Foster Children in Education: Resource Handbook for Elementary Educators

This project is aligned with examining the role of the education system and the foster care context on the learning experiences of young children in the classroom. This project is a study of the literature and research conducted on the life experiences, adverse effects of these experiences (such as attachment disorder), socioemotional development, and resiliency of foster care children. Furthermore, the project explores the literature on how the experiences of these foster children traverse contexts and impact the education setting. This study also outlines specific strategies and practices for teachers and school staff in order to promote students’ resiliency, competency, behaviour management, and overall educational success and positive academic experience. These strategies resulted from a critical review of the literature and translated into the development of an informative handbook intended for teachers. The handbook developed in this study focuses on the understanding of the lives of foster care children, their histories, adverse experiences, socioemotional development, strategies to manage behaviour, unique needs, and encouraging their resiliency and success in school. To ensure the soundness of the handbook, 2 education liaisons at a Family and Child Services agency within Ontario and a former child and service social worker from Manitoba reviewed the first draft and provided comments on the validity of the content and the potential usability of the handbook for educators. Suggestions and comments provided by these experts were used to enhance the final product of the handbook.

Analyse des pratiques de lecture sur livres électroniques chez les étudiants universitaires

La lecture numérique prend de plus en plus de place dans l'espace global de la lecture des étudiants. Bien que les premiers systèmes de lecture numérique, communément appelés livres électroniques, datent déjà de plusieurs années, les opinions quant à leur potentiel divergent encore. Une variété de contenus universitaires numériques s’offre aujourd’hui aux étudiants, entraînant par le fait même une multiplication d'usages ainsi qu'une variété de modes de lecture. Les systèmes de lecture numérique font maintenant partie intégrante de l’environnement électronique auquel les étudiants ont accès et méritent d’être étudiés plus en profondeur. Maintes expérimentations ont été menées dans des bibliothèques publiques et dans des bibliothèques universitaires sur les livres électroniques. Des recherches ont été conduites sur leur utilisabilité et sur le degré de satisfaction des lecteurs dans le but d’en améliorer le design. Cependant, très peu d’études ont porté sur les pratiques de lecture proprement dites des universitaires (notamment les étudiants) et sur leurs perceptions de ces nouveaux systèmes de lecture. Notre recherche s’intéresse à ces aspects en étudiant deux systèmes de lecture numérique, une Tablet PC (dispositif nomade) et un système de livres-Web, NetLibrary (interface de lecture intégrée à un navigateur Web). Notre recherche étudie les pratiques de lecture des étudiants sur ces systèmes de lecture numérique. Elle est guidée par trois questions de recherche qui s’articulent autour (1) des stratégies de lecture employées par des étudiants (avant, pendant et après la lecture), (2) des éléments du système de lecture qui influencent (positivement ou négativement) le processus de lecture et (3) des perceptions des étudiants vis-à-vis la technologie du livre électronique et son apport à leur travail universitaire. Pour mener cette recherche, une approche méthodologique mixte a été retenue, utilisant trois modes de collecte de données : un questionnaire, des entrevues semi-structurées avec les étudiants ayant utilisé l’un ou l’autre des systèmes étudiés, et le prélèvement des traces de lecture laissées par les étudiants dans les systèmes, après usage. Les répondants (n=46) étaient des étudiants de l’Université de Montréal, provenant de trois départements (Bibliothéconomie & sciences de l’information, Communication et Linguistique & traduction). Près de la moitié d’entre eux (n=21) ont été interviewés. Parallèlement, les traces de lecture laissées dans les systèmes de lecture par les étudiants (annotations, surlignages, etc.) ont été prélevées et analysées. Les données des entrevues et des réponses aux questions ouvertes du questionnaire ont fait l'objet d'une analyse de contenu et un traitement statistique a été réservé aux données des questions fermées du questionnaire et des traces de lecture. Les résultats obtenus montrent que, d’une façon générale, l’objectif de lecture, la nouveauté du contenu, les habitudes de lecture de l’étudiant de même que les possibilités du système de lecture sont les éléments qui orientent le choix et l’application des stratégies de lecture. Des aides et des obstacles à la lecture ont été identifiés pour chacun des systèmes de lecture étudiés. Les aides consistent en la présence de certains éléments de la métaphore du livre papier dans le système de lecture numérique (notion de page délimitée, pagination, etc.), le dictionnaire intégré au système, et le fait que les systèmes de lecture étudiés facilitent la lecture en diagonale. Pour les obstacles, l’instrumentation de la lecture a rendu l’appropriation du texte par le lecteur difficile. De plus, la lecture numérique (donc « sur écran ») a entraîné un manque de concentration et une fatigue visuelle notamment avec NetLibrary. La Tablet PC, tout comme NetLibrary, a été perçue comme facile à utiliser mais pas toujours confortable, l’inconfort étant davantage manifeste dans NetLibrary. Les étudiants considèrent les deux systèmes de lecture comme des outils pratiques pour le travail universitaire, mais pour des raisons différentes, spécifiques à chaque système. L’évaluation globale de l’expérience de lecture numérique des répondants s’est avérée, dans l’ensemble, positive pour la Tablet PC et plutôt mitigée pour NetLibrary. Cette recherche contribue à enrichir les connaissances sur (1) la lecture numérique, notamment celle du lectorat universitaire étudiant, et (2) l’impact d’un système de lecture sur l’efficacité de la lecture, sur les lecteurs, sur l’atteinte de l’objectif de lecture, et sur les stratégies de lecture utilisées. Outre les limites de l’étude, des pistes pour des recherches futures sont présentées.

