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DamokleS 4.0
(2019)
Dieser interne Bericht beschreibt die Zielsetzung, Durchführung und Auswertung des Projektes Damokles 4.0. Das Projekt zielt darauf ab, neue, digitale Technologien in die Schwerindustrie einzuführen um Produktionsprozesse zu modernisieren. Unter Einsatz neuer Technologien, insbesondere mobiler Geräte, soll ein cyberphyiskalisches System (CPS) eine kontextbasierte und künstlich intelligente Unterstützung der Mitarbeiter in den Bereichen der Schwerindustrie ermöglichen. Hierzu werden typische Anwendungsfälle und die damit verbundenen Szenarien zur Unterstützung der Mitarbeiter auf Basis von neuen, flexiblen, adaptiven und mobilen Technologien, wie Augmented Reality und künstlicher Intelligenz, modelliert. Um den Prototypen einer AR-Anwendung und einer kamerabasierte Personenverfolgung zu entwickeln, hat die Hochschule Ruhr West im kleinen Technikum am Campus Bottrop eine entsprechende industrielle Umgebung simuliert. Die Projektergebnisse zeigen die Anwendbarkeit der vorgeschlagenen Softwareansätze und die Ergebnisse einer Untersuchung der psychologischen Einflüsse auf die Mitarbeiter.
1. Einleitung
1.1 Hintergrund
„Der Klimawandel und der Umgang mit dessen Folgen ist eine der zentralen Herausforderungen der Menschheit im 21. Jahrhundert“ (S.Weller et al., 2016).
Seit Beginn der Industrialisierung kommt es zu einem starken Anstieg der Treibhauskonzentration in der Atmosphäre, welcher durch die erhöhte Nutzung fossiler Brennstoffe, die Ausweitung der industriellen Produktion sowie der Viehzucht und die damit einhergehende Abholzung
vieler Wälder geschuldet ist (Umweltbundesamt, 2021). Durch den Klimawandel kommt es neben der Zunahme von Hitzewellen und Trockenphasen ebenfalls zu einem Anstieg von extremen Starkregenereignissen, bei denen intensive Niederschläge in kürzester Zeit auftreten. Der Grund für die Zunahme an Starkregenereignissen ist die globale Erwärmung, da diese eine stärkere Verdunstung und einen höheren Feuchtigkeitsgehalt in der Luft bewirkt. Seit Beginn der
flächendeckenden Wetteraufzeichnungen im Jahre 1881 ist ein stetiger Anstieg der Temperatur zu verzeichnen. Im Vergleich zum Zeitraum 1881-1920 war die vergangene Dekade (2011-2020) 2 Grad Celsius wärmer (Kasper et al. September, 2021). Während Dürren als Konsequenz von längeren Trockenzeiten zu erwarten sind, kommt es durch die Starkniederschläge und einhergehende Überlastung der Kanalnetzte häufiger und intensiver zu flussbedingten
Überschwemmungen und Sturzfluten (Brasseur et al., 2016). Charakteristisch für Sturzfluten ist das Auftreten in urbanen und gebirgigen Gebieten, sowie kurze Vorlaufzeit und hohe Fließgeschwindigkeiten. Auf Grund der kurzen Vorlaufzeit ist es problematisch die Bevölkerung rechtzeitig vor den Gefahren zu warnen und präventive Maßnahmen einzuleiten (Brasseur et
al. 2016, 97–98). Es ist notwendig realitätsnahe und kurzfristige Niederschlags- und Überflutungsvorhersagen treffen zu können. Dies ermöglicht es, die Bevölkerung rechtzeitig vor drohenden Gefahren durch Sturzfluten oder Überschwemmungen zu warnen und zu schützen.
Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Erstellung einer Administratoroberfläche für die Lehre bei Photovoltaik (PV)-Praktika in der virtuellen Realität (VR). Die erstellte Umgebung bietet, mittels Bildschirmspiegelungen, Möglichkeiten zur didaktischen Anleitung und Unterstützung der Studierenden. Das Thema wurde aufgrund einer bestehenden Lehranwendung in der VR bedeutungsvoll und zeigt deutliches Potenzial. Diese Lehranwendung wird bereits umfassend und verpflichtend in den Praktika eingesetzt. Sie bietet einen praxisnahen Aufbau von Solaranlagen und erhöht gefahrlos die Experimentierfreudigkeit. Mit ihr lassen sich die aufgebauten Anlagen technisch prüfen, simulieren und bewerten. Zudem werden die beiden Möglichkeiten zur Unterstützung der Studierenden beurteilt. Als Ergebnis wird die Umsetzung der nahezu automatisierten Administratorober-fläche verdeutlicht und ein Usability-Test aus den Praktika evaluiert.
Schlagwörter: Administratoroberfläche, Bildschirmspiegelung, C, Didaktik, im-mersiv, Oculus Quest 2, Photovoltaik, Python, Tkinter, virtuelle Realität
Im vorliegenden Beitrag wird ein hochsprachenprogrammierbares System zur schritthaltenden Vollbild-Interpretation natürlich beleuchteter Szenenfolgen im Videotakt vorgestellt. Im einzelnen werden folgende Teilmodule und Subsysteme beschrieben: eine hochdynamische, pixellokal autoadaptive CMOS-Kamera mit ca. 120 dB Helligkeitsdynamik (20Bits/Pixel) ein hochsprachenprogrammierbarer Systolic Array Prozessor (für die pixelbezogenen Verarbeitungsmodule) im PCI-Kartenformat, samt optimierendem Compiler, Simulator und Emulator Systemprozeßgerüste unter Linux auf den für die Echtzeit-Anwendungen eingesetzten Hostrechnern (z.B. DEC/Alpha oder Intel/ Pentium)eine prototypische Anwendung zur bildverarbeitungsbasierten Eigenbewegungsbeobachtung (Translationsrichtung, Eotationsraten)eine prototypische, automotive Anwendung zur schritthalt enden Detektion und Kartierung des Straßen- und Spurverlaufs unter partieller monokularer 3D-Rekonstruktion, sowie prototypische Anwendungen zur Klassifikation verkehrsrelevanter Hindernisse (Verkehrsteilnehmer)