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Der DWA-Themenband beschreibt ein Konzept zur weitergehenden Abwasserbehandlung für die Bewertung von Aufbereitungsverfahren, sowohl in einer Pilotphase zur Auswahl von Verfahrensoptionen als auch für die Bewertung großtechnischer Anlagen. Emissionsseitig basiert das Konzept auf bereits regulatorisch definierten Parametern wie anorganischen Stickstoff-Verbindungen oder Phosphat sowie auf neuen noch nicht in der Abwasserverordnung regulierten Parametern. Die immissionsseitige Betrachtung erfolgt auf Basis der rechtlich durch die Europäische Wasserrahmenrichtlinie und andere Anforderungen bindenden Instrumente. Hierfür werden spezifische Vorgehensweisen vorgeschlagen. Anhand zweier ausgewählter Praxisbeispiele wird deutlich, dass es zur Bewertung der Verfahrensoptionen an einem Standort dienlich ist, ausgewählte Reduktionen bzw. Entfernungen von Stoffen, Organismen und Effekten zu bestimmen.
The fiber surface generalizes the popular isosurface to multi-fields, so that pre-images can be visualized as surfaces. As with the isosurface, however, the fiber surface suffers from visual occlusion. We propose to avoid such occlusion by restricting the components to only the relevant ones with a new component-wise flexing algorithm. The approach, flexible fiber surface, generalizes the manipulation idea found in the flexible isosurface for the fiber surface. The flexible isosurface in the original form, however, relies on the contour tree. For the fiber surface, this corresponds to the Reeb space, which is challenging for both the computation and user interaction. We thus take a Reeb-free approach, in which one does not compute the Reeb space. Under this constraint, we generalize a few selected interactions in the flexible isosurface and discuss the implication of the restriction.
It is well understood that Bayesian decision theory and average case analysis are essentially identical. However, if one is interested in performing uncertainty quantification for a numerical task, it can be argued that the decision-theoretic framework is neither appropriate nor sufficient. To this end, we consider an alternative optimality criterion from Bayesian experimental design and study its implied optimal information in the numerical context. This information is demonstrated to differ, in general, from the information that would be used in an average-case-optimal numerical method. The explicit connection to Bayesian experimental design suggests several distinct regimes in which optimal probabilistic numerical methods can be developed.
In gradient-based methods for parabolic optimal control problems, it is necessary to solve both the state equation and a backward-in-time adjoint equation in each iteration of the optimization method. In order to facilitate fully parallel gradient-type and nonlinear conjugate gradient methods for the solution of such optimal control problems, we discuss the application of the parallel-in-time method PFASST to adjoint gradient computation. In addition to enabling time parallelism, PFASST provides high flexibility for handling nonlinear equations, as well as potential extra computational savings from reusing previous solutions in the optimization loop. The approach is demonstrated here for a model reaction-diffusion optimal control problem.
Face to Face-Interface
(2017)
Die Grundsätze für den Erwerb überregionaler Lizenzen, die von der Deutschen Forschungsgemeinschaft(DFG) gefördert werden (sog. Allianz-Lizenzen), beinhalten spezifische Regelungen zum Open Access.
Damit wird DFG-seitig sichergestellt, dass bei Abschluss von Allianz-Verträgen die inkludierten Inhalte sowohl von Autoren als auch von den lizenznehmenden Einrichtungen unter vorteilhafteren Konditionen gegenüber den üblichen Self Archiving Policies (z.B. Verlagsversion, verkürzte Embargofrist) in Repositorien archiviert und veröffentlicht werden dürfen. Die Erfahrung der seit 2011 getätigten Allianz-Abschlüsse zeigt allerdings, dass der Kreis berechtigter Autorinnen und Autoren und Institutionen eigenständig kaum Gebrauch von ihren hierdurch erhaltenen Open-Access-Rechten macht. Entsprechend liegt ein großer Schatz wissenschaftlicher Literatur bei den Verlagen, der noch zu heben ist. Das bewilligte DFG-Projekt DeepGreen (Ausschreibung „Open-Access-Transformation“ von 2014) zielt darauf ab, die vereinbarten Open-Access-Konditionen der Allianz-Lizenzen auf technischer Ebene komfortabel auszugestalten und, wenn möglich, zu automatisieren, so dass nicht mehr Autorinnen und Autoren oder die hierzu berechtigten Bibliotheken die Publikationen manuell in Open-Access-Repositorien einpflegen müssen, sondern die Verlage selbst zyklisch über definierte Schnittstellen abliefern. Dazu bauen die Projektpartner (Universitätsbibliothek Erlangen-Nürnberg, Universitätsbibliothek TU Berlin, Helmholtz Open Science Koordinationsbüro am Deutschen GeoForschungsZentrum, Bayerische Staatsbibliothek München sowie die Verbünde
Bibliotheksverbund Bayern und KooperativerBibliotheksverbund Berlin-Brandenburg) ein Dark
Archive namens DeepGreen auf, in das teilnehmende Allianz-Lizenz-Verlage Publikationen und Metadaten einspeisen. DeepGreen soll im Anschluss als Datendrehscheibe für berechtigte Open-Access-Repositorien dienen. Als Pilotpartner konnten die Verlage Karger und SAGE gewonnen werden. Der vorliegende Aufsatz stellt das Projekt und den aktuellen Stand der Arbeiten vor.