Étude sur l’influence du vocabulaire utilisé pour l’indexation des images en contexte de repérage multilingue

Depuis quelques années, Internet est devenu un média incontournable pour la diffusion de ressources multilingues. Cependant, les différences linguistiques constituent souvent un obstacle majeur aux échanges de documents scientifiques, culturels, pédagogiques et commerciaux. En plus de cette diversité linguistique, on constate le développement croissant de bases de données et de collections composées de différents types de documents textuels ou multimédias, ce qui complexifie également le processus de repérage documentaire. En général, on considère l’image comme « libre » au point de vue linguistique. Toutefois, l’indexation en vocabulaire contrôlé ou libre (non contrôlé) confère à l’image un statut linguistique au même titre que tout document textuel, ce qui peut avoir une incidence sur le repérage. Le but de notre recherche est de vérifier l’existence de différences entre les caractéristiques de deux approches d’indexation pour les images ordinaires représentant des objets de la vie quotidienne, en vocabulaire contrôlé et en vocabulaire libre, et entre les résultats obtenus au moment de leur repérage. Cette étude suppose que les deux approches d’indexation présentent des caractéristiques communes, mais également des différences pouvant influencer le repérage de l’image. Cette recherche permet de vérifier si l’une ou l’autre de ces approches d’indexation surclasse l’autre, en termes d’efficacité, d’efficience et de satisfaction du chercheur d’images, en contexte de repérage multilingue. Afin d’atteindre le but fixé par cette recherche, deux objectifs spécifiques sont définis : identifier les caractéristiques de chacune des deux approches d’indexation de l’image ordinaire représentant des objets de la vie quotidienne pouvant influencer le repérage, en contexte multilingue et exposer les différences sur le plan de l’efficacité, de l’efficience et de la satisfaction du chercheur d’images à repérer des images ordinaires représentant des objets de la vie quotidienne indexées à l’aide d’approches offrant des caractéristiques variées, en contexte multilingue. Trois modes de collecte des données sont employés : l’analyse des termes utilisés pour l’indexation des images, la simulation du repérage d’un ensemble d’images indexées selon chacune des formes d’indexation à l’étude réalisée auprès de soixante répondants, et le questionnaire administré aux participants pendant et après la simulation du repérage. Quatre mesures sont définies pour cette recherche : l’efficacité du repérage d’images, mesurée par le taux de succès du repérage calculé à l’aide du nombre d’images repérées; l’efficience temporelle, mesurée par le temps, en secondes, utilisé par image repérée; l’efficience humaine, mesurée par l’effort humain, en nombre de requêtes formulées par image repérée et la satisfaction du chercheur d’images, mesurée par son autoévaluation suite à chaque tâche de repérage effectuée. Cette recherche montre que sur le plan de l’indexation de l’image ordinaire représentant des objets de la vie quotidienne, les approches d’indexation étudiées diffèrent fondamentalement l’une de l’autre, sur le plan terminologique, perceptuel et structurel. En outre, l’analyse des caractéristiques des deux approches d’indexation révèle que si la langue d’indexation est modifiée, les caractéristiques varient peu au sein d’une même approche d’indexation. Finalement, cette recherche souligne que les deux approches d’indexation à l’étude offrent une performance de repérage des images ordinaires représentant des objets de la vie quotidienne différente sur le plan de l’efficacité, de l’efficience et de la satisfaction du chercheur d’images, selon l’approche et la langue utilisées pour l’indexation.

