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The widespread implementation of smart meters (SM) and the deployment of the advanced metering infrastructure (AMI) provide large amounts of fine-grained data on prosumers. Machine learning (ML) algorithms are used in different techniques, e.g. non-intrusive load monitoring (NILM), to extract useful information from collected data. However, the use of ML algorithms to gain insight on prosumer behavior and characteristics raises not only numerous technical but also legal concerns. This paper maps electricity prosumer concerns towards the AMI and its ML based analytical tools in terms of data protection, privacy and cybersecurity and conducts a legal analysis of the identified prosumer concerns within the context of the EU regulatory frameworks. By mapping the concerns referred to in the technical literature, the main aim of the paper is to provide a legal perspective on those concerns. The output of this paper is a visual tool in form of a table, meant to guide prosumers, utility, technology and energy service providers. It shows the areas that need increased attention when dealing with specific prosumer concerns as identified in the technical literature.
Vertical Take-Off and Landing (VTOL) Unmanned Aerial Vehicles (UAV) have been a high potential topic in the aerospace industry during the last decades due to its multirotor and fixed-wing nature of the aircraft. Besides, having the ability to rapidly deploy from a tight airstrip and gathering Intelligence, Surveillance, and Reconnaissance (ISR) information is the best way to be one step ahead of the enemy. In this paper, we present the implementation and development of gasoline-electric hybrid propulsion VTOL Unmanned Aerial vehicle respectively. The Hybrid propulsion VTOL UAV offers image and real-time video transmission to the ground station with fully autonomous control to get the best view of the enemy from the sky. The gasoline-electric hybrid propulsion system provides long flight endurance with efficient power consumption. The fundamentals of the multirotor and the conventional fixed-wing aircraft present the theoretical background of the aircraft. The accomplished design consists of high-performance multirotor motors with an efficient gasoline engine. Furthermore, the control system architecture, avionics, and power distribution system presented with addressing cost-effective trending design techniques. The performance of the system has been improved using commercially off-the-shelf (COTS) hardware.
Due to an increasing share of renewable energy sources the balancing of energy production and consumption is getting a lot of interest considering future smart grids. In this context, many investigations on demand-response programs are being conducted to achieve flexibility from different energy storages and loads. As space heating is an important schedulable load for flexibility simulations, there are different modelling approaches due to its interdisciplinary nature. Models can be built from the civil engineering or electrical engineering point of view, depending on the computational expense and accuracy level. Scheduling optimizations need a lot of simulations, preferably with computationally light models. Thus, this work will use a computationally light neural network load prediction model for space heating which is based on a detailed civil engineering model. Simulations with different scheduling times were conducted to see the long- and short-term effects of the demand response action. Results show, that applying the same demand response action at different times results in different behaviors of the system resp. energy consumption, which requires further studies for developing optimized scheduling methods.
Massive MIMO is one of the 5G nominee technologies that provides high energy and bandwidth efficiencies. Precoding at the basestation is compulsory to ensure such efficiencies in the performance and design of massive MIMO. This work investigates the performance of all recent massive MIMO linear precoding techniques called: Zero Forcing, Maximum Ratio Transmission, Regularized Zero Forcing, Truncated Polynomial Expansion and Phased Zero Forcing. The performance metrics which are used for their performance assessment are: bit error rate, signal to noise ratio, spectral efficiency and energy efficiency for a single cell downlink massive MIMO network; where the base station has ideal channel state information. Analytical expressions are formulated to each performance metric for the evaluation of these linear precoding techniques. Besides, the relationship between the number of base station antennas, users and signal to noise ratio with the achievable rates are revealed. The simulation result shows that Zero Forcing is the optimum linear precoding scheme both in bandwidth and power efficiency. However, its computational complexity is very high relative to other linear precoders. As far as the overall performance is concerned, Phased Zero Forcing approaches to Zero Forcing with low computational complexity.
