The underwater mining has increased in the recent years and the growing awareness of the potential impacts on the environment, as results of increasing the encroachment on the marine environment. Therefore, the debate has increased about how to protect this environment by using the scientific research that\'s relevant to the various environmental effects and developing the equipment used in dredging. There is a wide diversity of underwater mining equipments, such as continuous and non-continuous dredging which used for production of sand, gravel, alluvial deposits and raw material. There are a relation between increasingly dredging activities in the recent years and their impacts on the aquatic environment. These impacts are causes by changes in the topography of the sea floor such as turbidity, noise and other environmental impacts. Today, there is an international framework of legislation which has been developed for dredging projects. This contains rules and regulations which must be followed by mining companies and have to implemented by national authorities. The European countries also develop their legislation to control on the dredged material which deposit on land and sea. This legislation is constantly changing related to scientific knowledge and increasing the implementation frameworks. Also, the people become more sensitive to emissions that have a negative attitude towards dredging in the neighborhood. In addition, dredging techniques give rise to objections, which eventually led to think in more environmentally-friendly production methods. After that, the use of dredger is the only alternative in some project. The question is what are the true benefits of these techniques and what is the relation between possible improvements and technological potential as well as the costs. Therefore, it is intended to assess mining techniques in the context of their environmental impact and the costs. There are many systematic approaches which have been used for evaluation and determination of the environmental performances of different dredging equipment, techniques and procedures. Moreover, the new future developments and latest proposals in the dredging industry have been presented. Also, the new proposal to reduce the turbidity and suspended material effect which is the most important environmental impacts during dredging operations has presented. This research work gives a description of underwater mining techniques and different way of evaluating the dredging equipment’s in term of environmental, economic and social aspects. Also, this work presents two different methods of evaluation. The first approach is the statistical analyses method by using the modern Fuzzy evaluation concept. The second slant is a mathematical accounting method by using the information from the Egyptian case study, in order to reach the most environmental-friendly dredging techniques by taking into account the economic and social point of views. The final evaluation showed that the suction and bucket ladder dredger are the best choices. The assessment was made after comparing many parameters such as performance, characteristics, working depth, soil types and project area. Also, this work presents two different new practices for extraction of the underwater placer deposits which occur on the Egyptian Mediterranean coast. The first technique uses floating processing unit in the in situ area, which gets the extracted material and treated it to reduce the transportation costs. The second technique has divided the working area to many stages which make the suction dredger used also for transporting the material into the beach. The pipeline will be the best method of transportation by using the power of suction, which reduce also the transportation costs and also avoid the environmental effects.

In today's versatile requirements for reducing fuel consumption, a lot of different approaches are in development like hybridization, reducing the amount of cylinders with the same power as before or operating point-independent components and auxiliaries. Within this thesis, one of the approaches is shown: electrified auxiliaries including an operation strategy. Replacing conventional auxiliaries with electrified ones, the need of more electrical power becomes bigger. Due to the limits within the 12V power net, the 48V approach is the logical conclusion in terms of cost benefit and availability of the needed resources to use the electrified components. The 48V power net introduces new or modified parts to the vehicle including a new power net topology. Fuzzy logic was chosen to control the auxiliaries, because of the number of input variables, the flexibility of using it for different cars and being robust during the usage. The results showed a significant improvement of fuel consumption with the developed control strategy for the selected power net topology. This improvement was evident in all cycles, which were discussed within this thesis. In this thesis a new approach for reducing fuel consumption was shown, which includes several electrified auxiliaries and the operation strategy to control them within the vehicle during different cycles. The necessary models for the approach were developed including the auxiliaries, the controller and the needed parts for the power net. / In der heutigen Zeit mit den steigenden Ansprüchen zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs sind viele verschiedene Ansätze und Technologien in der Entwicklung, wie zum Beispiel Hybridisierung, Zylinderreduktion mit der gleichen Leistungsausbeute wie zuvor oder auch vom Verbrennungsmotor unabhängigen Komponenten und Nebenaggregaten. Innerhalb dieser Arbeit wurde einer dieser Ansätze näher erläutert: elektrifizierte Nebenaggregate inklusive einer Betriebsstrategie. Durch den Austausch der konventionellen Nebenaggregate mit den elektrifizierten Nebenaggregaten steigt der Bedarf an mehr elektrischer Leistung. Durch die Limitierungen im 12V Bordnetz, ist der 48V Ansatz der nächste logische Schritt hinsichtlich des Kosten/Nutzen-Verhältnis und der Ressourcenverfügbarkeit für die Nutzung der elektrifizierten Komponenten. Das 48V Bordnetz benötigt neue bzw. modifizierte Komponenten inclusive einer neuen Bordnetztopologie. Fuzzy-Logik wurde zur Regelung der Nebenaggregate ausgewählt. Grund hierfür waren: Anzahl an Eingangsvariablen, Flexibilität in der Übertragung auf andere Fahrzeuge und dem robusten Verhalten in der Anwendung. Die Ergebnisse zeigten ein signifikantes Einsparpotential durch die Verwendung der entwickelten Betriebsstrategie für die ausgewählte Bordnetztopologie. Die Einsparung war in allen diskutierten Zyklen deutlich zu sehen. In dieser Arbeit wurde ein neuer Ansatz zur Verbrauchsreduktion gezeigt inklusive elektrifizierter Nebenaggregate und der benötigten Betriebsstrategie, um diese im Fahrzeug in verschiedenen Zyklen zu steuern. Die benötigten Modelle wurden entwickelt, wie zum Beispiel die Nebenaggregate, der Regler und den Bordnetzkomponenten.

