Die asymptotische Entwicklung der Funktion \(Z(t)=e^{i\vartheta(t)}\zeta{(1/2+it)}\) für reelle \(t\to+\infty\) (dabei ist \(\vartheta(t)=\Im\log{\Gamma{(1/4+it/2)}}-(t\log{\pi})/2\) und \(\zeta{(1/2+it)}\) die Riemannsche Zetafunktion auf der kritischen Geraden $\Re{(s)}=1/2$ – heute allgemein als Riemann–Siegel–Formel bezeichnet – wird auf neue Weise mit Hilfe der Sattelpunktmethode aus der sogenannten Riemann–Siegel"–Integralformel hergeleitet. Die Formeln zur Berechnung der in der asymptotischen Reihe auftretenden Koeffizienten werden vereinfacht und für \(t \ge 200\) explizite Fehlerabschätzungen für die ersten 11 Partialsummen dieser Reihe angegeben. Der tabellarische Anhang enthält u. a. die exakte Darstellung der ersten 13 Koeffizienten der asymptotischen Reihe in der auf D. H. Lehmer zurückgehenden Form sowie die Potenzreihenentwicklungen und die Entwicklungen nach Tschebyscheffschen Polynomen 1. Art der ersten 11 Koeffizienten mit einer Genauigkeit von 50 Dezimalstellen.

Bei dem für die Energiewende nötigen Ausbau der Windenergie können negative Wirkungen für Mensch und Natur auftreten. Diese stellen typischerweise externe Kosten dar und sind davon abhängig, wo im Raum Windenergieanlagen errichtet werden. Politikoptionen zur räumlichen Steuerung des Windenergieausbaus können anhand ihrer allokativen Effizienz bewertet werden. Dabei geht es um die sozialen Kosten (d. h. Kosten und Nutzen) der Allokationen, zu denen es mit den Politikoptionen kommt. Vor diesem Hintergrund lautet die übergeordnete Forschungsfrage dieser Arbeit: Wie sind verschiedene Politikoptionen zur räumlichen Steuerung des Windenergieausbaus insbesondere hinsichtlich ihrer allokativen Effizienz (d. h. der sozialen Kosten der resultierenden Allokationen) ökologisch-ökonomisch zu bewerten? Dabei werden neben den standortspezifischen Stromertragsmöglichkeiten zwei in Deutschland besonders intensiv diskutierte Umweltwirkungen von Windenergieanlagen berücksichtigt: Belastungen für Anwohner*innen und für den Rotmilan, eine potenziell durch Kollisionen mit Windenergieanlagen bedrohte Greifvogelart. Als Politikoptionen werden ordnungsrechtlich wirkende Mindestabstandsregelungen für Siedlungsgebiete bzw. Rotmilanhorste betrachtet sowie ökonomische Steuerungsansätze, die Positionierungsanreize für Investoren setzen, und Instrumentenmixe aus beiden Instrumententypen. Besonderes wird untersucht, wie die Politikoptionen einzuschätzen sind, wenn der Regulierer Informationsdefizite zu den Umweltwirkungen von Anlagen hat. Analysiert werden die Politikoptionen mit einem räumlich-expliziten ökologisch-ökonomischen Modellierungsansatz. Damit werden für die verschiedenen Politikoptionen Allokationen als Folge gewinnorientierter Investitionsentscheidungen modelliert, diese Allokationen ökologisch-ökonomisch bewertet und damit die Politikoptionen hinsichtlich ihrer allokativen Effizienz beurteilt. Angewendet wird der Modellierungsansatz für Sachsen und ein Energiemengenziel zur Windstromerzeugung für das Jahr 2030. Zentrale Ergebnisse sind: (1) Mit Mindestabstandsvorgaben kann eine hinsichtlich der sozialen Kosten optimale Allokation nicht erreicht werden. (2) Durch Verschärfungen von Mindestabstandsvorgaben können zwar die jeweils adressierten externen Kosten gemindert werden, aber gleichzeitig andere Kosten erhöht werden, wobei keine pauschale Aussage zum Vorzeichen der Gesamtwirkung möglich ist. (3) Im Vergleich zu uniformen Siedlungsmindestabständen können differenzierte, die für unterschiedliche Siedlungstypen unterschiedlich restriktiv sind, eine deutlich höhere allokative Effizienz aufweisen. (4) Mit einer alleinigen ökonomischen Anreizsteuerung ist bei Informationsdefiziten des Regulierers in der Praxis nicht mit allokativen Effizienzvorteilen gegenüber Mindestabstandsregelungen zu rechnen. (5) Mit einem Instrumentenmix aus einem Rotmilanhorstmindestabstand und ökonomischen Anreizen zur Adressierung möglicher Belastungen für Anwohner*innen kann im Falle von Informationsdefiziten des Regulierers bei einer bestimmten Ausgestaltung ein allokativer Effizienzvorteil gegenüber den mono-instrumentellen Ansätzen erwartet werden.

