Die dreidimensionale Erfassung der Form und Lage eines beliebigen Objekts durch die flexiblen Methoden und Verfahren der Photogrammetrie spielt für ein breites Spektrum technisch-industrieller und naturwissenschaftlicher Einsatzgebiete eine große Rolle. Die Anwendungsmöglichkeiten reichen von Messaufgaben im Automobil-, Maschinen- und Schiffbau über die Erstellung komplexer 3D-Modelle in Architektur, Archäologie und Denkmalpflege bis hin zu Bewegungsanalysen in Bereichen der Strömungsmesstechnik, Ballistik oder Medizin. In der Nahbereichsphotogrammetrie werden dabei verschiedene optische 3D-Messsysteme verwendet. Neben flächenhaften Halbleiterkameras im Einzel- oder Mehrbildverband kommen aktive Triangulationsverfahren zur Oberflächenmessung mit z.B. strukturiertem Licht oder Laserscanner-Systeme zum Einsatz. 3D-Kameras auf der Basis von Photomischdetektoren oder vergleichbaren Prinzipien erzeugen durch die Anwendung von Modulationstechniken zusätzlich zu einem Grauwertbild simultan ein Entfernungsbild. Als Einzelbildsensoren liefern sie ohne die Notwendigkeit einer stereoskopischen Zuordnung räumlich aufgelöste Oberflächendaten in Videorate. In der 3D-Bewegungsanalyse ergeben sich bezüglich der Komplexität und des Rechenaufwands erhebliche Erleichterungen. 3D-Kameras verbinden die Handlichkeit einer Digitalkamera mit dem Potential der dreidimensionalen Datenakquisition etablierter Oberflächenmesssysteme. Sie stellen trotz der noch vergleichsweise geringen räumlichen Auflösung als monosensorielles System zur Echtzeit-Tiefenbildakquisition eine interessante Alternative für Aufgabenstellungen der 3D-Bewegungsanalyse dar. Der Einsatz einer 3D-Kamera als Messinstrument verlangt die Modellierung von Abweichungen zum idealen Abbildungsmodell; die Verarbeitung der erzeugten 3D-Kameradaten bedingt die zielgerichtete Adaption, Weiter- und Neuentwicklung von Verfahren der Computer Vision und Photogrammetrie. Am Beispiel der Untersuchung des zwischenmenschlichen Bewegungsverhaltens sind folglich die Entwicklung von Verfahren zur Sensorkalibrierung und zur 3D-Bewegungsanalyse die Schwerpunkte der Dissertation. Eine 3D-Kamera stellt aufgrund ihres inhärenten Designs und Messprinzips gleichzeitig Amplituden- und Entfernungsinformationen zur Verfügung, welche aus einem Messsignal rekonstruiert werden. Die simultane Einbeziehung aller 3D-Kamerainformationen in jeweils einen integrierten Ansatz ist eine logische Konsequenz und steht im Vordergrund der Verfahrensentwicklungen. Zum einen stützen sich die komplementären Eigenschaften der Beobachtungen durch die Herstellung des funktionalen Zusammenhangs der Messkanäle gegenseitig, wodurch Genauigkeits- und Zuverlässigkeitssteigerungen zu erwarten sind. Zum anderen gewährleistet das um eine Varianzkomponentenschätzung erweiterte stochastische Modell eine vollständige Ausnutzung des heterogenen Informationshaushalts. Die entwickelte integrierte Bündelblockausgleichung ermöglicht die Bestimmung der exakten 3D-Kamerageometrie sowie die Schätzung der distanzmessspezifischen Korrekturparameter zur Modellierung linearer, zyklischer und signalwegeffektbedingter Fehleranteile einer 3D-Kamerastreckenmessung. Die integrierte Kalibrierroutine gleicht in beiden Informationskanälen gemessene Größen gemeinsam, unter der automatischen Schätzung optimaler Beobachtungsgewichte, aus. Die Methode basiert auf dem flexiblen Prinzip einer Selbstkalibrierung und benötigt keine Objektrauminformation, wodurch insbesondere die aufwendige Ermittlung von Referenzstrecken übergeordneter Genauigkeit entfällt. Die durchgeführten Genauigkeitsuntersuchungen bestätigen die Richtigkeit der aufgestellten funktionalen Zusammenhänge, zeigen aber auch Schwächen aufgrund noch nicht parametrisierter distanzmessspezifischer Fehler. Die Adaptivität und die modulare Implementierung des entwickelten mathematischen Modells gewährleisten aber eine zukünftige Erweiterung. Die Qualität der 3D-Neupunktkoordinaten kann nach einer Kalibrierung mit 5 mm angegeben werden. Für die durch eine Vielzahl von meist simultan auftretenden Rauschquellen beeinflusste Tiefenbildtechnologie ist diese Genauigkeitsangabe sehr vielversprechend, vor allem im Hinblick auf die Entwicklung von auf korrigierten 3D-Kameradaten aufbauenden Auswertealgorithmen. 2,5D Least Squares Tracking (LST) ist eine im Rahmen der Dissertation entwickelte integrierte spatiale und temporale Zuordnungsmethode zur Auswertung von 3D-Kamerabildsequenzen. Der Algorithmus basiert auf der in der Photogrammetrie bekannten Bildzuordnung nach der Methode der kleinsten Quadrate und bildet kleine Oberflächensegmente konsekutiver 3D-Kameradatensätze aufeinander ab. Die Abbildungsvorschrift wurde, aufbauend auf einer 2D-Affintransformation, an die Datenstruktur einer 3D-Kamera angepasst. Die geschlossen formulierte Parametrisierung verknüpft sowohl Grau- als auch Entfernungswerte in einem integrierten Modell. Neben den affinen Parametern zur Erfassung von Translations- und Rotationseffekten, modellieren die Maßstabs- sowie Neigungsparameter perspektivbedingte Größenänderungen des Bildausschnitts, verursacht durch Distanzänderungen in Aufnahmerichtung. Die Eingabedaten sind in einem Vorverarbeitungsschritt mit Hilfe der entwickelten Kalibrierroutine um ihre opto- und distanzmessspezifischen Fehler korrigiert sowie die gemessenen Schrägstrecken auf Horizontaldistanzen reduziert worden. 2,5D-LST liefert als integrierter Ansatz vollständige 3D-Verschiebungsvektoren. Weiterhin können die aus der Fehlerrechnung resultierenden Genauigkeits- und Zuverlässigkeitsangaben als Entscheidungskriterien für die Integration in einer anwendungsspezifischen Verarbeitungskette Verwendung finden. Die Validierung des Verfahrens zeigte, dass die Einführung komplementärer Informationen eine genauere und zuverlässigere Lösung des Korrespondenzproblems bringt, vor allem bei schwierigen Kontrastverhältnissen in einem Kanal. Die Genauigkeit der direkt mit den Distanzkorrekturtermen verknüpften Maßstabs- und Neigungsparameter verbesserte sich deutlich. Darüber hinaus brachte die Erweiterung des geometrischen Modells insbesondere bei der Zuordnung natürlicher, nicht gänzlich ebener Oberflächensegmente signifikante Vorteile. Die entwickelte flächenbasierte Methode zur Objektzuordnung und Objektverfolgung arbeitet auf der Grundlage berührungslos aufgenommener 3D-Kameradaten. Sie ist somit besonders für Aufgabenstellungen der 3D-Bewegungsanalyse geeignet, die den Mehraufwand einer multiokularen Experimentalanordnung und die Notwendigkeit einer Objektsignalisierung mit Zielmarken vermeiden möchten. Das Potential des 3D-Kamerazuordnungsansatzes wurde an zwei Anwendungsszenarien der menschlichen Verhaltensforschung demonstriert. 