Recently, mobile robots with visual perception working in dynamic environments have been extensively investigated because this method of perception offers a large amount of environmental information. Optical flow perception is an important class of visual perception because it offers powerful perception methods and it offers both egomotion and structure from motion estimation. Especially advantageous is the fact that optical flow perception does not require a priori knowledge of the working environment and can work with minimum hardware, i.e. a mono-camera as the main navigation sensor. In this thesis, a new approach of optical flow-based perception through qualitative interpretations is developed. Compared to the classical metric approaches for optical flow perception, this approach uses much simpler arithmetic and requires less computation time because of the use of qualitative optical flow interpretations. The qualitative optical flow interpretations provide mobile robots with visual perception a more detailed image of their 3D working environment, e.g. obstacle positions and indoor object types. By using fuzzy logic for the interpretations, the optical flow perception becomes simple and intelligent in a bioinspired manner and moreover gains robustness under noisy conditions in the working environment. On the other hand, this thesis develops a generic modular structure of a behavior-based control system with three clearly separate modules for perception, motion control, and path planning. These modules are connected by simple IO interfaces. The system concept is independent of the specific type of perception. The designed behaviors are functionally classified into two separated modules, concerning collision-free motion control and goal oriented path planning. The hierarchical organization of these behaviors makes the operation of the control system more efficient and enables an easy adjustment of behaviors. Some of the behaviors use fuzzy logic concepts, which result in flexible and smooth robotic motion. Furthermore a new scheme for topological path planning in combination with fuzzy-based behaviors is developed for the goal-oriented navigation of a mobile robot. This combination allows a mobile robot to perform topological path planning in a real environment without metric information regarding its global and local positions. This enables an easy adjustment of topological path planning for different sensor perceptions or landmarks by just changing the topological map data. The performance of the optical flow-based perception embedded in the behavior-based control system with the topological path planning has been successfully tested through experiments in a real environment under most realistic conditions including relevant noise effects, e.g. unfavorable lightning conditions, non-standard objects, image processing limitations, image noise, etc. / Heutzutage werden mobile Roboter zunehmend mit Kameras ausgestattet, da diese eine Vielzahl von Informationen über die Umgebung bereitstellen. Die Perzeption mit Hilfe des optischen Flusses ist eine wichtige Methode der Bildverarbeitung, da sie eine leistungsfähige Umgebungserfassung und die Nachahmung biologisch-inspirierter Prozesse erlaubt. Dabei können sowohl Informationen zur Eigenbewegung als auch Daten über die Struktur der Umgebung gewonnen werden. Besonders vorteilhaft ist hierbei einerseits die Tatsache, dass keinerlei a-priori-Informationen über die Umwelt benötigt werden und anderseits die geringen Hardwareansprüche von Kamerasystemen. So kann beispielsweise eine einfache Monokamera als Hauptsensor zur Navigation für den mobilen Roboter verwendet werden. In der vorliegenden Arbeit wird ein neuer Ansatz zur optischen Fluss basierten Perzeption mittels qualitativer Interpretation entwickelt. Verglichen mit klassischen metrischen Methoden, arbeitet der vorgestellte Ansatz dabei mit einer simpleren Arithmetik und benötigt weniger Rechenzeit. Die qualitative Verarbeitung des optischen Flusses bietet dem Roboter ein detaillierteres Bild der dreidimensionalen Arbeitsumgebung. So können beispielsweise Hindernispositionen ermittelt und Objekttypen im Innenraum erfasst werden. Durch die Verwendung von Fuzzy-Logik bei der Interpretation der visuellen Information gestaltet sich die Umgebungserfassung mit Hilfe des optischen Flusses sehr einfach und erlaubt eine bioinspirierte intelligente Entscheidungsfindung, die auch robust gegenüber realen gestörten Umgebungsbedingungen ist. Weiterhin wird in der vorliegenden Arbeit eine generische modulare Struktur für eine verhaltensbasierte Steuerung mit drei klar getrennten Modulen für Perzeption, Bewegungssteuerung und Pfadplanung vorgestellt. Diese Module werden über einfache Schnittstellen miteinander verbunden. Dadurch ist das entstandene System auch auf andere Perzeptionsmethoden mobiler Roboter anwendbar. Die realisierten Verhaltensmuster werden dabei funktionsorientiert in zwei Module eingeordnet: Ein Modul sichert hierbei die kollisionsfreie Bewegungssteuerung, ein weiteres realisiert die zielorientierte Pfadplanung. Die hierarchische Organisation dieser Verhaltensmuster ermöglicht ein effizientes und einfaches Vorgehen bei der Modifikation der hinterlegten Eigenschaften. Dabei nutzen manche dieser Verhaltensmuster wiederum Konzepte der Fuzzy-Logik, um die Roboterbewegung so flexibel und leichtgängig zu realisieren, wie es bei biologischen Systemen der Fall ist. Für die zielorientierte Navigation eines mobilen Roboters wurde in einem dritten Schwerpunkt eine neue Methode für die topologische Pfadplanung in Kombination mit Fuzzy-Logik-basierten Verhalten entwickelt. Diese Kombination ermöglicht dem Roboter die topologische Pfadplanung in einer realen Umgebung ohne jegliche Verwendung von metrischen Informationen in Bezug auf seine Position und Orientierung. Dadurch kann die Pfadplanung durch einfache Modifikationen der topologischen Kartendaten für verschiedene Perzeptionssensoren oder Landmarkenrepräsentationen angepasst werden. Die Leistungsfähigkeit der Perzeption mittels des optischen Flusses innerhalb der verhaltensbasierten Steuerung zusammen mit der topologischen Pfadplanung wird anhand von Experimenten mit einem mobilen Roboter in einer realen Umgebung gezeigt. Dabei werden auch unterschiedlichste Bedingungen, wie sich ändernden Lichtverhältnissen, unbekannten Objekten, Einschränkungen bei der Bildverarbeitung sowie Bildrauschen berücksichtigt.

