@phdthesis{Reitwiessner2011,
  author    = {Reitwießner, Christian},
  title     = {Multiobjective Optimization and Language Equations},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-70146},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2011},
  abstract  = {Praktische Optimierungsprobleme beinhalten oft mehrere gleichberechtigte, sich jedoch widersprechende Kriterien. Beispielsweise will man bei einer Reise zugleich m{\"o}glichst schnell ankommen, sie soll aber auch nicht zu teuer sein. Im ersten Teil dieser Arbeit wird die algorithmische Beherrschbarkeit solcher mehrkriterieller Optimierungsprobleme behandelt. Es werden zun{\"a}chst verschiedene L{\"o}sungsbegriffe diskutiert und auf ihre Schwierigkeit hin verglichen. Interessanterweise stellt sich heraus, dass diese Begriffe f{\"u}r ein einkriterielles Problem stets gleich schwer sind, sie sich ab zwei Kriterien allerdings stark unterscheiden k{\"o}nen (außer es gilt P = NP). In diesem Zusammenhang wird auch die Beziehung zwischen Such- und Entscheidungsproblemen im Allgemeinen untersucht. Schließlich werden neue und verbesserte Approximationsalgorithmen f{\"u}r verschieden Varianten des Problems des Handlungsreisenden gefunden. Dabei wird mit Mitteln der Diskrepanztheorie eine Technik entwickelt, die ein grundlegendes Hindernis der Mehrkriteriellen Optimierung aus dem Weg schafft: Gegebene L{\"o}sungen so zu kombinieren, dass die neue L{\"o}sung in allen Kriterien m{\"o}glichst ausgewogen ist und gleichzeitig die Struktur der L{\"o}sungen nicht zu stark zerst{\"o}rt wird. Der zweite Teil der Arbeit widmet sich verschiedenen Aspekten von Gleichungssystemen f{\"u}r (formale) Sprachen. Einerseits werden konjunktive und Boolesche Grammatiken untersucht. Diese sind Erweiterungen der kontextfreien Grammatiken um explizite Durchschnitts- und Komplementoperationen. Es wird unter anderem gezeigt, dass man bei konjunktiven Grammatiken die Vereinigungsoperation stark einschr{\"a}nken kann, ohne dabei die erzeugte Sprache zu {\"a}ndern. Außerdem werden bestimmte Schaltkreise untersucht, deren Gatter keine Wahrheitswerte sondern Mengen von Zahlen berechnen. F{\"u}r diese Schaltkreise wird das {\"A}quivalenzproblem betrachtet, also die Frage ob zwei gegebene Schaltkreise die gleiche Menge berechnen oder nicht. Es stellt sich heraus, dass, abh{\"a}ngig von den erlaubten Gattertypen, die Komplexit{\"a}t des {\"A}quivalenzproblems stark variiert und f{\"u}r verschiedene Komplexit{\"a}tsklassen vollst{\"a}ndig ist, also als (parametrisierter) Vertreter f{\"u}r diese Klassen stehen kann.},
  subject      = {Mehrkriterielle Optimierung},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Hoehn2002,
  author    = {H{\"o}hn, Holger},
  title     = {Multimediale, datenbankgest{\"u}tzte Lehr- und Lernplattformen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-4049},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2002},
  abstract  = {Die Dissertation befaßt sich mit der Entwicklung einer multimedialen, datenbankgest{\"u}tzten Lehr- und Lernplattform. Die entwickelten Module erm{\"o}glichen und erweitern nicht nur die M{\"o}glichkeit des Selbststudiums f{\"u}r den Studenten sondern erleichtern auch die Arbeit der Dozenten. Außerdem wird auch die Zusammenarbeit und der Austausch von Lernobjekten zwischen verschiedenen Institutionen erm{\"o}glicht. In der Lehr- und Lernplattform k{\"o}nnen verschiedene Lernobjekt-Typen verwaltet werden. Exemplarisch wurden die Typen Bilder, 3D-Animationen, Vorlesungen, Lerntexte, Fallbeispiele und Quizelemente integriert. Die Lehr- und Lernplattform besteht aus drei Bausteinen: 1. In der Lernobjekt-Datenbank werden alle Lernobjekt-Typen und Lernobjekte verwaltet. 2. Autorenwerkzeuge dienen zur Erstellung von Lernobjekten. 3. In der Lernplattform werden die Lernobjekte den Studenten zum (Selbst-)Lernen pr{\"a}sentiert. Neben den Vorteilen, die der Einsatz von E-Learning im allgemeinen bietet, wie die flexible Lernorganisation oder die Nutzung von Lerninhalten unabh{\"a}ngig von Ort und Zeit, zeichnet sich die entwickelte Lehr- und Lernplattform besonders durch folgende Punkte aus: Generierung von Lerninhalten h{\"o}herer Qualit{\"a}t durch multizentrische Expertenb{\"u}ndelung und Arbeitsteilung, Erweiterbarkeit auf andere, neue Lernobjekt-Typen, Verwaltbarkeit, Konsistenz, Flexibilit{\"a}t, geringer Verwaltungsaufwand, Navigationsm{\"o}glichkeiten f{\"u}r den Studenten, Personalisierbarkeit und Konformit{\"a}t zu internationalen Standards. Sowohl bei der Modellierung als auch bei der Umsetzung wurde darauf geachtet, m{\"o}glichst gut die Anforderungen der Dermatologie bei gleichzeitiger Erweiterbarkeit auf andere, {\"a}hnliche Szenarien zu erf{\"u}llen. Besonders einfach sollte die Anpassung der Plattform f{\"u}r andere bildorientierte Disziplinen sein.},