Principes de conception et d’utilisation des e-portfolios de présentation en milieu universitaire

Cette recherche se propose d’étudier, d’un point de vue de la problématique et de la méthodologie relative à l’ergonomie humain-machine, la manière dont les e-portfolios de présentation peuvent s’insérer dans le milieu universitaire. Un e-portfolio est généralement défini comme étant une collection d’informations qui illustre la scolarité, l’apprentissage ou la vie professionnelle d’une personne à travers une sélection de résultats marquants au cours de formations ou d’études, mais aussi qui regroupe les réflexions personnelles de l’apprenant sur son apprentissage, son parcours, la planification d’une carrière ou la construction d’un CV. Tout au long de cette étude nous avons chercher à comprendre à travers une analyse ciblée des besoins comment l’apprenant peut mettre en avant une démarche réflexive tout au long de son parcours. Il s’agit aussi de comprendre comment les e-portfolios de présentation pourraient se démarquer et offrir un véritable outil de placement aux étudiants comme aux recruteurs. Pour tenter de répondre à ces questions, nous avons procédé à des entretiens avec les recruteurs et les étudiants en vue de comprendre leurs attentes. L’ensemble des informations recueillies on permis de créer une maquette fonctionnelle sur laquelle ils ont pu interagir. Les éléments d’analyse issus de ces rencontres et des tests d’utilisabilité de l’outil nous ont permis de mettre sur pied une maquette finale.

Les personnes âgées face au défi d'utilisation des nouvelles technologies : étude de l’utilisabilité des interfaces de téléphones portables

L’évolution technologique et l'accroissement de la population vieillissante sont deux tendances majeures de la dernière décennie. Durant cette période, la prolifération ubiquitaire de la téléphonie mobile a changé les habitudes de communication des gens. Le changement constant des appareils téléphoniques portatifs, l'augmentation des fonctions, la diversité iconographique, la variété des interfaces et la complexité de navigation exigent aujourd’hui non seulement plus de temps d'adaptation et d’apprentissage, mais représentent aussi un effort cognitif important. Les technologies d'information et de communication (TIC) sont devenues des outils incontournables de la vie moderne. Pour les personnes âgées, cet univers en perpétuelle mutation avec ces nouveaux appareils représente un obstacle à l’accès à l’information et contribue ainsi au gap générationnel. Le manque de référence et de soutien et les déficiences physiques ou cognitives, que certaines personnes développent en vieillissant, rendent l'usage de ce type d’objet souvent impossible. Pourtant, les produits intelligents plus accessibles, tant au niveau physique que cognitif sont une réelle nécessité au sein de notre société moderne permettant aux personnes âgées de vivre de manière plus autonome et « connectée ». Cette recherche a pour but d'exposer les défis d'usage des téléphones portables existants et d'identifier en particulier les problèmes d’usage que les personnes âgées manifestent. L’étude vise la tranche de population qui est peu habituée aux technologies de communications qui ne ciblent le plus souvent que les plus jeunes et les professionnels. C’est en regardant les habitudes d’usage, que la recherche qualitative nous permettra d’établir un profil des personnes âgées par rapport au TIC et de mieux comprendre les défis liés à la perception, compréhension et l’usage des interfaces de téléphones portables.

