Zugl.: Hamburg, Universiẗat der Bundeswehr, Diss., 2002.

Zugl.: Göttingen, Universiẗat, Diss., 2004.

Examensarbetets syfte var att skapa ett generellt mät- och styrsystem som är möjligt att fjärrstyra över Internet. Systemet består av en kontrolldator och ett antal separata moduler, vilka var och en realiserar någon typ av mät- eller styrfunktion. Användningsområdet för ett sådant system är brett; det kan exempelvis användas inom automation av bostäder, för process-övervakning och styrning inom tillverkningsindustrin, eller inom under-hållningsbranschen.Eftersom ett fullt utbyggt system kan bestå av ett drygt 100-tal olika mo-duler, är det här examensarbetet av praktiska skäl begränsat till att rea-lisera en handfull av dessa. Då systemet är enkelt att skala upp, är den be-gränsningen i antalet realiserade moduler i prototypsystemet inget som påverkar de erhållna resultaten. Exempel på storheter som kan övervakas är temperatur, avstånd, lufttryck och ljusstyrka. Styrning kan ske av bland annat servomotorer, lampor och allmänna digitala utgångar.På kontrolldatorn körs en webbserver och styrning och avläsning av de anslutna modulerna sker från en ansluten webbklient. På webbservern finns även en webbkamera, vilken kan visa resultaten av de kommandon som ges från webbklienten.Resultaten från användningen av prototypsystemet visar att konstruk-tionerna fungerar och att systemets fördröjningar är relativt små. Att styra snabba realtidsförlopp är dock inte möjligt, men processer och system med blygsammare hastighetskrav är högst lämpade kandidater att styras och kontrolleras av detta system. / The purpose of this thesis work was to create a general measurement and control system, which is remotely controlled using Internet. The system comprises a controlling computer and several separate modules, each one realizing one or more measurement and control tasks. The possibilities of such a system are wide. It could be used for home automation, industrial process control or by the entertainment business. For example, the system can implement measurement of temperature, distance, pressure and light and control servos, lamps and general digital outputs.A fully implemented system comprises over 100 separate modules, so for practical reasons this thesis work was restricted to only implementing and demonstrating a few of those modules. Since the system is easily scalable, this was a minor restriction, which did not negatively affect the results.The results show that the system works and in general the latency is low. Fast real time processes will not work, but most applications with more moderate timing demands are ideally suited for this system.

Floating Car Data (FCD) besitzen eine sehr breite Palette an Anwendungsmöglichkeiten, die aber teilweise noch keine massenhafte Verbreitung gefunden haben, auch wenn das Innovationspotenzial als sehr hoch eingeschätzt wird. Dies begründet sich in erster Linie durch die meist relativ großen Erfassungsintervalle bei der derzeitigen FCD-Erfassung. In Dresden ist ein Taxi-FCD-System in Betrieb, welches sich durch eine sehr hohe Detektionsdichte auszeichnet. Die Fahrzeugpositionen werden mindestens alle 5 Sekunden aufgezeichnet. Damit bestehen ausgezeichnete Möglichkeiten, mögliche Mehrwerte zu prüfen und Prototypen zu etablieren. Getestet wurde u. a. die Generierung von Straßennetzabbildern. Im Dauerbetrieb befindet sich die FCD-basierte Verkehrslageermittlung.