This thesis analyses the highly structured and densely populated farmland surrounding Kakamega Forest (western Kenya) in a spatially-explicit manner. The interdisciplinary approach combines methodologies and technologies from different scientific disciplines: remote sensing with OBIA, GIS and spatially explicit modelling (geomatics and geographic science) with socio-economic as well as agro-economic considerations (human and social sciences) as well as cartographic science. Furthermore, the research is related to conservation biology (biological sciences). Based on an in-situ ground truthing and visual image interpretation, very high spatial resolution QuickBird satellite imagery covering 466 km² of farmland was analysed using the concept of object-based image analysis (OBIA). In an integrative workflow, statistical analysis and expert knowledge were combined to develop a sophisticated rule set. The classification result distinguishing 15 LULC classes was used alongside with temporally extrapolated and spatially re-distributed population data as well as socio-/agro-economic factors in order to create a spatially-explicit typology of the farmland and to model scenarios of rural livelihoods. The farmland typology distinguishes ten types of farmland: 3 sugarcane types (covering 48% of the area), 3 tea types (30%), 2 transitional types (15%), 1 steep terrain type (2%), and 1 central type (5%). The scenarios consider different developments of possible future yields and prices for the main agricultural products sugarcane, tea, and maize. Out of all farmland types, the ‘marginal sugarcane type’ is best prepared to cope with future problems. Besides a comparably low population density, a high share of land under cultivation of food crops coupled with a moderate cultivation of cash crops is characteristic for this type. As part of the research conducted, several novel methodologies were introduced. These include a new conceptual framework for categorizing parameter optimization studies, the area fitness rate (AFR) as a novel discrepancy measure, the technique of ‘classification-based nearest neighbour classification’ for classes which are difficult to separate from others, and a novel approach for accessing the accuracy of OBIA classifications. Finally, this thesis makes a number of recommendations and elaborates promising starting points for further scientific research. / Die vorliegende Arbeit untersucht räumlich-expliziten das stark strukturierte und dicht besiedelte Agrarland um den Kakamega Wald (Westkenia). Dabei kombiniert der interdisziplinäre Ansatz Methoden und Technologien verschiedener Wissenschaftsbereiche: die Fernerkundung mit der objekt-basierten Bildanalyse (OBIA), GIS und die räumlich-explizite Modellierung (Geoinformatik und Geographie) mit sozio- und agro-ökonomische Aspekten (Human- und Sozialwissenschaft) sowie der Kartographie. Zudem steht die Arbeit in Bezug zum Schutz der biologischen Vielfalt (Biologie). Ausgehend von einer Referenzdatenerfassung vor Ort und einer visuellen Bildinterpretation wurden räumlich sehr hochauflösende QuickBird-Satellitenbilddaten, die 466 km² des Agrarlandes abdecken, mit Hilfe von OBIA ausgewertet. In einem integrativen Ansatz wurden dabei statistische Verfahren und Expertenwissen kombiniert, um einen ausgefeilten Regelsatz zur Klassifizierung zu erzeugen. Das Klassifizierungsergebnis unterscheidet 15 Klassen der Landnutzung bzw. -bedeckung; zusammen mit zeitlich extrapolierten und räumlich neu verteilten Bevölkerungsdaten sowie sozio- und agro-ökonomischen Faktoren ermöglichte es, eine räumlich-explizite Typologie des Agrarlandes zu erstellen und Szenarien zum ländlichen Auskommen zu modellieren. Die Agrarlandtypologie unterscheidet zehn Landtypen: 3 Zuckerrohr-dominierte Typen (48% des Gebietes), 3 Tee-dominierte Typen (30%), 2 Übergangstypen (15%), 1 Typ steilen Geländes (2%) und 1 zentralen Typ (5%). Die Szenarien betrachten mögliche zukünftige Entwicklungen der Erträge und Preise der Hauptanbauarten Zuckerrohr, Tee und Mais. Von allen Agrarlandtypen ist der „marginal Zuckerrohr-dominierte Typ“ am besten gerüstet, um zukünftigen Problemen zu begegnen. Bezeichnend für diesen Typ sind – neben einer vergleichsweise geringen Bevölkerungsdichte – ein hoher Anteil an Nahrungsmittelanbau zusammen mit einem gemäßigten Anbau von exportorientierten Agrarprodukten. Als Teil der Forschungsarbeit werden verschiedene neuartige Methoden vorgestellt, u.a. ein neuer konzeptioneller Rahmen für das Kategorisieren von Studien zur Parameteroptimierung, die „area fitness rate“ (AFR) als neue Messgröße für Flächendiskrepanzen, die klassifikations-basierte Nächster-Nachbar Klassifizierung sowie ein Ansatz zum Bestimmen der Güte von OBIA-Klassifizierungen. Schließlich gibt die Arbeit eine Reihe von Empfehlungen und bietet vielversprechende Ausgangspunkte für weiterführende wissenschaftliche Forschungen.

This thesis analyses the highly structured and densely populated farmland surrounding Kakamega Forest (western Kenya) in a spatially-explicit manner. The interdisciplinary approach combines methodologies and technologies from different scientific disciplines: remote sensing with OBIA, GIS and spatially explicit modelling (geomatics and geographic science) with socio-economic as well as agro-economic considerations (human and social sciences) as well as cartographic science. Furthermore, the research is related to conservation biology (biological sciences). Based on an in-situ ground truthing and visual image interpretation, very high spatial resolution QuickBird satellite imagery covering 466 km² of farmland was analysed using the concept of object-based image analysis (OBIA). In an integrative workflow, statistical analysis and expert knowledge were combined to develop a sophisticated rule set. The classification result distinguishing 15 LULC classes was used alongside with temporally extrapolated and spatially re-distributed population data as well as socio-/agro-economic factors in order to create a spatially-explicit typology of the farmland and to model scenarios of rural livelihoods. The farmland typology distinguishes ten types of farmland: 3 sugarcane types (covering 48% of the area), 3 tea types (30%), 2 transitional types (15%), 1 steep terrain type (2%), and 1 central type (5%). The scenarios consider different developments of possible future yields and prices for the main agricultural products sugarcane, tea, and maize. Out