Développement et évaluation d’un environnement informatisé d’apprentissage pour faciliter l’intégration des sciences et de la technologie

Par cette recherche, nous voulons évaluer de manière exhaustive les bénéfices qu’apporte l’ExAO (Expérimentation Assistée par Ordinateur) dans les laboratoires scolaires de sciences et technologie au Liban. Nous aimerions aussi qu’elle contribue d’une manière tangible aux recherches du laboratoire de Robotique Pédagogique de l’Université de Montréal, notamment dans le développement du µlaboratoire ExAO. Nous avons voulu tester les capacités de l’ExAO, son utilisation en situation de classe comme : 1. Substitut d’un laboratoire traditionnel dans l’utilisation de la méthode expérimentale; 2. Outil d’investigation scientifique; 3. Outil d’intégration des sciences expérimentales et des mathématiques; 4. Outil d’intégration des sciences expérimentales, des mathématiques et de la technologie dans un apprentissage technoscientifique; Pour ce faire, nous avons mobilisé 13 groupe-classes de niveaux complémentaire et secondaire, provenant de 10 écoles libanaises. Nous avons désigné leurs enseignants pour expérimenter eux-mêmes avec leurs étudiants afin d’évaluer, de manière plus réaliste les avantages d’implanter ce micro laboratoire informatisé à l’école. Les différentes mise à l’essai, évaluées à l’aide des résultats des activités d’apprentissage réalisées par les étudiants, de leurs réponses à un questionnaire et des commentaires des enseignants, nous montrent que : 1. La substitution d’un laboratoire traditionnel par un µlaboratoire ExAO ne semble pas poser de problème; dix minutes ont suffi aux étudiants pour se familiariser avec cet environnement, mentionnant que la rapidité avec laquelle les données étaient représentées sous forme graphique était plus productive. 2. Pour l’investigation d’un phénomène physique, la convivialité du didacticiel associée à la capacité d’amplifier le phénomène avant de le représenter graphiquement a permis aux étudiants de concevoir et de mettre en œuvre rapidement et de manière autonome, une expérimentation permettant de vérifier leur prédiction. 3. L’intégration des mathématiques dans une démarche expérimentale permet d’appréhender plus rapidement le phénomène. De plus, elle donne un sens aux représentations graphiques et algébriques, à l’avis des enseignants, permettant d’utiliser celle-ci comme outil cognitif pour interpréter le phénomène. 4. La démarche réalisée par les étudiants pour concevoir et construire un objet technologique, nous a montré que cette activité a été réalisée facilement par l’utilisation des capteurs universels et des amplificateurs à décalage de l’outil de modélisation graphique ainsi que la capacité du didacticiel à transformer toute variable mesurée par une autre variable (par exemple la variation de résistance en variation de température, …). Cette activité didactique nous montre que les étudiants n’ont eu aucune difficulté à intégrer dans une même activité d’apprentissage les mathématiques, les sciences expérimentales et la technologie, afin de concevoir et réaliser un objet technologique fonctionnel. µlaboratoire ExAO, en offrant de nouvelles possibilités didactiques, comme la capacité de concevoir, réaliser et valider un objet technologique, de disposer pour ce faire, des capacités nouvelles pour amplifier les mesures, modéliser les phénomènes physiques, créer de nouveaux capteurs, est un ajout important aux expériences actuellement réalisées en ExAO.

Système de listes de vérification interactives du niveau de conformité des maquettes avec les recommandations des fabricants de plateformes mobiles

L'ensemble de mon travail a été réalisé grâce a l'utilisation de logiciel libre.

Interactions humain-machine et différences culturelles : l'utilisabilité Bantu comparée

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

A portal for the Canadian Virtual Health Library / Bibliothèque virtuelle canadienne de la santé (CVHL/BVCS): Accomplishments and possibilities, scope and structure - a review of best practices

