Die vorliegende Arbeit untersucht das sogenannte logische Allwissenheitsproblem' (Logical Omniscience Problem) der epistemischen Logik und schlägt einen neuen Ansatz zur Lösung des Problems vor. Die epistemische Logik, die ursprünglich als eine Teildisziplin der philosophischen Logik entwickelt wurde, findet heute Anwendung in so unterschiedlichen Gebieten wie Philosophie, Sprachwissenschaft, Wirtschaftswissenschaft und Informatik. In der Informatik und der Künstlichen Intelligenz ist die epistemische Logik einer der Hauptformalismen zur Wissensrepräsentation und zur Spezifikation von Multiagentensystemen geworden. Allerdings ist es eine sehr umstrittene Frage, ob die epistemische Logik für diese Anwendungen geeignet ist. Kritiker behaupten, daß die epistemische Logik die Begriffe des Wissens und des Glaubens nicht adäquat erfassen kann und folglich für die Repräsentation von Wissen ungeeignet ist. Ihre Behauptung gründet sich auf der Tatsache, daß die meisten Systeme der epistemischen Logik sehr starke Idealisierungen hinsichtlich der logischen Fähigkeiten der epistemischen Subjekte (englisch: agents) machen. Es wird z. B. angenommen, daß die epistemischen Subjekte alle logischen Wahrheiten kennen, oder daß sie alle logischen Konsequenzen einer Aussage kennen, wenn sie diese Aussage glauben. Dieses Problem is als das logische Allwissenheitsproblem' (Logical Omniscience Problem) bekannt. Es gibt in der Literatur eine Reihe von Ansätzen, dieses Problem zu lösen. Fast alle vorgeschlagenen Lösungen verfolgen die Strategie, schwächere modale Systeme zu betrachten. Ich werde zeigen, daß diese Lösungen unbefriedigend sind: in dieser Weise kann logische Allwissenheit vermieden werden, aber viele Intuitionen über die Begriffe Glauben und Wissen gehen verloren. Also können auch die schwächeren epistemischen Systeme die genannten Begriffe nicht adäquat erfassen. Ein anderer Lösungsansatz wird vorgeschlagen. Ich werde argumentieren, daß sich die Hauptprobleme der epistemischen Logik in einem statischen Rahmen nicht lösen lassen. Um diese Probleme zu lösen, müssen wir auch die Denkaktivitäten der epistemischen Subjekte in Betracht ziehen. Zur Modellierung von Wissen (und Glauben) brauchen wir eine dynamische epistemische Logik. Ich werde zeigen, daß Axiome der epistemischen Logik die folgende Form haben muß: wenn alle Prämissen einer gültigen Schlußregel gewußt (geglaubt) werden und wenn das Subjekt die notwendige Folgerung vollzieht, dann weißt (glaubt) es auch die Konklusion. Um diese Idee zu formalisieren, schlage ich vor, die epistemische Logik zu d.h., eine dynamische Komponente in die Sprache einzuführen. An einem Beispiel wird erläutert, wie die Dynamisierung' der epistemischen Logik realisiert werden kann.

In this thesis a Simulator of the Immune System (IS) is developed. The implemented models of the IS refines and extends models of existing Artificial IS. / In der Arbeit wird der Prototyp eines Immunsystem-Simulators erstellt, der die vorhandenen Modelle Künstlicher Immunsystem verfeinert und die Untersuchung der Einflüsse verschiedener Parameter erlaubt.