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Die demografische Entwicklung und die fachliche Spezialisierung medizinischer Organisationen führen zu immer komplexeren Behandlungswegen. Eine grundsätzliche Herausforderung komplexer Behandlungswege besteht darin, die Versorgungskontinuität zu wahren, obschon viele verschiedene Einrichtungen am Behandlungsweg agieren. Die Versorgungskontinuität hängt dabei maßgeblich von einer effektiven Kooperation und effizienten Kommunikation der beteiligten Akteure ab. Die folgende Arbeit ist der Frage gewidmet, welches Potenzial die elektronische Gesundheitskarte (eGK) in diesem transinstitutionellen Szenario für die Patienten birgt. Eine entscheidende Empfehlung im Rahmen des Requirements Engineering (RE) besteht darin, als Erstes die Anforderungen der Anwender zu analysieren und erst daran anschließend die Funktionalität des technischen Systems hinsichtlich der Anforderungskonformität zu evaluieren. Dieser Empfehlung folgend führte der Verfasser dieser Abhandlung dreizehn teilstrukturierte Interviews, fünf Projektsteuerungsmeetings und einen Workshop mit Patienten und medizinischen Experten durch, um fünf komplexe Behandlungswege aus der Perspektive der Patienten zu rekonstruieren. Die Auswertung, Strukturierung und Validierung der dem Behandlungskontext inhärenten Probleme mündeten in fünfundvierzig Einzelproblemen, die zu fünf finalen Patientenanforderungen verdichtet werden konnten. Im zweiten Schritt analysierte der Verfasser dieser Arbeit die Funktionalität der eGK hinsichtlich der Fähigkeit, diesen fünf Anforderungen gerecht zu werden. Die vorliegende Potenzialanalyse hebt sich von den bisherigen Forschungsarbeiten zur eGK insbesondere durch zwei Merkmale ab: Erstens erfolgt die Analyse konsequent aus der Perspektive der Patienten und zweitens sind dabei die organisatorischen Rahmenbedingungen intensiv berücksichtigt worden. In dieser Abhandlung werden die Behandlungswege von fünf Patienten fallstudienbasiert aus einer ganzheitlichen Perspektive beleuchtet. Es wird gezeigt, dass fünf grundsätzliche Patientenanforderungen zu erfüllen sind. Diese fünf Anforderungen basieren auf Problemen, die erstens mit einer effizienten Informationslogistik, zweitens mit dem Recht auf informationelle Selbstbestimmung, drittens mit der Versorgungskontinuität, viertens mit der Gesamtsteuerung der Behandlung und fünftens mit administrativen Aufgaben zusammenhängen. Auf dieser Basis konnten insgesamt zehn Fachanwendungen identifiziert und im Rahmen eines visionären Anwendungsfalles exemplarisch veranschaulicht werden, von denen angenommen wird, dass sie das Potenzial der geplanten Telematik-Infrastruktur (TI) hinsichtlich der Anforderungen der Patienten besonders gut ausschöpfen.

The thesis is composed of two main parts. The first part deals with a microscopic traffic flow theory. Models describing the individual acceleration, deceleration and lane-changing behavior are formulated and the emerging collective traffic dynamics are investigated by means of numerical simulations. The models and simulation tools presented provide the methodical prerequisites for the second part of the thesis in which a novel concept of a traffic-adaptive control strategy for ACC systems is presented. The impact of such systems on the traffic dynamics can solely be investigated and assessed by traffic simulations. The focus is on future adaptive cruise control (ACC) systems and their potential applications in the context of vehicle-based intelligent transportation systems. In order to ensure that ACC systems are implemented in ways that improve rather than degrade traffic conditions, the thesis proposes an extension of ACC systems towards traffic-adaptive cruise control by means of implementing an actively jam-avoiding driving strategy. The newly developed traffic assistance system introduces a driving strategy layer which modifies the driver's individual settings of the ACC driving parameters depending on the local traffic situation. Whilst the conventional operational control layer of an ACC system calculates the response to the input sensor data in terms of accelerations and decelerations on a short time scale, the automated adaptation of the ACC driving parameters happens on a somewhat longer time scale of, typically, minutes. By changing only temporarily the comfortable parameter settings of the ACC system in specific traffic situations, the driving strategy is capable of improving the traffic flow efficiency whilst retaining the comfort for the driver. The traffic-adaptive modifications are specified relative to the driver settings in order to maintain the individual preferences. The proposed system requires an autonomous real-time detection of the five traffic states by each ACC-equipped vehicle. The