2,5D-LST kam zur Bestimmung der interpersonalen Distanz und Körperorientierung im erziehungswissenschaftlichen Untersuchungsgebiet der Konfliktregulation befreundeter Kindespaare ebenso zum Einsatz wie zur Markierung und anschließenden Klassifizierung von Bewegungseinheiten sprachbegleitender Handgesten. Die Implementierung von 2,5D-LST in die vorgeschlagenen Verfahren ermöglichte eine automatische, effektive, objektive sowie zeitlich und räumlich hochaufgelöste Erhebung und Auswertung verhaltensrelevanter Daten. Die vorliegende Dissertation schlägt die Verwendung einer neuartigen 3D-Tiefenbildkamera zur Erhebung menschlicher Verhaltensdaten vor. Sie präsentiert sowohl ein zur Datenaufbereitung entwickeltes Kalibrierwerkzeug als auch eine Methode zur berührungslosen Bestimmung dichter 3D-Bewegungsvektorfelder. Die Arbeit zeigt, dass die Methoden der Photogrammetrie auch für bewegungsanalytische Aufgabenstellungen auf dem bisher noch wenig erschlossenen Gebiet der Verhaltensforschung wertvolle Ergebnisse liefern können. Damit leistet sie einen Beitrag für die derzeitigen Bestrebungen in der automatisierten videographischen Erhebung von Körperbewegungen in dyadischen Interaktionen. / The three-dimensional documentation of the form and location of any type of object using flexible photogrammetric methods and procedures plays a key role in a wide range of technical-industrial and scientific areas of application. Potential applications include measurement tasks in the automotive, machine building and ship building sectors, the compilation of complex 3D models in the fields of architecture, archaeology and monumental preservation and motion analyses in the fields of flow measurement technology, ballistics and medicine. In the case of close-range photogrammetry a variety of optical 3D measurement systems are used. Area sensor cameras arranged in single or multi-image configurations are used besides active triangulation procedures for surface measurement (e.g. using structured light or laser scanner systems). The use of modulation techniques enables 3D cameras based on photomix detectors or similar principles to simultaneously produce both a grey value image and a range image. Functioning as single image sensors, they deliver spatially resolved surface data at video rate without the need for stereoscopic image matching. In the case of 3D motion analyses in particular, this leads to considerable reductions in complexity and computing time. 3D cameras combine the practicality of a digital camera with the 3D data acquisition potential of conventional surface measurement systems. Despite the relatively low spatial resolution currently achievable, as a monosensory real-time depth image acquisition system they represent an interesting alternative in the field of 3D motion analysis. The use of 3D cameras as measuring instruments requires the modelling of deviations from the ideal projection model, and indeed the processing of the 3D camera data generated requires the targeted adaptation, development and further development of procedures in the fields of computer graphics and photogrammetry. This Ph.D. thesis therefore focuses on the development of methods of sensor calibration and 3D motion analysis in the context of investigations into inter-human motion behaviour. As a result of its intrinsic design and measurement principle, a 3D camera simultaneously provides amplitude and range data reconstructed from a measurement signal. The simultaneous integration of all data obtained using a 3D camera into an integrated approach is a logical consequence and represents the focus of current procedural development. On the one hand, the complementary characteristics of the observations made support each other due to the creation of a functional context for the measurement channels, with is to be expected to lead to increases in accuracy and reliability. On the other, the expansion of the stochastic model to include variance component estimation ensures that the heterogeneous information pool is fully exploited. The integrated bundle adjustment developed facilitates the definition of precise 3D camera geometry and the estimation of range-measurement-specific correction parameters required for the modelling of the linear, cyclical and latency defectives of a distance measurement made using a 3D camera. The integrated calibration routine jointly adjusts appropriate dimensions across both information channels, and also automatically estimates optimum observation weights. The method is based on the same flexible principle used in self-calibration, does not require spatial object data and therefore foregoes the time-consuming determination of reference distances with superior accuracy. The accuracy analyses carried out confirm the correctness of the proposed functional contexts, but nevertheless exhibit weaknesses in the form of non-parameterized range-measurement-specific errors. This notwithstanding, the future expansion of the mathematical model developed is guaranteed due to its adaptivity and modular implementation. The accuracy of a new 3D point coordinate can be set at 5 mm further to calibration. In the case of depth imaging technology – which is influenced by a range of usually simultaneously occurring noise sources – this level of accuracy is very promising, especially in terms of the development of evaluation algorithms based on corrected 3D camera data. 2.5D Least Squares Tracking (LST) is an integrated spatial and temporal matching method developed within the framework of this Ph.D. thesis for the purpose of evaluating 3D camera image sequences. The algorithm is based on the least squares image matching method already established in photogrammetry, and maps small surface segments of consecutive 3D camera data sets on top of one another. The mapping rule has been adapted to the data structure of a 3D camera on the basis of a 2D affine transformation. The closed parameterization combines both grey values and range values in an integrated model. In addition to the affine parameters used to include translation and rotation effects, the scale and inclination parameters model perspective-related deviations caused by distance changes in the line of sight. A pre-processing phase sees the calibration routine developed used to correct optical and distance-related measurement specific errors in input data and measured slope distances reduced to horizontal distances. 2.5D LST is an integrated approach, and therefore delivers fully three-dimensional displacement vectors. In addition, the accuracy and reliability data generated by error calculation can be used as decision criteria for integration into an application-specific processing chain. Process validation showed that the integration of complementary data leads to a more accurate, reliable solution to the correspondence problem, especially in the case of difficult contrast ratios within a channel. The accuracy of scale and inclination parameters directly linked to distance correction terms improved dramatically. In addition, the expansion of the geometric model led to significant benefits, and in particular for the matching of natural, not entirely planar surface segments. The area-based object matching and object tracking method developed functions on the basis of 3D camera data gathered without object contact. It is therefore particularly suited to 3D motion analysis tasks in which the extra effort involved in multi-ocular experimental settings and the necessity of object signalling using target marks are to be avoided. The potential of the 3D camera matching approach has been demonstrated in two application scenarios in the field of research into human behaviour. As in the case of the use of 2.5D LST to mark and then classify hand gestures accompanying verbal communication, the implementation of 2.5D LST in the proposed procedures for the determination of interpersonal distance and body orientation within the framework of pedagogical research into conflict regulation between pairs of child-age friends facilitates the automatic, effective, objective and high-resolution (from both a temporal and spatial perspective) acquisition and evaluation of data with relevance to behaviour. This Ph.D. thesis proposes the use of a novel 3D range imaging camera to gather data on human behaviour, and presents both a calibration tool developed for data processing purposes and a method for the contact-free determination of dense 3D motion vector fields. It therefore makes a contribution to current efforts in the field of the automated videographic documentation of bodily motion within the framework of dyadic interaction, and shows that photogrammetric methods can also deliver valuable results within the framework of motion evaluation tasks in the as-yet relatively untapped field of behavioural research.

