Untersuchung von Aufmerksamkeitseffekten für die gezielte Gestaltung von Visualisierungsoberflächen für zeitgemäße Mensch-Maschine-Interaktion

ZusammenfassungIn der modernen Arbeitswelt besteht eine wachsende Bedeutung von Steuer- und Überwachungstätigkeiten, die heute in Leitwarten und in Zukunft möglicherweise mittels neuer Interaktionsformen ausgeführt werden. Bei diesen Tätigkeiten ist verantwortungsvolles Handeln gefordert, da eine Verpflichtung für die Aufrechterhaltung der Prozesse besteht. Die Mensch-Maschine-Interaktion findet häufig mittels einer komplexen Visualisierung sowie einer Vielzahl an Bildschirmen statt. Dies kann bedeuten, dass sich relevante Information außerhalb der direkten visuellen Wahrnehmung eines Bedieners befinden. Es besteht die Herausforderung, die Aufmerksamkeit durch Signale gezielt zu lenken, damit handlungsleitende Informationen wahrnehmbar werden. Ziel der durchgeführten Untersuchung war es deshalb, Mindestanforderungen für die Erkennung von Signalen im peripheren Blickfeld zu untersuchen. Ausgehend von Vorerkenntnissen wurden in einem Laborexperiment Signale in verschiedenen Leuchtdichtekontrasten und Frequenzen in festgelegten Winkeln des peripheren Blickfeldes untersucht. Diese zeigen die Überlegenheit hoher Leuchtdichtekontraste und Frequenzen für die Erkennung, steigende Winkel verringerten diese. Die aus den Daten abgeleiteten Regressionen gestatten die Abschätzung von Erkennungswahrscheinlichkeit und Reaktionszeiten.Praktische Relevanz: Die erreichten Ergebnisse geben Entwickler*innen und Anwender*innen von Technik ein Werkzeug für die gezielte Gestaltung von Signalen in der Mensch-Maschine-Interaktion bei komplexen Visualisierungshintergründen an die Hand. Aus den Erkenntnissen können konkrete Maßnahmen abgeleitet werden, die helfen, Sicherheit und Zuverlässigkeit durch eine verbesserte Gestaltung der Mensch-Maschine-Interaktion zu unterstützen.

Industrialisierung der Baustelle durch Verknüpfung von BIM und Vorfertigung – Praxiserfahrungen am Beispiel der Befestigungstechnik in der Technischen Gebäudeausrüstung/Industrialization of the jobsite with the combination of BIM and prefabrication – Practical examples from the fastening of the technical buildings services

Zusammenassung Die Steigerung der Produktivität auf der Baustelle ist eines der wichtigsten Ziele bei der Entwicklung neuartiger Bauprozesse. Vorfertigung wird dabei als ein mögliches Element zur Beschleunigung des Bauablaufs gesehen. Wird die Vorfertigung mit der digitalen Planung verknüpft, kann schon heute eine verbesserte Industrialisierung der Baustelle erfolgen. Der Artikel beschreibt ein Vorgehensmodell für die Vorfertigung, das sich an der derzeitigen Baupraxis orientiert und gleichzeitig eine Steigerung der Produktivität erzielt. Das Vorgehensmodell wurde an ersten Pilotprojekten mit dem Fokus auf die Befestigungstechnik mit signifikanten Projektverbesserungen implementiert. Es bildet somit die Grundlage für weitergehende Prozessansätze im Bereich der Vorfertigung in der Technischen Gebäudeausrüstung (TGA).

Untersuchung von Aerosol-Strahlung-Wolken Wechselwirkungen mit Ceilometerdaten im Rahmen des PermaStrom Projektes