The relationship between post-mortem state and changes of biological tissue impedance has been investigated to serve as a basis for developing an in-vitro measurement method for monitoring the freshness of meat. The main challenges thereby are the reproducible measurement of the impedance of biological tissues and the classification method of their type and state. In order to realize reproducible tissue bio-impedance measurements, a suitable sensor taking into account the anisotropy of the biological tissue has been developed. It consists of cylindrical penetrating multi electrodes realizing good contacts between electrodes and the tissue. Experimental measurements have been carried out with different tissues and for a long period of time in order to monitor the state degradation with time. Measured results have been evaluated by means of the modified Fricke-Cole-Cole model. Results are reproducible and correspond to the expected behavior due to aging. An appropriate method for feature extraction and classification has been proposed using model parameters as features as input for classification using neural networks and fuzzy logic. A Multilayer Perceptron neural network (MLP) has been proposed for muscle type computing and the age computing and respectively freshness state of the meat. The designed neural network is able to generalize and to correctly classify new testing data with a high performance index of recognition. It reaches successful results of test equal to 100% for 972 created inputs for each muscle. An investigation of the influence of noise on the classification algorithm shows, that the MLP neural network has the ability to correctly classify the noisy testing inputs especially when the parameter noise is less than 0.6%. The success of classification is 100% for the muscles Longissimus Dorsi (LD) of beef, Semi-Membraneous (SM) of beef and Longissimus Dorsi (LD) of veal and 92.3% for the muscle Rectus Abdominis (RA) of veal. Fuzzy logic provides a successful alternative for easy classification. Using the Gaussian membership functions for the muscle type detection and trapezoidal member function for the classifiers related to the freshness detection, fuzzy logic realized an easy method of classification and generalizes correctly the inputs to the corresponding classes with a high level of recognition equal to 100% for meat type detection and with high accuracy for freshness computing equal to 84.62% for the muscle LD beef, 92.31 % for the muscle RA beef, 100 % for the muscle SM veal and 61.54% for the muscle LD veal. / Auf der Basis von Impedanzspektroskopie wurde ein neuartiges in-vitro-Messverfahren zur Überwachung der Frische von biologischem Gewebe entwickelt. Die wichtigsten Herausforderungen stellen dabei die Reproduzierbarkeit der Impedanzmessung und die Klassifizierung der Gewebeart sowie dessen Zustands dar. Für die Reproduzierbarkeit von Impedanzmessungen an biologischen Geweben, wurde ein zylindrischer Multielektrodensensor realisiert, der die 2D-Anisotropie des Gewebes berücksichtigt und einen guten Kontakt zum Gewebe realisiert. Experimentelle Untersuchungen wurden an verschiedenen Geweben über einen längeren Zeitraum durchgeführt und mittels eines modifizierten Fricke-Cole-Cole-Modells analysiert. Die Ergebnisse sind reproduzierbar und entsprechen dem physikalisch-basierten erwarteten Verhalten. Als Merkmale für die Klassifikation wurden die Modellparameter genutzt.