  subject      = {Multimedia},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Wirth2001,
  author    = {Wirth, Hans-Christoph},
  title     = {Multicriteria Approximation of Network Design and Network Upgrade Problems},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-2845},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2001},
  abstract  = {Network planning has come to great importance during the past decades. Today's telecommunication, traffic systems, and logistics would not have been evolved to the current state without careful analysis of the underlying network problems and precise implementation of the results obtained from those examinations. Graphs with node and arc attributes are a very useful tool to model realistic applications, while on the other hand they are well understood in theory. We investigate network design problems which are motivated particularly from applications in communication networks and logistics. Those problems include the search for homogeneous subgraphs in edge labeled graphs where either the total number of labels or the reload cost are subject to optimize. Further, we investigate some variants of the dial a ride problem. On the other hand, we use node and edge upgrade models to deal with the fact that in many cases one prefers to change existing networks rather than implementing a newly computed solution from scratch. We investigate the construction of bottleneck constrained forests under a node upgrade model, as well as several flow cost problems under a edge based upgrade model. All problems are examined within a framework of multi-criteria optimization. Many of the problems can be shown to be NP-hard, with the consequence that, under the widely accepted assumption that P is not equal to NP, there cannot exist efficient algorithms for solving the problems. This motivates the development of approximation algorithms which compute near-optimal solutions with provable performance guarantee in polynomial time.},
  subject      = {Netzplantechnik},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Borrmann2018,
  author    = {Borrmann, Dorit},
  title     = {Multi-modal 3D mapping - Combining 3D point clouds with thermal and color information},
  isbn      = {978-3-945459-20-1},
  issn      = {1868-7474},
  doi       = {10.25972/OPUS-15708},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-157085},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2018},
  abstract  = {Imagine a technology that automatically creates a full 3D thermal model of an environment and detects temperature peaks in it. For better orientation in the model it is enhanced with color information. The current state of the art for analyzing temperature related issues is thermal imaging. It is relevant for energy efficiency but also for securing important infrastructure such as power supplies and temperature regulation systems. Monitoring and analysis of the data for a large building is tedious as stable conditions need to be guaranteed for several hours and detailed notes about the pose and the environment conditions for each image must be taken. For some applications repeated measurements are necessary to monitor changes over time. The analysis of the scene is only possible through expertise and experience. This thesis proposes a robotic system that creates a full 3D model of the environment with color and thermal information by combining thermal imaging with the technology of terrestrial laser scanning. The addition of a color camera facilitates the interpretation of the data and allows for other application areas. The data from all sensors collected at different positions is joined in one common reference frame using calibration and scan matching. The first part of the thesis deals with 3D point cloud processing with the emphasis on accessing point cloud data efficiently, detecting planar structures in the data and registering multiple point clouds into one common coordinate system. The second part covers the autonomous exploration and data acquisition with a mobile robot with the objective to minimize the unseen area in 3D space. Furthermore, the combination of different modalities, color images, thermal images and point cloud data through calibration is elaborated. The last part presents applications for the the collected data. Among these are methods to detect the structure of building interiors for reconstruction purposes and subsequent detection and classification of windows. A system to project the gathered thermal information back into the scene is presented as well as methods to improve the color information and to join separately acquired point clouds and photo series. A full multi-modal 3D model contains all the relevant geometric information about the recorded scene and enables an expert to fully analyze it off-site. The technology clears the path for automatically detecting points of interest thereby helping the expert to analyze the heat flow as well as localize and identify heat leaks. The concept is modular and neither limited to achieving energy efficiency nor restricted to the use in combination with a mobile platform. It also finds its application in fields such as archaeology and geology and can be extended by further sensors.},