Entwicklung und Validierung eines Messverfahrens zur Bestimmung der Geruchsausbreitung im bodennahen Bereich, Entwicklung einer künstlichen Nase, Nutzung von künstlich-neuronalen Netze (Kohonen- und MLP-Netze), Ausbreitungsrechnung beruhend auf ein Erweitertes Zellenmodell mit Platzwechselwahrscheinlichkeit (EZEMP), Gauß-Modelle sowie durch das CFD-Programm FLUENT, Beispielrechnungen für realitätsnahe Ausbreitungen in der Atmosphäre und Nachrechnungen von Untersuchungen an einem Versuchsstand, Beschreibung eines Messverfahrens

Heutige Systeme für die Fertigungssteuerung müssen viele unterschiedliche Problemstellungen lösen. Vor allem die Komplexität der Anforderungen sowie die unterschiedlichen Interessen am Ablaufplan, wie hohe Termintreue, kurze Durchlaufzeiten und geringe Produktionskosten, gilt es zu beachten. Erschwert wird dies durch kurze Planungsfristen und hohe Flexibilitätsanforderungen. Komplexe Problemstellungen werden in der künstlichen Intelligenz unter anderem durch den Einsatz von Multiagentensystemen gelöst. Ein solches System zeichnet sich durch eine hohe Flexibilität sowie schnelle Reaktion auch auf unbekannte und nicht spezifizierte Ereignisse aus. Im Rahmen dieser Arbeit werden beide Forschungsgebiete miteinander verknüpft und so der Ansatz des agentenbasierten Fertigungsmanagements verfolgt. Der Schwerpunkt wird dabei auf die Ablaufplanung mit Anwendung auf produzierende Unternehmen gelegt. Vorgestellt wird ein Konzept, das auf Basis der Multiagenten-Technologie neue Aufträge möglichst schnell einplant und das eine Reparatur zur Herstellung der Konsistenz des Planes binnen Sekunden durchführt. Weiterhin findet die Vorstellung einer Planoptimierung statt, welche die vom Bediener spezifizierten Optimalitätsbedingungen umsetzt. Alle diese Verfahren laufen dezentral durch die Agenten ab und werden nur grob durch einen speziellen Agenten gesteuert. Grundlage des Systems ist ein Bewertungssystem, das den Plan anhand verschiedener Kriterien beurteilt. Zur Überprüfung der Funktion des erarbeiteten Konzeptes wurde ein Prototyp implementiert und anschließend analysiert. Trotz der Anwendung auf die Fertigungssteuerung sind alle Ansätze allgemein gehalten und können somit auch auf andere Bereiche, in denen eine Planung erforderlich ist, angewendet werden.

Der vorliegende Band der Informatikberichte ist dem wissenschaftlichen Lebenswerk von Prof. Werner Dilger gewidmet. Seit Oktober 1993 hat er an der Fakultät für Informatik der TU Chemnitz hervorragende Arbeit in Forschung und Lehre geleistet. Dank der Mitarbeit zahlreicher Autoren beleuchtet der vorliegende Band eine große Vielfalt unterschiedlicher Aspekte der Künstlichen Intelligenz.

Managed aquifer recharge (MAR) is widely applied for sustainable groundwater management. Despite its apparent simplicity, the evaluation of MAR schemes can be challenging especially with regard to feasibility assessment, planning but also operation. The absence of proper evaluation methods hinders the optimal operational management, reduces the level of public trust and raises questions about the impact of MAR on the affected ecosystem. The development of appropriate tools could help water utilities to maximize the use of groundwater while satisfying physical, financial, and sustainability constraints. As overall objective, the application of new and advanced tools can increase the understanding of the underlying processes and in that way increase the confidence in MAR and foster the successful implementation of MAR schemes. The thesis consists of three main parts which objectives are to: 1) understand the role of modelling in MAR and identify information gaps by a review of available modelling studies; 2) increase the availability of efficient database and analytical tools including their development and web-based implementation; and 3) improve and contribute to new advances in numerical modelling of MAR. A survey of conducted modelling studies, mainly based on numerical methods, revealed that groundwater flow models are most frequently