Einführung: Die Tiefenwirkung dreidimensionaler Räume in einem zweidimensionalen Bild einzufangen, ist ein Faszinosum nahezu aller Kulturen der Menschheitsgeschichte. Der vorliegende Aufsatz folgt den Spuren dieses Faszinosums, vergleichend in der Malerei und der mathematisierten Computergrafik. Die Entdeckung der Zentralperspektive in der italienischen Renaissance zeigt bereits den engen Zusammenhang von Malerei und Mathematik. Auf der Suche nach Maltechniken, mit denen Raumtiefe bildnerisch dargestellt werden kann, beginnen wir in Kap. 2 mit einem chronologischen Gang durch verschiedene Epochen der europäischen Malerei. Hieraus abgeleitete Prinzipien, soweit sie im Rechner realisierbar scheinen, stellen wir in Kap. 3 am Beispiel moderner Methoden der mathematischen Visualisierung vor.
In this work, we study the spectra and eigenmodes of the Hessian of various discrete surface energies and discuss applications to shape analysis. In particular, we consider a physical model that describes the vibration modes and frequencies of a surface through the eigenfunctions and eigenvalues of the Hessian of a deformation energy, and we derive a closed form representation for the Hessian (at the rest state of the energy) for a general class of deformation energies. Furthermore, we design a quadratic energy, such that the eigenmodes of the Hessian of this energy are sensitive to the extrinsic curvature of the surface.
Based on these spectra and eigenmodes, we derive two shape signatures. One that measures the similarity of points on a surface, and another that can be used to identify features of the surface. In addition, we discuss a spectral quadrangulation scheme for surfaces.
Markov Model Theory
(2014)
This section reviews the relation between the continuous dynamics of a molecular system in thermal equilibrium and the kinetics given by a Markov State Model (MSM). We will introduce the dynamical propagator, an error-less, alternative description of the continuous dynamics, and show how MSMs result from its discretization. This allows for an precise understanding of the approximation quality of MSMs in comparison to the continuous dynamics. The results on the approximation quality are key for the design of good MSMs. While this section is important for understanding the theory of discretization and related systematic errors, practitioners wishing only to learn how to construct MSMs may skip directly to the discussion of Markov model estimation.
Mathematics without pain
(2014)
Concurrent Kernel Offloading
(2014)
Natural gas is one of the most important energy sources in Germany and Europe. In recent years, political regulations have led to a strict separation of gas trading and gas transport, thereby assigning a central role in energy politics to the transportation and distribution of gas. These newly imposed political requirements influenced the technical processes of gas transport in such a way that the complex task of planning and operating gas networks has become even more intricate. Mathematically, the combination of discrete decisions on the configuration of a gas transport network, the nonlinear equations describing the physics of gas, and the uncertainty in demand and supply yield large-scale and highly complex stochastic mixed-integer nonlinear optimization problems. The Matheon project "Optimization of Gas Transport" takes the key role of making available the necessary core technology to solve the mathematical optimization problems which model the topology planning and the operation of gas networks. An important aspect of the academic impact is the free availability of our framework. As a result of several years of research and development, it is now possible to download a complete state-of-the-art framework for mixed-integer linear and nonlinear programming in source code at http://scip.zib.de
Image Processing
(2014)
Visualization
(2014)
Life Sciences
(2014)
Cloud branching
(2013)
Branch-and-bound methods for mixed-integer programming (MIP) are traditionally based on solving a linear programming (LP) relaxation and branching on a variable which takes a fractional value in the (single) computed relaxation optimum. In this paper we study branching strategies for mixed-integer programs that exploit the knowledge of multiple alternative optimal solutions (a cloud) of the current LP relaxation. These strategies naturally extend state-of-the-art methods like strong branching, pseudocost branching, and their hybrids. We show that by exploiting dual degeneracy, and thus multiple alternative optimal solutions, it is possible to enhance traditional methods. We present preliminary computational results, applying the newly proposed strategy to full strong branching, which is known to be the MIP branching rule leading to the fewest number of search nodes. It turns out that cloud branching can reduce the mean running time by up to 30% on standard test sets.
This paper discusses how to build a solver for mixed integer quadratically constrained programs (MIQCPs) by extending a framework for constraint integer programming (CIP). The advantage of this approach is that we can utilize the full power of advanced MIP and CP technologies. In particular, this addresses the linear relaxation and the discrete components of the problem. For relaxation, we use an outer approximation generated by linearization of convex constraints and linear underestimation of nonconvex constraints. Further, we give an overview of the reformulation, separation, and propagation techniques that are used to handle the quadratic constraints efficiently. We implemented these methods in the branch-cut-and-price framework SCIP. Computational experiments indicates the potential of the approach.