Energy consumption is a major concern in Wireless Sensor Networks (WSNs) resulting in a strong demand for energy-aware communication technologies. In this context, several unequal cluster-based routing protocols have been proposed. However, few of them adopt energetic analysis models for the calculation of the optimal cluster radius and several protocols can not realize an optimal workload balance between sensor nodes. In this scope, the aim of the dissertation is to develop a cluster-based routing protocol for improving energy efficiency in WSN. We propose a Fuzzy-based Energy-Aware Unequal Clustering algorithm (FEAUC) with circular partitioning to balance the energy consumption between sensor nodes and solve the hotspot problem created by a multi-hop communication. The developed FEAUC involves mainly four phases: An off-line phase, a cluster formation phase, a cooperation phase and data collection phase. During the off-line phase, an energy analysis is performed to calculate the radius of each ring and the optimal cluster radius per ring. The cluster formation phase is based on a fuzzy logic approach for the cluster head (CH) selection. The cooperation phase aims to define an intermediate node as a router between different CHs. While, in the data collection phase, transmitting data packet from sensor nodes to their appropriate CHs is defined as an intra-cluster communication, and transmitting data from one CH to another until reaching the base station, is defined as an inter-cluster communication. The feasibility of the developed FEAUC is demonstrated by elaborating comparison with selected referred unequal clustering algorithms considering different parameters, mainly, the energy consumption, battery lifetime, time to first node shuts down (FND), time of half of nodes off-line (HND) and time to last node dies (LND). Although, the developed FEAUC is intended to enhance the network lifetime by distributing the large load of CH tasks equally among the normal nodes, running the clustering process in each round is an additional burden, which can significantly drain the remaining energy. For this reason, the FEAUC based protocol has been further developed to become a fault tolerant algorithm (FEAUC-FT). It supports the fault tolerance by using backup CHs to avoid the re-clustering process in certain rounds or by building further routing paths in case of a link failure between different CHs. The validation of the developed FEAUC in real scenarios has been performed. Some sensor nodes, powered with batteries, are deployed in a circular area forming clusters. Performance evaluations are carried out by realistic scenarios and tested for a real deployment using the low-power wireless sensor node panStamp. To complete previous works, as a step of proof of concept, a smart irrigation system is designed, called Air-IoT. Furthermore, a real-time IoT-based sensor node architecture to control the quantity of water in some deployed nodes is introduced. To this end, a cloud-connected wireless network to monitor the soil moisture and temperature is well-designed. Generally, this step is essential to validate and evaluate the proposed unequal cluster-based routing algorithm in a real demonstrator. The proposed prototype guarantees both real-time monitoring and reliable and cost-effective transmission between each node and the base station.:1 Introduction 2 Theoretical background 3 State of the art of unequal cluster-based routing protocols 4 FEAUC: Fuzzy-based Energy-Aware Unequal Clustering 5 Experimental validation of the developed unequal clustering protocol 6 Real application to specific uses cases 7 Conclusions and future research directions / Der Energieverbrauch ist ein Hauptanliegen in drahtlosen Sensornetzwerken (WSNs), was zu einer starken Nachfrage nach energiebewussten Kommunikationstechnologien führt. In diesem Zusammenhang wurden mehrere ungleiche clusterbasierte Routing-Protokolle vorgeschlagen. Allerdings verwenden nur die wenigsten energetische Analysemodelle für die Berechnung des optimalen Cluster-Radius, und mehrere Protokolle können keine optimale Auslastungsbalance zwischen Sensorknoten realisieren. In diesem Zusammenhang ist es das Ziel der Dissertation, ein clusterbasiertes Routing-Protokoll zur Verbesserung der Energieeffizienz im WSN zu entwickeln. Wir schlagen einen Fuzzy-basierten Energy-Aware Unequal Clustering-Algorithmus (FEAUC) mit zirkulärer Partitionierung vor, um den Energieverbrauch zwischen Sensorknoten auszugleichen und das durch eine Multi-Hop-Kommunikation entstehende Hotspot-Problem zu lösen. Der entwickelte FEAUC umfasst hauptsächlich vier Phasen: Eine Offline-Phase, eine Clusterbildungsphase, eine Kooperationsphase und eine Phase der Datensammlung. Während der Offline-Phase wird eine Energieanalyse durchgeführt, um den Radius jedes Ringes und den optimalen Cluster- Radius pro Ring zu berechnen. Die Clusterbildungsphase basiert auf einem Fuzzy-Logik-Ansatz für die Clusterkopf (CH)-Auswahl. Die Kooperationsphase zielt darauf ab, einen Zwischenknoten als einen Router zwischen verschiedenen CHs zu definieren. In der Datensammelphase wird die Übertragung von Datenpaketen von Sensorknoten zu ihren entsprechenden CHs als eine Intra-Cluster-Kommunikation definiert, während die Übertragung von Daten von einem CH zu einem anderen CH bis zum Erreichen der Basisstation als eine Inter-Cluster-Kommunikation definiert wird. Die Machbarkeit des entwickelten FEAUC wird durch die Ausarbeitung eines Vergleichs mit ausgewählten referenzierten ungleichen Clustering-Algorithmen unter Berücksichtigung verschiedener Parameter demonstriert, hauptsächlich des Energieverbrauchs, der Batterielebensdauer, der Zeit bis zum Abschalten des ersten Knotens (FND), der