Background: Great strides have been made in combating malaria, however, the indicators in sub Saharan Africa still do not show promise for elimination in the near future as malaria infections still result in high morbidity and mortality among children. The abundance of the malaria-transmitting mosquito vectors in these regions are driven by climate suitability. In order to achieve malaria elimination by 2030, strengthening of surveillance systems have been advocated. Based on malaria surveillance and climate monitoring, forecasting models may be developed for early warnings. Therefore, in this thesis, we strived to illustrate the use malaria surveillance and climate data for policy and decision making by assessing the association between weather variability (from ground and remote sensing sources) and malaria mortality, and by building malaria admission forecasting models. We further propose an economic framework for integrating forecasts into operational surveillance system for evidence based decisionmaking and resource allocation.  Methods: The studies were based in Asembo, Gem and Karemo areas of the KEMRI/CDC Health and Demographic Surveillance System in Western Kenya. Lagged association of rainfall and temperature with malaria mortality was modeled using general additive models, while distributed lag non-linear models were used to explore relationship between remote sensing variables, land surface temperature(LST), normalized difference vegetation index(NDVI) and rainfall on weekly malaria mortality. General additive models, with and without boosting, were used to develop malaria admissions forecasting models for lead times one to three months. We developed a framework for incorporating forecast output into economic evaluation of response strategies at different lead times including uncertainties. The forecast output could either be an alert based on a threshold, or absolute predicted cases. In both situations, interventions at each lead time could be evaluated by the derived net benefit function and uncertainty incorporated by simulation.  Results: We found that the environmental factors correlated with malaria mortality with varying latencies. In the first paper, where we used ground weather data, the effect of mean temperature was significant from lag of 9 weeks, with risks higher for mean temperatures above 250C. The effect of cumulative precipitation was delayed and began from 5 weeks. Weekly total rainfall of more than 120 mm resulted in increased risk for mortality. In the second paper, using remotely sensed data, the effect of precipitation was consistent in the three areas, with increasing effect with weekly total rainfall of over 40 mm, and then declined at 80 mm of weekly rainfall. NDVI below 0.4 increased the risk of malaria mortality, while day LST above 350C increased the risk of malaria mortality with shorter lags for high LST weeks. The lag effect of precipitation was more delayed for precipitation values below 20 mm starting at week 5 while shorter lag effect for higher precipitation weeks. The effect of higher NDVI values above 0.4 were more delayed and protective while shorter lag effect for NDVI below 0.4. For all the lead times, in the malaria admissions forecasting modelling in the third paper, the boosted regression models provided better prediction accuracy. The economic framework in the fourth paper presented a probability function of the net benefit of response measures, where the best response at particular lead time corresponded to the one with the highest probability, and absolute value, of a net benefit surplus.  Conclusion: We have shown that lagged relationship between environmental variables and malaria health outcomes follow the expected biological mechanism, where presentation of cases follow the onset of specific weather conditions and climate variability. This relationship guided the development of predictive models showcased with the malaria admissions model. Further, we developed an economic framework connecting the forecasts to response measures in situations with considerable uncertainties. Thus, the thesis work has contributed to several important components of early warning systems including risk assessment; utilizing surveillance data for prediction; and a method to identifying cost-effective response strategies. We recommend economic evaluation becomes standard in implementation of early warning system to guide long-term sustainability of such health protection programs.

The urban heat island (UHI) is a phenomenon of noticeably higher temperatures in the cities as compared to their respective surrounding areas. This thesis aims at characterizing the influence of city expansion to the urban heat island phenomenon. The study is carried out in a city of Caceres in the Spanish province of the same name. A model input data is obtained with Landsat multispectral images. The analysis of satellite images shows that functional vegetation cover and water surfaces help in mitigating urban heat island effect. However, the Caceres city expansion does not influence the urban heat island intensity. A possible explanation for it is as the city expanded the ratio of vegetation to dry land remains constant in time.