Introduction: Coordination through CVHL/BVCS gives Canadian health libraries access to information technology they could not offer individually, thereby enhancing the library services offered to Canadian health professionals. An example is the portal being developed. Portal best practices are of increasing interest (usability.gov; Wikipedia portals; JISC subject portal project; Stanford clinical portals) but conclusive research is not yet available. This paper will identify best practices for a portal bringing together knowledge for Canadian health professionals supported through a network of libraries. Description: The portal for Canadian health professionals will include capabilities such as: • Authentication • Question referral • Specialist “branch libraries” • Integration of commercial resources, web resources and health systems data • Cross-resource search engine • Infrastructure to enable links from EHR and decision support systems • Knowledge translation tools, such as highlighting of best evidence Best practices will be determined by studying the capabilities of existing portals, including consortia/networks and individual institutions, and through a literature review. Outcomes: Best practices in portals will be reviewed. The collaboratively developed Virtual Library, currently the heart of cvhl.ca, is a unique database collecting high quality, free web documents and sites relevant to Canadian health care. The evident strengths of the Virtual Library will be discussed in light of best practices. Discussion: Identification of best practices will support cost-benefit analysis of options and provide direction for CVHL/BVCS. Open discussion with stakeholders (libraries and professionals) informed by this review will lead to adoption of the best technical solutions supporting Canadian health libraries and their users.

Évaluation des jeux Kinect à l’aide du suivi physiologique, du suivi oculaire et des réactions faciales du joueur.

Les données sont analysées par le logiciel conçu par François Courtemanche et Féthi Guerdelli. L'expérimentation des jeux a eu lieu au Laboratoire de recherche en communication multimédia de l'Université de Montréal.

Les coulisses de la Toile : étude sur les demarches de conception de sites web

À l’ère du web 2.0, l’usage des sites web se multiplie et génère de nouveaux enjeux. La satisfaction en rapport à l’interactivité, facteur d’efficacité des sites, détermine la popularité, et donc la visibilité de ceux-ci sur la Toile. Par conséquent, dans cette étude, nous considérons que les utilisateurs ont un rôle à jouer lors du processus de conception de ces derniers. Certes, autant en théorie que dans la pratique, les concepteurs semblent bel et bien tenir compte des utilisateurs; toutefois, ils ne les intègrent pas comme participants actifs dans leurs démarches. Cette étude vise au moyen d’une recherche documentaire et d’observations sur le terrain à comprendre les principales catégories et morphologies des sites web ainsi que les usages qui en découlent. Une analyse des diverses démarches de conception et des perceptions et attentes des internautes est réalisée sur la base de ces résultats. Pour répondre à ces objectifs, cette analyse cible deux catégories de sites réalisés par des professionnels et par des amateurs. Celle-ci nous permet de démontrer que les résultats de chacune de ces démarches, exprimés à travers les interfaces graphiques des sites, diffèrent au niveau de la qualité perceptible. Cette étude souligne également l’importance d’un traitement efficace de la communication graphique des éléments des sites web, afin de structurer la lecture et transmettre au final un message clair et compréhensible aux internautes. Dans le but consolider nos propositions, nous faisons référence à deux théories de communication graphique, la Gestalt et la sémiotique, l’une s’intéressant à la perception visuelle, l’autre à l’interprétation des signes. Celles-ci se sont révélées pertinentes pour analyser la qualité et l’efficacité des éléments de contenus. Notre étude révèle que les participants ne sont pas satisfaits des deux sites testés car l’utilisabilité du site conçu par des professionnels est trop complexe et l’interface du site conçu par un amateur manque de professionnalisme et de cohérence. Ces résultats soulignent la pertinence d’une approche centrée sur l’utilisateur pour la conception de sites web, car elle permet d’identifier et de résoudre des erreurs de conception. Nos résultats permettent également de souligner que les professionnels ayant un savoir technique et théorique se démarquent des amateurs au niveau des intervenants, des outils et des limites. Des pistes de solution, via des critères de design centré sur l’utilisateur, sont proposées à la fin de cette étude dans le but d’optimiser la qualité et l’efficacité des interfaces graphiques web.