of all farmland types, the ‘marginal sugarcane type’ is best prepared to cope with future problems. Besides a comparably low population density, a high share of land under cultivation of food crops coupled with a moderate cultivation of cash crops is characteristic for this type. As part of the research conducted, several novel methodologies were introduced. These include a new conceptual framework for categorizing parameter optimization studies, the area fitness rate (AFR) as a novel discrepancy measure, the technique of ‘classification-based nearest neighbour classification’ for classes which are difficult to separate from others, and a novel approach for accessing the accuracy of OBIA classifications. Finally, this thesis makes a number of recommendations and elaborates promising starting points for further scientific research.:1. Introduction 2. Geodata and reference data 3. Object-based image analysis (OBIA) 4. Optimization of segmentation parameters 5. Feature selection and threshold determination 6. OBIA classification: rule set development and realisation 7. Classification results 8. Spatial farmland typology 9. Spatially explicit planning scenarios of rural livelihoods 10. Discussion / Die vorliegende Arbeit untersucht räumlich-expliziten das stark strukturierte und dicht besiedelte Agrarland um den Kakamega Wald (Westkenia). Dabei kombiniert der interdisziplinäre Ansatz Methoden und Technologien verschiedener Wissenschaftsbereiche: die Fernerkundung mit der objekt-basierten Bildanalyse (OBIA), GIS und die räumlich-explizite Modellierung (Geoinformatik und Geographie) mit sozio- und agro-ökonomische Aspekten (Human- und Sozialwissenschaft) sowie der Kartographie. Zudem steht die Arbeit in Bezug zum Schutz der biologischen Vielfalt (Biologie). Ausgehend von einer Referenzdatenerfassung vor Ort und einer visuellen Bildinterpretation wurden räumlich sehr hochauflösende QuickBird-Satellitenbilddaten, die 466 km² des Agrarlandes abdecken, mit Hilfe von OBIA ausgewertet. In einem integrativen Ansatz wurden dabei statistische Verfahren und Expertenwissen kombiniert, um einen ausgefeilten Regelsatz zur Klassifizierung zu erzeugen. Das Klassifizierungsergebnis unterscheidet 15 Klassen der Landnutzung bzw. -bedeckung; zusammen mit zeitlich extrapolierten und räumlich neu verteilten Bevölkerungsdaten sowie sozio- und agro-ökonomischen Faktoren ermöglichte es, eine räumlich-explizite Typologie des Agrarlandes zu erstellen und Szenarien zum ländlichen Auskommen zu modellieren. Die Agrarlandtypologie unterscheidet zehn Landtypen: 3 Zuckerrohr-dominierte Typen (48% des Gebietes), 3 Tee-dominierte Typen (30%), 2 Übergangstypen (15%), 1 Typ steilen Geländes (2%) und 1 zentralen Typ (5%). Die Szenarien betrachten mögliche zukünftige Entwicklungen der Erträge und Preise der Hauptanbauarten Zuckerrohr, Tee und Mais. Von allen Agrarlandtypen ist der „marginal Zuckerrohr-dominierte Typ“ am besten gerüstet, um zukünftigen Problemen zu begegnen. Bezeichnend für diesen Typ sind – neben einer vergleichsweise geringen Bevölkerungsdichte – ein hoher Anteil an Nahrungsmittelanbau zusammen mit einem gemäßigten Anbau von exportorientierten Agrarprodukten. Als Teil der Forschungsarbeit werden verschiedene neuartige Methoden vorgestellt, u.a. ein neuer konzeptioneller Rahmen für das Kategorisieren von Studien zur Parameteroptimierung, die „area fitness rate“ (AFR) als neue Messgröße für Flächendiskrepanzen, die klassifikations-basierte Nächster-Nachbar Klassifizierung sowie ein Ansatz zum Bestimmen der Güte von OBIA-Klassifizierungen. Schließlich gibt die Arbeit eine Reihe von Empfehlungen und bietet vielversprechende Ausgangspunkte für weiterführende wissenschaftliche Forschungen.:1. Introduction 2. Geodata and reference data 3. Object-based image analysis (OBIA) 4. Optimization of segmentation parameters 5. Feature selection and threshold determination 6. OBIA classification: rule set development and realisation 7. Classification results 8. Spatial farmland typology 9. Spatially explicit planning scenarios of rural livelihoods 10. Discussion

Im Rahmen zweier Studien im Leistungssport werden die Effekte bewusster und unbewusster Faktoren auf implizite und explizite Motive untersucht. Es kann die Distinktheit der Vorhersagebereiche impliziter und expliziter Motivdiagnostik repliziert werden. Dabei wird aufgezeigt, dass die handlungsführenden Effekte impliziter und expliziter Motive jeweils exklusiv durch unbewusste Impulskontrolle und bewusste Selbststeuerungskompetenzen moderiert werden. Allein implizite Prozesse (implizite Motive, Impulskontrolle) besitzen prognostischen Wert für sportliches Leisten in Situationen die unbewusst verarbeitet werden. Explizite Prozesse (explizite Motive, bewusste Selbststeuerung) hingegen sagen sportliches Leisten in bewusst verarbeiteten Situationen des sportlichen Wettkampfs vorher. Die differentielle Prognostizität direkter und indirekter Motivdiagnostik in der Sportpsychologie kann durch die Berücksichtigung adäquater Faktoren verbessert werden. Aufgrund der Ergebnisse dieser Arbeit ist bei der Auswahl adäquater Persönlichkeitsvariablen darauf zu achten, dass das zu prognostizierende Kriterium und die Erhebungsmethodik bezüglich ihres Grades an bewusster Bearbeitung miteinander übereinstimmen. / The effects of conscious and unconscious factors on implicit and explicit motives were examined in the context of two studies. The distinct array of prediction by implicit and explicit motive diagnostic can be replicated. Though it was possible to provide evidence for the exclusive moderation of implicit motives by unconscious activity inhibition while explicit motives were moderated by conscious skills of self-regulation. Only the implicit processes (implicit motives and activity inhibition) proof a value to predicting human activity in situations coped without consciousness. In contrast only explicit processes (explicit motives and conscious skills of self-regulation) can predict the outcome of behaviour in situations coped with consciousness. The results of that paper can improve the differential prediction of direct and indirect motive diagnostic by regarding the adequate moderator factors. Further investigations will have the ability to improve the value of motivational predictors if they consider, that the level of consciousness is consistent within the situation of ascertainment the motivational predictor and the situation the criteria is imposed.