<div><br></div><div>Extreme heat is one of the deadliest health hazards that is projected to increase in intensity and persistence in the near future. Temperatures are further exacerbated in the urban areas due to the Urban Heat Island (UHI) effect resulting in increased heat-related mortality and morbidity. However, the spatial distribution of urban temperatures is highly heterogeneous. As a result, metrics such as UHI Intensity that quantify the difference between the average urban and non-urban air temperatures, often fail to characterize this spatial and temporal heterogeneity. My objective in this thesis is to understand and characterize the spatio-temporal dynamics of UHI for cities across the world. This has several applications, such as targeted heat mitigation, energy load estimation, and neighborhood-level vulnerability estimation.</div><div><br></div><div>Towards this end, I have developed a novel multi-scale framework of identifying emerging heat clusters at various percentile-based thermal thresholds T_thr and refer to them collectively as <i>intra-Urban Heat Islets</i>. Using the Land Surface Temperatures from Landsat for 78 cities representative of the global diversity, I have showed that the heat islets have a fractal spatial structure. They display properties analogous to that of a percolating system as T_thr varies. At the percolation threshold, the size distribution of these islets in all cities follows a power-law, with a scaling exponent = 1.88 and an aggregated Area-Perimeter Fractal Dimension =1.33. This commonality indicates that despite the diversity in urban form and function across the world, the urban temperature patterns are different realizations with the same aggregated statistical properties. In addition, analogous to the UHI Intensity, the mean islet intensity, i.e., the difference between mean islet temperature and thermal threshold, is estimated for each islet, and their distribution follows an exponential curve. This allows for a single metric (exponential rate parameter) to serve as a comprehensive measure of thermal heterogeneity and improve upon the traditional UHI Intensity as a bulk metric.</div><div><br></div><div><br></div><div>To study the impact of urban form on the heat islet characteristics, I have introduced a novel lacunarity-based metric, which quantifies the degree of compactness of the heat islets. I have shown that while the UHIs have similar fractal structure at their respective percolation threshold, differences across cities emerge when we shift the focus to the hottest islets (T_thr = 90^th percentile). Analysis of heat islets' size distribution demonstrates the emergence of two classes where the dense cities maintain a power law, whereas the sprawling cities show an exponential deviation at higher thresholds. This indicates a significantly reduced probability of encountering large heat islets for sprawling cities. In contrast, analysis of heat islet intensity distributions indicates that while a sprawling configuration is favorable for reducing the mean Surface UHI Intensity of a city, for the same mean, it also results in higher local thermal extremes. </div><div><br></div><div>Lastly, I have examined the impact of external forcings such as heatwaves (HW) on the heat islet characteristics. As a case study, the European heatwave of 2018 is simulated using the Weather Research Forecast model with a focus on Paris. My results indicate that the UHI Intensity under this HW reduces during night time by 1^oC on average. A surface energy budget analysis reveals that this is due to drier and hotter rural background temperatures during the HW period.</div><div>To analyze the response of heat islets at every spatial scale, power spectral density analysis is done. The results show that large contiguous heat islets (city-scale) persist throughout the day during a HW, whereas the smaller islets (neighborhood-scale) display a diurnal variability that is the same as non-HW conditions. </div><div><br></div><div>In conclusion, I have presented a new viewpoint of the UHI as an archipelago of intra-urban heat islets. Along the way, I have introduced several properties that enable a seamless comparison of thermal heterogeneity across diverse cities as well as under diverse climatic conditions. This thesis is a step towards a comprehensive characterization of heat from the spatial scales of an urban block to a megalopolis.</div><div><br></div>