Zeit, in der die Hälfte der Knoten offline ist (HND) und der Zeit bis zum letzten Knoten stirbt (LND). Obwohl mit dem entwickelten FEAUC die Lebensdauer des Netzwerks erhöht warden soll, indem die große Last der CH-Aufgaben gleichmäßig auf die übrigen Knoten verteilt wird, stellt die Durchführung des Clustering-Prozesses in jeder Runde eine zusätzliche Belastung dar, die die verbleibende Energie erheblich entziehen kann. Aus diesem Grund wurde das auf FEAUC basierende Protokoll zu einem fehlerto-leranten Algorithmus (FEAUC-FT) weiterentwickelt. Er unterstützt die Fehlerto-leranz durch die Verwendung von Backup-CHs zur Vermeidung des Re-Clustering-Prozesses in bestimmten Runden oder durch den Aufbau weiterer Routing-Pfade im Falle eines Verbindungsausfalls zwischen verschiedenen CHs. Die Validierung des entwickelten FEAUC in realen Szenarien ist durchgeführt worden. Einige Sensorknoten, die mit Batterien betrieben werden, sind in einem kreisförmigen Bereich angeordnet und bilden Cluster. Leistungsbewertungen warden anhand realistischer Szenarien durchgeführt und für einen realen Einsatz unter Verwendung des drahtlosen Low-Power-Sensorknoten panStamp getestet. Zur Vervollständigung früherer Arbeiten wird als Schritt des Proof-of-Concept ein intelligentes Bewässerungssystem mit der Bezeichnung Air-IoT entworfen. Darüber hinaus wird eine IoT-basierte Echtzeit-Sensorknotenarchitektur zur Kontrolle derWassermenge in einigen eingesetzten Knoten eingeführt. Zu diesem Zweck wird ein mit der Cloud verbundenes drahtloses Netzwerk zur Überwachung der Bodenfeuchtigkeit und -temperatur gut konzipiert. Im Allgemeinen ist dieser Schritt unerlässlich, um den vorgeschlagenen ungleichen clusterbasierten Routing-Algorithmus in einem realen Demonstrator zu validieren und zu bewerten.Der vorgeschlagene Prototyp garantiert sowohl Echtzeit-Überwachung als auch zuverlässige und kostengünstige Übertragung zwischen jedem Knoten und der Basisstation.:1 Introduction 2 Theoretical background 3 State of the art of unequal cluster-based routing protocols 4 FEAUC: Fuzzy-based Energy-Aware Unequal Clustering 5 Experimental validation of the developed unequal clustering protocol 6 Real application to specific uses cases 7 Conclusions and future research directions

Die Stadtbiotopkartierung hat sich in Deutschland als die Methode zur Schaffung einer ökologischen Datenbasis für den urbanen Raum etabliert. Sie dient der Untersuchung naturschutzfachlicher Fragen, der Vertretung der Belange des Naturschutzes in zahlreichen räumlichen Planungsverfahren und ganz allgemein einer ökologisch orientierten Stadtplanung. Auf diese Weise kommen die Städte ihrem gesetzlichen Auftrag nach, Natur und Landschaft zu schützen, zu pflegen und zu entwickeln (§ 1 BNatSchG), den es explizit auch innerhalb der besiedelten Fläche zu erfüllen gilt. Ein Großteil der heute bestehenden 228 Stadtbiotoptypenkarten ist in der Etablierungsphase der Methode in den 80er Jahren entstanden und wurde häufig durch Landesmittel gefördert. Der Anteil der Städte, die jemals eine Aktualisierung durchgeführt haben, wird jedoch auf unter fünf Prozent geschätzt. Dies hängt vor allem mit dem hohen Kosten- und Zeitaufwand der Datenerhebung zusammen, die durch visuelle Interpretation von CIR-Luftbildern und durch Feldkartierungen erfolgt. Um die Aktualisierung von Stadtbiotoptypenkarten zu vereinfachen, wird in der vorliegenden Arbeit das Automatisierungspotenzial von Stadtbiotopkartierungen durch Nutzung von Fernerkundungsdaten untersucht. Der Kern der Arbeit besteht in der Entwicklung einer Methode, die einen wichtigen Arbeitsschritt der Stadtbiotopkartierung automatisiert durchführt: Die Erkennung des Biotoptyps von Biotopen. Darüber hinaus zeigt die Arbeit das Automatisierungspotenzial bei der flächenhaften Erhebung von quantitativen Parametern und Indikatoren zur ökologischen Bewertung von Stadtbiotopen auf. Durch die automatische Biotoptypenerkennung kann die Überprüfung und Aktualisierung einer Biotoptypenkarte in weiten Teilen der Stadt automatisiert erfolgen, wodurch der Zeitaufwand reduziert wird. Das entwickelte Verfahren kann in den bestehenden Ablauf der Stadtbiotopkartierung integriert werden, indem zunächst die Kartierung ausgewählter Biotoptypen automatisch erfolgt und die verbleibenden Flächen der Stadt durch visuelle Luftbildinterpretation und Feldbegehung überprüft und zugeordnet werden. Die thematische Einteilung der Biotoptypen orientiert sich im urbanen Raum in erster Linie an der anthropogenen Nutzung, da diese den dominierenden Faktor für die biologische Ausstattung der Biotope darstellt. Die entwickelte Methode eignet sich vor allem zur Erkennung von baulich geprägten Biotopen, da die Nutzung - und dadurch der Biotoptyp einer Fläche - durch eine automatische Analyse der Geoobjekte innerhalb der Biotopfläche ermittelt werden kann. Die Geoobjekte wiederum können durch eine Klassifizierung von multisensoralen Fernerkundungsdaten (hyperspektrale Flugzeugscannerdaten und digitale Oberflächenmodelle) identifiziert werden. Die Analyse der Geoobjekte und der urbanen Oberflächenarten innerhalb der Biotopfläche erfolgt anhand von räumlichen, morphologischen und quantitativen Merkmalen. Auf Basis dieser Merkmale wurden zwei Varianten eines automatischen Biotopklassifizierers entwickelt, die unter Verwendung von Fuzzy Logik und eines neu entwickelten, paarweise arbeitenden Maximum Likelihood Klassifizierers (pMLK) implementiert wurden. Für die bisher implementierten 10 Biotoptypen, die zusammen etwa die Hälfte des Stadtgebiets abdecken, wurde eine Erkennungsgenauigkeit von über 80 % ermittelt. Der pMLK wurde erfolgreich in zwei Städten (Berlin, Dresden) erprobt, wodurch seine Übertragbarkeit nachgewiesen werden konnte.

