Within business Intelligence contexts, the importance of data mining algorithms is continuously increasing, particularly from the perspective of applications and users that demand novel algorithms on the one hand and an efficient implementation exploiting novel system architectures on the other hand. Within this paper, we focus on the latter issue and report our experience with the exploitation of graphic card processor technology within the SAP NetWeaver business intelligence accelerator (BIA). The BIA represents a highly distributed analytical engine that supports OLAP and data mining processing primitives. The system organizes data entities in column-wise fashion and its operation is completely main-memory-based. Since case studies have shown that classic data mining queries spend a large portion of their runtime on scanning and filtering the data as a necessary prerequisite to the actual mining step, our main goal was to speed up this expensive scanning and filtering process. In a first step, the paper outlines the basic data mining processing techniques within SAP NetWeaver BIA and illustrates the implementation of scans and filters. In a second step, we give insight into the main features of a hybrid system architecture design exploiting graphic card processor technology. Finally, we sketch the implementation and give details of our vast evaluations.

Das Bewegungsdesign stellt einen wichtigen Aspekt beim Betrieb von ungleichmäßig übersetzenden Mechanismen dar. Durch Minimierung von Bewegungsparametern wie der Geschwindigkeit und Beschleunigung ist die Verringerung von Schwingungsamplituden sowie Bauteildeformationen infolge kinetostatischer Kräfte erzielbar. Weiterhin kann hierdurch der Verlauf des Antriebsmoments des Motors beeinflusst werden. Das reduzierte Massenträgheitsmoment J(φ) eines nichtlinear übersetzenden Mechanismus ist stellungsabhängig definiert durch die generalisierte Koordinate φ. Daher stellt die Minimierung von Beschleunigung und Geschwindigkeit mittels konstanter Grenzen über den gesamten Antriebsbereich eine Vereinfachung dar, welche die stellungsabhängige Trägheit außer Acht lässt. Der Beitrag stellt eine Möglichkeit zur Generierung der Grenzwerte für die Beschleunigung und Geschwindigkeit aus den Verläufen des reduzierten Massenträgheitsmoments J(φ) sowie dessen Ableitung nach der generalisierten Koordinate J‘(φ) vor. Die ermittelten Ober- und Untergrenzen dienen als Parameter für einen Optimierungsalgorithmus. Dieser nutzt den Ansatz der harmonischen Synthese um mit Hilfe der linearen Programmierung die Bewegungsfunktion zu generieren. Für einen Mechanismus mit einem Freiheitsgrad wird mittels eines herkömmlichen Ansatzes und mit dem neu vorgestellten Verfahren das optimale Bewegungsgesetz ermittelt. Mittels einer Mehrkörpersimulation werden neben Geschwindigkeit und Beschleunigung auch das resultierende Antriebsmoment und der Energiebedarf bilanziert.

This thesis investigates the use of high-power lasers for synchrotron radiation sources with high brilliance, from the EUV to the hard X-ray spectral range. Hereby lasers accelerate electrons by laser-wakefield acceleration (LWFA), act as optical undulators, or both. Experimental evidence shows for the first time that LWFA electron bunches are shorter than the driving laser and have a length scale comparable to the plasma wavelength. Furthermore, a first proof of principle experiment demonstrates that LWFA electrons can be exploited to generate undulator radiation. Building upon these experimental findings, as well as extensive numerical simulations of Thomson scattering, the theoretical foundations of a novel interaction geometry for laser-matter interaction are developed. This new method is very general and when tailored towards relativistically moving targets not being limited by the focusability (Rayleigh length) of the laser, while it does not require a waveguide. In a theoretical investigation of Thomson scattering, the optical analogue of undulator radiation, the limits of Thomson sources in scaling towards higher peak brilliances are highlighted. This leads to a novel method for generating brilliant, highly tunable X-ray sources, which is highly energy efficient by circumventing the laser Rayleigh limit through a novel traveling-wave Thomson scattering (TWTS) geometry. This new method suggests increases in X-ray photon yields of 2-3 orders of magnitudes using existing lasers and a way towards efficient, optical undulators to drive a free-electron laser. The results presented here extend far beyond the scope of this work. The possibility to use lasers as particle accelerators, as well as optical undulators, leads to very compact and energy efficient synchrotron sources. The resulting monoenergetic radiation of high brilliance in a range from extreme ultraviolet (EUV) to hard X-ray radiation is of fundamental importance for basic research, medical applications, material and life sciences and is going to significantly contribute to a new generation of radiation sources and free-electron lasers (FELs).