The autotelic experience : a design approach to user experience

Si les principes d’utilisabilité guident la conception de solutions de design interactif pour s’assurer que celles-ci soient « utilisables », quels principes guident la conception d’objets interactifs pour s’assurer que l’expérience subjective de l’usager (UX) soit adéquate et mémorable? Que manque-t-il au cadre de l‘UX pour expliquer, comprendre, et anticiper en tant que designer une expérience mémorable (‘an experience’; Dewey, 1934)? La question centrale est issue d’une double problématique : (1) le cadre théorique de l’UX est incomplet, et (2) les processus et capacités des designers ne sont pas considérés et utilisés à leur pleine capacité en conception UX. Pour répondre à cette question, nous proposons de compléter les modèles de l’UX avec la notion d’expérience autotélique qui appartient principalement à deux cadres théoriques ayant bien cerné l’expérience subjective, soit l’expérience optimale (ou Flow) de Csikszentmihalyi (1988) et l’expérience esthétique selon Schaeffer (2001). L’autotélie est une dimension interne du Flow alors qu’elle couvre toute l’expérience esthétique. L’autotélie est une expérience d’éveil au moment même de l’interaction. Cette prise de conscience est accompagnée d’une imperceptible tension de vouloir faire durer ce moment pour faire durer le plaisir qu’il génère. Trois études exploratoires ont été faites, s’appuyant sur une analyse faite à partir d’un cadre théorique en trois parties : le Flow, les signes d’activité non verbale (les gestes physiques) et verbale (le discours) ont été évalués pour voir comment ceux-ci s’associent. Nos résultats tendent à prouver que les processus spatiaux jouent un rôle de premier plan dans l’expérience autotélique et par conséquent dans une UX optimale. De plus, ils suggèrent que les expériences pragmatique et autotélique sont ancrées dans un seul et même contenu, et que leur différence tient au type d’attention que le participant porte sur l’interaction, l’attention ordinaire ou de type autotélique. Ces résultats nous ont menés à proposer un modèle pour la conception UX. L’élément nouveau, resté jusqu’alors inaperçu, consiste à s’assurer que l’interface (au sens large) appelle une attitude réceptive à l’inattendu, pour qu’une information puisse déclencher les processus spatiaux, offrant une opportunité de passer de l’attention ordinaire à l’attention autotélique. Le nouveau modèle ouvre la porte à une meilleure valorisation des habiletés et processus du designer au sein de l’équipe multidisciplinaire en conception UX.

Ein XML-basiertes Modell für synchrone Gruppenarbeit auf gemeinsamen Informationsräumen

In dieser Arbeit wird ein generisches Modell fuer synchrone Gruppenarbeit auf gemeinsamen Informationsraeumen entwickelt. Fuer die Entwicklung dieses Modells muessen die Grundfunktionen fuer Anwendungen der synchronen Gruppenarbeit realisiert werden. Neben der Modellierung des Datenraumes (Datenmodell) und der operationellen Schnittstelle (Interaktionsmodell), muessen Mechanismen fuer die Darstellung der Aktivitaeten der Gruppenmitglieder auf dem Informationsraum (Awareness), sowie fuer die Synchronisierung gleichzeitiger Zugriffe verschiedener Benutzer auf dem Datenraum realisiert werden (Nebenlaeufgkeitskontrolle). Das Grundproblem bei der Loesung der Nebenlaeufigkeit liegt bei der Aufgabe der Isolation aus den klassischen ACID-Transaktionen zu gunsten von Awareness. Die rapide Entwicklung von Techniken der mobilen Kommunikation ermoeglicht den Einsatz dieser Geraete fuer den Zugriff auf Daten im Internet. Durch UMTSund WLAN-Technologien koennen Mobilgeraete fuer Anwendungen ueber die reine Kommunikation hinaus eingesetzt werden. Eine natuerliche Folge dieser Entwicklung sind Anwendungen fuer die Zusammenarbeit mehrerer Benutzer. In der Arbeit wird daher auf die Unterstuetzung mobiler Geraete besonderen Wert gelegt. Die Interaktion der Benutzer auf den gemeinsamen Datenraum wird durch einfache Navigationsoperationen mit einem Cursor (Finger) realisiert, wobei der Datenraum durch XML-Dokumente dargestellt wird. Die Visualisierung basiert auf der Transformierung von XML-Dokumenten in andere XML-basierte Sprachen wie HTML oder SVG durch XSLT-Stylesheets. Awareness-Informationen werden, aehnlich dem Fokus/Nimbus-Modell, von der Interaktion der Benutzer und der Ermittlung der sichtbaren Objekte bei dem Benutzer hergeleitet. Fuer eine geeignete Kontrolle der Nebenlaeufigkeit wurde der Begriff der visuellen Transaktion eingefuehrt, wo die Auswirkungen einer Transaktion von anderen Benutzern (Transaktionen) beobachtet werden koennen. Die Synchronisierung basiert auf einem Sperrverfahren und der Einfuehrung der neuen W-Sperre und der Grundoperationen readV und writeV. Das Modell (Groupware-Server) wird in der Arbeit in einem Prototyp implementiert. Weiterhin wird eine Java-Anwendung sowohl auf einem Desktop PC als auch auf einem Pocket PC (iPAQ 3970) implementiert, welche die Einsetzbarkeit dieses Prototyps demonstriert.