To address 5G design targets, massive MIMO and mmWave communication are enabling technologies. Luckily, in many respects these two technologies share a symbiotic integration. Accordingly, a logical step is to integrate mmWave communications and massive MIMO to form ”mmWave-massive MIMO” which substantially increases user throughput, improve spectral and energy efficiencies, increase the capacity of mobile networks and achieve high multiplexing gains. Thus, this work analyses the concepts, performances, comparison and discussion of these technologies called: massive MIMO, mmWave Communications and mmWave-massive MIMO systems jointly. Besides, outcomes of extensive researches, emerging trends together with their respective benefits, challenges, proposed solutions and their comparative analysis is addressed. The performance of hybrid beamforming architecture with a fully digital and analog beamforming techniques are also analyzed. Analytical and simulation results show that the low-complexity hybrid analog-digital precoding achieves all round comparable precoding gains for mmWave-Massive MIMO technology.
The fifth-generation (5G) wireless communication system requires massive connectivity with high data rates and low latency. One of the technologies to meet these requirements is mm Wave massive MIMO. This work, therefore, aspires to have an in-depth look at the channel estimation and beamforming techniques jointly with their respective architectures for mm Wave massive MIMO system. In particular; sparse, compressed sensing, machine learning and array signal processing based channel estimation are addressed from 5G channel estimation techniques. On the other hand, beamforming techniques like hybrid beamforming and the low-complexity hybrid block diagonalization schemes with their mathematical analysis are included. This work also discusses in detail the challenges, optimization methods and mitigation techniques of pilot contamination, signal detection, channel estimation and hybrid beamforming for mm Wave massive MIMO system. The result asserts that partially connected block-diagonal hybrid bema forming with array signal processing based channel estimation is more optimal than the others with respect to over all performance, complexity and energy consumption. Finally, open research directions and challenges are pointed out.
In recent years, new challenges have emerged in the automotive sector, particularly in the ADAS/AD domain. The development and testing of such functionality require not only efficient processing and analysis of a rapidly growing amount of recorded vehicle data, but also the ability to deal with a diverse set of new sensor and data types. With its ADAS/AD Big Data & Analytics Platform, AVL addresses these challenges and of-fers a solution that enables highly efficient and scalable search, visualization and anal-ysis of large data sets in an integrated way. A key aspect here is the abstraction of the involved big data mechanisms, since typical users are domain but not big data experts. Additionally, by following standard formats such as Open Simulation Interface (OSI), the ADAS/AD Big Data & Analytics Platform is also broadly applicable. In order to demonstrate the benefits of our platform, we show how it can be applied to logically describe, identify and analyze complex and custom driving scenarios and how tech-nical and legal requirements, such as on an automatically commanded steering function, can be efficiently verified on a large number of test drives.
Der Klang einer läutenden Glocke wird neben ihrem eigenen Klangvermögen durch eine Vielzahl von Parametern beeinflusst. Äußere Parameter wie Läutewinkel, Glockenstube und Schalläden beeinflussen den Glockenklang außerhalb des Turmes. Die Abstimmung des dynamischen Systems Glocke mit Joch und Klöppelmaterial, -gewicht und -form sind bestimmend für die Lautstärke und die Anregung zum Schwingen. Die klangliche Wirkung des Klöppelanschlags selbst wird deutlich durch die Dauer des Anschlags beeinflusst, da sie einen direkten Einfluss auf die in der Glockenstruktur angeregten Schwingungsfrequenzen hat. Geräusche und Klänge, deren spektrale Anteile sich überwiegend im Bereich hoher Frequenzen befinden, werden vom menschlichen Gehör als „scharf“ oder „schrill“ empfunden. Schärfe korreliert häufig mit der Lästigkeit, d.h. je größer die Schärfe, desto schlechter die Geräusch- bzw. Klangqualität. Für eine ausgewogene Anregung der hohen und tiefen Teiltöne einer Glocke ist im Allgemeinen eine gute Anregung der niederfrequenten Töne und eine in Maßen abgeschwächte Anregung der höheren Töne vorteilhaft. Für eine Optimierung des Klangverhaltens einer läutenden Glocke rückt damit die Betrachtung die Anschlagdauer immer mehr in den Fokus. Der Zusammenhang zwischen Kontaktdauer von Klöppel und Glocke und der Klanganregung wurde mittels Computersimulationen untersucht. Da Glockenklang ein zutiefst subjektives Klangempfinden auslöst, wurden erste Beschreibungsversuche mit Psychoakustischen Methoden vorgenommen. Es konnte nachgewiesen werden, dass ein Klöppel durch einen gedrungenen Vorschwung als vorteilhaft hinsichtlich hoher Lebensdauer und grundtönigem Klang ausgelegt werden kann.