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich in Experiment und Theorie mit Laser-Plasma beschleunigten Elektronen und optischen Undulatoren zur Erzeugung von brillianter Synchrotronstrahlung. Zum ersten Mal wird experimentell nachgewießen, dass laserbeschleunigte Elektronenpulse kürzer als 30 fs sind. Ferner werden solche Elektronenpulse erstmalig in einem Demonstrationsexperiment durch einen magnetischen Undulator als Synchrotronstrahlenquelle genutzt. Aufbauend auf diesen experimentellen Erkenntnissen, sowie umfangreichen numerischen Simulationen zur Thomsonstreuung, werden die theoretischen Grundlagen einer neuartigen Interaktionsgeometrie für Laser-Materie Wechselwirkungen entwickelt. Diese neue, in der Anwendbarkeit sehr allgemeine Methode basiert auf raum-zeitlicher Laserpulsformung durch nichtlineare Winkeldispersion wie diese durch VLS- (varied-line spacing) Gitter erzeugt werden kann und hat den Vorteil nicht durch die Fokussierbarkeit des Lasers (Rayleighlänge) begrenzt zu sein. Zusammen mit laserbeschleunigten Elektronen ermöglicht dieser traveling-wave Thomson scattering (TWTS) benannte Ansatz neuartige, nur auf optischer Technologie basierende Synchrotronstrahlenquellen mit Zentimeter bis Meter langen optische Undulatoren. Die hierbei mit existierenden Lasern erzielbaren Brillianzen übersteigen diese bestehender Thomsonquellen-Designs um 2-3 Größenordnungen. Die hier vorgestellten Ergebnisse weisen weit über die Grenzen der vorliegenden Arbeit hinaus. Die Möglichkeit Laser als Teilchenbeschleuniger und auch optischen Undulator zu verwenden führt zu bauartbedingt sehr kompakten und energieeffizienten Synchrotronstrahlungsquellen. Die hieraus resultierende monochromatische Strahlung hoher Brillianz in einem Wellenlängenbereich von extremen ultraviolett (EUV) zu harten Röntgenstrahlen ist für die Grundlagenforschung, medizinische Anwendungen, Material- und Lebenswissenschaften von fundamentaler Bedeutung und wird maßgeblich zu einer neuen Generation ultrakurzer Strahlungsquellen und freien Elektronenlasern (FELs) beitragen. / This thesis investigates the use of high-power lasers for synchrotron radiation sources with high brilliance, from the EUV to the hard X-ray spectral range. Hereby lasers accelerate electrons by laser-wakefield acceleration (LWFA), act as optical undulators, or both. Experimental evidence shows for the first time that LWFA electron bunches are shorter than the driving laser and have a length scale comparable to the plasma wavelength. Furthermore, a first proof of principle experiment demonstrates that LWFA electrons can be exploited to generate undulator radiation. Building upon these experimental findings, as well as extensive numerical simulations of Thomson scattering, the theoretical foundations of a novel interaction geometry for laser-matter interaction are developed. This new method is very general and when tailored towards relativistically moving targets not being limited by the focusability (Rayleigh length) of the laser, while it does not require a waveguide. In a theoretical investigation of Thomson scattering, the optical analogue of undulator radiation, the limits of Thomson sources in scaling towards higher peak brilliances are highlighted. This leads to a novel method for generating brilliant, highly tunable X-ray sources, which is highly energy efficient by circumventing the laser Rayleigh limit through a novel traveling-wave Thomson scattering (TWTS) geometry. This new method suggests increases in X-ray photon yields of 2-3 orders of magnitudes using existing lasers and a way towards efficient, optical undulators to drive a free-electron laser. The results presented here extend far beyond the scope of this work. The possibility to use lasers as particle accelerators, as well as optical undulators, leads to very compact and energy efficient synchrotron sources. The resulting monoenergetic radiation of high brilliance in a range from extreme ultraviolet (EUV) to hard X-ray radiation is of fundamental importance for basic research, medical applications, material and life sciences and is going to significantly contribute to a new generation of radiation sources and free-electron lasers (FELs).

This thesis analyses ice-rich mountain permafrost with regard to its genesis, distribution, deformation and interaction with other environmental factors. The processes influencing ground ice formation in ice-rich and ice-poor mountain permafrost are highlighted. Factors influencing the presence of ice-rich permafrost are identified and their individual or combined effect on frozen ground is determined. Based on these findings, a new permafrost distribution map of Switzerland was created, which specifies permafrost temperature and ice contents and considers rock glacier creep paths. The deformation of rock glaciers is investigated with newly developed monitoring systems and concepts. This enables a better understanding of the processes leading to rock glacier acceleration at different time scales.