<p>Im Zusammenhang mit der geplanten Energiewende in Deutschland und Europa werden exakte Photovoltaikertragsprognosen immer wichtiger. In den meisten operationellen Wettervorhersagemodellen bleiben jedoch Aerosol- Strahlungs- und Wolkenwechselwirkungen bisher unberücksichtigt, was besonders bei Sonderwetterlagen wie Saharastaub oder Waldbrandaerosolepisoden zu Fehlprognosen des PV Ertrags führen kann. Das vom BMWi geförderte Verbundprojekt (Partner: DWD, KIT, Meteocontrol) PermaStrom (Photovoltaikertragsprognose zum besseren Management des Einflusses des atmosphärischen Aerosols auf die Stromnetze in Deutschland und Europa) untersucht deshalb unter anderem die Parametrisierung von Aerosol-Wolken-Strahlungs-Wechselwirkungen im ICON-ART Vorhersagemodell.</p> <p>Zur Validierung des modellierten Bedeckungsgrades der 24h Modellvorhersage während Saharastaubereignissen wurden Ceilometerdaten verwendet.</p> <p>Ceilometer sind bodengestützte Fernerkundungssensoren, welche nach dem Lidar-Prinzip zeitlich und vertikal hoch aufgelöst die Höhe von Wolkenunterkanten sowie Profile der Aerosolrückstreuung messen. Aus Ceilometerdaten an 13 verschiedener Stationen in Deutschland wurden stündliche Werte des Bedeckungsgrades während Saharastaubereignissen vertikal aufgelöst (500m, von 0-12000m) extrahiert und mit den stündlichen ICON-ART Vorhersagen sowie einem Kontrollexperiment ohne Staub verglichen.</p> <p>Die Auswertung der mittleren Abweichung des Bedeckungsgrades zwischen Modell und Ceilometer zeigt in Wintermonaten im Mittel über die 13 Stationen eine Überschätzung der modellierten bodennahen Bewölkung (0-1000m) zwischen 2-10% und der hohen Bewölkung (6000-10000m) zwischen 1-9%, während bei der mittelhohen Bewölkung (1500m - 4000m) der modellierte Bedeckungsgrad um 1-4% geringer ist als in den Ceilometermessungen. Auffällig ist auch die Unterschätzung des modellierten Bedeckungsgrades bis zu 4% bei Wolken über 10000m. Dies ist insbesondere interessant, da sich gezeigt hat, dass hohe Zirruswolken im Zusammenhang mit Saharastaubereignissen bislang häufig nicht korrekt vorhergesagt werden können.  Für die Sommermonate finden sich insgesamt größere Abweichungen, besonders oberhalb 8000m wird der Bedeckungsgrad modellseitig um bis zu 15% überschätzt. Der ICON-ART-Lauf mit Staub weist gegenüber dem Kontrollexperiment ohne Staub in zwei von vier Monaten geringere Abweichungen (um 8-10% geringer) in Bezug auf die aus Ceilometermessungen bestimmten Bedeckungsgrade auf.</p> <p>Noch deutlicher wird die Verbesserung bei der gesonderten Betrachtung von Tag-und Nachtzeiten. Hier ergibt sich während der Nachtstunden eine verbesserte Modellierung der Bewölkung zwischen 1 und 11% in allen untersuchten Monaten. Tagsüber ergaben sich Verbesserungen in drei von 4 Monaten von 10 bis 26% im Vergleich zum ICON-ART Kontrollexperiment ohne Staubberücksichtigung.</p> <p>Die Ergebnisse zeigen, dass das ICON-ART Modell, das bisher nur den direkten und semi-direkten Effekt des Aerosols auf die Strahlung berücksichtigt, bereits eine verbesserte Vorhersage der Bewölkungssituation bei Saharastaubereignissen liefern kann. Im weiteren Projektverlauf ist eine Erweiterung des Modelles um zusätzliche Aerosolkomponenten und eine Einbeziehung der mikrophysikalischen Effekte des Aerosols auf die Wolkenbildung geplant.</p>

Entwicklung einer VR-Umgebung zur Exploration von Process-Mining

ZusammenfassungVR-Umgebungen werden bereits in zahlreichen Anwendungsszenarien erfolgreich zur Visualisierung von Daten mit dem Ziel beispielsweise der Lernprozessunterstützung eingesetzt. Dieser Beitrag stellt eine VR-basierte Umgebung für Process-Mining mit dem Ziel der Prozessanalyseunterstützung vor. Die VR-basierte Umgebung ermöglicht, Prozessdaten aus Quellsystemen dynamisch anzubinden und zu laden und diese als ein dreidimensionales Prozessmodell zu visualisieren und zu analysieren. Die VR-Umgebung wurde systematisch basierend auf einer Anforderungsanalyse konzipiert, die aus kommerziellen (2D) Process-Mining Werkzeugen und verwandten Arbeiten aus der Literatur abgeleitet wurde. Bei der Implementierung der Umgebung wurde Wert auf Erweiterbarkeit und Offenheit der Umgebung gelegt. Im Gegensatz zu einer zweidimensionalen Visualisierung ermöglicht die VR-Umgebung für Process-Mining eine verbesserte Exploration der Zusammenhänge zwischen Prozessen und Daten (z. B. Prozesskennzahlen wie Ressourcenauslastung, Durchlaufzeit, Prozessabweichungen).