Die dreidimensionale Erfassung der Form und Lage eines beliebigen Objekts durch die flexiblen Methoden und Verfahren der Photogrammetrie spielt für ein breites Spektrum technisch-industrieller und naturwissenschaftlicher Einsatzgebiete eine große Rolle. Die Anwendungsmöglichkeiten reichen von Messaufgaben im Automobil-, Maschinen- und Schiffbau über die Erstellung komplexer 3D-Modelle in Architektur, Archäologie und Denkmalpflege bis hin zu Bewegungsanalysen in Bereichen der Strömungsmesstechnik, Ballistik oder Medizin. In der Nahbereichsphotogrammetrie werden dabei verschiedene optische 3D-Messsysteme verwendet. Neben flächenhaften Halbleiterkameras im Einzel- oder Mehrbildverband kommen aktive Triangulationsverfahren zur Oberflächenmessung mit z.B. strukturiertem Licht oder Laserscanner-Systeme zum Einsatz. 3D-Kameras auf der Basis von Photomischdetektoren oder vergleichbaren Prinzipien erzeugen durch die Anwendung von Modulationstechniken zusätzlich zu einem Grauwertbild simultan ein Entfernungsbild. Als Einzelbildsensoren liefern sie ohne die Notwendigkeit einer stereoskopischen Zuordnung räumlich aufgelöste Oberflächendaten in Videorate. In der 3D-Bewegungsanalyse ergeben sich bezüglich der Komplexität und des Rechenaufwands erhebliche Erleichterungen. 3D-Kameras verbinden die Handlichkeit einer Digitalkamera mit dem Potential der dreidimensionalen Datenakquisition etablierter Oberflächenmesssysteme. Sie stellen trotz der noch vergleichsweise geringen räumlichen Auflösung als monosensorielles System zur Echtzeit-Tiefenbildakquisition eine interessante Alternative für Aufgabenstellungen der 3D-Bewegungsanalyse dar. Der Einsatz einer 3D-Kamera als Messinstrument verlangt die Modellierung von Abweichungen zum idealen Abbildungsmodell; die Verarbeitung der erzeugten 3D-Kameradaten bedingt die zielgerichtete Adaption, Weiter- und Neuentwicklung von Verfahren der Computer Vision und Photogrammetrie. Am Beispiel der Untersuchung des zwischenmenschlichen Bewegungsverhaltens sind folglich die Entwicklung von Verfahren zur Sensorkalibrierung und zur 3D-Bewegungsanalyse die Schwerpunkte der Dissertation. Eine 3D-Kamera stellt aufgrund ihres inhärenten Designs und Messprinzips gleichzeitig Amplituden- und Entfernungsinformationen zur Verfügung, welche aus einem Messsignal rekonstruiert werden. Die simultane Einbeziehung aller 3D-Kamerainformationen in jeweils einen integrierten Ansatz ist eine logische Konsequenz und steht im Vordergrund der Verfahrensentwicklungen. Zum einen stützen sich die komplementären Eigenschaften der Beobachtungen durch die Herstellung des funktionalen Zusammenhangs der Messkanäle gegenseitig, wodurch Genauigkeits- und Zuverlässigkeitssteigerungen zu erwarten sind. Zum anderen gewährleistet das um eine Varianzkomponentenschätzung erweiterte stochastische Modell eine vollständige Ausnutzung des heterogenen Informationshaushalts. Die entwickelte integrierte Bündelblockausgleichung ermöglicht die Bestimmung der exakten 3D-Kamerageometrie sowie die Schätzung der distanzmessspezifischen Korrekturparameter zur Modellierung linearer, zyklischer und signalwegeffektbedingter Fehleranteile einer 3D-Kamerastreckenmessung. Die integrierte Kalibrierroutine gleicht in beiden Informationskanälen gemessene Größen gemeinsam, unter der automatischen Schätzung optimaler Beobachtungsgewichte, aus. Die Methode basiert auf dem flexiblen Prinzip einer Selbstkalibrierung und benötigt keine Objektrauminformation, wodurch insbesondere die aufwendige Ermittlung von Referenzstrecken übergeordneter Genauigkeit entfällt. Die durchgeführten Genauigkeitsuntersuchungen bestätigen die Richtigkeit der aufgestellten funktionalen Zusammenhänge, zeigen aber auch Schwächen aufgrund noch nicht parametrisierter distanzmessspezifischer Fehler. Die Adaptivität und die modulare Implementierung des entwickelten mathematischen Modells gewährleisten aber eine zukünftige Erweiterung. Die Qualität der 3D-Neupunktkoordinaten kann nach einer Kalibrierung mit 5 mm angegeben werden. Für die durch eine Vielzahl von meist simultan auftretenden Rauschquellen beeinflusste Tiefenbildtechnologie ist diese Genauigkeitsangabe sehr vielversprechend, vor allem im Hinblick auf die Entwicklung von auf korrigierten 3D-Kameradaten aufbauenden Auswertealgorithmen. 2,5D Least Squares Tracking (LST) ist eine im Rahmen der Dissertation entwickelte integrierte spatiale und temporale Zuordnungsmethode zur Auswertung von 3D-Kamerabildsequenzen. Der Algorithmus basiert auf der in der Photogrammetrie bekannten Bildzuordnung nach der Methode der kleinsten Quadrate und bildet kleine Oberflächensegmente konsekutiver 3D-Kameradatensätze aufeinander ab. Die Abbildungsvorschrift wurde, aufbauend auf einer 2D-Affintransformation, an die Datenstruktur einer 3D-Kamera angepasst. Die geschlossen formulierte Parametrisierung verknüpft sowohl Grau- als auch Entfernungswerte in einem integrierten Modell. Neben den affinen Parametern zur Erfassung von Translations- und Rotationseffekten, modellieren die Maßstabs- sowie Neigungsparameter perspektivbedingte Größenänderungen des Bildausschnitts, verursacht durch Distanzänderungen in Aufnahmerichtung. Die Eingabedaten sind in einem Vorverarbeitungsschritt mit Hilfe der entwickelten Kalibrierroutine um ihre opto- und distanzmessspezifischen Fehler korrigiert sowie die gemessenen Schrägstrecken auf Horizontaldistanzen reduziert worden. 2,5D-LST liefert als integrierter Ansatz vollständige 3D-Verschiebungsvektoren. Weiterhin können die aus der Fehlerrechnung resultierenden Genauigkeits- und Zuverlässigkeitsangaben als Entscheidungskriterien für die Integration in einer anwendungsspezifischen Verarbeitungskette Verwendung finden. Die Validierung des Verfahrens zeigte, dass die Einführung komplementärer Informationen eine genauere und zuverlässigere Lösung des Korrespondenzproblems bringt, vor allem bei schwierigen Kontrastverhältnissen in einem Kanal. Die Genauigkeit der direkt mit den Distanzkorrekturtermen verknüpften Maßstabs- und Neigungsparameter verbesserte sich deutlich. Darüber hinaus brachte die Erweiterung des geometrischen Modells insbesondere bei der Zuordnung natürlicher, nicht gänzlich ebener Oberflächensegmente signifikante Vorteile. Die entwickelte flächenbasierte Methode zur Objektzuordnung und Objektverfolgung arbeitet auf der Grundlage berührungslos aufgenommener 3D-Kameradaten. Sie ist somit besonders für Aufgabenstellungen der 3D-Bewegungsanalyse geeignet, die den Mehraufwand einer multiokularen Experimentalanordnung und die Notwendigkeit einer Objektsignalisierung mit Zielmarken vermeiden möchten. Das Potential des 3D-Kamerazuordnungsansatzes wurde an zwei Anwendungsszenarien der menschlichen Verhaltensforschung demonstriert. 