Optimization of clinical radiofrequency hyperthermia by use of MR-thermography in a hybrid system
(2010)
Reasons for the failure of adaptive methods to deliver improved efficiency when integrating monodomain models for myocardiac excitation are discussed. Two closely related techniques for reducing the computational complexity of linearly implicit integrators, deliberate sparsing and splitting, are investigated with respect to their impact on computing time and accuracy.
The biodomain model of cardioelectric excitation consists of a reaction‐diffusion equation, an elliptic algebraic constraint, and a set of pointwise ODEs. Fast reaction enforces small time steps, such that for common mesh sizes the reaction‐diffusion equation is easily solved implicitly due to a dominating mass matrix. In contrast, the elliptic constraint does not benefit from small time steps and requires a comparably expensive solution. We propose a delayed residual compensation that improves the solution of the elliptic constraint and thus alleviates the need for long iteration times.
Pulse thermography is a non-destructive testing method based on infrared imaging of transient thermal patterns. Heating the surface of the structure under test for a short period of time generates a non-stationary temperature distribution and thus a thermal contrast between the defect and the sound material. Due to measurement noise, preprocessing of the experimental data is necessary, before reconstruction algorithms can be applied. We propose a decomposition of the measured temperature into Green's function solutions to eliminate noise.
We consider an optimal control problem from hyperthermia treatment planning and its barrier regularization. We derive basic results, which lay the groundwork for the computation of optimal solutions via an interior point path-following method. Further, we report on a numerical implementation of such a method and its performance at an example problem.
We consider Large Deformation Diffeomorphic Metric Mapping of general $m$-currents. After stating an optimization algorithm in the function space of admissable morph generating velocity fields, two innovative aspects in this framework are presented and numerically investigated: First, we spatially discretize the velocity field with conforming adaptive finite elements and discuss advantages of this new approach. Second, we directly compute the temporal evolution of discrete $m$-current attributes.
This paper presents concepts and implementation of the finite element toolbox Kaskade 7, a flexible C++ code for solving elliptic and parabolic PDE systems. Issues such as problem formulation, assembly and adaptivity are discussed at the example of optimal control problems. Trajectory compression for parabolic optimization problems is considered as a case study.
Eines der Hauptanliegen bei der Initiierung des Kooperativen Bibliotheksverbundes Berlin-Brandenburg (KOBV) war die Schaffung einer modernen, leistungsfähigen Informationsinfrastruktur unter Einbeziehung möglichst aller Bibliotheken der in ihrer Dichte und Vielfalt in Deutschland einmaligen Bibliothekslandschaft. Sie wurde beim Aufbau des KOBV durch die Wahl des Verbundmodelles mit seinen offenen, integrativen Strukturen befördert. Die Ziele und Strategien des KOBV leiten sich aus dem Grundauftrag der Bibliotheken her, ihre NutzerInnen optimal mit Medien und Informationen zu versorgen. Mit dem KOBV haben die Bibliotheken eine gemeinsame Plattform und ein regionales Netzwerk geschaffen, mit deren Hilfe sie die Informationsinfrastruktur in Berlin und Brandenburg zusammen aufgebaut und grundlegend verbessert haben. Nach rund elf Jahren ist der KOBV in eine neue Phase eingetreten, indem er – unter Wahrung seiner institutionellen Eigenständigkeit – eine Strategische Allianz mit dem Bibliotheksverbund Bayern (BVB) eingegangen ist und die bislang auf die Region bezogene Kooperation der Bibliotheken überregional ausgeweitet hat. Wenn auch die Universalbibliotheken des KOBV in dieser Zusammenarbeit einen Kurswechsel zur zentralen Katalogisierung vollziehen, bedeutet dies für den KOBV insgesamt keinen Paradigmenwechsel: Er bleibt ein dezentraler Verbund und wird sein flexibles technisches Mischkonzept von verteilter und zentraler Datenhaltung fortführen. Dieses lässt den Bibliotheken die Freiheit zu entscheiden, ob sie zentral oder dezentral katalogisieren möchten. Die KOBV-Zentrale, die im KOBV keine Aufgaben in der Katalogisierung wahrnimmt, wird wie bislang allen Mitgliedsbibliotheken die ASP-Dienste und weiteren Angebote gleichermaßen zur Verfügung stellen und die Dienstleistungen für NutzerInnen und Bibliotheken weiter ausbauen. Mit dem vorhandenen Know How, der eingesetzten modernen Technologie und der strategischen Entscheidung, Ressourcen und Kompetenzen mit dem BVB zu bündeln und durch verbundübergreifende arbeitsteilige Verfahren Synergien zu gewinnen, ist der KOBV gut aufgestellt, um die Herausforderungen der kommenden Jahre anzugehen und das Leistungsspektrum der KOBV-Bibliotheken durch die Entwicklung neuer Dienste auszuweiten.