Ongoing development of modern society, based on consumption of goods and services, leads to the increase of compulsoriness of economic agents to face market requirements by increasing the degree of local and regional industrialization. Establishment of new economic activities generates negative pressures on the environment and surface waters, generating increased pollution, manifested by vulnerability of aquatic ecosystems to stressors. Preliminary studies carried out within the doctoral thesis entitled 'Research on the evolution, magnitude and complexity of the impact of economic activities on the East Jiu' include information on characteristic elements of the East Jiu River basin, in accordance with the Water Framework Directive 2000/60/CE. The objectives of the field research aimed to identify economic activities in the eastern Jiu Valley generating an impact on the environment (especially the mining industry, but also timber exploitation and processing, local agriculture, animal husbandry and waste storage), establishing a quarterly monitoring program of the river basin, identification of flora and fauna species and identification of areas vulnerable to potential pollution. Based on observations made in situ and on information obtained from the evolution process of the monitoring program, the appropriate methodologies for assessing physical-chemical and ecological quality of the water were selected. Study of the evolution of the impact generated by economic activities on the East Jiu was carried out by mathematical modelling, with finite volumes, of the East Jiu River basin and plotting of pollutant dispersion maps. The magnitude and complexity of impact generated by economic activities was studied by using a complex system based on fuzzy logic, designed based on interactions between natural and artificial systems, between physical-chemical indicators of water and ecosystem. The research carried out substantiates in development of necessary technical measures to reduce the impact generated by economic activities located in eastern Jiu Valley, without significantly changing the hydrodynamics of the river basin. Following research, during different research stages, methods, techniques and tools were designed and accomplished with the help of which, water and aquatic ecosystems’ quality can be assessed, as well as the impact generated by human activity on the Jiu River, at a given moment and/or continuously.:CONTENT ACKNOWLEDGEMENTS SUMMARY LIST OF FIGURES LIST OF TABLES ABBREVIATIONS INTRODUCTION PURPOSE OF THE THESIS AND RESEARCH METHODOLOGY CHAPTER 1 THE EAST JIUL RIVER HYDROGRAPHIC BASIN 1.1. Soil and subsoil of the Eastern part of Jiu Valley 1.2. Climate description of the Eastern part of Jiu Valley 1.3. Geology particularities of the Eastern part of Jiu Valley 1.4. Groundwater features of the Eastern part of Jiu Valley 1.5. Flora and fauna of the Eastern part of Jiu Valley CHAPTER 2 SOURCES OF IMPACT ON THE QUALITY OF WATER, RIPARIAN, TERRESTRIAL AND AQUATIC ECOSYSTEMS 2.1. Mining industry 2.2. Wood processing industry in the Eastern part of Jiu Valley 2.3. Urban agriculture and local animal husbandry 2.4. Inappropriate urban household waste storage CHAPTER 3 MONITORING PROGRAM AND METHODS OF EVALUATION OF THE QUALITY OF THE EAST JIUL RIVER 3.1. Establishment of monitoring (control) sections 3.2. Monitoring program of the East Jiu River basin 3.3. Sampling, transport and analysis of water samples 3.4. Methodology used to establish the water quality CHAPTER 4 QUALITY ASSESSMENT OF WATER IN THE EASTERN JIU HYDROGRAPHIC BASIN 4.1. Section 1 - Jieț River - upstream of household settlements (blank assay) 4.2. Section 2 - East Jiu River - in the area of Tirici village 4.3. Section 3 - Răscoala brook - before the confluence with East Jiu River 4.4. Section 4 - East Jiu River - after the confluence with the Răscoala brook 4.5. Section 5 - Taia River - upstream of the confluence with East Jiu River 4.6. Section 6 - East Jiu River - before the confluence with the Taia River 4.7. Section 7 - East Jiu River - after the confluence with the Taia River 4.8. Section 8 - Jiet River downstream of household settlements 4.9. Section 9 - East Jiu River - after the confluence with the Jieț River 4.10. Section 10 - East Jiu River - before the confluence with Banița River 4.11. Section 11 - Roşia River - upstream of household settlements 4.12. Section 12 - Bănița River - after the confluence with the Roșia River 4.13. Section 13 - East Jiu River - after the confluence with the Banița River 4.14. Section 14 - Maleia River - before the confluence with East Jiu River 4.15. Section 15 - Slătioara River - before the confluence with East Jiu River 4.16. Section 16 – East Jiu River - before the confluence with West Jiu River CHAPTER 5 INFLUENCES OF PHYSICAL-CHEMICAL FACTORS ON AQUATIC ICHTHYOFAUNA IN THE EAST JIU RIVER BASIN 5.1. Total suspended solids and aquatic