applied to assess MAR schemes. Modelling objectives comprise the planning and optimization of the design and operation of a MAR facility as well as its impact on the groundwater system. Simulations help to assess the achievable recovery efficiency and occurring geochemical processes to minimize the risk of failure of a planned facility, also with regard to long-term impacts. Furthermore, site-selection and the influence of MAR on seawater intrusion are frequently analysed by modelling. The literature review served as a basis for the MAR model selection tool which enables, dependent on objectives, methods and model types, to extract suitable models and case studies. Based on analytical equations to determine groundwater mounding, saltwater intrusion or the pumping-induced river drawdown, further tools were developed and compiled on a web-based platform for easy access and utilization. The web-based applications can be used as screening tools to assess MAR-related issues. For a more detailed analysis, numerical models represent useful instruments to analyse MAR schemes on various scales. On regional scale, the feasibility of MAR implementation at proposed locations is often a challenging question due to the lack of detailed knowledge of the local groundwater system and its response to MAR. Consequently, an approach combining numerical groundwater flow modelling and GIS-based multi-criteria decision-analysis (MCDA) was formulated and subsequently tested for the city centre of Hanoi, Vietnam. The results indicate that MAR could help to reduce the local overexploitation of groundwater and stop land subsidence. For existing MAR schemes on local scale, the residence time in the subsurface is a critical parameter determining e.g. the removal of pathogens. As the influence of viscosity on the seasonal residence time is not fully clear, a numerical groundwater flow and heat transport model was set up for a MAR scheme in Berlin, Germany to evaluate the seasonal impact of viscosity. The results suggest that the consideration of viscosity in the numerical modelling scheme has an influence on the subsurface travel time and results in shorter residence times. At point scale, clogging represents a critical issue with regard to the long-term viability of a MAR scheme which is frequently neglected in numerical models. The numerical unsaturated flow model HYDRUS-1D/2D was enhanced to enable the simulation of time-variable hydraulic conductivities as an approximation of clogging. With the help of the time-variable scaling factor in combination with the reservoir boundary condition, the increasing water head in the laboratory aquifer well and infiltration basin due to clogging was reproduced. The presented tools and numerical modelling approaches are useful to assess a wide range of MAR-specific issues, to manage the risks associated with implementation and operation and improve the overall performance and reliability of MAR schemes. Through the application of suitable data-based, analytical and numerical tools, the thesis contributes to the perception of MAR as a suitable and reliable technique for water resource management.:1 INTRODUCTION 1 2 ASSESSMENT OF MANAGED AQUIFER RECHARGE THROUGH MODELLING 11 3 WEB-BASED EMPIRICAL AND ANALYTICAL TOOLS FOR INITIAL MAR-RELATED ASSESSMENT 29 4 MANAGED AQUIFER RECHARGE FEASIBILITY ASSESSMENT USING GIS-BASED SUITABILITY MAPPING AND NUMERICAL MODELLING 53 5 INFLUENCE OF VISCOSITY ON THE SEASONAL RESIDENCE TIME DURING MAR OPERATION 73 6 SIMULATION OF HYDRAULIC CONDUCTIVITY CHANGES OVER TIME DURING MAR OPERATION 91 7 SCIENTIFIC IMPLICATIONS AND RESEARCH PERSPECTIVES...113 Bibliography 117 A Appendix 143 / Grundwasseranreicherung (engl. Managed Aquifer Reharge, MAR) wird oftmals für ein nachhaltiges Grundwassermanagement eingesetzt. Trotz der scheinbaren Einfachheit von MAR, kann die Bewertung insbesondere in Bezug auf Machbarkeitsstudien, Planung, aber auch Betrieb herausfordernd sein. Das Fehlen geeigneter Bewertungsmethoden hindert ein optimales