AR/VR.nrw – Augmented und Virtual Reality in der Hochschullehre

ZusammenfassungImmer mehr Hochschulen suchen nach Lösungen Augmented und Virtual Reality (AR/VR) stärker in Lehre und Forschung einzubinden. Es wurde bereits gezeigt, dass für manche Sachverhalte immersive Technologien verglichen mit traditionellen Lernmethoden besser geeignet sind; speziell um komplexe Sachverhalte zu erleben und zu lernen. Abseits solcher Projekte finden sich jedoch kaum Fälle einer breiten Anwendung in der gängigen Hochschullehre. Mit diesem Beitrag wird eine Möglichkeit vorgestellt, Augmented und Virtual Reality stärker und allgemein verständlicher in die Lehre und Forschung der Hochschulen zu integrieren und eine verbesserte Kollaboration zwischen den beteiligten Akteuren und Stakeholdern zu ermöglichen. Vor dem Hintergrund lehr-lernpsychologischer und mediendidaktischer Theorien sowie auf Basis von Wirksamkeitsstudien wird daher mit Figments.nrw eine offene und freie Lösung entwickelt, die sowohl eine Autorenumgebung zur einfachen Erstellung von Augmented- und Virtual-Reality-Inhalten als auch Instrumente zur Durchführung von Lehr‑/Lernaktivitäten umfasst. Hierbei werden Erkenntnisse und Erfahrungen aus der Nutzung sowie Untersuchung bisheriger Lösungen, wie notwendige informationstechnische Expertise, Ressourcen-Intensität sowie monolithische und proprietäre Software, berücksichtigt.

Verkalkungsneigung und kardiovaskuläres Risiko bei Dialysepatienten

ZUSAMMENFASSUNGDialysepatienten sind kardiovaskuläre Hochrisikopatienten. Mit Phosphat und Parathormon messen und behandeln wir heute lediglich 2 Faktoren des pathophysiologischen Verkalkungssystems. Als Kliniker sind wir bzgl. der Funktionalität dieses Verkalkungssystems weitgehend im Blindflug unterwegs. Wir behandeln zwar vermutlich das Richtige, können aber weder die Patientenprognose noch die Effektstärke unserer Interventionen gut abschätzen. Diese diagnostische Lücke könnte zukünftig der T50-Test füllen, ein neuartiger funktioneller Bluttest zur Messung der Verkalkungsneigung im Serum. Dieser Test hat das Potenzial, durch eine verbesserte koordinierte Therapielenkung und Einbeziehung etablierter Therapien ins Behandlungskonzept, zu einer Verbesserung des kardiovaskulären Outcomes von Dialysepatienten beizutragen.

Peptidradiorezeptor-Therapie (PRRT)

ZusammenfassungNeuroendokrine Neoplasien (NEN) stellen ein komplexes, heterogenes Krankheitsbild dar, wobei der Primärtumorlokation meist im Gastrointestinaltrakt lokalisiert ist. Als „Orphan Disease“ sind NEN zwar selten, werden aber primär durch eine verbesserte bildgebende Diagnostik in den letzten Jahren verstärkt diagnostiziert. Hierbei spielt die Somatostatinrezeptor (SSTR)-gerichtete molekulare Bildgebung eine große Rolle, insbesondere die Einzelphotonen-Emissions-Computertomografie (SPECT) sowie die Positronen-Emissions-Tomografie (PET). Neben einer exakten Ausbreitungsdiagnostik generiert die SSTR-gerichtete Bildgebung auch eine Therapierationale für eine Peptidradiorezeptortherapie (PRRT) in einem sog. „theranostischen“ Ansatz. Hierbei wird ein β-Strahler mit dem identischen Peptid des diagnostischen SPECT-/PET-Gegenstücks gekoppelt, um somit eine gezielte, SSTR-gerichtete Bestrahlung von NEN und metastatischer Läsionen zu ermöglichen. Das daraus resultierende „heiße“ Somatostatinanalogon kann als hocheffektives Radiotherapeutikum mit akzeptablem Nebenwirkungsprofil eingesetzt werden, was bereits in einer randomisierten, prospektiven, multizentrischen Studie belegt wurde. Die PRRT erfolgt in Deutschland stationär auf einer nuklearmedizinischen Isotopenstation, wobei Indikation, Durchführung und Nachsorge dieser zielgerichteten Therapie in einem interdisziplinären Ansatz in enger Absprache mit Kolleg*innen der Inneren Medizin, der Medizinphysik und Nuklearmedizin erfolgen sollte. Mit Lutathera (177Lu-Oxodotreotid) steht seit Kurzem ein in Deutschland zugelassenes Arzneimittel zur SSTR-gerichteten Therapie zur Verfügung, womit die PRRT verstärkt Anwendung finden dürfte.