Design, implementation and application of a generic framework for integrated regional land-use modeling

Land use is a crucial link between human activities and the natural environment and one of the main driving forces of global environmental change. Large parts of the terrestrial land surface are used for agriculture, forestry, settlements and infrastructure. Given the importance of land use, it is essential to understand the multitude of influential factors and resulting land use patterns. An essential methodology to study and quantify such interactions is provided by the adoption of land-use models. By the application of land-use models, it is possible to analyze the complex structure of linkages and feedbacks and to also determine the relevance of driving forces. Modeling land use and land use changes has a long-term tradition. In particular on the regional scale, a variety of models for different regions and research questions has been created. Modeling capabilities grow with steady advances in computer technology, which on the one hand are driven by increasing computing power on the other hand by new methods in software development, e.g. object- and component-oriented architectures. In this thesis, SITE (Simulation of Terrestrial Environments), a novel framework for integrated regional sland-use modeling, will be introduced and discussed. Particular features of SITE are the notably extended capability to integrate models and the strict separation of application and implementation. These features enable efficient development, test and usage of integrated land-use models. On its system side, SITE provides generic data structures (grid, grid cells, attributes etc.) and takes over the responsibility for their administration. By means of a scripting language (Python) that has been extended by language features specific for land-use modeling, these data structures can be utilized and manipulated by modeling applications. The scripting language interpreter is embedded in SITE. The integration of sub models can be achieved via the scripting language or by usage of a generic interface provided by SITE. Furthermore, functionalities important for land-use modeling like model calibration, model tests and analysis support of simulation results have been integrated into the generic framework. During the implementation of SITE, specific emphasis was laid on expandability, maintainability and usability. Along with the modeling framework a land use model for the analysis of the stability of tropical rainforest margins was developed in the context of the collaborative research project STORMA (SFB 552). In a research area in Central Sulawesi, Indonesia, socio-environmental impacts of land-use changes were examined. SITE was used to simulate land-use dynamics in the historical period of 1981 to 2002. Analogous to that, a scenario that did not consider migration in the population dynamics, was analyzed. For the calculation of crop yields and trace gas emissions, the DAYCENT agro-ecosystem model was integrated. In this case study, it could be shown that land-use changes in the Indonesian research area could mainly be characterized by the expansion of agricultural areas at the expense of natural forest. For this reason, the situation had to be interpreted as unsustainable even though increased agricultural use implied economic improvements and higher farmers' incomes. Due to the importance of model calibration, it was explicitly addressed in the SITE architecture through the introduction of a specific component. The calibration functionality can be used by all SITE applications and enables largely automated model calibration. Calibration in SITE is understood as a process that finds an optimal or at least adequate solution for a set of arbitrarily selectable model parameters with respect to an objective function. In SITE, an objective function typically is a map comparison algorithm capable of comparing a simulation result to a reference map. Several map optimization and map comparison methodologies are available and can be combined. The STORMA land-use model was calibrated using a genetic algorithm for optimization and the figure of merit map comparison measure as objective function. The time period for the calibration ranged from 1981 to 2002. For this period, respective reference land-use maps were compiled. It could be shown, that an efficient automated model calibration with SITE is possible. Nevertheless, the selection of the calibration parameters required detailed knowledge about the underlying land-use model and cannot be automated. In another case study decreases in crop yields and resulting losses in income from coffee cultivation were analyzed and quantified under the assumption of four different deforestation scenarios. For this task, an empirical model, describing the dependence of bee pollination and resulting coffee fruit set from the distance to the closest natural forest, was integrated. Land-use simulations showed, that depending on the magnitude and location of ongoing forest conversion, pollination services are expected to decline continuously. This results in a reduction of coffee yields of up to 18% and a loss of net revenues per hectare of up to 14%. However, the study also showed that ecological and economic values can be preserved if patches of natural vegetation are conservated in the agricultural landscape. -----------------------------------------------------------------------