Im Fokus dieser kumulativ angefertigten Dissertation stehen vier methodenorientierte biomechanische Studien, in welchen die potentiellen Fehlerquellen analysiert werden, die beim Einsatz von Inertialsensoren in der biomechanischen Gang- und Laufanalyse auftreten können. In den einzelnen Beiträgen werden die Einflüsse der Inertialsensoraufnahmefrequenz (Studie I) und des Messbereichs der Beschleunigungssensoren (Studie II) auf die kinematischen, kinetischen und räumlich-zeitlichen Parameter systematisch untersucht. Des Weiteren wird sich kritisch mit der Genauigkeit verschiedener Detektionsmethoden des initialen Bodenkontaktes (Studie III) sowie mit der Aussagekraft der maximalen Eversionsgeschwindigkeit (Studie IV) auseinandergesetzt. Um ein umfassendes Bild der Einflussgrößen zu erhalten, wurde in den Studien II, III und IV untersucht, ob die Materialcharakteristik der Laufschuhsohle die Genauigkeit der biomechanischen Parameter beeinflusst. Zudem wurde in Studie III geprüft, welchen zusätzlichen Effekt der Laufstil (Vor- und Rückfußlaufen) auf die Genauigkeit der initialen Bodenkontaktbestimmung hat sowie welchen Einfluss die Bewegungsgeschwindigkeit (Gehen und Laufen) auf die maximale Eversionsgeschwindigkeit nehmen kann (Studie IV). Die Ergebnisse der vier Untersuchungen werden am Ende dieser Arbeit in einem gemeinsamen Kontext diskutiert. Auf Grundlage der Erkenntnisse konnte eine Übersicht erstellt werden, welche sowohl die Mindestanforderungen an Inertialsensoren als auch die Einflussgrößen auf die Genauigkeit der biomechanischen Parameter enthält. Mit diesem Überblick erhalten Nutzer von Inertialsensoren (z.B. Sportler, Trainer, Mediziner und Wissenschaftler) bei der Planung einer Bewegungsanalyse die Unterstützung, die Sensoren mit der passenden Sensorspezifikation in Kombination mit den präzisesten Auswertealgorithmen auszuwählen. Zudem können die Informationen aus dieser Dissertation dazu genutzt werden, Erkenntnisse bereits publizierter Studien kritisch zu hinterfragen. / In previous studies, inertial sensors were used to investigate kinematic, kinetic, and spatio-temporal parameters during walking and running. The present cumulative doctoral thesis consists of four methodological studies. Two of the studies examine the influence of inertial sensor sampling rate (study I) and accelerometer operating range (study II) on the accuracy of biomechanical parameters. Another study investigated whether different published foot strike detection methods can accurately detect the time of initial ground contact (study III). The final study examined whether a single gyroscope can be used to accurately determine peak eversion velocity (study IV). In order to obtain a comprehensive view of the influencing factors, studies II, III and IV also investigated whether the material characteristics of the running shoe sole also influence the accuracy of the biomechanical parameters. Additionally, the effect of running style (forefoot or rearfoot) on the accuracy of foot strike detection methods was investigated in study III, and the effect of locomotion speed (walking, running slow up to running fast) on the accuracy of peak eversion velocity was examined in study IV. The results of the four investigations will be summarized and discussed in a common context. Based on the findings, an overview was prepared which contains both the minimum requirements for inertial sensors and also the influencing variables on the accuracy of the biomechanical parameters. This overview may assist users of inertial sensors (e.g. athletes, trainers, physicians, or scientists) in planning gait and running analyses to select inertial sensors with the appropriate specification in combination with the most accurate algorithms. In addition, the information from this dissertation can be used to critically consider the findings of published studies.

This thesis investigates the use of high-power lasers for synchrotron radiation sources with high brilliance, from the EUV to the hard X-ray spectral range. Hereby lasers accelerate electrons by laser-wakefield acceleration (LWFA), act as optical undulators, or both. Experimental evidence shows for the first time that LWFA electron bunches are shorter than the driving laser and have a length scale comparable to the plasma wavelength. Furthermore, a first proof of principle experiment demonstrates that LWFA electrons can be exploited to generate undulator radiation. Building upon these experimental findings, as well as extensive numerical simulations of Thomson scattering, the theoretical foundations of a novel interaction geometry for laser-matter interaction are developed. This new method is very general and when tailored towards relativistically moving targets not being limited by the focusability (Rayleigh length) of the laser, while it does not require a waveguide. In a theoretical investigation of Thomson scattering, the optical analogue of undulator radiation, the limits of Thomson sources in scaling towards higher peak brilliances are highlighted. This leads to a novel method for generating brilliant, highly tunable X-ray sources, which is highly energy efficient by circumventing the laser Rayleigh limit through a novel traveling-wave Thomson scattering (TWTS) geometry. This new method suggests increases in X-ray photon yields of 2-3 orders of magnitudes using existing lasers and a way towards efficient, optical undulators to drive a free-electron laser. The results presented here extend far beyond the scope of this work. The possibility to use lasers as particle accelerators, as well as optical undulators, leads to very compact and energy efficient synchrotron sources. The resulting monoenergetic radiation of high brilliance in a range from extreme ultraviolet (EUV) to hard X-ray radiation is of fundamental importance for basic research, medical applications, material and life sciences and is going to significantly contribute to a new generation of radiation sources and free-electron lasers (FELs).