Objectives: Binge-eating disorder (BED) is characterized by recurrent binge eating episodes, associated eating disorder and general psychopathology, and commonly occurs in obese individuals. Explicit self-esteem and explicit weight bias have been linked to BED, while little is known about implicit cognitive processes such as implicit self-esteem and implicit weight bias. Methods: Obese participants with BED and an individually matched obese only group (OB) and normal weight control group (CG; each N = 26) were recruited from the community to examine group differences and associations in explicit and implicit self-esteem and weight bias, as well as the impact of implicit cognitive processes on global eating disorder psychopathology. Implicit cognitive processes were assessed using the Implicit Association Test. Results: Significantly lower explicit self-esteem, as well as higher exposure to explicit weight bias, compared to CG and OB was found in the BED group. All groups showed positive implicit self-esteem, however, it was significantly lower in BED when compared to CG. BED and CG demonstrated equally high implicit weight bias whereas OB did not. Explicit and implicit measures were not significantly correlated. Global eating disorder psychopathology was predicted by explicit and implicit self-esteem. Conclusions: The results of the present study add to the importance of implicit self-esteem and implicit weight bias beyond explicit measures in BED, while both were previously shown to be associated with onset and maintenance of BED. In conclusion, implicit cognitive processes should be focused on in interventions for BED to investigate their impact on psychological treatments.

The topology of interactions in network dynamical systems fundamentally underlies their function. Accelerating technological progress creates massively available data about collective nonlinear dynamics in physical, biological, and technological systems. Detecting direct interaction patterns from those dynamics still constitutes a major open problem. In particular, current nonlinear dynamics approaches mostly require to know a priori a model of the (often high dimensional) system dynamics. Here we develop a model-independent framework for inferring direct interactions solely from recording the nonlinear collective dynamics generated. Introducing an explicit dependency matrix in combination with a block-orthogonal regression algorithm, the approach works reliably across many dynamical regimes, including transient dynamics toward steady states, periodic and non-periodic dynamics, and chaos. Together with its capabilities to reveal network (two point) as well as hypernetwork (e.g., three point) interactions, this framework may thus open up nonlinear dynamics options of inferring direct interaction patterns across systems where no model is known.

The topology of interactions in network dynamical systems fundamentally underlies their function. Accelerating technological progress creates massively available data about collective nonlinear dynamics in physical, biological, and technological systems. Detecting direct interaction patterns from those dynamics still constitutes a major open problem. In particular, current nonlinear dynamics approaches mostly require to know a priori a model of the (often high dimensional) system dynamics. Here we develop a model-independent framework for inferring direct interactions solely from recording the nonlinear collective dynamics generated. Introducing an explicit dependency matrix in combination with a block-orthogonal regression algorithm, the approach works reliably across many dynamical regimes, including transient dynamics toward steady states, periodic and non-periodic dynamics, and chaos. Together with its capabilities to reveal network (two point) as well as hypernetwork (e.g., three point) interactions, this framework may thus open up nonlinear dynamics options of inferring direct interaction patterns across systems where no model is known.

Objectives: Binge-eating disorder (BED) is characterized by recurrent binge eating episodes, associated eating disorder and general psychopathology, and commonly occurs in obese individuals. Explicit self-esteem and explicit weight bias have been linked to BED, while little is known about implicit cognitive processes such as implicit self-esteem and implicit weight bias. Methods: Obese participants with BED and an individually matched obese only group (OB) and normal weight control group (CG; each N = 26) were recruited from the community to examine group differences and associations in explicit and implicit self-esteem and weight bias, as well as the impact of implicit cognitive processes on global eating disorder psychopathology. Implicit cognitive processes were assessed using the Implicit Association Test. Results: Significantly lower explicit self-esteem, as well as higher exposure to explicit weight bias, compared to CG and OB was found in the BED group. All groups showed positive implicit self-esteem, however, it was significantly lower in BED when compared to CG. BED and CG demonstrated equally high implicit weight bias whereas OB did not. Explicit and implicit measures were not significantly correlated. Global eating disorder psychopathology was predicted by explicit and implicit self-esteem. Conclusions: The results of the present study add to the importance of implicit self-esteem and implicit weight bias beyond explicit measures in BED, while both were previously shown to be associated with onset and maintenance of BED. In conclusion, implicit cognitive processes should be focused on in interventions for BED to investigate their impact on psychological treatments.