2,5D-LST kam zur Bestimmung der interpersonalen Distanz und Körperorientierung im erziehungswissenschaftlichen Untersuchungsgebiet der Konfliktregulation befreundeter Kindespaare ebenso zum Einsatz wie zur Markierung und anschließenden Klassifizierung von Bewegungseinheiten sprachbegleitender Handgesten. Die Implementierung von 2,5D-LST in die vorgeschlagenen Verfahren ermöglichte eine automatische, effektive, objektive sowie zeitlich und räumlich hochaufgelöste Erhebung und Auswertung verhaltensrelevanter Daten. Die vorliegende Dissertation schlägt die Verwendung einer neuartigen 3D-Tiefenbildkamera zur Erhebung menschlicher Verhaltensdaten vor. Sie präsentiert sowohl ein zur Datenaufbereitung entwickeltes Kalibrierwerkzeug als auch eine Methode zur berührungslosen Bestimmung dichter 3D-Bewegungsvektorfelder. Die Arbeit zeigt, dass die Methoden der Photogrammetrie auch für bewegungsanalytische Aufgabenstellungen auf dem bisher noch wenig erschlossenen Gebiet der Verhaltensforschung wertvolle Ergebnisse liefern können. Damit leistet sie einen Beitrag für die derzeitigen Bestrebungen in der automatisierten videographischen Erhebung von Körperbewegungen in dyadischen Interaktionen. / The three-dimensional documentation of the form and location of any type of object using flexible photogrammetric methods and procedures plays a key role in a wide range of technical-industrial and scientific areas of application. Potential applications include measurement tasks in the automotive, machine building and ship building sectors, the compilation of complex 3D models in the fields of architecture, archaeology and monumental preservation and motion analyses in the fields of flow measurement technology, ballistics and medicine. In the case of close-range photogrammetry a variety of optical 3D measurement systems are used. Area sensor cameras arranged in single or multi-image configurations are used besides active triangulation procedures for surface measurement (e.g. using structured light or laser scanner systems). The use of modulation techniques enables 3D cameras based on photomix detectors or similar principles to simultaneously produce both a grey value image and a range image. Functioning as single image sensors, they deliver spatially resolved surface data at video rate without the need for stereoscopic image matching. In the case of 3D motion analyses in particular, this leads to considerable reductions in complexity and computing time. 3D cameras combine the practicality of a digital camera with the 3D data acquisition potential of conventional surface measurement systems. Despite the relatively low spatial resolution currently achievable, as a monosensory real-time depth image acquisition system they represent an interesting alternative in the field of 3D motion analysis. The use of 3D cameras as measuring instruments requires the modelling of deviations from the ideal projection model, and indeed the processing of the 3D camera data generated requires the targeted adaptation, development and further development of procedures in the fields of computer graphics and photogrammetry. This Ph.D. thesis therefore focuses on the development of methods of sensor calibration and 3D motion analysis in the context of investigations into inter-human motion behaviour. As a result of its intrinsic design and measurement principle, a 3D camera simultaneously provides amplitude and range data reconstructed from a measurement signal. The simultaneous integration of all data obtained using a 3D camera into an integrated approach is a logical consequence and represents the focus of current procedural development. On the one hand, the complementary characteristics of the observations made support each other due to the creation of a functional context for the measurement channels, with is to be expected to lead to increases in accuracy and reliability. On the other, the expansion of the stochastic model to include variance component estimation ensures that the heterogeneous information pool is fully exploited. The integrated bundle adjustment developed facilitates the definition of precise 3D camera geometry and the estimation of range-measurement-specific correction parameters required for the modelling of the linear, cyclical and latency defectives of a distance measurement made using a 3D camera. The integrated calibration routine jointly adjusts appropriate dimensions across both information channels, and also automatically estimates optimum observation weights. The method is based on the same flexible principle used in self-calibration, does not require spatial object data and therefore foregoes the time-consuming determination of reference distances with superior accuracy. The accuracy analyses carried out confirm the correctness of the proposed functional contexts, but nevertheless exhibit weaknesses in the form of non-parameterized range-measurement-specific errors. This notwithstanding, the future expansion of the mathematical model developed is guaranteed due to its adaptivity and modular implementation. The accuracy of a new 3D point coordinate can be set at 5 mm further to calibration. In the case of depth imaging technology – which is influenced by a range of usually simultaneously occurring noise sources – this level of accuracy is very promising, especially in terms of the development of evaluation algorithms based on corrected 3D camera data. 2.5D Least Squares Tracking (LST) is an integrated spatial and temporal matching method developed within the framework of this Ph.D. thesis for the purpose of evaluating 3D camera image sequences. The algorithm is based on the least squares image matching method already established in photogrammetry, and maps small surface segments of consecutive 3D camera data sets on top of one another. The mapping rule has been adapted to the data structure of a 3D camera on the basis of a 2D affine transformation. The closed parameterization combines both grey values and range values in an integrated model. In addition to the affine parameters used to include translation and rotation effects, the scale and inclination parameters model perspective-related deviations caused by distance changes in the line of sight. A pre-processing phase sees the calibration routine developed used to correct optical and distance-related measurement specific errors in input data and measured slope distances reduced to horizontal distances. 2.5D LST is an integrated approach, and therefore delivers fully three-dimensional displacement vectors. In addition, the accuracy and reliability data generated by error calculation can be used as decision criteria for integration into an application-specific processing chain. Process validation showed that the integration of complementary data leads to a more accurate, reliable solution to the correspondence problem, especially in the case of difficult contrast ratios within a channel. The accuracy of scale and inclination parameters directly linked to distance correction terms improved dramatically. In addition, the expansion of the geometric model led to significant benefits, and in particular for the matching of natural, not entirely planar surface segments. The area-based object matching and object tracking method developed functions on the basis of 3D camera data gathered without object contact. It is therefore particularly suited to 3D motion analysis tasks in which the extra effort involved in multi-ocular experimental settings and the necessity of object signalling using target marks are to be avoided. The potential of the 3D camera matching approach has been demonstrated in two application scenarios in the field of research into human behaviour. As in the case of the use of 2.5D LST to mark and then classify hand gestures accompanying verbal communication, the implementation of 2.5D LST in the proposed procedures for the determination of interpersonal distance and body orientation within the framework of pedagogical research into conflict regulation between pairs of child-age friends facilitates the automatic, effective, objective and high-resolution (from both a temporal and spatial perspective) acquisition and evaluation of data with relevance to behaviour. This Ph.D. thesis proposes the use of a novel 3D range imaging camera to gather data on human behaviour, and presents both a calibration tool developed for data processing purposes and a method for the contact-free determination of dense 3D motion vector fields. It therefore makes a contribution to current efforts in the field of the automated videographic documentation of bodily motion within the framework of dyadic interaction, and shows that photogrammetric methods can also deliver valuable results within the framework of motion evaluation tasks in the as-yet relatively untapped field of behavioural research.