Betriebsmanagement, reduziert das Vertrauen der Öffentlichkeit und wirft Fragen über die Auswirkungen von MAR auf das betroffene Ökosystem auf. Die Entwicklung geeigneter Instrumente könnte daher Wasserversorgern helfen, die Nutzung des Grundwassers zu maximieren und gleichzeitig physische, finanzielle und nachhaltige Bedingungen einzuhalten. Als übergeordnetes Ziel kann die Anwendung neuer und fortschrittlicher Instrumente das Verständnis für die zugrunde liegenden Prozesse verbessern und so das Vertrauen in MAR stärken und die erfolgreiche Umsetzung von MAR-Anlagen fördern. Die Arbeit besteht aus drei Hauptteilen, deren Ziele es sind: 1) die Rolle der Modellierung von MAR zu verstehen und Informationslücken durch eine Überprüfung der verfügbaren Modellierungsstudien zu identifizieren; 2) die Verfügbarkeit effizienter datenbankbasierter und analytischer Instrumente einschließlich ihrer Entwicklung und webbasierten Implementierung zu erhöhen; und 3) mit Hilfe von neuen Fortschritten die numerische Modellierung von MAR-Anlagen zu verbessern und zu unterstützen. Eine Literaturrecherche bereits durchgeführter Modellierungsstudien, die vor allem auf numerischen Modellen beruhen, ergab, dass Grundwasserströmungsmodelle am häufigsten zur Beurteilung von MAR-Anlagen eingesetzt werden. Die Modellierungsziele umfassen die Planung und Optimierung des Aufbaus und des Betriebs einer MAR-Anlage sowie deren Auswirkungen auf das Grundwassersystem. Simulationen helfen, die erreichbare Rückgewinnungseffizienz und die auftretenden geochemischen Prozesse zu beurteilen, um das Ausfallrisiko einer geplanten Anlage auch im Hinblick auf langfristige Auswirkungen zu minimieren. Darüber hinaus wird die Standortauswahl und der Einfluss von MAR auf das Eindringen von Meerwasser häufig durch Modellierung analysiert. Die Literaturrecherche diente als Grundlage für das MAR-Modellauswahl-Tool, bei dem in Abhängigkeit von Zielen, Methoden und Modelltypen geeignete Modelle und Fallstudien extrahiert werden können. Weitere Werkzeuge, die auf analytischen Gleichungen zur Bestimmung von Grundwasseraufwölbung, Salzwasserintrusion oder der pumpinduzierten Durchflussreduzierung im Fließgewässer basieren, wurden entwickelt und auf der webbasierten INOWAS-Plattform für einen einfachen Zugang und Nutzung zusammengestellt. Die webbasierten Anwendungen können als Screening-Instrumente zur Beurteilung von MAR-bezogenen Problemen eingesetzt werden. Für eine detailliertere Analyse stellen numerische Modelle nützliche Instrumente zur Analyse von MAR-Anlagen auf verschiedenen Skalen dar. Auf regionaler Ebene ist die Machbarkeit der Umsetzung von MAR an den vorgeschlagenen Standorten oft eine schwierige Frage, da das lokale Grundwassersystem und seine Reaktion auf die Anwendung von MAR nicht hinreichend bekannt sind. Dazu wurde ein Ansatz entwickelt, der numerische Grundwasserströmungsmodellierung und GIS-basierte multikriterielle Entscheidungsanalyse (MCDA) kombiniert, um die Machbarkeit und mögliche Auswirkungen der MAR-Implementierung zu bewerten. Der kombinierte Ansatz wurde im Stadtzentrum von Hanoi, Vietnam, getestet, wo die Ergebnisse darauf hindeuten, dass MAR dazu beitragen könnte, die lokale Übernutzung zu reduzieren und die Bodensenkung zu stoppen. Auf lokaler Ebene bei bestehenden MAR-Systemen ist die Verweilzeit im Untergrund ein kritischer Parameter, der z.B. die Entfernung von Krankheitserregern bestimmt. Da der Einfluss von Viskosität auf die saisonale Verweildauer nicht eindeutig ist, wurde für eine MAR-Anlage in Berlin ein numerisches Grundwasserströmungs- und Wärmetransportmodell erstellt, um die saisonalen Auswirkungen des Prozesses zu bewerten. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass Viskosität einen Einfluss auf die unterirdische Verweilzeit hat und zu einer Verkürzung der Aufenthaltszeiten führt. Auf kleiner Skala stellt die Kolmatierung ein wichtiges Thema dar, das den Erfolg eines MAR-Systems erheblich bestimmt, jedoch in numerischen Modellen häufig vernachlässigt wird. Das numerische ungesättigte Strömungsmodell HYDRUS-1D/2D wurde erweitert, um die Simulation von zeitlich variablen hydraulischen Leitfähigkeiten als vereinfachte Näherung von Kolmatierung zu ermöglichen. Mit Hilfe des zeitlich variablen Skalierungsfaktors in Kombination mit der Speicherrandbedingung konnte der im Labor gemessene, durch Kolmatierung verursachte, ansteigende Wasserspiegel im Brunnen und Infiltrationsbecken reproduziert werden. Die vorgestellten Werkzeuge und numerischen Modellierungsansätze sind nützlich, um eine breite Palette von MAR-spezifischen Fragen zu bewerten, um die mit der Implementierung und dem Betrieb verbundenen Risiken zu managen und die Gesamtleistung und Zuverlässigkeit von MAR-Anlagen zu verbessern. Durch den Einsatz geeigneter empirischer, analytischer und numerischer Werkzeuge trägt die Arbeit dazu bei, dass MAR als eine geeignete und zuverlässige Technik für das Wasserressourcenmanagement angesehen wird.:1 INTRODUCTION 1 2 ASSESSMENT OF MANAGED AQUIFER RECHARGE THROUGH MODELLING 11 3 WEB-BASED EMPIRICAL AND ANALYTICAL TOOLS FOR INITIAL MAR-RELATED ASSESSMENT 29 4 MANAGED AQUIFER RECHARGE FEASIBILITY ASSESSMENT USING GIS-BASED SUITABILITY MAPPING AND NUMERICAL MODELLING 53 5 INFLUENCE OF VISCOSITY ON THE SEASONAL RESIDENCE TIME DURING MAR OPERATION 73 6 SIMULATION OF HYDRAULIC CONDUCTIVITY CHANGES OVER TIME DURING MAR OPERATION 91 7 SCIENTIFIC IMPLICATIONS AND RESEARCH PERSPECTIVES...113 Bibliography 117 A Appendix 143

Aus der Einführung: "Stehen wir am Rande einer bio-nanotechnologischen getriebenen Revolution, die unsere Art zu leben, zu arbeiten und miteinander umzugehen grundlegend verändern wird? Welchem gesellschaftspolitischen, wirtschaftlichen und technologischen Wandel haben wir uns zu stellen? Langfristige Entwicklungszyklen (Kondratieff, Schumpeter) führen zur nachhaltigen Weiterentwicklung der Zivilisation. Mittelfristige Entwicklungen wie die Trends Globalisierung, Urbanisierung, Digitalisierung (Miniaturisierung) und Humanisierung (Individualisierung), die immer stärker unser Umfeld und Handeln beeinflussen führen zu ganzheitlichen, weltumspannenden Grundtendenzen der gesellschaftlichen Weiterentwicklung. Die technologischen "Enabler" Computing, Biotechnology, Artifical Intelligence, Robotik, Nanotechnology, Additive Manufacturing und Design Thinking wirken beschleunigend auf die gesellschaftlichen Entwicklungen ein. Die technologischen Möglichkeiten beschleunigen sowohl gesellschaftspolitische Zyklen und zivilisatorische Anpassungen. Durch rasanten technologischen, wissenschaftlichen Fortschritt, zunehmende Globalisierungswirkungen, beschleunigte Urbanisierung und aber auch politischer Interferenzen sind die Veränderungsparameter eines dynamischen Geschäftsumfelds immer schnellere Transformationen ausgesetzt. Alle diese Richtungen zeigen das unsere gesellschaftliche Entwicklung inzwischen stark durch die Technik getrieben ist. Ob dies auch heißt, dass wir den Punkt der Singularität (Kurzweil) absehbar erreichen ist dennoch noch offen. ..."

Im Unterschied zu traditionellen Methodologien in der Künstlichen Intelligenz wird das Sehen im Rahmen des neuen Paradigmas 'Aktives Sehen' im Verhaltenskontext des Systems untersucht. Aktive Sehsysteme (ASS) weisen Merkmale auf, die der Biologie entstammen (Binokularität, Foveae, Blickkontrolle mit hoher Geschwindigkeit). Dieser Bericht analysiert Berechnungsstrategien der visuomotorischen Kontrolle, die von biologischen Sehsystemen verwendet werden, um sie für künstliche ASS nutzbar zu machen. Neurale Karten, Populationskodierung und Informationsverarbeitung in geschichteten Strukturen werden als universelle Prinzipien analoger neuraler Berechnungen gekennzeichnet, die auch der Blickkontrolle zugrunde liegen. Auf der Basis dieser Prinzipien schlagen wir ein Modell vor, das kartierte neurale Felder verwendet, um die raum-zeitliche Dynamik in der Motorkarte des Colliculus superior der Säugetiere darzustellen, eines sensomotorischen Transformationszentrums im Mittelhirn, das entscheidend an der Blickkontrolle beteiligt ist.