Das Europäische Kompetenzzentrum für Glocken ECC-ProBell der Hochschule Kempten zeigt anhand einer grundlegenden Machbarkeitsstudie die Möglichkeit zur Umsetzung von fliegenden Schallpegelmessungen. Als konkreter Anwendungsfall diente die Charakterisierung der Glockenschall-Ausbreitung um Kirchtürmen. Hierbei wurde das Messsystem mit einer Drohne zum Fliegen gebracht. Bei der Auswahl der Komponenten musste nach der funktionalen Eignung verstärkt auf das Gewicht geachtet werden, da das maximale Zusatzgewicht der Drohne limitiert ist. Die Drohne selbst sorgt für einen kontinuierlichen Störgeräuschpegel, welche genauer untersucht wurden. Um diese Störgeräusche vermindert aufzuzeichnen fand ein Mikrofon mit vorgeschaltetem Interferenzrohr und einer starken Richtwirkung Verwendung. Aus Kosten-, Gewichts, und funktionalen Gründen wurden die Ergebnisse mit einem mobilen Audio Recorder aufgezeichnet. Der gesamte Messaufbau wurde so konzipiert, dass hochgenaue Kalibriervorgänge, komplexe Analysen sowie verschiedene Filtermechanismen Verwendung finden können. Das gesamte Aufnahmesystem wurde tiefgehend analysiert und gegenüber hochwertiger Messtechnik kalibriert. Erste Ergebnisse wurden unter realen Bedingungen am Kirchturm und mit gängigen Methoden der Schallpegelberechnung erbracht. Mit dem erarbeiteten Vorgehen können Messfehler über die Berechnung der Fehlerfortpflanzung auf die Unsicherheit der Endergebnisse übertragen werden. Die Ergebnisse der Arbeit zeigen, dass mit dieser Art von Vorgehen Schallpegel externer Quellen ab etwa 80 dB gemessen werden können. Dieser Grenzwert kann durch variable Umgebungsbedingungen um wenige Dezibel abweichen.
Aufgrund der hohen Beanspruchungen, denen Kirchenglocken beim Läuten ausgesetzt sind, entstehen nicht selten Ermüdungsrisse im Klangkörper von Glocken, die durch Schweißen repariert werden müssen. Das Schweißen von Glocken ist jedoch mit zahlreichen Unsicherheiten behaftet, so dass sich bereits nach wenigen Jahren erneut Risse ausbilden können. Die bisher eingesetzten Methoden zur Qualitätssicherung reparierter Glocken beschränken sich im Wesentlichen auf eine Sichtprüfung bezüglich der Oberfläche und einer Klangprüfung mit besonderem Fokus auf das Abklingverhalten. Eine deutlich weitreichendere Analyse bietet die akustische Bewertung des Schwingverhaltens von Glocken mit der Methode des musikalischen Fingerabdrucks. Diese nutzt die Zwillingstonbildung rotationssymmetrischer Körper aus, um Fehlstellen im Klangkörper von Glocken anhand von Klangaufnahmen zu ermitteln. Abhängig von der Lage, Ausprägung und Art vorhandener Fehlstellen können so charakteristische Abweichungen vom typischen Schwingverhalten von Glocken festgestellt werden, die eine Identifikation der verursachenden Fehlstelle ermöglicht. Auf diese Weise können die für Schweißreparaturen üblichen Klangveränderungen aufgrund abweichender Materialeigenschaften oder fehlerhafter Materialbindungen an Modellen simuliert und mit dem Schwingverhalten reparierter Glocken verglichen werden. Die für die Bewertung erforderlichen Klangaufnahmen können mit geringem Aufwand erfasst werden, so dass dies Verfahren ein kostengünstiges Monitoring von Glocken ermöglicht. Nach Reparaturen kann so der Zustand der Glocken zuverlässig überwacht werden.