Die Werkzeuge und Methoden der Digitalen Fabrik sind bereits seit vielen Jahren in den einzelnen Phasen des Produktentstehungsprozess im Einsatz. Sie werden dabei u.a. auch zur Planung und Gestaltung menschlicher Arbeit eingesetzt. Mit Hilfe digitaler Menschmodelle können Aspekte des Arbeitsablaufs, der Zeitwirtschaft und der Arbeitsplatzgestaltung bereits frühzeitig untersucht und verbessert werden. Die Entwicklung effizienter Simulationssysteme steht auf diesem Gebiet jedoch insbesondere im Vergleich mit anderen Bereichen, wie beispielsweise der Robotersimulation, noch am Anfang. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich zunächst mit der Analyse bereits existierender Menschmodell-Simulationssysteme. Aus den identifizierten Schwachstellen dieser Systeme und weiteren durch Experteninterviews sowie Literaturrecherche gewonnenen Erkenntnissen wird eine Anforderungsliste erstellt, die als Grundlage für die Konzeption und Umsetzung eines innovativen Ansatzes zur Ansteuerung und Bewegungsgenerierung für digitale Menschmodelle dient. Diese neuartige Methodik wird schließlich in ein Simulations-Softwaresystem implementiert und anschließend im Praxis-Einsatz evaluiert. Es konnte gezeigt werden, dass das neue System die Mängel der vorhandenen Systeme behebt und somit als Werkzeug zur effizienten Planung, Gestaltung und Bewertung menschlicher Arbeit geeignet ist. / For many years the tools and methods of the Digital Factory are used in various stages of the product development process. They are also used for the planning and design of human work, which is typically done using a digital human model. Aspects of the workflow, time management and workplace design can be investigated and improved upon in the early stages of the product development process using digital human models. But in this field the development of efficient simulation systems is not matured enough compared to other fields for e.g. robot simulation. This paper starts with an analysis of existing simulation systems for digital human models. Afterwards a requirements list is created from the identified weaknesses of these systems, knowledge gained through expert interviews and literature reviews. These requirements serve as the base for the design and implementation of an innovative approach for motion generation and control of digital human models. This new methodology is then implemented as a simulation software system and evaluated in practical applications. The developed system fixed the shortcomings of existing systems and thus it is a suitable tool for efficient planning, design and evaluation of human labor.

Beim Tissue Engineering werden verschiedene Bereiche der Medizin, der Biologie und der Technik miteinander kombiniert. Das Ziel ist es, ein vitales und funktionales Ersatzgewebe herzustellen, das aus körpereigenen Zellen besteht. Dabei werden körpereigene Zellen auf ein resorbierbares Gerüst transplantiert und in vitro konditioniert, um ein vitales Ersatzgewebe zu schaffen, dass stabil genug ist, um implantiert werden zu können. Dieses Konstrukt hätte die Fähigkeit, sich in das umgebende Gewebe zu integrieren und wie gesundes Gewebe zu entwickeln (z.B. mitwachsen). In dieser Arbeit konnten vaskuläre Zellen aus körpereigenen Nabelschnurgefäßen als neue Zellquelle evaluiert werden. Ein großer Vorteil der Nabelschnur gegenüber den Fragmenten der Aorta ascendens und der Vena saphena magna ist, dass dieses Gewebe nach der Geburt überflüssig ist und verworfen wird. Damit wäre kein weiterer belastender Eingriff bei den Patienten erforderlich. Durch die Kryokonservierung dieser Zellquelle wäre somit auch eine Haltbarkeit möglich gemacht, die eine Verwendung dieser Zellquelle auch bei älteren Patienten zu jedem Zeitpunkt möglich macht. Diese mit kryokonservierten vaskulären Nabelschnurzellen hergestellten Herzklappen waren vital und zeigten unter dynamischen Konditionierungsbedingungen in einem dafür hergestellten Bioreaktor im Vergleich zu den statisch belassenen Klappen eine höhere extrazelluläre Matrix Produktion. Eine Verwendung der kryokonservierten vaskulären Zellen aus humanen Nabelschnurgefäßen ist somit für das Tissue Engineering von kardiovaskulären Strukturen wie das der Herzklappe möglich gemacht worden. / Tissue engineering of heart valves has been developed to overcome the problems of bioprosthetical, mechanical heart valves or homografts by fabricating a viable heart valve substitute from autologous cells with the ability to grow, repair and remodel. This work was focusing of the impact of cryopreserved human umbilical cord cells for fabrication of tissue engineered heart valves for patients diagnosed prenatally with congenital heart lesions potentially enabling heart valve replacement in the early years of life. By using biodegradable polymer matrices as a scaffold for tissue development until cells produce their own matrix autologous cryopreserved human umbilical cord cells are seeded onto the polymer scaffold, forming viable tissue while the polymer degrades. By using a biomimetic flow culture systems these cells shows perfect abilities of creating an in vitro tissue formation. However these cells suggest the potential benefit of establishing autologous human cell banks for pediatric patients diagnosed intrauterinely with congenital defects.