formulated algorithm is based on the evaluation of the locally available data such as the vehicle's velocity time series and its geo-referenced position (GPS) in conjunction with a digital map. It is assumed that the digital map is complemented by information about stationary bottlenecks as most of the observed traffic flow breakdowns occur at these fixed locations. By means of a heuristic, the algorithm determines which of the five traffic states mentioned above applies best to the actual traffic situation. Optionally, inter-vehicle and infrastructure-to-car communication technologies can be used to further improve the accuracy of determining the respective traffic state by providing non-local information. By means of simulation, we found that the automatic traffic-adaptive driving strategy improves traffic stability and increases the effective road capacity. Depending on the fraction of ACC vehicles, the driving strategy "passing a bottleneck" effects a reduction of the bottleneck strength and therefore delays (or even prevents) the breakdown of traffic flow. Changing to the driving mode "leaving the traffic jam" increases the outflow from congestion resulting in reduced queue lengths in congested traffic and, consequently, a faster recovery to free flow conditions. The current travel time (as most important criterion for road users) and the cumulated travel time (as an indicator of the system performance) are used to evaluate the impact on the quality of service. While traffic congestion in the reference scenario was completely eliminated when simulating a proportion of 25% ACC vehicles, travel times were significantly reduced even with much lower penetration rates. Moreover, the cumulated travel times decreased consistently with the increase in the proportion of ACC vehicles. / In der Arbeit wird ein neues verkehrstelematisches Konzept für ein verkehrseffizientes Fahrverhalten entwickelt und als dezentrale Strategie zur Vermeidung und Auflösung von Verkehrsstaus auf Richtungsfahrbahnen vorgestellt. Die operative Umsetzung erfolgt durch ein ACC-System, das um eine, auf Informationen über die lokale Verkehrssituation basierende, automatisierte Fahrstrategie erweitert wird. Die Herausforderung bei einem Eingriff in das individuelle Fahrverhalten besteht - unter Berücksichtigung von Sicherheits-, Akzeptanz- und rechtlichen Aspekten - im Ausgleich der Gegensätze Fahrkomfort und Verkehrseffizienz. Während sich ein komfortables Fahren durch große Abstände bei geringen Fahrzeugbeschleunigungen auszeichnet, erfordert ein verkehrsoptimierendes Verhalten kleinere Abstände und eine schnellere Anpassung an Geschwindigkeitsänderungen der umgebenden Fahrzeuge. Als allgemeiner Lösungsansatz wird eine verkehrsadaptive Fahrstrategie vorgeschlagen, die ein ACC-System mittels Anpassung der das Fahrverhalten charakterisierenden Parameter umsetzt. Die Wahl der Parameter erfolgt in Abhängigkeit von der lokalen Verkehrssituation, die auf der Basis der im Fahrzeug zur Verfügung stehenden Informationen automatisch detektiert wird. Durch die Unterscheidung verschiedener Verkehrssituationen wird ein temporärer Wechsel in ein verkehrseffizientes Fahrregime (zum Beispiel beim Herausfahren aus einem Stau) ermöglicht. Machbarkeit und Wirkungspotenzial der verkehrsadaptiven Fahrstrategie werden im Rahmen eines mikroskopischen Modellierungsansatzes simuliert und hinsichtlich der kollektiven Verkehrsdynamik, insbesondere der Stauentstehung und Stauauflösung, auf mehrspurigen Richtungsfahrbahnen bewertet. Die durchgeführte Modellbildung, insbesondere die Formulierung eines komplexen Modells des menschlichen Fahrverhaltens, ermöglicht eine detaillierte Analyse der im Verkehr relevanten kollektiven Stabilität und einer von der Stabilität abhängigen stochastischen Streckenkapazität. Ein tieferes Verständnis der Stauentstehung und -ausbildung wird durch das allgemeine Konzept der Engstelle erreicht. Dieses findet auch bei der Entwicklung der Strategie für ein stauvermeidendes Fahrverhalten Anwendung. In der Arbeit wird die stauvermeidende und stauauflösende Wirkung eines individuellen, verkehrsadaptiven Fahrverhaltens bereits für geringe Ausstattungsgrade nachgewiesen. Vor dem Hintergrund einer zu erwartenden Verbreitung von ACC-Systemen ergibt sich damit eine vielversprechende Option für die Steigerung der Verkehrsleistung durch ein teilautomatisiertes Fahren. Der entwickelte Ansatz einer verkehrsadaptiven Fahrstrategie ist unabhängig vom ACC-System. Er erweitert dessen Funktionalität im Hinblick auf zukünftige, informationsbasierte Fahrerassistenzsysteme um eine neue fahrstrategische Dimension. Die lokale Interpretation der Verkehrssituation kann neben einer verkehrsadaptiven ACC-Regelung auch der Entwicklung zukünftiger Fahrerinformationssysteme dienen.