ecosystems 5.2. Acidity or basicity reaction of surface watercourses 5.3. Aquatic ecosystem requirements for gas oversaturation 5.4. Nitrogenous compounds in watercourse 5.5. Phenols, aquatic ecosystems and water quality CHAPTER 6 ANALYSIS OF THE IMPACT GENERATED BY ECONOMIC ACTIVITIES IN THE EASTERN PART OF JIU VALLEY 6.1. Impact analysis of mining industry in the Eastern Part of Jiu Valley 6.2. The general impact of Eastern Jiu Valley dumps to water quality 6.3. Research on effective infiltration in the Eastern part of Jiu Valley 6.4. Research on groundwater quality in the Eastern part of Jiu Valley 6.5. Analysis of the impact generated by local micro-agriculture 6.6. Analysis of the impact generated by deforestation and wood processing 6.7. Analysis of the impact generated by non-compliant landfilling of waste CHAPTER 7 EVOLUTION OF THE IMPACT GENERATED BY ECONOMIC ACTIVITIES IN THE EASTERN JIU VALLEY 7.1. Analysis of the dynamic elements of the watercourse - RMA2 mode 7.2. Analysis of pollutants concentration evolution in the water course - RMA4 module 7.3. Computational field and composition of the energy model of the East Jiu River 7.4. Extension and evolution of the impact generated by economic activities on the East Jiu River 7.5. Extension and evolution of the impact caused by organic pollution of the East Jiu River CHAPTER 8 MAGNITUDE AND COMPLEXITY OF THE IMPACT GENERATED BY ECONOMIC ACTIVITIES IN THE EASTERN JIU VALLEY 8.1. Definition of input linguistic variables 8.2. Linguistic outputs of the fuzzy interference system 8.3. Defining the Black Box set of rules 8.4. Proficiency testing of complex systems based on fuzzy logic 8.5. While it is all about the wheel do not forget about the cube CONCLUSIONS AND PERSONAL CONTRIBUTIONS REFERENCES

Various applications of Wireless Sensor Networks (WSNs) require accurate localization of sensor nodes. The quantity and locations of anchor nodes, which serve as reference points for distance estimates, as well as the localization process itself, affect the localization accuracy. Furthermore, because numerous communications are sent between nodes for localization, energy consumption must be considered. This work presents an energy-aware and accurate localization method. It is based on a combined anchor deployment and energy-aware localization. The proper number and distribution of anchors have been investigated to achieve full network coverage and connectivity based on an efficient and heterogeneous hexagonal deployment. Later, energy-aware localization is performed in three stages: Initialization, signal acquisition, and anchor selection. The initialization step allows the network to be adaptable to sudden changes by establishing anchor connectivity and creating the neighbors' list. Meanwhile, the Received Signal Strength Indicator (RSSI) is used for distance measurements between nodes, with the implementation of a Kalman filter to reduce signal attenuation and noise. Later, the anchor selection is done using fuzzy logic with inference parameters: RSSI, node density, and residual energy. This step ensures that only operable anchors engage in localization, while anchors with inadequate energy sources remain intact to ensure their future availability.:1 Introduction 2 Theoretical background 3 Energy-aware outdoor deployment and localization 4 Proposed anchor deployment method 5 Proposed energy-aware localization method 6 Experimental validation of the proposed localization method / Verschiedene Anwendungen von drahtlosen Sensornetzwerken (WSNs) erfordern eine genaue Lokalisierung von Sensorknoten. Die Anzahl und Standorte der Ankerknoten, die als Referenzpunkte für Entfernungsschätzungen dienen, sowie der Lokalisierungsprozess selbst beeinflussen die Lokalisierungsgenauigkeit. Da für die Lokalisierung zahlreiche Nachrichten zwischen den Knoten gesendet werden, muss außerdem der Energieverbrauch berücksichtigt werden. In dieser Arbeit wird eine energiebewusste und genaue Lokalisierungsmethode vorgestellt. Sie basiert auf einer Kombination aus effizienter Ankerknotennutzung und energiebewusster Lokalisierung. Die richtige Anzahl und Verteilung von Ankern wurde untersucht, um eine vollständige Netzabdeckung und Konnektivität auf der Grundlage einer effizienten und heterogenen hexagonalen Verteilung zu erreichen. Später wird die energiebewusste Lokalisierung in drei Stufen durchgeführt: Initialisierung, Signalerfassung und Ankerauswahl. Der Initialisierungsschritt ermöglicht es dem Netzwerk, sich an plötzliche Veränderungen anzupassen, indem es die Verbindung zu den Ankern und die Liste der Nachbarn erstellt. Zunächst wird der Received Signal Strength Indicator (RSSI) für die Entfernungsmessung zwischen den Knoten verwendet, wobei ein Kalman-Filter implementiert wird, um Signalabschwächung und Rauschen zu reduzieren. Später erfolgt die Ankerauswahl mit Hilfe von Fuzzy-Logik und Inferenzparametern: RSSI, Knotendichte und Restenergie. Dieser Schritt stellt sicher, dass nur funktionsfähige Anker an der Lokalisierung teilnehmen, während Anker mit unzureichenden Energiequellen intakt bleiben, um ihre zukünftige Verfügbarkeit zu gewährleisten.:1 Introduction 2 Theoretical background 3 Energy-aware outdoor deployment and localization 4 Proposed anchor deployment method 5 Proposed energy-aware localization method 6 Experimental validation of the proposed localization method