In the near future, more vehicles will have automated functions. The traffic system will probably be a shared space of automated and manually driven vehicles for a long time. During this period of mixed traffic, communication between any types of road users will become an important demand for automated vehicles (AV). This PhD project focuses on vulnerable road users, namely pedestrians, in cooperative situations with AVs to establish comfortable interactions in the future. The first aim is to understand current pedestrian behaviour in cooperative negotiation situations with manual driven cars. Therefore, an observational study was conducted to explore interaction types and parameters that can be used to derive implications for automated driving. In this study, 121 interaction sequences were annotated using the type-building content analyses to identify specific interaction types. Those interaction types were distinguished by means of the parameters head movement and walking behaviour. As a result, three types of interaction (sufficient visual assurance, frequent visual assurance and poor visual assurance) were found. As a conclusion, the role of the parameters head movement and walking behaviour as well as the interaction types were discussed regarding their applicability for communication technologies and algorithms. Further, the AV has to be capable of communicating with pedestrians and therefore has to establish a suitable compensation for current pedestrian-driver communication. The implementation of additional external communication interfaces is supposed to challenge this problem, which leads to the second aim of this thesis: pedestrian needs, and design and assessment criteria for communication interfaces. A focus group discussion (n = 6) addressed the identification of pedestrian needs and concerns when interacting with Human-Machine Interfaces (HMI) in automated driving. Here, several communication interfaces were evaluated in order to implement smooth and comfortable communication. This qualitative approach was followed by an experimental video simulation study (n = 25) based on the results of the focus group discussion regarding design and assessment criteria. For the video simulation study, HMI designs were created with variations in position, type and coding of the message, and technology. These were assessed by 25 subjects according to evaluation criteria concluded from the focus discussion: recognisability, unambiguousness, interaction comfort and intuitive comprehensibility. The results showed that direct instructions to cross the street are preferred over status information about the vehicle, and that large-scale text-based messages from the vehicle to the pedestrian deliver better results. Design recommendations for HMIs for communication between automated vehicles are derived, and the extent to which external HMIs may supplement informal communication strategies such as vehicle movement or braking manoeuvres is discussed. As a conclusion, the third aim of this PhD project addressed whether informal communication cues in terms of vehicle movement could be suitable for pedestrian-AV communication. Therefore, the detection performance of different vehicle movements as well as several parameters such as deceleration rate were brought into focus. To address the applicability of informal pedestrian-AV communication, three experimental studies were carried out within this PhD project. The first study focused on the detection of both vehicle acceleration and deceleration. A video simulation was conducted regarding the independent variables vehicle speed (20 and 40 km/h), daylight (morning, dusk, evening), onset time regarding the change of movement (early, late) and acceleration rate (positive, negative, none) were varied. The task of the participants (n = 33) was to indicate by pressing a button when they detected changes in the approaching car movement. Furthermore, they had to decide what kind of movement it was (deceleration/acceleration). Results showed a bad detection performance for vehicle acceleration, so there were no further inferential analyses on that variable. For vehicle decelerations, significant results were revealed for deceleration rate and vehicle speed. The higher the deceleration rate and the lower the speed, the shorter detection times. The variable daylight did not reveal a significant influence on detection performance. The onset of deceleration showed significant results regarding the 20 km/h speed condition, which is however confounded by the interaction with deceleration rate. The discussion addressed methodological limitations, as well as perceptional constructs, such as the “Tau-Hypothesis” to explain the results. As recommendation, accelerations are probably not a suitable informal communication cue. The detection of deceleration showed better results, thus the subsequent studies focused in more detail on deceleration. The second video simulation study regarding informal communication cues addressed the detection of deceleration using only the lower speed condition (20 km/h). The deceleration rate was adjusted to a continuous variable ranging from -3.5 m/s² to -1.5 m/s². Further, the variable vehicle size (large, medium, and small) and the onset of deceleration (early, late) were varied. Participants (n = 25) had to indicate, when they perceived a deceleration. Results confirmed the significant influence of deceleration rate, as mentioned in the study before. Further, the onset of deceleration as well as an interaction of deceleration rate and onset of deceleration were again found to reveal significant results. Vehicle size also influenced the detection performance in a significant way. Nevertheless, this effect was mainly driven by