This thesis analyses ice-rich mountain permafrost with regard to its genesis, distribution, deformation and interaction with other environmental factors. The processes influencing ground ice formation in ice-rich and ice-poor mountain permafrost are highlighted. Factors influencing the presence of ice-rich permafrost are identified and their individual or combined effect on frozen ground is determined. Based on these findings, a new permafrost distribution map of Switzerland was created, which specifies permafrost temperature and ice contents and considers rock glacier creep paths. The deformation of rock glaciers is investigated with newly developed monitoring systems and concepts. This enables a better understanding of the processes leading to rock glacier acceleration at different time scales.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich in Experiment und Theorie mit Laser-Plasma beschleunigten Elektronen und optischen Undulatoren zur Erzeugung von brillianter Synchrotronstrahlung. Zum ersten Mal wird experimentell nachgewießen, dass laserbeschleunigte Elektronenpulse kürzer als 30 fs sind. Ferner werden solche Elektronenpulse erstmalig in einem Demonstrationsexperiment durch einen magnetischen Undulator als Synchrotronstrahlenquelle genutzt. Aufbauend auf diesen experimentellen Erkenntnissen, sowie umfangreichen numerischen Simulationen zur Thomsonstreuung, werden die theoretischen Grundlagen einer neuartigen Interaktionsgeometrie für Laser-Materie Wechselwirkungen entwickelt. Diese neue, in der Anwendbarkeit sehr allgemeine Methode basiert auf raum-zeitlicher Laserpulsformung durch nichtlineare Winkeldispersion wie diese durch VLS- (varied-line spacing) Gitter erzeugt werden kann und hat den Vorteil nicht durch die Fokussierbarkeit des Lasers (Rayleighlänge) begrenzt zu sein. Zusammen mit laserbeschleunigten Elektronen ermöglicht dieser traveling-wave Thomson scattering (TWTS) benannte Ansatz neuartige, nur auf optischer Technologie basierende Synchrotronstrahlenquellen mit Zentimeter bis Meter langen optische Undulatoren. Die hierbei mit existierenden Lasern erzielbaren Brillianzen übersteigen diese bestehender Thomsonquellen-Designs um 2-3 Größenordnungen. Die hier vorgestellten Ergebnisse weisen weit über die Grenzen der vorliegenden Arbeit hinaus. Die Möglichkeit Laser als Teilchenbeschleuniger und auch optischen Undulator zu verwenden führt zu bauartbedingt sehr kompakten und energieeffizienten Synchrotronstrahlungsquellen. Die hieraus resultierende monochromatische Strahlung hoher Brillianz in einem Wellenlängenbereich von extremen ultraviolett (EUV) zu harten Röntgenstrahlen ist für die Grundlagenforschung, medizinische Anwendungen, Material- und Lebenswissenschaften von fundamentaler Bedeutung und wird maßgeblich zu einer neuen Generation ultrakurzer Strahlungsquellen und freien Elektronenlasern (FELs) beitragen. / This thesis investigates the use of high-power lasers for synchrotron radiation sources with high brilliance, from the EUV to the hard X-ray spectral range. Hereby lasers accelerate electrons by laser-wakefield acceleration (LWFA), act as optical undulators, or both. Experimental evidence shows for the first time that LWFA electron bunches are shorter than the driving laser and have a length scale comparable to the plasma wavelength. Furthermore, a first proof of principle experiment demonstrates that LWFA electrons can be exploited to generate undulator radiation. Building upon these experimental findings, as well as extensive numerical simulations of Thomson scattering, the theoretical foundations of a novel interaction geometry for laser-matter interaction are developed. This new method is very general and when tailored towards relativistically moving targets not being limited by the focusability (Rayleigh length) of the laser, while it does not require a waveguide. In a theoretical investigation of Thomson scattering, the optical analogue of undulator radiation, the limits of Thomson sources in scaling towards higher peak brilliances are highlighted. This leads to a novel method for generating brilliant, highly tunable X-ray sources, which is highly energy efficient by circumventing the laser Rayleigh limit through a novel traveling-wave Thomson scattering (TWTS) geometry. This new method suggests increases in X-ray photon yields of 2-3 orders of magnitudes using existing lasers and a way towards efficient, optical undulators to drive a free-electron laser. The results presented here extend far beyond the scope of this work. The possibility to use lasers as particle accelerators, as well as optical undulators, leads to very compact and energy efficient synchrotron sources. The resulting monoenergetic radiation of high brilliance in a range from extreme ultraviolet (EUV) to hard X-ray radiation is of fundamental importance for basic research, medical applications, material and life sciences and is going to significantly contribute to a new generation of radiation sources and free-electron lasers (FELs).