  subject      = {Punktwolke},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Kluge2004,
  author    = {Kluge, Boris},
  title     = {Motion coordination for a mobile robot in dynamic environments},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-15508},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2004},
  abstract  = {Generating coordinated motion for a mobile robot operating in natural, continuously changing environments among moving obstacles such as humans is a complex task which requires the solution of various sub problems. In this thesis, we will cover the topics of perception and navigation in dynamic environments, as well as reasoning about the motion of the obstacles and of the robot itself. Perception is mainly considered for a laser range finder, and an according method for obstacle detection and tracking is proposed. Network optimization algorithms are used for data association in the tracking step, resulting in considerable robustness with respect to clutter by small objects. Navigation in general is accomplished using an adaptation of the velocity obstacle approach to the given vehicle kinematics, and cooperative motion coordination between the robot and a human guide is achieved using an appropriate selection rule for collision-free velocities. Next, the robot is enabled to compare its path to the path of a human guide using one of a collection of presented distance measures, which permits the detection of exceptional conditions. Furthermore, a taxonomy for the assessment of situations concerning the robot is presented, and following a summary of existing approaches to more intelligent and comprehensive perception, we propose a method for obstruction detection. Finally, a new approach to reflective navigation behaviors is described where the robot reasons about intelligent moving obstacles in its environment, which allows to adjust the character of the robot motion from regardful and defensive to more self-confident and aggressive behaviors.},
  subject      = {Bewegungsablauf},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Hess2009,
  author    = {Hess, Martin},
  title     = {Motion coordination and control in systems of nonholonomic autonomous vehicles},
  isbn      = {978-3-923959-55-6},
  doi       = {10.25972/OPUS-3794},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-46442},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2009},
  abstract  = {This work focuses on coordination methods and the control of motion in groups of nonholonomic wheeled mobile robots, in particular of the car-like type. These kind of vehicles are particularly restricted in their mobility. In the main part of this work the two problems of formation motion coordination and of rendezvous in distributed multi-vehicle systems are considered. We introduce several enhancements to an existing motion planning approach for formations of nonholonomic mobile robots. Compared to the original method, the extended approach is able to handle time-varying reference speeds as well as adjustments of the formation's shape during reference trajectory segments with continuously differentiable curvature. Additionally, undesired discontinuities in the speed and steering profiles of the vehicles are avoided. Further, the scenario of snow shoveling on an airfield by utilizing multiple formations of autonomous snowplows is discussed. We propose solutions to the subproblems of motion planning for the formations and tracking control for the individual vehicles. While all situations that might occur have been tested in a simulation environment, we also verified the developed tracking controller in real robot hardware experiments. The task of the rendezvous problem in groups of car-like robots is to drive all vehicles to a common position by means of decentralized control laws. Typically there exists no direct interaction link between all of the vehicles. In this work we present decentralized rendezvous control laws for vehicles with free and with bounded steering. The convergence properties of the approaches are analyzed by utilizing Lyapunov based techniques. Furthermore, they are evaluated within various simulation experiments, while the bounded steering case is also verified within laboratory hardware experiments. Finally we introduce a modification to the bounded steering system that increases the convergence speed at the expense of a higher traveled distance of the vehicles.},