the large vehicle. As a main conclusion, there is probably no “one-fits-all” solution for the AV deceleration algorithm that is always perceived properly. Limitations of the study as well as aspects of comfortable deceleration from the perspectives of both pedestrians and drivers were taken into account. The third study regarding informal communication addressed a major limitation of the video simulations mentioned above, namely the lack of realism. Therefore, a realistic field study using a vehicle with automated longitudinal control was conducted. The variables vehicle speed (20 km/h, 30 km/h), deceleration rate (-0.7 m/s², -1.4 m/s², -2.1 m/s²) and onset of deceleration (early, late) were manipulated. The participants (n = 23) again had to indicate when they perceived a deceleration manœuvre. Compared to both video simulations, a clear reduction of detection time was revealed, almost regardless of deceleration rate, vehicle speed or onset of deceleration. This result supports the assumption that realistic environments provide more information sources which can be used to detect vehicle deceleration compared to the simulation. Further, the study showed that deceleration was detected reliably (even for very low deceleration rates) and supports the use of this form of vehicle movement as the recommended informal communication cue. For AV technology it can be confirmed that smooth and early deceleration would be suitable for the perception of deceleration which also supports the aim of comfortable interactions both for pedestrians and drivers/passengers.:LIST OF FIGURES 6 LIST OF TABLES 9 LIST OF ABBREVIATIONS 10 ACKNOWLEDGEMENTS 11 SUMMARY 12 ZUSAMMENFASSUNG 15 1 INTRODUCTION 19 2 THEORETICAL BACKGROUND 21 2.1 Pedestrian Behaviour Studies 21 2.1.1 Demographics and Personality 22 2.1.2 Expectations and Past Experiences 23 2.1.3 Abilities 23 2.1.4 Social Factors 26 2.1.5 Environmental Factors 26 2.2 Current Communication and Interaction between Pedestrians and Vehicles 27 2.2.1 Definition of Communication and Interaction in Road Traffic 27 2.2.2 Formal and Informal Communication in Road Traffic 28 2.2.3 Behavioural Characteristics of Informal Communication between Pedestrians and Vehicles 29 2.3 Levels of Vehicle Automation 34 2.4 Communication with Pedestrians in the Context of Automated Driving 35 2.4.1 Explicit Communication between Pedestrians and Automated Vehicles 36 2.4.2 Implicit Communication between Pedestrians and Automated Vehicles 42 3 OVERALL RESEARCH QUESTIONS 45 4 OVERALL METHODOLOGICAL CONSIDERATIONS 48 4.1 Video Recording Session 48 4.2 Simulation Software and Video Editing 50 5 STUDY I: Observation of Interaction between Pedestrians and Vehicles 52 5.1 Aims and Research Questions 52 5.2 Data Collection 52 5.3 Annotation Procedure and Analysis 53 5.4 Results 55 5.4.1 Type: “sufficient frequency of visual assurance” 57 5.4.2 Type: “frequent visual assurance” 57 5.4.3 Type: “poor visual assurance” 58 5.5 Discussion 59 6 STUDY II: HMI Development and Evaluation 62 6.1 Aims and Research Questions 62 6.2 Method Study IIa: Focus Group Discussion 63 6.2.1 Participants 63 6.2.2 Research Design 63 6.2.3 Procedure 64 6.2.4 Material 65 6.3 Results Study IIa: Focus Group Discussion 65 6.3.1 Benefits and Disadvantages for each HMI category 65 6.3.2 General Concerns, Benefits and Design Criteria 66 6.4 Method Study IIb: Video Simulation 67 6.4.1 Participants 67 6.4.2 Research Design 68 6.4.3 Procedure 70 6.4.4 Material 70 6.5 Results Study IIb: Video Simulation 71 6.5.1 HMI Technology 72 6.5.2 Type of Information 72 6.5.3 Position of Information 72 6.5.4 Coding of Information 73 6.5.5 Intuitive Comprehensibility 73 6.5.6 Recognisability 74 6.5.7 Unambiguousness 76 6.5.8 Interaction Comfort 78 6.6 Discussion 80 7 STUDY III: Vehicle Movement as Implicit Communication 85 7.1 Aims and Research Questions 85 7.2 Method 86 7.2.1 Participants 86 7.2.2 Research Design 86 7.2.3 Procedure 87 7.2.4 Material 90 7.3 Results 90 7.3.1 Detection of Deceleration and Acceleration 90 7.3.2 Daylight 91 7.3.3 Vehicle Speed 91 7.3.4 Deceleration Rate 92 7.3.5 Onset of Deceleration 92 7.3.6 Inferential Analyses regarding Vehicle Speed, Deceleration Rate and Onset of Deceleration 93 7.3.7 Exploration of perceived comfort and safety of different deceleration patterns 96 7.4 Discussion 98 8 STUDY IV: Parameter of Braking for Implicit Communication 101 8.1 Aims and Research Questions 101 8.2 Method 101 8.2.1 Participants 101 8.2.2 Research Design 102 8.2.3 Procedure 103 8.2.4 Material 103 8.3 Results 103 8.3.1 Inferential Analysis regarding Vehicle Size, Deceleration Rate and Onset of Deceleration 104 8.4 Discussion 106 9 STUDY V: Field Study 108 9.1 Aims and Research Questions 108 9.2 Method 108 9.2.1 Participants 109 9.2.2 Research Design 109 9.2.3 Procedure 111 9.2.4 Material 112 9.3 Results 114 9.3.1 Inferential Analysis regarding Vehicle Speed, Deceleration Rate and Onset of Deceleration 114 9.4 Discussion 116 10 GENERAL DISCUSSION AND CONCLUSION 118 10.1 Theoretical and Practical Considerations 118 10.2 Limitations and Directions for Future Research 123 REFERENCES 126 APPENDIX 140 CURRICULUM VITAE AND PUBLICATIONS 143 / Bereits heute verfügen Fahrzeuge über hoch entwickelte Technologien und automatisierte Funktionen, die den Fahrer in verschiedensten Verkehrssituationen unterstützen (z.B. Spurhalteassistent). Der Trend zur Fahrzeugautomatisierung wird sich höchstwahrscheinlich fortsetzen und Fahrzeuge mit höheren Automationsgraden bis hin zur vollständigen Automatisierung werden einen bedeutenden Teil des zukünftigen Verkehrssystems repräsentieren. Das Verkehrssystem wird für lange Zeit ein gemeinsamer Raum von automatisierten und nicht-automatisierten Fahrzeugen sein. Während dieser Zeit des