In dieser Arbeit wird ein Gesamtmodell nach der Methodik des Building Information Modeling (BIM) erstellt, um einige praktische Fragestellungen bei der Integration von Planungsdaten der Leit- und Sicherungstechnik (LST) in dieses Modell zu untersuchen. Hierbei wird der Datenaustausch zwischen ProSig 7 als Planungswerkzeug für die LST und KorFin als BIM-Software über die Schnittstelle „PlanPro“ realisiert. Anhand zweier Anwendungsfälle (LST-fachliche Änderung und Änderung der Trassierung) wird ein Workflow zum Datenaustausch zwischen beiden Softwaresystemen aufgestellt. Die vorhandenen Planungsdaten müssen für die Integration ins BIM-Modell mit einer 3D-Repräsentation versehen werden. Hierfür wird ein Konzept zum automatisierten Zusammenbau von Haupt- und Vorsignalen des Signalsystems Ks aus einzelnen Bauteilen anhand der PlanPro-Daten entwickelt. Mit PlanPro existiert neben den Gleisnetzdaten (GND) eine weitere Quelle, aus der eine Trassierung ins BIM-Gesamtmodell importiert werden kann. Es werden eventuelle Unterschiede in der Gleislage in Abhängigkeit von der Datenquelle und der verwendeten Software untersucht. Dabei zeigen sich signifikante Abweichungen in der Konstruktion der Übergangsbögen zwischen KorFin und ProSig und notwendige Anpassungen bei Ableitung der Gradiente aus PlanPro-Daten im Vergleich zur Nutzung der GND. Abschließend wird auf das neue Datenhaltungssystem AVANI eingegangen und beleuchtet, inwiefern eine Integration der Speicherung der erzeugten Daten über verschiedene Betrachtungsebenen hinweg (PlanPro, BIM und AVANI) sinnvoll wäre.:Aufgabenstellung Autorenreferat Abstract Thesen zur wissenschaftlichen Arbeit Inhaltsverzeichnis 1 Motivation und Zielstellung 2 Grundlagen 2.1 Building Information Modeling 2.2 Geoinformationssysteme 2.3 Gleisnetzdaten 2.4 PlanPro 2.5 Software 2.5.1 KorFin Model und KorFin 2.5.2 ProSig 2.5.3 QGIS 3 Erstellung des Bestandsmodells 3.1 Geodaten Sachsens 3.2 Eisenbahnspezifische Daten 3.2.1 Bf Mosel 3.2.2 Bf P-Hausen 3.2.3 Warum P-Hausen? 3.2.4 Import in KorFin 3.3 Versionsverwaltung mit Git 4 Praktische Untersuchungsschwerpunkte 4.1 Entwurf eines Workflows zum Datenaustausch 4.1.1 Anwendungsfall: LST-fachliche Änderung 4.1.2 Anwendungsfall: Trassierungsänderung 4.1.3 Ableitung eines allgemeingültigen Workflows 4.2 Bauteilbibliothek LST 4.2.1 Aktueller Stand 4.2.2 Entwurf eines Konzepts zum automatisierten Zusammenbau von Bauteilen zu Signalmodellen anhand der PlanPro-Daten 4.2.3 Weitere relevante Aspekte 4.2.4 Einbindung von 3D-Modellen für die Signale im Bf P-Hausen 4.3 Single source of truth 4.3.1 Vergleich der Gleislage der GND und PP-XML in KorFin 4.3.2 Vergleich der Gleislage in ProSig mit den auf der PP-XML basierenden Gleisen in KorFin 4.3.3 Vergleich der Höhenlagen 4.3.4 Zu verwendendes Koordinatenreferenzsystem 5 AVANI 6 Zusammenfassung und Ausblick Abkürzungsverzeichnis Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Quellenverzeichnis Erklärung Anhang A: Bauteilübersicht zum Konzept des automatisierten Zusammenbaus von Signalmodellen (Signalsystem Ks) Anhang B: Ausgangsdaten zum Konzept des automatisierten Zusammenbaus von Signalmodellen (Signalsystem Ks) Anhang C: Pseudocode zum Konzept des automatisierten Zusammenbaus von Signalmodellen (Signalsystem Ks) Anhang D: Datenfluss für den Import