Herzinsuffizienz mit konsekutivem Herzversagen ist ein zentrales kardiovaskuläres Problem der heutigen Bevölkerung.Ursächlich ist insbesondere eine progrediente Herzhypertrophie. Die Calcium-Calmodulin abhängige Phosphatase Calcineurin (CnR) spielt hierbei in der Pathogenese eine entscheidende Rolle. CnR wird über seine Calciumbindungsstellen an der regulatorischen Untereinheit Calcineurin B (CnB) aktiviert.Um zu untersuchen, inwieweit CnB bei der Hypertrophie verschiedener Ätiologien reguliert wird, wurde in linksventrikulären Myokardbiopsien von Patienten mit Aortenstenose (AS= 14) bzw. aus explantierten Herzen mit Dilatativer Kardiomyopathie (DCM=27) und Koronarer Herzerkrankung (KHK=7) der mRNA-und Proteingehalt von CnB bestimmt und mit der Expression von ANP und BNP korreliert. Als Kontrollgruppe dienten 15 abgelehnte Spenderherzen mit normaler systolischer Funktion und gesunder Morphologie. In den Herzen der Kontroll-, DCM-, und KHK-Gruppen wurde der linksventrikuläre Fibrosegehalt bestimmt. Hierzu wurden eine extern standardisierte Real-Time-PCR-Technik und ein etabliertes Western Blot Verfahren angewandt. Die Ergebnisse werden im Median ± 25%/75%-Perzentile angegeben und mit dem Mann-Whitney-Test bzw. Korrelationsanalysen nach Spearman berechnet. In den Herzen mit DCM zeigte sich eine signifikante Erhöhung der CnB mRNA auf ca. das Dreifache der Kontrollen (293% der Ko, p / Heart failure is a central cardiovascular problem for the current population. Cardiac hypertrophy is a central factor. The calcium-Calmodulin dependent phosphatase Calcineurin (CnR) plays a crucial role in the pathogenesis. CnR is activated via its calcium-binding site in the regulatory subunit Calcineurin B (CnB). In order to examine, to what extent CnB is regulated in different aetiologies of hypertrophy, we analysed CnB´s mRNA and protein in left ventricular samples from patients with aortic valve stenosis (AS = 14) and from explanted hearts with dilated (DCM=27) and ischemic (ICM=7) cardiomyopathy and correlated them with the expression of ANP and BNP. As a control, 15 rejected donor hearts with normal systolic function and non-pathologic changed morphology were used. Fibrosis of the left ventricle was determined in three groups: control , DCM and ICM. Therefore, we used an externally standardized real-time PCR and an established Western Blot. Data are given as median ± 25%/75%- percentiles; Mann Whitney test and Spearman´s correlation-analyses were used. CnB mRNA was significantly raised in DCM (293% of control, p

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Despite intense research efforts, the repair of large bone defects is still not satisfactory and remains a major challenge in Orthopaedic Surgery. In this context bone tissue engineering has emerged as a promising strategy. However, one of the fundamental principles underlying tissue engineering approaches is that newly formed tissue must maintain sufficient vascularization to support its growth. Thus an active blood vessel network is an essential pre-requisite for scaffold constructs to integrate within existing host tissue. Currently, great efforts are made to address this problem employing transplantation of vascular cells and loading of appropriate biological factors. Endothelial progenitor cells (EPCs) are a heterogeneous subpopulation of bone marrow mononuclear progenitor cells with potential for differentiation to the endothelial lineage and thus vasculogenic capacity. However, clinical studies reported that with the increase of age, increased susceptibility to apoptosis and accelerated senescence may contribute to the numerical and functional impairments observed in EPCs, which may lead to a reduced angiogenic capacity and an increased risk of vascular disease. Hence attention has increasingly been paid to enhance mobilization and differentiation of EPCs for therapeutic purposes. A large body of evidence indicates that in Traditional Chinese Medicine (TCM) a plethora of herbs and herbal extracts are effective in the treatment of vascular diseases such as chronic wounds, diabetic retinopathy and rheumatoid arthritis. Thus, it seems rational to explore these medicinal plants as potential sources of novel angiomodulatory factors. In this thesis we demonstrated that treatment with TCM herbal extracts promote cell growth, cell migration, cell-matrix and capillary-like tube formation of BM-EPCs. Among these TCM extracts, Salidroside (SAL) and Icariin (ICAR) incubation increased VEGF and nitric oxide secretion, which in turn mediated the enhancement of angiogenic differentiation of BM-EPCs. A mechanic evaluation provided evidence that SAL stimulates the phosphorylation of Akt, mammalian target of rapamycin (mTOR) and ribosomal protein S6 kinase (p70S6K), as well as phosphorylated ERK1/2, which is associated with the cell migration and tube formation. Furthermore, a pilot in vivo study showed that SAL has the potential to enhance bone formation in a murine femoral critical-size bone defects model. Another new finding of the present study is that hydrogen peroxide (H2O2)-induced cytotoxicity is counteracted by TCM extracts. We found that SAL, Salvianolic acid B (SalB) and ICAR significantly abrogated H2O2-induced cell apoptosis, reduced the intracellular level of reactive oxygen species (ROS) and nicotinamide adenine dinucleotide phosphate-oxidase (NADPH) expression, and restored the mitochondrial membrane potential of BM-EPCs. Our data suggest that this protective effect of SalB is mediated by the activation of mTOR, p70S6K, 4EBP1, and by the suppression of MKK3/6-p38 MAPK-ATF2 and ERK1/2 signaling pathways after H2O2 stress. In addition, the investigation also demonstrates that ICAR owns the ability to inhibit apoptotic and autophagic programmed cell death via restoring the loss of mTOR and attenuation of ATF2 activity upon oxidative stress. Based on the outcomes of the present work, we propose SAL, SalB and ICAR as novel proanigiogenic and cytoprotective therapeutic agents with potential applications in the fields of systemic and site-specific tissue regeneration including ischaemic disease and extended musculoskeletal tissue defects.

Die vorliegende Untersuchung hat in der Nordosten Hoch-ebene Stadt Nova Hartz, spielend in der erzbischöflichen Region Porto Alegre – Hauptstadte des Bundesland Rio Grande do Sul- stattgefunden . Das Ziel wurde die aktuelle Situation der umweltliche Verwitterung des Bach Arroio Grande durch Beschreibung und Übersicht des naturelles Zeiger zu erkennen. Das untersuchte Gelände fasst Teil des Arroio Grande Unterbecken um, das zum Bewässerungsbecken des Rio dos Sinos gehört. Zur physichen Daten nahm man eine Forschung bei ehmaliger Einwohner zu, um die soziale und umweltliche Landschaft von mitte des XX Jahrhundert bis heutzutage zu bilden. Die Wiederaufbau des pflanzliche Decke in dem Hang den Bergen wegen der Verzicht auf landwirtschaftliche Arbeit, als positiv gesehen und die Verwitterung des Wasserstoffreserven, als negative Ansicht, wurden in dieser Forschung festgestellt, beschreibt und analysiert. Wurde nachgeprüft, dass, trotz der menschliche Intervention, die die Änderung in dynamischen Gleichgewicht des ökologisches System verursacht, das Gelände naturelle Faktoren zeigt, die zu seiner Schwäche beitragen, und dass, das Verwitterungen zeugt. Diese Verwitterungen sind durch die menschliche unangemessene Akten über diese schwacheUmwelt schneller und verstärkt. Die Zeigen von naturellen Verwitterungen, so wie Erosion, Auswaschung des Flussufer und Versandung den Wasserlaufen, kommen im ländlichen Gegend am meistens vor. Andere Zeigen Verwitterungen, wie Fehlen von wimperichem Wald und Entleerung häuslichen und industriellen Abfall, kommen stärker im städischen Gegend vor. Einige Vorschläge stehen in dieser Arbeit, in der Absicht neue Handlungen, die der Aufschlag den Zeigen minimizieren, zu ermöglichen, und so, zukunftliche Problemen, die in anderen Städten mit ähnlichen Kennzeichen als Nova Hartz vorkommen, zu verhindern. / O presente estudo foi realizado no município de Nova Hartz, localizado a nordeste da encosta do planalto médio, na região metropolitana de Porto Alegre, capital do Rio Grande do Sul. Objetivou-se diagnosticar a situação atual da degradação ambiental do arroio Grande, através da descrição e mapeamento de indicadores naturais e antrópicos. A área pesquisada abrange parte da sub-bacia do arroio Grande, pertencente à bacia hidrográfica do rio dos Sinos. Acrescentou-se aos levantamentos físicos, uma pesquisa junto aos moradores antigos com o objetivo de reconstruir o cenário sócio-ambiental desde meados do século XX até os dias atuais. A recuperação da cobertura vegetal nas encostas de morros devido ao abandono das atividades agrícolas, como aspecto positivo e a degradação dos recursos hídricos