gemischten Verkehrs, wird die Kommunikation zwischen allen Arten von Verkehrsteilnehmern eine wichtige Herausforderung für automatisierte Fahrzeuge darstellen. Diese Dissertation konzentriert sich daher auf Kommunikationsszenarien zwischen Fußgänger und zukünftig automatisierten Fahrzeugen, mit dem Anspruch Interaktionen komfortabel zu gestalten. Das erste Ziel der Arbeit besteht darin, das aktuelle Fußgängerverhalten in kooperativen Verhandlungssituationen mit nicht-automatisierten Fahrzeugen zu analysieren. Daher wurde eine Beobachtungsstudie durchgeführt, um Interaktionstypen und Parameter zu untersuchen, die zur Ableitung von Implikationen für das automatisierte Fahren verwendet werden können. In dieser Studie wurden 121 Interaktionssequenzen annotiert und mittels typenbildender Inhaltsanalyse untersucht, um spezifische Interaktionstypen zu identifizieren. Diese Interaktionstypen wurden anhand der Parameter Kopfbewegung und Gehverhalten der Fußgänger unterschieden. Als Ergebnis wurden drei Arten der Interaktion gefunden (ausreichende visuelle Absicherung, häufige visuelle Absicherung und geringe visuelle Absicherung). Als Schlussfolgerung wurde die Rolle der Parameter Kopfbewegung und Gehverhalten sowie die Interaktionstypen bezüglich ihrer Implikationen für Kommunikationstechnologien (z.B. Sensoranforderungen) und Algorithmen für automatisierte Fahrzeuge diskutiert. Ein automatisiertes Fahrzeug muss zukünftig in der Lage sein, Fußgänger nicht nur sicher zu detektieren sondern zudem mit Fußgängern zu kommunizieren. Hierfür muss eine geeignete Kommunikationsschnittstelle (HMI) vorhanden sein, welche Mechanismen der gegenwärtigen Fußgänger-Fahrzeug-Kommunikation adressiert. Die Gestaltung zusätzlicher HMIs zur expliziten Kommunikation stellt das zweite Ziel dieser Arbeit dar. In einer Kombination aus qualitativen und experimentellen Methoden wurden zuerst die Fußgängerbedürfnisse an HMIs exploriert um darauf aufbauend Gestaltungs- und Bewertungskriterien abzuleiten und zu prüfen. Eine Fokusgruppendiskussion (n = 6) befasste sich mit der Identifizierung von Fußgängerbedürfnissen und -problemen bei der Interaktion mit externen HMIs für automatisierte Fahrzeuge. Hier wurden mehrere Kommunikationsschnittstellen recherchiert und evaluiert. Diesem qualitativen Ansatz folgte eine experimentelle Videosimulationsstudie (n = 25), basierend auf den Ergebnissen der Fokusgruppendiskussion zu Design- und Bewertungskriterien. Für die Videosimulationsstudie wurden HMI-Designs mit Variationen in Position (Windschutzscheibe, Kühlergrill, Straße), Inhalt (Anweisung weiter zugehen vs. Statusinformation des Fahrzeugs) und Codierung (Text vs. Symbol) der Nachricht an den Fußgänger und Art des HMIs (LED Lichtleiste, LED Display, Projektionen) erstellt. Diese wurden von 25 Probanden anhand der Kriterien Erkennbarkeit, Eindeutigkeit, Interaktionskomfort und intuitive Verständlichkeit bewertet. Die Ergebnisse zeigten, dass direkte Anweisungen zum Überqueren der Straße den Statusinformationen über das Fahrzeug vorgezogen werden und dass großflächige textbasierte Nachrichten vom Fahrzeug zum Fußgänger bessere Ergebnisse liefern. Es werden Gestaltungsempfehlungen für HMIs zur Kommunikation zwischen automatisierten Fahrzeugen abgeleitet und diskutiert, inwieweit externe HMIs informelle Kommunikationsmechanismen wie das Erkennen von Fahrzeugbremsungen ergänzen. Das dritte Ziel dieser Dissertation besteht darin, zu untersuchen, inwiefern informelle Kommunikationselemente wie Fahrzeugbewegungen für eine komfortable Interaktion zwischen Fußgängern und automatisierten Fahrzeugen genutzt werden könnten. Konkret wurde adressiert, welche Parameter einen Einfluss auf die Erkennung von verschiedenen Fahrzeugbewegungen haben. Dazu wurden im Rahmen dieses Promotionsvorhabens drei experimentelle Studien durchgeführt. Die erste Studie konzentrierte sich auf die Erkennung von Fahrzeugbeschleunigung und – Verzögerungen im Rahmen einer Videosimulation. Es wurden die unabhängigen Variablen Fahrzeuggeschwindigkeit (20 und 40 km/h), Tageslicht (morgens, abends, abends), Initiierungszeitpunkt der Bewegungsänderung (früh, spät) und Beschleunigungsrate (positiv, negativ, keine) manipuliert. Die Aufgabe der Probanden (n = 33) bestand darin, anzuzeigen, wenn sie Veränderungen in der Bewegung eines sich nähernden Fahrzeuges feststellten. Außerdem mussten die Probanden entscheiden, welche Art von Bewegungsänderung sie wahrgenommen haben (Verzögerung/Beschleunigung). Die Ergebnisse zeigten eine schlechte Erkennungsleistung für die Fahrzeugbeschleunigung. Für Fahrzeugverzögerungen wurden signifikante Ergebnisse für die Verzögerungsrate und die Fahrzeuggeschwindigkeit aufgezeigt. Je stärker die Verzögerung und je niedriger die Geschwindigkeit, desto kürzer die Erkennungszeiten. In der Tageslichtlichtbedingung zeigte sich kein signifikanter Einfluss auf die Detektionsleistung. Der Initiierungszeitpunkt der Verzögerung zeigte signifikante Ergebnisse, jedoch nur für die geringere Geschwindigkeitsbedingung. Die Diskussion befasste sich mit methodischen Einschränkungen sowie mit Wahrnehmungskonstrukten wie der „Tau-Hypothese“ zur Erklärung der Ergebnisse. Als Empfehlung kann abgleitet werden, dass Beschleunigungen für die informelle Kommunikation zwischen automatisierten Fahrzeugen und Fußgängern eher ungeeignet sind. Die Detektion der Verzögerungen zeigte insgesamt zuverlässigere Ergebnisse; daher wurden die Folgestudien auf das Erkennen von Abbremsungen limitiert. Die zweite Videosimulationsstudie zur informellen Kommunikation befasste sich mit der Erkennung von Bremsungen in der geringen Geschwindigkeitsbedingung (20 km/h). Die Verzögerungsrate wurde als kontinuierliche, unabhängige Variable im Bereich von -3,5 m/s² bis -1,5 