der eisenbahnspezifischen Daten ins BIM-Gesamtmodell Anhang E: Sicherungstechnische Lagepläne zum Anwendungsfall „LST-fachliche Änderung“ Anhang F: Workflow für den Datenaustausch zwischen ProSig 7 und KorFin Anhang G: Protokolle persönlicher Kommunikation / In this thesis, a 3D model is created according to the methodology of Building Information Modeling (BIM) in order to investigate some practical questions regarding the integration of signalling engineering data into this model. The exchange of data between ProSig 7 as a signalling planning tool and KorFin as a software for BIM applications is achieved through the usage of the “PlanPro” interface. Based on two specific use cases (change in signalling content and change in track layout) a workflow for the exchange of data between the two software systems is developed. To be integrated into the BIM model, the existing planning data must be enriched with a 3D representation. For this purpose, a concept is being developed for the automated assembly of distant and main signals (signalling system “Ks”) from individual components using the PlanPro data. With PlanPro, another source beside the track network data is available from which the alignment can be imported into the BIM model. Possible differences in track geometry are examined depending on the data source and the software used. Significant discrepancies in the construction of transition curves between KorFin and ProSig are revealed, as well as the need for adjusting the deduction of gradient profiles from PlanPro compared to the usage of the track network data. Finally, the new data management system AVANI is examined regarding the usefulness of an integrated data storage across different levels of perspective (AVANI, BIM and PlanPro).:Aufgabenstellung Autorenreferat Abstract Thesen zur wissenschaftlichen Arbeit Inhaltsverzeichnis 1 Motivation und Zielstellung 2 Grundlagen 2.1 Building Information Modeling 2.2 Geoinformationssysteme 2.3 Gleisnetzdaten 2.4 PlanPro 2.5 Software 2.5.1 KorFin Model und KorFin 2.5.2 ProSig 2.5.3 QGIS 3 Erstellung des Bestandsmodells 3.1 Geodaten Sachsens 3.2 Eisenbahnspezifische Daten 3.2.1 Bf Mosel 3.2.2 Bf P-Hausen 3.2.3 Warum P-Hausen? 3.2.4 Import in KorFin 3.3 Versionsverwaltung mit Git 4 Praktische Untersuchungsschwerpunkte 4.1 Entwurf eines Workflows zum Datenaustausch 4.1.1 Anwendungsfall: LST-fachliche Änderung 4.1.2 Anwendungsfall: Trassierungsänderung 4.1.3 Ableitung eines allgemeingültigen Workflows 4.2 Bauteilbibliothek LST 4.2.1 Aktueller Stand 4.2.2 Entwurf eines Konzepts zum automatisierten Zusammenbau von Bauteilen zu Signalmodellen anhand der PlanPro-Daten 4.2.3 Weitere relevante Aspekte 4.2.4 Einbindung von 3D-Modellen für die Signale im Bf P-Hausen 4.3 Single source of truth 4.3.1 Vergleich der Gleislage der GND und PP-XML in KorFin 4.3.2 Vergleich der Gleislage in ProSig mit den auf der PP-XML basierenden Gleisen in KorFin 4.3.3 Vergleich der Höhenlagen 4.3.4 Zu verwendendes Koordinatenreferenzsystem 5 AVANI 6 Zusammenfassung und Ausblick Abkürzungsverzeichnis Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Quellenverzeichnis Erklärung Anhang A: Bauteilübersicht zum Konzept des automatisierten Zusammenbaus von Signalmodellen (Signalsystem Ks) Anhang B: Ausgangsdaten zum Konzept des automatisierten Zusammenbaus von Signalmodellen (Signalsystem Ks) Anhang C: Pseudocode zum Konzept des automatisierten Zusammenbaus von Signalmodellen (Signalsystem Ks) Anhang D: Datenfluss für den Import der eisenbahnspezifischen Daten ins BIM-Gesamtmodell Anhang E: Sicherungstechnische Lagepläne zum Anwendungsfall „LST-fachliche Änderung“ Anhang F: Workflow für den Datenaustausch zwischen ProSig 7 und KorFin Anhang G: Protokolle persönlicher Kommunikation