  subject      = {Robotik},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Staehle2011,
  author    = {Staehle, Barbara},
  title     = {Modeling and Optimization Methods for Wireless Sensor and Mesh Networks},
  doi       = {10.25972/OPUS-4967},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-64884},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2011},
  abstract  = {Im Internet der Zukunft werden Menschen nicht nur mit Menschen, sondern auch mit „Dingen", und sogar „Dinge" mit „Dingen" kommunizieren. Zus{\"a}tzlich wird das Bed{\"u}rfnis steigen, immer und {\"u}berall Zugang zum Internet zu haben. Folglich gewinnen drahtlose Sensornetze (WSNs) und drahtlose Mesh-Netze (WMNs) an Bedeutung, da sie Daten {\"u}ber die Umwelt ins Internet liefern, beziehungsweise einfache Internet-Zugangsm{\"o}glichkeiten schaffen. In den vier Teilen dieser Arbeit werden unterschiedliche Modellierungs- und Optimierungsmethoden f{\"u}r WSNs und WMNs vorgestellt. Der Energieverbrauch ist die wichtigste Metrik, wenn es darum geht die Kommunikation in einem WSN zu optimieren. Da sich in der Literatur sehr viele unterschiedliche Energiemodelle finden, untersucht der erste Teil der Arbeit welchen Einfluss unterschiedliche Energiemodelle auf die Optimierung von WSNs haben. Aufbauend auf diesen {\"U}berlegungen besch{\"a}ftigt sich der zweite Teil der Arbeit mit drei Problemen, die {\"u}berwunden werden m{\"u}ssen um eine standardisierte energieeffiziente Kommunikations-L{\"o}sung f{\"u}r WSNs basierend auf IEEE 802.15.4 und ZigBee zu realisieren. F{\"u}r WMNs sind beide Probleme von geringem Interesse, die Leistung des Netzes jedoch umso mehr. Der dritte Teil der Arbeit f{\"u}hrt daher Algorithmen f{\"u}r die Berechnung des Max-Min fairen (MMF) Netzwerk-Durchsatzes in WMNs mit mehreren Linkraten und Internet-Gateways ein. Der letzte Teil der Arbeit untersucht die Auswirkungen des LRA-Konzeptes. Dessen grundlegende Idee ist die folgende. Falls f{\"u}r einen Link eine niedrigere Datenrate als theoretisch m{\"o}glich verwendet wird, sinkt zwar der Link-Durchsatz, jedoch ist unter Umst{\"a}nden eine gr{\"o}ßere Anzahl von gleichzeitigen {\"U}bertragungen m{\"o}glich und der Gesamt-Durchsatz des Netzes kann sich erh{\"o}hen. Mithilfe einer analytischen LRA Formulierung und einer systematischen Studie kann gezeigt werden, dass eine netzwerkweite Zuordnung robusterer Datenraten als n{\"o}tig zu einer Erh{\"o}hung des MMF Netzwerk-Durchsatzes f{\"u}hrt. Desweitern kann gezeigt werden, dass sich LRA positiv auf die Leistungsf{\"a}higkeit eines IEEE 802.11 WMNs auswirkt und f{\"u}r die Optimierung des Netzes genutzt werden kann.},
  subject      = {Drahtloses Sensorsystem},
  language  = {en}
}
@article{DjebkoPuppeKayal2019,
  author    = {Djebko, Kirill and Puppe, Frank and Kayal, Hakan},
  title     = {Model-based fault detection and diagnosis for spacecraft with an application for the SONATE triple cube nano-satellite},
  series = {Aerospace},
  volume    = {6},
  journal   = {Aerospace},
  number    = {10},
  issn      = {2226-4310},
  doi       = {10.3390/aerospace6100105},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-198836},
  pages     = {105},
  year      = {2019},
  abstract  = {The correct behavior of spacecraft components is the foundation of unhindered mission operation. However, no technical system is free of wear and degradation. A malfunction of one single component might significantly alter the behavior of the whole spacecraft and may even lead to a complete mission failure. Therefore, abnormal component behavior must be detected early in order to be able to perform counter measures. A dedicated fault detection system can be employed, as opposed to classical health monitoring, performed by human operators, to decrease the response time to a malfunction. In this paper, we present a generic model-based diagnosis system, which detects faults by analyzing the spacecraft's housekeeping data. The observed behavior of the spacecraft components, given by the housekeeping data is compared to their expected behavior, obtained through simulation. Each discrepancy between the observed and the expected behavior of a component generates a so-called symptom. Given the symptoms, the diagnoses are derived by computing sets of components whose malfunction might cause the observed discrepancies. We demonstrate the applicability of the diagnosis system by using modified housekeeping data of the qualification model of an actual spacecraft and outline the advantages and drawbacks of our approach.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Sauer2010,
  author    = {Sauer, Markus},
  title     = {Mixed-Reality for Enhanced Robot Teleoperation},
  isbn      = {978-3-923959-67-9},