como aspecto negativo, foram constatados, descritos e analisados na presente pesquisa. Constatou-se que, apesar da intervenção humana estar causando alterações no equilíbrio dinâmico dos ecossistemas, a área apresenta fatores naturais que contribuem para sua fragilidade, gerando degradações cujos processos são acelerados e acentuados pelas atividades humanas inadequadas sobre esses ambientes frágeis. Os indicadores de degradação de origem natural, como erosões, solapamento das margens e assoreamento dos cursos de água, estão mais presentes nas áreas rurais. Indicadores de degradação de origem antrópica, como ausência de mata ciliar e despejo de efluentes domésticos e industriais, se fizeram presentes de forma mais acentuada nas áreas urbanizadas. Os resultados das análises de alguns parâmetros indicadores da qualidade das águas do arroio Grande mostraram uma significativa diminuição da qualidade das águas na área urbana e a jusante dela. Algumas sugestões foram somadas ao presente trabalho, no intuito de possibilitar ações que possam minimizar os impactos dos indicadores mapeados e evitar futuros problemas já ocorridos em outras cidades com características semelhantes à Nova Hartz. / The present study was carried out in the county (municipality) of Nova Hartz, localized to the northeast of the slope of the medium highlands, in the metropolitan region of Porto Alegre, capital of Rio Grande do Sul. Our goal was to diagnose the real situation of the environmental degradation of the rivulet Arroio Grande, through the description and the mapping of of natural and antropic indicators. The area under survey includes part of the sub-basin of Arroio Grande, belonging to the hydrographic basin of the river Rio dos Sinos. To the physical data we added a survey with the older dwellers aiming at reconstructing the socioenvironmental scenario since the middle of the 20th century till our days. The recovery of the vegetal cover on the moutain slopes due to the abandonment of agricultural activities, as a positive aspect and the degradation of the hydric resources as a negative aspect, were verified, described and analyzed through the perception of old dwellers of the place. It was verified that, in spite of the human intervention bringing about alterations on the dynamic balance of the ecosystems, the area presents natural factors contributing to its fragility, bringing about degradations whose processes are accelerated and accentuated by inadequate human activities on these fragile environments. These degradation indicators of natural origin, like erosion, underwash of brook banks and the silting up of water courses , are more present in rural areas. Degradation indicators like the absence of ciliary woods and the inflow of domestic and industrial wastewaters are much more accentuated in urbanized areas. Some suggestion were added to the present paper with the intent of allowing actions which might minimize the impact of the mapped indicators and help avoid future problems as have already happened in other towns with characteristics similar to Nova Hartz´s.

Die vorliegende Untersuchung hat in der Nordosten Hoch-ebene Stadt Nova Hartz, spielend in der erzbischöflichen Region Porto Alegre – Hauptstadte des Bundesland Rio Grande do Sul- stattgefunden . Das Ziel wurde die aktuelle Situation der umweltliche Verwitterung des Bach Arroio Grande durch Beschreibung und Übersicht des naturelles Zeiger zu erkennen. Das untersuchte Gelände fasst Teil des Arroio Grande Unterbecken um, das zum Bewässerungsbecken des Rio dos Sinos gehört. Zur physichen Daten nahm man eine Forschung bei ehmaliger Einwohner zu, um die soziale und umweltliche Landschaft von mitte des XX Jahrhundert bis heutzutage zu bilden. Die Wiederaufbau des pflanzliche Decke in dem Hang den Bergen wegen der Verzicht auf landwirtschaftliche Arbeit, als positiv gesehen und die Verwitterung des Wasserstoffreserven, als negative Ansicht, wurden in dieser Forschung festgestellt, beschreibt und analysiert. Wurde nachgeprüft, dass, trotz der menschliche Intervention, die die Änderung in dynamischen Gleichgewicht des ökologisches System verursacht, das Gelände naturelle Faktoren zeigt, die zu seiner Schwäche beitragen, und dass, das Verwitterungen zeugt. Diese Verwitterungen sind durch die menschliche unangemessene Akten über diese schwacheUmwelt schneller und verstärkt. Die Zeigen von naturellen Verwitterungen, so wie Erosion, Auswaschung des Flussufer und Versandung den Wasserlaufen, kommen im ländlichen Gegend am meistens vor. Andere Zeigen Verwitterungen, wie Fehlen von wimperichem Wald und Entleerung häuslichen und industriellen Abfall, kommen stärker im städischen Gegend vor. Einige Vorschläge stehen in dieser Arbeit, in der Absicht neue Handlungen, die der Aufschlag den Zeigen minimizieren, zu ermöglichen, und so, zukunftliche Problemen, die in anderen Städten mit ähnlichen Kennzeichen als Nova Hartz vorkommen, zu verhindern. / O presente estudo foi realizado no município de Nova Hartz, localizado a nordeste da encosta do planalto médio, na região metropolitana de Porto Alegre, capital do Rio Grande do Sul. Objetivou-se diagnosticar a situação atual da degradação ambiental do arroio Grande, através da descrição e mapeamento de indicadores naturais e antrópicos. A área pesquisada abrange parte da sub-bacia do arroio Grande, pertencente à bacia hidrográfica do rio dos Sinos. Acrescentou-se aos levantamentos físicos, uma pesquisa junto aos moradores antigos com o objetivo de reconstruir o cenário sócio-ambiental desde meados do século XX até os dias atuais. A recuperação da cobertura vegetal nas encostas de morros devido ao abandono das atividades agrícolas, como aspecto positivo e a degradação dos recursos hídricos como aspecto negativo, foram constatados, descritos e analisados na presente pesquisa. Constatou-se que, apesar da intervenção humana estar causando alterações no equilíbrio dinâmico dos ecossistemas, a área apresenta fatores naturais que contribuem para sua fragilidade, gerando degradações cujos processos são acelerados e acentuados pelas atividades humanas inadequadas sobre esses ambientes frágeis. Os indicadores de degradação de origem natural, como erosões, solapamento das margens e assoreamento dos cursos de água, estão mais presentes nas áreas rurais. Indicadores de degradação de origem antrópica, como ausência de mata ciliar e despejo de efluentes domésticos e industriais, se fizeram presentes de forma mais acentuada nas áreas urbanizadas. Os resultados das análises de alguns parâmetros indicadores da qualidade das águas do arroio Grande mostraram uma significativa diminuição da qualidade das águas na área urbana e a jusante dela. Algumas sugestões foram somadas ao presente trabalho, no intuito de possibilitar ações que possam minimizar os impactos dos indicadores mapeados e evitar futuros problemas já ocorridos em outras cidades com características semelhantes à Nova Hartz. / The present study was carried out in the county (municipality) of Nova Hartz, localized to the northeast of the slope of the medium highlands, in the metropolitan region of Porto Alegre, capital of Rio Grande do Sul. Our goal was to diagnose the real situation of the environmental degradation of the rivulet Arroio Grande, through the description and the mapping of of natural and antropic indicators. The area under survey includes part of the sub-basin of Arroio Grande, belonging to the hydrographic basin of the river Rio dos Sinos. To the physical data we added a survey with the older dwellers aiming at reconstructing the socioenvironmental scenario since the middle of the 20th century till our days. The recovery of the vegetal cover on the moutain slopes due to the abandonment of agricultural activities, as a positive aspect and the degradation of the hydric resources as a negative aspect, were verified, described and analyzed through the perception of old dwellers of the place. It was verified that, in spite of the human intervention bringing about alterations on the dynamic balance of the ecosystems, the area presents natural factors contributing to its fragility, bringing about degradations whose processes are accelerated and accentuated by inadequate human activities on these fragile environments. These degradation indicators of natural origin, like erosion, underwash of brook banks and the silting up of water courses , are more present in rural areas. Degradation indicators like the absence of ciliary woods and the inflow of domestic and industrial wastewaters are much more accentuated in urbanized areas. Some suggestion were added to the present paper with the intent of allowing actions which might minimize the impact of the mapped indicators and help avoid future problems as have already happened in other towns with characteristics similar to Nova Hartz´s.