Eine Signalhaltstellung wird regulär herbeigeführt, wenn der Zug, für den das Signal gilt, dieses passiert hat. Der Zug wird dann gedeckt. Fallen vorzeitig die Freigabebedingungen weg, wird das Signal ebenfalls auf Halt gestellt. Hier ist vom irregulären Signalhaltfall die Rede. Bei punktförmigen Zugbeeinflussungssystemen wird die zum Signal gehörende Sendeeinrichtung der Zugbeeinflussung unmittelbar wirksam. Bei linienförmigen Zugbeeinflussungssystemen wie dem European Train Control System (ETCS) in der Ausprägung Level 2 (L2) findet ein kontinuierlicher Informationsaustausch zwischen Fahrzeug und Strecke statt. Im Fall von ETCS L2 erfolgt dies über Funk, was besondere Anforderungen an die Bewertung des Signalhaltfalls stellt. Es wird berechnet, ob das Fahrzeug das Signal sicher passiert hat. In den erforderlichen Übertragungs- und Verarbeitungszeiten wird speziell im deutschen ETCS eine Sicherheitslücke gesehen. Diese wird durch Implementierung mehrerer umfangreicher Berechnungsverfahren innerhalb ETCS kompensiert. Die vorliegende Arbeit analysiert diese Berechnungsverfahren im Detail sowie alle denkbaren Gründe für irreguläre Signalhaltfälle. Es werden Überlegungen angestellt, wie diese Berechnungen vereinfacht werden können und wie es gelingt, alle denkbaren, irregulären Signalhaltfälle bereits direkt durch das Stellwerk zu erkennen. Hierfür bietet die Neuordnung der Produktionssteuerung (NeuPro) neue Stellwerks-Architekturen mit neuen Möglichkeiten, die so bisher nicht bestanden. Auf diesem Weg können auch in Deutschland die Berechnungsverfahren verschlankt sowie Komponenten in der Außenanlage (Achszählpunkte und Balisen) eingespart werden. Es ist technisch sinnvoll, die Berechnungen, unter ETCS so schlank wie möglich zu halten, denn die ETCS-Streckenzentrale (ETCS-Z), die Fahrerlaubnisse verwaltet, kann bei weniger Rechenaufwand mehr Züge führen. Darüber hinaus wird auch ein Blick auf die Haltfallbewertung beim ETCS der Bahnen in benachbarten Ländern geworfen. Des Weiteren wird geprüft, inwieweit die Laufzeitlücke angesichts technischer Weiterentwicklungen verkleinert werden kann. Die Arbeit schließt mit einem Blick in die fernere Zukunft, wenn Abkehr von der klassischen blockzentrischen Fahrzeugortung genommen wird und das Fahren im wandernden Raumabstand das klassische Fahren im festen Raumabstand ablöst. Feste Signalstandorte werden dann der Vergangenheit angehören und somit wird auch keine Haltfallbewertung mehr erforderlich sein. Den Weg dorthin sollen die Impulse dieser Arbeit vereinfachen.:1. Ausgangssituation und Ziele 2. Lösungsansätze zu Vereinfachung oder Entfall der Haltfallbewertung 3. Auswertung und Empfehlung / A signal closure is regularly brought about when the train to which the signal applies has passed it. The train is then covered. If the signal enabling conditions cease to apply prematurely, the signal is also closed. This is called irregular signal closure. In the case of intermittent automatic train control, the transmitting device of the train control system, associated with the signal, becomes effective immediately. With continuous automatic train control systems such as the European Train Control System (ETCS) in Level 2 (L2), there is a continuous exchange of information between the vehicle and the trackside. In the case of ETCS L2, this takes place via radio, which places special demands on the evaluation of the signal closure case. On the one hand, it must be calculated whether the vehicle has passed the signal safely and, especially in the German ETCS, great safety significance is attributed to the transmission and processing time. The resulting safety gap was compensated in the German ETCS by implementing several extensive calculation procedures within ETCS. This thesis analyses these calculation methods in detail as well as all conceivable reasons for irregular signal closures. Considerations are made as to how these calculations can be simplified and how it is possible to detect all conceivable irregular