Digitaler Airport Zwilling – Herausforderungen bei der digitalen Transformation von Flughäfen im Kontext des Airportmanagements

Zusammenfassung Flughäfen entwickeln sich zu industriell-gesellschaftlichen Mobilitätsknoten. Als kritische Infrastrukturen stehen sie ebenfalls vor der Herausforderung effizient und klimaneutral zu agieren. Die Realisierung dieser Anforderungen ist nicht ausschließlich technologisch lösbar. Sie bedarf einer neuen Form des Managements, das alle genannten Aspekte berücksichtigt. Dieses Management erfordert Echtzeit- und Prognosedaten die den Zustand des Systems Flughafen wiederspiegeln. Eine Variante, die zum Management benötigten erheblich steigenden Datenmengen zu organisieren, liegt im Einsatz eines digitalen Zwillings als digitale Repräsentanz des realen Flughafens. Dessen Einbettung in eine Managementumgebung, deren Grundvoraussetzung eine What-If Fähigkeit ist, ermöglicht eine verbesserte und umfassendere Situationsbewertung und bildet die Basis für künftige Entscheidungsfindungsprozesse im Flughafen.

Migrationskonzept zur Einführung von Ethernet TSN in die Feldebene

Zusammenfassung Anwendungen, wie z. B. eine datengetriebene Prozessüberwachung oder eine für die Fertigung kundenindividueller Produkte notwendige wandlungsfähige Produktionstechnik, erzeugen neue und zusätzliche Anforderungen an die Industrielle Kommunikation. Die Kommunikation muss stoßfrei rekonfiguriert werden können, um Plug-and-Play-Dienste zu ermöglichen und so skalierbar und sicher sein, dass eine vertikale Kommunikation vom Sensor bis zur Cloud möglich wird. Als Basis für ein skalierbares Kommunikationsnetzwerk, welches von verschiedenen echtzeitfähigen oder nicht-echtzeitfähigen Protokollen konvergent genutzt werden kann und so die bisher harte Grenze zwischen IT und Feldebene durchlässig macht, soll Ethernet TSN verwendet werden. Um auch einfache Sensoren ohne Gateways anzuschließen, sollen neue physikalische Übertragungstechnologien, Single Pair Ethernet (SPE) eingesetzt werden. Lange Lebenszyklen von Produktionsanlagen und Automatisierungstechnik führen allerdings dazu, dass die Einführung und Verbreitung neuer Technologien nur langsam erfolgt. Dabei unterliegt die Einführung der genannten Technologien unterschiedlichen Einflüssen: So ist die Einführung von TSN als Netzwerktechnologie gegenüber einer Physical Layer-Technologie, wie Single Pair Ethernet, oder einer Protokolleinführung, wie OPC UA, besonders schwer, da TSN nur dann genutzt werden kann, wenn alle Geräte eines Netzwerkes TSN auch unterstützen. Migrationsstrategien für Feldgeräte sind heute häufig unzureichend. Ein neuer Ansatz für eine verbesserte Migrationsstrategie für Feldgeräte, der die Einführung von Ethernet TSN in die Feldebene ermöglicht, ist der Ethernet Bridge-Modus „Time Aware Forwarding“. Time Aware Forwarding vereinfacht die Umsetzung von TSN in Feldgeräte mit zwei Ports. Bestehende PROFINET-Hardware und -Geräte erlangen mit diesem Verfahren die geforderten Funktions- und Leistungsmerkmale, wie Synchronität und geplanter Datenverkehr, um mit TSN-Netzwerken zusammenarbeiten zu können.