Die vorliegende Untersuchung hat in der Nordosten Hoch-ebene Stadt Nova Hartz, spielend in der erzbischöflichen Region Porto Alegre – Hauptstadte des Bundesland Rio Grande do Sul- stattgefunden . Das Ziel wurde die aktuelle Situation der umweltliche Verwitterung des Bach Arroio Grande durch Beschreibung und Übersicht des naturelles Zeiger zu erkennen. Das untersuchte Gelände fasst Teil des Arroio Grande Unterbecken um, das zum Bewässerungsbecken des Rio dos Sinos gehört. Zur physichen Daten nahm man eine Forschung bei ehmaliger Einwohner zu, um die soziale und umweltliche Landschaft von mitte des XX Jahrhundert bis heutzutage zu bilden. Die Wiederaufbau des pflanzliche Decke in dem Hang den Bergen wegen der Verzicht auf landwirtschaftliche Arbeit, als positiv gesehen und die Verwitterung des Wasserstoffreserven, als negative Ansicht, wurden in dieser Forschung festgestellt, beschreibt und analysiert. Wurde nachgeprüft, dass, trotz der menschliche Intervention, die die Änderung in dynamischen Gleichgewicht des ökologisches System verursacht, das Gelände naturelle Faktoren zeigt, die zu seiner Schwäche beitragen, und dass, das Verwitterungen zeugt. Diese Verwitterungen sind durch die menschliche unangemessene Akten über diese schwacheUmwelt schneller und verstärkt. Die Zeigen von naturellen Verwitterungen, so wie Erosion, Auswaschung des Flussufer und Versandung den Wasserlaufen, kommen im ländlichen Gegend am meistens vor. Andere Zeigen Verwitterungen, wie Fehlen von wimperichem Wald und Entleerung häuslichen und industriellen Abfall, kommen stärker im städischen Gegend vor. Einige Vorschläge stehen in dieser Arbeit, in der Absicht neue Handlungen, die der Aufschlag den Zeigen minimizieren, zu ermöglichen, und so, zukunftliche Problemen, die in anderen Städten mit ähnlichen Kennzeichen als Nova Hartz vorkommen, zu verhindern. / O presente estudo foi realizado no município de Nova Hartz, localizado a nordeste da encosta do planalto médio, na região metropolitana de Porto Alegre, capital do Rio Grande do Sul. Objetivou-se diagnosticar a situação atual da degradação ambiental do arroio Grande, através da descrição e mapeamento de indicadores naturais e antrópicos. A área pesquisada abrange parte da sub-bacia do arroio Grande, pertencente à bacia hidrográfica do rio dos Sinos. Acrescentou-se aos levantamentos físicos, uma pesquisa junto aos moradores antigos com o objetivo de reconstruir o cenário sócio-ambiental desde meados do século XX até os dias atuais. A recuperação da cobertura vegetal nas encostas de morros devido ao abandono das atividades agrícolas, como aspecto positivo e a degradação dos recursos hídricos como aspecto negativo, foram constatados, descritos e analisados na presente pesquisa. Constatou-se que, apesar da intervenção humana estar causando alterações no equilíbrio dinâmico dos ecossistemas, a área apresenta fatores naturais que contribuem para sua fragilidade, gerando degradações cujos processos são acelerados e acentuados pelas atividades humanas inadequadas sobre esses ambientes frágeis. Os indicadores de degradação de origem natural, como erosões, solapamento das margens e assoreamento dos cursos de água, estão mais presentes nas áreas rurais. Indicadores de degradação de origem antrópica, como ausência de mata ciliar e despejo de efluentes domésticos e industriais, se fizeram presentes de forma mais acentuada nas áreas urbanizadas. Os resultados das análises de alguns parâmetros indicadores da qualidade das águas do arroio Grande mostraram uma significativa diminuição da qualidade das águas na área urbana e a jusante dela. Algumas sugestões foram somadas ao presente trabalho, no intuito de possibilitar ações que possam minimizar os impactos dos indicadores mapeados e evitar futuros problemas já ocorridos em outras cidades com características semelhantes à Nova Hartz. / The present study was carried out in the county (municipality) of Nova Hartz, localized to the northeast of the slope of the medium highlands, in the metropolitan region of Porto Alegre, capital of Rio Grande do Sul. Our goal was to diagnose the real situation of the environmental degradation of the rivulet Arroio Grande, through the description and the mapping of of natural and antropic indicators. The area under survey includes part of the sub-basin of Arroio Grande, belonging to the hydrographic basin of the river Rio dos Sinos. To the physical data we added a survey with the older dwellers aiming at reconstructing the socioenvironmental scenario since the middle of the 20th century till our days. The recovery of the vegetal cover on the moutain slopes due to the abandonment of agricultural activities, as a positive aspect and the degradation of the hydric resources as a negative aspect, were verified, described and analyzed through the perception of old dwellers of the place. It was verified that, in spite of the human intervention bringing about alterations on the dynamic balance of the ecosystems, the area presents natural factors contributing to its fragility, bringing about degradations whose processes are accelerated and accentuated by inadequate human activities on these fragile environments. These degradation indicators of natural origin, like erosion, underwash of brook banks and the silting up of water courses , are more present in rural areas. Degradation indicators like the absence of ciliary woods and the inflow of domestic and industrial wastewaters are much more accentuated in urbanized areas. Some suggestion were added to the present paper with the intent of allowing actions which might minimize the impact of the mapped indicators and help avoid future problems as have already happened in other towns with characteristics similar to Nova Hartz´s.