signal stops directly by the interlocking. For this purpose, the reorganisation of production control (Neuordnung der Produktionssteuerung, NeuPro) offers new interlocking architectures with new possibilities that have not existed before. This way, the calculation procedures can also be streamlined in Germany and components such as axle counting points and balises in the external system can be saved on. It makes sense from a technical perspective to keep the calculations under ETCS as lean as possible because the Radio Block Centre (RBC), which administers driving permits, can run more trains with less computing effort. In addition, the ETCS stop case evaluation of the railways in neighbouring countries is described. Furthermore, it is examined to what extent the running time gap can be reduced in view of further technical developments. The thesis concludes with a look into the distant future, when the classic block-centric vehicle location system will be abolished and driving in a wandering space interval will replace the classic driving in a fixed space interval. Fixed signal locations will then be a thing of the past and thus a stop assessment will no longer be necessary. The impulses of this work should simplify the way there.:1. Ausgangssituation und Ziele 2. Lösungsansätze zu Vereinfachung oder Entfall der Haltfallbewertung 3. Auswertung und Empfehlung

In dieser Dissertation werden vier Studien durchgeführt, um die acht Arten von Räumen in Mensch-Natur-Systemen für die Widerstandsfähigkeit von Städten vorzuschlagen, die Verbesserung von städtischen Grünflächen unter qualitativen und quantitativen Gesichtspunkten zu analysieren, die Beziehung zwischen UGSLandschaftsmerkmalen und menschlichen Emotionen zu bestimmen und das Konzept der selbstlernenden Stadt für die städtische Raumplanung zu veranschaulichen. (1). Unterschiedliche Strategien in den Acht-Typen-Räumen in Mensch-Natur-Systemen. (2). Verbesserung der städtischen Grünflächen mit natürlichem Angebot und menschlicher Nachfrage. (3). Das Konzept der selbstlernenden Stadt für urbane Nachhaltigkeit. (4) Für die städtische Nachhaltigkeit erfordert die Planung eine Neubewertung der Verbindungen zwischen den verschiedenen menschlichen und natürlichen Systemen mit den Wechselwirkungen zwischen Bedarf und Versorgung Städtische Räume sind komplex, weisen aber in verschiedenen Methoden und Konzepten Regelmäßigkeiten auf. Für eine nachhaltige Entwicklung in Städten sind kreative Denkansätze für die Umsetzung und Integration von sich überschneidenden Räumen, Elementen und Kulturen in städtischen Mensch-Natur-Systemen erforderlich. Um eine nachhaltige Stadt zu schaffen, sind urbane Räume unerlässlich. / This dissertation conducts four studies to propose the eight-type spaces in human-natural systems for city resilience, to analyze the improvement of urban green spaces from quality and quantity perspectives, to determine the relationship between UGS landscape characteristics and human emotions and to illustrate the concept of city self-learning for urban space planning. (1). Different strategies in the eight-type spaces across human-natural systems. (2). Improving urban green spaces with natural supply and human demand. (3). The concept of city self-learning for urban sustainability. (4) For urban sustainability, planning requires reevaluating the connections between different human-natural systems with the interactions of demands and supplies. Dissertation title: Exploring Urban Spaces across Human-Natural systems And the Potential to Enhance City Resilience Urban spaces are complex but have regularity in several methods and concepts. For sustainable development in cities, creative ways to think about implementations and integrations utilize crossing spaces, elements, and cultures in urban human-natural systems. To make a sustainable city, urban spaces are essential.