Sekundärnutzung klinischer Daten aus der Patientenversorgung für Forschungszwecke – Eine qualitative Interviewstudie zu Nutzen- und Risikopotenzialen aus Sicht von Expertinnen und Experten für den deutschen Forschungskontext

ZusammenfassungDer Verwendung klinischer Daten zu Forschungszwecken wird großes Potenzial für verschiedene Arten von nicht-interventionellen, datengetriebenen Studien zugeschrieben. In Deutschland stellt eine solche Sekundärnutzung klinischer Daten allerdings bisher die Ausnahme dar. Für die Entwicklung eines entsprechenden nationalen Rahmenkonzeptes gilt es Nutzen und Risiken der Verwendung klinischer Daten zu Forschungszwecken abzuschätzen. Hierzu ist eine fundierte Abwägung von Nutzen und Risiken durch die Expertise und Erfahrungen relevanter nationaler Akteursgruppen erforderlich, um anhand deren Handlungspraxis die oftmals auf Hypothesen beruhende Literatur zu komplementieren. Die sozialempirische Forschung hat die Perspektive dieser Akteure in Deutschland bisher allerdings nicht systematisch beleuchtet. Ziel der vorliegenden empirischen Studie ist es daher, die Wahrnehmungen und Erwartungen der relevanten Akteursgruppen darzustellen und spezifische Bedarfe im Kontext wahrgenommener Nutzen- und Risikopotenziale der Sekundärnutzung aufzuzeigen.Eine qualitative Interviewstudie (leitfadengestützte Experteninterviews; purposive sample; n = 21 aus den Bereichen Forschung, Versorgung, Medizininformatik, Patientenvertretung und Politik) mit anschließender qualitativer Inhaltsanalyse wurden durchgeführt, um das breite Spektrum an Nutzen- und Risikopotenzialen abzubilden sowie entsprechende Bedarfe abzuleiten. Den analytischen Rahmen bilden vier Anwendungsfelder für die Verwendung klinischer Daten: klinische (nicht-interventionelle) Forschung, Public Health Forschung, Versorgung zur Qualitätsverbesserung und explorative Verwendung.Vor dem Hintergrund eines zunehmenden Verschwimmens der Grenzen von Forschung und Versorgung hofften Expert*innen aller Akteursgruppen auf einen mittelbaren Nutzen für Patient*innen durch eine verbesserte Gesundheitsversorgung aufgrund eines gezielteren und schnelleren Rückflusses der Forschungsergebnisse in die Versorgung. Direkt beteiligte bzw. betroffene Akteursgruppen erwarteten unmittelbare Nutzenpotenziale für die eigenen Forschungsgebiete. Vor allem die Möglichkeit die gesamte Patientenpopulation in Studien einzubeziehen weckte die Hoffnung auf eine bessere Versorgung selten untersuchter Studienpopulationen. Generell hielten sich die Expert*innen mit Konkretisierungen und Eintrittswahrscheinlichkeiten möglicher Risiken zurück. Im Mittelpunkt standen weniger interne oder externe Risiken wie Datenverlust oder Datenmissbrauch. Die Expert*innen äußerten vielmehr Bedenken hinsichtlich einer vermutlich nicht ausreichenden Qualität klinischer Daten für Forschungszwecke, die Gefahr von gesellschaftlichen Exklusionsmechanismen durch benachteiligende Effekte datengetriebener Forschung oder eines möglichen Verlusts an informationeller Selbstbestimmung der Patient*innen. Insbesondere dem Anwendungsfeld der explorativen Verwendung wurde perspektivisch sowohl hohes Nutzen- als auch Risikopotenzial zugeschrieben.Die von den Akteursgruppen geäußerten Nutzen- und Risikopotenziale konnten spezifischen Bedarfen und Herausforderungen im Kontext der Sekundärnutzung zugeordnet werden. Die sechs identifizierten Themenkomplexe verweisen auf Desiderate, denen sich zukünftige Forschung mit Blick auf die Ausgestaltung und Regulierung der Sekundärnutzung klinischer Daten widmen sollte. Für eine ethische und rechtliche Bewertung sowie die Ausarbeitung von gesellschaftlich akzeptierten Empfehlungen für Entscheidungsträger aus Politik und Praxis liefern die vorgestellten Analysen grundlegende Hinweise.