Mechatronic Ski Bindings are the most promising technical solution to reduce knee injuries in alpine skiing. The key to a successful system is the algorithm controlling the bindings adaption of the retention values. A fuzzy controller has advantages compared to classical controllers due to missing information about injury mechanisms and the complex dynamics of the skier. We present a controller structure and test it using the injury case reported in the literature. / Mechatronische Skibindungen sind die vielversprechendste technische Lösung zur Reduzierung von Knieverletzungen im alpinen Skisport. Der Schlüssel zu einem erfolgreichen System ist der Algorithmus, der die Anpassung der Bindungen an die Haltewerte steuert. Ein Fuzzy-Regler hat Vorteile gegenüber klassischen Reglern, da Informationen über Verletzungsmechanismen und die komplexe Dynamik des Skifahrers fehlen. Wir stellen eine Reglerstruktur vor und testen sie anhand eines in der Literatur beschriebenen Verletzungsfalls.

The relationship between post-mortem state and changes of biological tissue impedance has been investigated to serve as a basis for developing an in-vitro measurement method for monitoring the freshness of meat. The main challenges thereby are the reproducible measurement of the impedance of biological tissues and the classification method of their type and state. In order to realize reproducible tissue bio-impedance measurements, a suitable sensor taking into account the anisotropy of the biological tissue has been developed. It consists of cylindrical penetrating multi electrodes realizing good contacts between electrodes and the tissue. Experimental measurements have been carried out with different tissues and for a long period of time in order to monitor the state degradation with time. Measured results have been evaluated by means of the modified Fricke-Cole-Cole model. Results are reproducible and correspond to the expected behavior due to aging. An appropriate method for feature extraction and classification has been proposed using model parameters as features as input for classification using neural networks and fuzzy logic. A Multilayer Perceptron neural network (MLP) has been proposed for muscle type computing and the age computing and respectively freshness state of the meat. The designed neural network is able to generalize and to correctly classify new testing data with a high performance index of recognition. It reaches successful results of test equal to 100% for 972 created inputs for each muscle. An investigation of the influence of noise on the classification algorithm shows, that the MLP neural network has the ability to correctly classify the noisy testing inputs especially when the parameter noise is less than 0.6%. The success of classification is 100% for the muscles Longissimus Dorsi (LD) of beef, Semi-Membraneous (SM) of beef and Longissimus Dorsi (LD) of veal and 92.3% for the muscle Rectus Abdominis (RA) of veal. Fuzzy logic provides a successful alternative for easy classification. Using the Gaussian membership functions for the muscle type detection and trapezoidal member function for the classifiers related to the freshness detection, fuzzy logic realized an easy method of classification and generalizes correctly the inputs to the corresponding classes with a high level of recognition equal to 100% for meat type detection and with high accuracy for freshness computing equal to 84.62% for the muscle LD beef, 92.31 % for the muscle RA beef, 100 % for the muscle SM veal and 61.54% for the muscle LD veal. / Auf der Basis von Impedanzspektroskopie wurde ein neuartiges in-vitro-Messverfahren zur Überwachung der Frische von biologischem Gewebe entwickelt. Die wichtigsten Herausforderungen stellen dabei die Reproduzierbarkeit der Impedanzmessung und die Klassifizierung der Gewebeart sowie dessen Zustands dar. Für die Reproduzierbarkeit von Impedanzmessungen an biologischen Geweben, wurde ein zylindrischer Multielektrodensensor realisiert, der die 2D-Anisotropie des Gewebes berücksichtigt und einen guten Kontakt zum Gewebe realisiert. Experimentelle Untersuchungen wurden an verschiedenen Geweben über einen längeren Zeitraum durchgeführt und mittels eines modifizierten Fricke-Cole-Cole-Modells analysiert. Die Ergebnisse sind reproduzierbar und entsprechen dem physikalisch-basierten erwarteten Verhalten. Als Merkmale für die Klassifikation wurden die Modellparameter genutzt.