Die demografische Entwicklung und die fachliche Spezialisierung medizinischer Organisationen führen zu immer komplexeren Behandlungswegen. Eine grundsätzliche Herausforderung komplexer Behandlungswege besteht darin, die Versorgungskontinuität zu wahren, obschon viele verschiedene Einrichtungen am Behandlungsweg agieren. Die Versorgungskontinuität hängt dabei maßgeblich von einer effektiven Kooperation und effizienten Kommunikation der beteiligten Akteure ab. Die folgende Arbeit ist der Frage gewidmet, welches Potenzial die elektronische Gesundheitskarte (eGK) in diesem transinstitutionellen Szenario für die Patienten birgt. Eine entscheidende Empfehlung im Rahmen des Requirements Engineering (RE) besteht darin, als Erstes die Anforderungen der Anwender zu analysieren und erst daran anschließend die Funktionalität des technischen Systems hinsichtlich der Anforderungskonformität zu evaluieren. Dieser Empfehlung folgend führte der Verfasser dieser Abhandlung dreizehn teilstrukturierte Interviews, fünf Projektsteuerungsmeetings und einen Workshop mit Patienten und medizinischen Experten durch, um fünf komplexe Behandlungswege aus der Perspektive der Patienten zu rekonstruieren. Die Auswertung, Strukturierung und Validierung der dem Behandlungskontext inhärenten Probleme mündeten in fünfundvierzig Einzelproblemen, die zu fünf finalen Patientenanforderungen verdichtet werden konnten. Im zweiten Schritt analysierte der Verfasser dieser Arbeit die Funktionalität der eGK hinsichtlich der Fähigkeit, diesen fünf Anforderungen gerecht zu werden. Die vorliegende Potenzialanalyse hebt sich von den bisherigen Forschungsarbeiten zur eGK insbesondere durch zwei Merkmale ab: Erstens erfolgt die Analyse konsequent aus der Perspektive der Patienten und zweitens sind dabei die organisatorischen Rahmenbedingungen intensiv berücksichtigt worden. In dieser Abhandlung werden die Behandlungswege von fünf Patienten fallstudienbasiert aus einer ganzheitlichen Perspektive beleuchtet. Es wird gezeigt, dass fünf grundsätzliche Patientenanforderungen zu erfüllen sind. Diese fünf Anforderungen basieren auf Problemen, die erstens mit einer effizienten Informationslogistik, zweitens mit dem Recht auf informationelle Selbstbestimmung, drittens mit der Versorgungskontinuität, viertens mit der Gesamtsteuerung der Behandlung und fünftens mit administrativen Aufgaben zusammenhängen. Auf dieser Basis konnten insgesamt zehn Fachanwendungen identifiziert und im Rahmen eines visionären Anwendungsfalles exemplarisch veranschaulicht werden, von denen angenommen wird, dass sie das Potenzial der geplanten Telematik-Infrastruktur (TI) hinsichtlich der Anforderungen der Patienten besonders gut ausschöpfen.

Floating Car Data (FCD) besitzen eine sehr breite Palette an Anwendungsmöglichkeiten, die aber teilweise noch keine massenhafte Verbreitung gefunden haben, auch wenn das Innovationspotenzial als sehr hoch eingeschätzt wird. Dies begründet sich in erster Linie durch die meist relativ großen Erfassungsintervalle bei der derzeitigen FCD-Erfassung. In Dresden ist ein Taxi-FCD-System in Betrieb, welches sich durch eine sehr hohe Detektionsdichte auszeichnet. Die Fahrzeugpositionen werden mindestens alle 5 Sekunden aufgezeichnet. Damit bestehen ausgezeichnete Möglichkeiten, mögliche Mehrwerte zu prüfen und Prototypen zu etablieren. Getestet wurde u. a. die Generierung von Straßennetzabbildern. Im Dauerbetrieb befindet sich die FCD-basierte Verkehrslageermittlung.

The thesis is composed of two main parts. The first part deals with a microscopic traffic flow theory. Models describing the individual acceleration, deceleration and lane-changing behavior are formulated and the emerging collective traffic dynamics are investigated by means of numerical simulations. The models and simulation tools presented provide the methodical prerequisites for the second part of the thesis in which a novel concept of a traffic-adaptive control strategy for ACC systems is presented. The impact of such systems on the traffic dynamics can solely be investigated and assessed by traffic simulations. The focus is on future adaptive cruise control (ACC) systems and their potential applications in the context of vehicle-based intelligent transportation systems. In order to ensure that ACC systems are implemented in ways that improve rather than degrade traffic conditions, the thesis proposes an extension of ACC systems towards traffic-adaptive cruise control by means of implementing an actively jam-avoiding driving strategy. The newly developed traffic assistance system introduces a driving strategy layer which modifies the driver's individual settings of the ACC driving parameters depending on the local traffic situation. Whilst the conventional operational control layer of an ACC system calculates the response to the input sensor data in terms of accelerations and decelerations on a short time scale, the automated adaptation of the ACC driving parameters happens on a somewhat longer time scale of, typically, minutes. By changing only temporarily the comfortable parameter settings of the ACC system in specific traffic situations, the driving