauden fur den Anwendungsfall Brandschutz werden in diesem Beitrag vorgestellt.