m/s² implementiert. Zudem wurden die variable Fahrzeuggröße (groß, mittel, klein) und der Initiierungszeitpunkt der Verzögerung (früh, spät) als weitere unabhängige Variablen variiert. Die Probanden (n = 25) mussten angeben, wann sie eine Bremsung des Fahrzeugs wahrgenommen haben. Die Ergebnisse bestätigten den signifikanten Einfluss der Verzögerungsrate, wie bereits in der voran gegangenen Studie erwähnt. Die Fahrzeuggröße beeinflusste die Detektionsleistung ebenfalls in signifikanter Weise. Dieser Effekt wurde jedoch hauptsächlich durch das große Fahrzeug bedingt. Als eine zentrale Schlussfolgerung ist abzuleiten, dass es wahrscheinlich keine „one-fits-all“ -Lösung für Algorithmen zur Fahrzeugbewegung gibt. Im Umkehrschluss müssen die Variablen Fahrzeuggeschwindigkeit, -Größe und Verzögerungsrate, sowie deren Interaktionen in die Algorithmenentwicklung einbezogen werden, um zuverlässige Erkennungsleistungen und damit adäquate informelle Kommunikation zwischen Fußgängern und automatisierten Fahrzeugen zu gewährleisten. Um die fehlende Realitätsnähe in den Videosimulationen zu adressieren, wurde ein Feldexperiment zur Erkennung von Abbremsungen durchgeführt. Hierbei kam ein Testfahrzeug mit automatisierter Längsführung auf einer Teststrecke zum Einsatz. Die Variablen Fahrzeuggeschwindigkeit (20 km/h, 30 km/h), Verzögerungsrate (-0,7 m/s², -1,4 m/s², -2,1 m/s²) und Initiierungszeitpunkt der Verzögerung (früh, spät) wurden manipuliert. Die Teilnehmer (n = 23) mussten erneut angeben, wann sie ein Verzögerungsmanöver wahrnahmen. Im Vergleich zu beiden Videosimulationen zeigte sich eine deutliche Reduzierung der Detektionszeit, nahezu unabhängig von der Verzögerungsrate, der Fahrzeuggeschwindigkeit oder dem Beginn der Verzögerung. Dieses Ergebnis deutet darauf hin, dass realistische Umgebungen mehrere Informationsquellen zur Verfügung stellen, anhand derer die Fahrzeugverzögerung im Vergleich zur Simulation ermittelt werden kann. Des Weiteren zeigte die Studie, dass die Verzögerung zuverlässig erkannt wurde (selbst bei sehr niedrigen Verzögerungsraten) und unterstützt die Empfehlung, Abbremsungen als informelle Kommunikationsmöglichkeit einzusetzen.:LIST OF FIGURES 6 LIST OF TABLES 9 LIST OF ABBREVIATIONS 10 ACKNOWLEDGEMENTS 11 SUMMARY 12 ZUSAMMENFASSUNG 15 1 INTRODUCTION 19 2 THEORETICAL BACKGROUND 21 2.1 Pedestrian Behaviour Studies 21 2.1.1 Demographics and Personality 22 2.1.2 Expectations and Past Experiences 23 2.1.3 Abilities 23 2.1.4 Social Factors 26 2.1.5 Environmental Factors 26 2.2 Current Communication and Interaction between Pedestrians and Vehicles 27 2.2.1 Definition of Communication and Interaction in Road Traffic 27 2.2.2 Formal and Informal Communication in Road Traffic 28 2.2.3 Behavioural Characteristics of Informal Communication between Pedestrians and Vehicles 29 2.3 Levels of Vehicle Automation 34 2.4 Communication with Pedestrians in the Context of Automated Driving 35 2.4.1 Explicit Communication between Pedestrians and Automated Vehicles 36 2.4.2 Implicit Communication between Pedestrians and Automated Vehicles 42 3 OVERALL RESEARCH QUESTIONS 45 4 OVERALL METHODOLOGICAL CONSIDERATIONS 48 4.1 Video Recording Session 48 4.2 Simulation Software and Video Editing 50 5 STUDY I: Observation of Interaction between Pedestrians and Vehicles 52 5.1 Aims and Research Questions 52 5.2 Data Collection 52 5.3 Annotation Procedure and Analysis 53 5.4 Results 55 5.4.1 Type: “sufficient frequency of visual assurance” 57 5.4.2 Type: “frequent visual assurance” 57 5.4.3 Type: “poor visual assurance” 58 5.5 Discussion 59 6 STUDY II: HMI Development and Evaluation 62 6.1 Aims and Research Questions 62 6.2 Method Study IIa: Focus Group Discussion 63 6.2.1 Participants 63 6.2.2 Research Design 63 6.2.3 Procedure 64 6.2.4 Material 65 6.3 Results Study IIa: Focus Group Discussion 65 6.3.1 Benefits and Disadvantages for each HMI category 65 6.3.2 General Concerns, Benefits and Design Criteria 66 6.4 Method Study IIb: Video Simulation 67 6.4.1 Participants 67 6.4.2 Research Design 68 6.4.3 Procedure 70 6.4.4 Material 70 6.5 Results Study IIb: Video Simulation 71 6.5.1 HMI Technology 72 6.5.2 Type of Information 72 6.5.3 Position of Information 72 6.5.4 Coding of Information 73 6.5.5 Intuitive Comprehensibility 73 6.5.6 Recognisability 74 6.5.7 Unambiguousness 76 6.5.8 Interaction Comfort 78 6.6 Discussion 80 7 STUDY III: Vehicle Movement as Implicit Communication 85 7.1 Aims and Research Questions 85 7.2 Method 86 7.2.1 Participants 86 7.2.2 Research Design 86 7.2.3 Procedure 87 7.2.4 Material 90 7.3 Results 90 7.3.1 Detection of Deceleration and Acceleration 90 7.3.2 Daylight 91 7.3.3 Vehicle Speed 91 7.3.4 Deceleration Rate 92 7.3.5 Onset of Deceleration 92 7.3.6 Inferential Analyses regarding Vehicle Speed, Deceleration Rate and Onset of Deceleration 93 7.3.7 Exploration of perceived comfort and safety of different deceleration patterns 96 7.4 Discussion 98 8 STUDY IV: Parameter of Braking for Implicit Communication 101 8.1 Aims and Research Questions 101 8.2 Method 101 8.2.1 Participants 101 8.2.2 Research Design 102 8.2.3 Procedure 103 8.2.4 Material 103 8.3 Results 103 8.3.1 Inferential Analysis regarding Vehicle Size, Deceleration Rate and Onset of Deceleration 104 8.4 Discussion 106 9 STUDY V: Field Study 108 9.1 Aims and Research Questions 108 9.2 Method 108 9.2.1 Participants 109 9.2.2 Research Design 109 9.2.3 Procedure 111 9.2.4 Material 112 9.3 Results 114 9.3.1 Inferential Analysis regarding Vehicle Speed, Deceleration Rate and Onset of Deceleration 114 9.4 Discussion 116 10 GENERAL DISCUSSION AND CONCLUSION 118 10.1 Theoretical and Practical Considerations 118 10.2 Limitations and Directions for Future Research 123 REFERENCES 126 APPENDIX 140 CURRICULUM VITAE AND PUBLICATIONS 143