strategy is capable of improving the traffic flow efficiency whilst retaining the comfort for the driver. The traffic-adaptive modifications are specified relative to the driver settings in order to maintain the individual preferences. The proposed system requires an autonomous real-time detection of the five traffic states by each ACC-equipped vehicle. The formulated algorithm is based on the evaluation of the locally available data such as the vehicle's velocity time series and its geo-referenced position (GPS) in conjunction with a digital map. It is assumed that the digital map is complemented by information about stationary bottlenecks as most of the observed traffic flow breakdowns occur at these fixed locations. By means of a heuristic, the algorithm determines which of the five traffic states mentioned above applies best to the actual traffic situation. Optionally, inter-vehicle and infrastructure-to-car communication technologies can be used to further improve the accuracy of determining the respective traffic state by providing non-local information. By means of simulation, we found that the automatic traffic-adaptive driving strategy improves traffic stability and increases the effective road capacity. Depending on the fraction of ACC vehicles, the driving strategy "passing a bottleneck" effects a reduction of the bottleneck strength and therefore delays (or even prevents) the breakdown of traffic flow. Changing to the driving mode "leaving the traffic jam" increases the outflow from congestion resulting in reduced queue lengths in congested traffic and, consequently, a faster recovery to free flow conditions. The current travel time (as most important criterion for road users) and the cumulated travel time (as an indicator of the system performance) are used to evaluate the impact on the quality of service. While traffic congestion in the reference scenario was completely eliminated when simulating a proportion of 25% ACC vehicles, travel times were significantly reduced even with much lower penetration rates. Moreover, the cumulated travel times decreased consistently with the increase in the proportion of ACC vehicles. / In der Arbeit wird ein neues verkehrstelematisches Konzept für ein verkehrseffizientes Fahrverhalten entwickelt und als dezentrale Strategie zur Vermeidung und Auflösung von Verkehrsstaus auf Richtungsfahrbahnen vorgestellt. Die operative Umsetzung erfolgt durch ein ACC-System, das um eine, auf Informationen über die lokale Verkehrssituation basierende, automatisierte Fahrstrategie erweitert wird. Die Herausforderung bei einem Eingriff in das individuelle Fahrverhalten besteht - unter Berücksichtigung von Sicherheits-, Akzeptanz- und rechtlichen Aspekten - im Ausgleich der Gegensätze Fahrkomfort und Verkehrseffizienz. Während sich ein komfortables Fahren durch große Abstände bei geringen Fahrzeugbeschleunigungen auszeichnet, erfordert ein verkehrsoptimierendes Verhalten kleinere Abstände und eine schnellere Anpassung an Geschwindigkeitsänderungen der umgebenden Fahrzeuge. Als allgemeiner Lösungsansatz wird eine verkehrsadaptive Fahrstrategie vorgeschlagen, die ein ACC-System mittels Anpassung der das Fahrverhalten charakterisierenden Parameter umsetzt. Die Wahl der Parameter erfolgt in Abhängigkeit von der lokalen Verkehrssituation, die auf der Basis der im Fahrzeug zur Verfügung stehenden Informationen automatisch detektiert wird. Durch die Unterscheidung verschiedener Verkehrssituationen wird ein temporärer Wechsel in ein verkehrseffizientes Fahrregime (zum Beispiel beim Herausfahren aus einem Stau) ermöglicht. Machbarkeit und Wirkungspotenzial der verkehrsadaptiven Fahrstrategie werden im Rahmen eines mikroskopischen Modellierungsansatzes simuliert und hinsichtlich der kollektiven Verkehrsdynamik, insbesondere der Stauentstehung und Stauauflösung, auf mehrspurigen Richtungsfahrbahnen bewertet. Die durchgeführte Modellbildung, insbesondere die Formulierung eines komplexen Modells des menschlichen Fahrverhaltens, ermöglicht eine detaillierte Analyse der im Verkehr relevanten kollektiven Stabilität und einer von der Stabilität abhängigen stochastischen Streckenkapazität. Ein tieferes Verständnis der Stauentstehung und -ausbildung wird durch das allgemeine Konzept der Engstelle erreicht. Dieses findet auch bei der Entwicklung der Strategie für ein stauvermeidendes Fahrverhalten Anwendung. In der Arbeit wird die stauvermeidende und stauauflösende Wirkung eines individuellen, verkehrsadaptiven Fahrverhaltens bereits für geringe Ausstattungsgrade nachgewiesen. Vor dem Hintergrund einer zu erwartenden Verbreitung von ACC-Systemen ergibt sich damit eine vielversprechende Option für die Steigerung der Verkehrsleistung durch ein teilautomatisiertes Fahren. Der entwickelte Ansatz einer verkehrsadaptiven Fahrstrategie ist unabhängig vom ACC-System. Er erweitert dessen Funktionalität im Hinblick auf zukünftige, informationsbasierte Fahrerassistenzsysteme um eine neue fahrstrategische Dimension. Die lokale Interpretation der Verkehrssituation kann neben einer verkehrsadaptiven ACC-Regelung auch der Entwicklung zukünftiger Fahrerinformationssysteme dienen.