  doi       = {10.25972/OPUS-4666},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-55083},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2010},
  abstract  = {In den letzten Jahren ist die Forschung in der Robotik soweit fortgeschritten, dass die Mensch-Maschine Schnittstelle zunehmend die kritischste Komponente f{\"u}r eine hohe Gesamtperformanz von Systemen zur Navigation und Koordination von Robotern wird. In dieser Dissertation wird untersucht wie Mixed-Reality Technologien f{\"u}r Nutzerschnittstellen genutzt werden k{\"o}nnen, um diese Gesamtperformanz zu erh{\"o}hen. Hierzu werden Konzepte und Technologien entwickelt, die durch Evaluierung mit Nutzertest ein optimiertes und anwenderbezogenes Design von Mixed-Reality Nutzerschnittstellen erm{\"o}glichen. Er werden somit sowohl die technische Anforderungen als auch die menschlichen Faktoren f{\"u}r ein konsistentes Systemdesign ber{\"u}cksichtigt. Nach einer detaillierten Problemanalyse und der Erstellung eines Systemmodels, das den Menschen als Schl{\"u}sselkomponente mit einbezieht, wird zun{\"a}chst die Anwendung der neuartigen 3D-Time-of-Flight Kamera zur Navigation von Robotern, aber auch f{\"u}r den Einsatz in Mixed-Reality Schnittstellen analysiert und optimiert. Weiterhin wird gezeigt, wie sich der Netzwerkverkehr des Videostroms als wichtigstes Informationselement der meisten Nutzerschnittstellen f{\"u}r die Navigationsaufgabe auf der Netzwerk Applikationsebene in typischen Multi-Roboter Netzwerken mit dynamischen Topologien und Lastsituation optimieren l{\"a}sst. Hierdurch ist es m{\"o}glich in sonst in sonst typischen Ausfallszenarien den Videostrom zu erhalten und die Bildrate zu stabilisieren. Diese fortgeschrittenen Technologien werden dann auch dem entwickelten Konzept der generischen 3D Mixed Reality Schnittselle eingesetzt. Dieses Konzept erm{\"o}glicht eine integrierte 3D Darstellung der verf{\"u}gbaren Information, so dass r{\"a}umliche Beziehungen von Informationen aufrechterhalten werden und somit die Anzahl der mentalen Transformationen beim menschlichen Bediener reduziert wird. Gleichzeitig werden durch diesen Ansatz auch immersive Stereo Anzeigetechnologien unterst{\"u}tzt, welche zus{\"a}tzlich das r{\"a}umliche Verst{\"a}ndnis der entfernten Situation f{\"o}rdern. Die in der Dissertation vorgestellten und evaluierten Ans{\"a}tze nutzen auch die Tatsache, dass sich eine lokale Autonomie von Robotern heute sehr robust realisieren l{\"a}sst. Dies wird zum Beispiel zur Realisierung eines Assistenzsystems mit variabler Autonomie eingesetzt. Hierbei erh{\"a}lt der Fernbediener {\"u}ber eine Kraftr{\"u}ckkopplung kombiniert mit einer integrierten Augmented Reality Schnittstelle, einen Eindruck {\"u}ber die Situation am entfernten Arbeitsbereich, aber auch {\"u}ber die aktuelle Navigationsintention des Roboters. Die durchgef{\"u}hrten Nutzertests belegen die signifikante Steigerung der Navigationsperformanz durch den entwickelten Ansatz. Die robuste lokale Autonomie erm{\"o}glicht auch den in der Dissertation eingef{\"u}hrten Ansatz der pr{\"a}diktiven Mixed-Reality Schnittstelle. Die durch diesen Ansatz entkoppelte Regelschleife {\"u}ber den Menschen erm{\"o}glicht es die Sichtbarkeit von unvermeidbaren Systemverz{\"o}gerungen signifikant zu reduzieren. Zus{\"a}tzlich k{\"o}nnen durch diesen Ansatz beide f{\"u}r die Navigation hilfreichen Blickwinkel in einer 3D-Nutzerschnittstelle kombiniert werden - der exozentrische Blickwinkel und der egozentrische Blickwinkel als Augmented Reality Sicht.},
  subject      = {Mobiler Roboter},
  language  = {en}
}
@techreport{RieglerWernerKayal2022,
  type      = {Working Paper},
  author    = {Riegler, Clemens and Werner, Lennart and Kayal, Hakan},
  title     = {MAPLE: Marsian Autorotation Probe Lander Experiment},
  doi       = {10.25972/OPUS-28239},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-282390},
  pages     = {7},
  year      = {2022},
  abstract  = {The first step towards aerial planetary exploration has been made. Ingenuity shows extremely promising results, and new missions are already underway. Rotorcraft are capable of flight. This capability could be utilized to support the last stages of Entry, Descent, and Landing. Thus, mass and complexity could be scaled down. Autorotation is one method of descent. It describes unpowered descent and landing, typically performed by helicopters in case of an engine failure. MAPLE is suggested to test these procedures and understand autorotation on other planets. In this series of experiments, the Ingenuity helicopter is utilized. Ingenuity would autorotate a "mid-air-landing" before continuing with normal flight. Ultimately, the collected data shall help to understand autorotation on Mars and its utilization for interplanetary exploration.},
  language  = {en}
}