Neuartige Verfahren für die Überwachung und Diagnose von aktiv magnetgelagerten rotierenden Maschinen

Mit aktiven Magnetlagern ist es möglich, rotierende Körper durch magnetische Felder berührungsfrei zu lagern. Systembedingt sind bei aktiv magnetgelagerten Maschinen wesentliche Signale ohne zusätzlichen Aufwand an Messtechnik für Diagnoseaufgaben verfügbar. In der Arbeit wird ein Konzept entwickelt, das durch Verwendung der systeminhärenten Signale eine Diagnose magnetgelagerter rotierender Maschinen ermöglicht und somit neben einer kontinuierlichen Anlagenüberwachung eine schnelle Bewertung des Anlagenzustandes gestattet. Fehler können rechtzeitig und ursächlich in Art und Größe erkannt und entsprechende Gegenmaßnahmen eingeleitet werden. Anhand der erfassten Signale geschieht die Gewinnung von Merkmalen mit signal- und modellgestützten Verfahren. Für den Magnetlagerregelkreis erfolgen Untersuchungen zum Einsatz modellgestützter Parameteridentifikationsverfahren, deren Verwendbarkeit wird bei der Diagnose am Regler und Leistungsverstärker nachgewiesen. Unter Nutzung von Simulationsmodellen sowie durch Experimente an Versuchsständen werden die Merkmalsverläufe im normalen Referenzzustand und bei auftretenden Fehlern aufgenommen und die Ergebnisse in einer Wissensbasis abgelegt. Diese dient als Grundlage zur Festlegung von Grenzwerten und Regeln für die Überwachung des Systems und zur Erstellung wissensbasierter Diagnosemodelle. Bei der Überwachung werden die Merkmalsausprägungen auf das Überschreiten von Grenzwerten überprüft, Informationen über erkannte Fehler und Betriebszustände gebildet sowie gegebenenfalls Alarmmeldungen ausgegeben. Sich langsam anbahnende Fehler können durch die Berechnung der Merkmalstrends mit Hilfe der Regressionsanalyse erkannt werden. Über die bisher bei aktiven Magnetlagern übliche Überwachung von Grenzwerten hinaus erfolgt bei der Fehlerdiagnose eine Verknüpfung der extrahierten Merkmale zur Identifizierung und Lokalisierung auftretender Fehler. Die Diagnose geschieht mittels regelbasierter Fuzzy-Logik, dies gestattet die Einbeziehung von linguistischen Aussagen in Form von Expertenwissen sowie die Berücksichtigung von Unbestimmtheiten und ermöglicht damit eine Diagnose komplexer Systeme. Für Aktor-, Sensor- und Reglerfehler im Magnetlagerregelkreis sowie Fehler durch externe Kräfte und Unwuchten werden Diagnosemodelle erstellt und verifiziert. Es erfolgt der Nachweis, dass das entwickelte Diagnosekonzept mit beherrschbarem Rechenaufwand korrekte Diagnoseaussagen liefert. Durch Kaskadierung von Fuzzy-Logik-Modulen wird die Transparenz des Regelwerks gewahrt und die Abarbeitung der Regeln optimiert. Endresultat ist ein neuartiges hybrides Diagnosekonzept, welches signal- und modellgestützte Verfahren der Merkmalsgewinnung mit wissensbasierten Methoden der Fehlerdiagnose kombiniert. Das entwickelte Diagnosekonzept ist für die Anpassung an unterschiedliche Anforderungen und Anwendungen bei rotierenden Maschinen konzipiert.