Videoaufnahmen aus den vergangenen Jahrzehnten stellen kulturelles Erbe dar. Diese sind jedoch nach heutigen Sehgewohnheiten nicht ohne große Einschränkungen für die Wiederausstrahlung geeignet. Das liegt zum einen an längst vergangenen Standards der Videoaufzeichnung, aber zum anderen auch in großem Maße an unkontrolliert gealterten Speichermedien durch inadäquate Aufbewahrung. Oftmals war es lokalen Fernsehsendern technisch nicht möglich ihre Archivbestände unter optimalen klimatischen Bedingungen langlebig zu lagern. Videoarchivdaten nach der Digitalisierung für die Einbindung in heutige Produktionen manuell zu durchsuchen und entsprechend aufzubereiten, ist ein zeitaufwändiger Prozess, den lokale TV-Sender nicht bewältigen können. In unserem Beitrag möchten wir neuartige Methoden der automatisierten Aufbereitung von archivierten VHS-Digitalisaten für die Wiederausstrahlung vorstellen. Dazu zählen vor allem Verfahren zu den Schwerpunkten der Korrektur von Falschfarben (Recoloring) und zur Steigerung der Auflösung von ehemals PAL zu Full-HD und Ultra-HD (Super-Resolution). Zum Einsatz kommen dabei künstliche neuronale Netze, die anders als klassische Verfahren der Bildverarbeitung, semantische Bildkomponenten erfassen und bei der Bearbeitung berücksichtigen können. Mitunter können so deutliche Qualitätsverbesserungen erzielt werden. In unserem Beitrag möchten wir auf Chancen und aktuelle Beschränkungen dieser Technologien eingehen und anhand von digitalisierten Videoarchivdaten deren Funktionsweise demonstrieren.

The fields of biologically inspired artificial intelligence, neuroscience, and psychology have had exciting influences on each other over the past decades. Especially recently, with the increased popularity and success of artificial neural networks (ANNs), ANNs have enjoyed frequent use as models for brain function. However, there are still many disparities between the implementation, algorithms, and learning environment used for deep learning and those employed by the brain, which is reflected in their differing abilities. I first briefly introduce ANNs and survey the differences and similarities between them and the brain. I then make a case for designing the learning environment of ANNs to be more similar to that in which brains learn, namely by allowing them to actively interact with the world and decreasing the amount of external supervision. To implement this sensorimotor learning in an artificial agent, I use deep reinforcement learning, which I will also briefly introduce and compare to learning in the brain. In the research presented in this dissertation, I focus on testing the hypothesis that the learning environment matters and that learning in an embodied way leads to acquiring different representations of the world. We first tested this on human subjects, comparing spatial knowledge acquisition in virtual reality to learning from an interactive map. The corresponding two publications are complemented by a methods paper describing eye tracking in virtual reality as a helpful tool in this type of research. After demonstrating that subjects do indeed learn different spatial knowledge in the two conditions, we test whether this transfers to artificial agents. Two further publications show that an ANN learning through interaction learns significantly different representations of the sensory input than ANNs that learn without interaction. We also demonstrate that through end-to-end sensorimotor learning, an ANN can learn visually-guided motor control and navigation behavior in a complex 3D maze environment without any external supervision using curiosity as an intrinsic reward signal. The learned representations are sparse, encode meaningful, action-oriented information about the environment, and can perform few-shot object recognition despite not knowing any labeled data beforehand. Overall, I make a case for increasing the realism of the computational tasks ANNs need to solve (largely self-supervised, sensorimotor learning) to improve some of their shortcomings and make them better models of the brain.