Sensitivity Gains, Linearity, and Spectral Reproducibility in Nonuniformly Sampled Multidimensional MAS NMR Spectra of High Dynamic Range

Recently, we have demonstrated that considerable inherent sensitivity gains are attained in MAS NMR spectra acquired by nonuniform sampling (NUS) and introduced maximum entropy interpolation (MINT) processing that assures the linearity of transformation between the time and frequency domains. In this report, we examine the utility of the NUS/MINT approach in multidimensional datasets possessing high dynamic range, such as homonuclear C-13-C-13 correlation spectra. We demonstrate on model compounds and on 1-73-(U-C-13,N-15)/74-108-(U-N-15) E. coli thioredoxin reassembly, that with appropriately constructed 50 % NUS schedules inherent sensitivity gains of 1.7-2.1-fold are readily reached in such datasets. We show that both linearity and line width are retained under these experimental conditions throughout the entire dynamic range of the signals. Furthermore, we demonstrate that the reproducibility of the peak intensities is excellent in the NUS/MINT approach when experiments are repeated multiple times and identical experimental and processing conditions are employed. Finally, we discuss the principles for design and implementation of random exponentially biased NUS sampling schedules for homonuclear C-13-C-13 MAS correlation experiments that yield high-quality artifact-free datasets.

Generation of custom modes in a Nd:YAG laser with a semipassive bimorph adaptive mirror

Custom modes at a wavelength of 1064 nm were generated with a deformable mirror. The required surface deformations of the adaptive mirror were calculated with the Collins integral written in a matrix formalism. The appropriate size and shape of the actuators as well as the needed stroke were determined to ensure that the surface of the controllable mirror matches the phase front of the custom modes. A semipassive bimorph adaptive mirror with five concentric ring-shaped actuators and one defocus actuator was manufactured and characterised. The surface deformation was modelled with the response functions of the adaptive mirror in terms of an expansion with Zernike polynomials. In the experiments the Nd:YAG laser crystal was quasi-CW pumped to avoid thermally induced distortions of the phase front. The adaptive mirror allows to switch between a super-Gaussian mode, a doughnut mode, a Hermite-Gaussian fundamental beam, multi-mode operation or no oscillation in real time during laser operation.

Optimal beam forming for laser beam propagation through random media

Focusing optical beams on a target through random propagation media is very important in many applications such as free space optical communica- tions and laser weapons. Random media effects such as beam spread and scintillation can degrade the optical system's performance severely. Compensation schemes are needed in these applications to overcome these random media effcts. In this research, we investigated the optimal beams for two different optimization criteria: one is to maximize the concentrated received intensity and the other is to minimize the scintillation index at the target plane. In the study of the optimal beam to maximize the weighted integrated intensity, we derive a similarity relationship between pupil-plane phase screen and extended Huygens-Fresnel model, and demonstrate the limited utility of maximizing the average integrated intensity. In the study ofthe optimal beam to minimize the scintillation index, we derive the first- and second-order moments for the integrated intensity of multiple coherent modes. Hermite-Gaussian and Laguerre-Gaussian modes are used as the coherent modes to synthesize an optimal partially coherent beam. The optimal beams demonstrate evident reduction of scintillation index, and prove to be insensitive to the aperture averaging effect.

Biochemical Conversions of Lignocellulosic Biomass for Sustainable Fuel-Ethanol Production in the Upper Midwest

Biofuels are an increasingly important component of worldwide energy supply. This research aims to understand the pathways and impacts of biofuels production, and to improve these processes to make them more efficient. In Chapter 2, a life cycle assessment (LCA) is presented for cellulosic ethanol production from five potential feedstocks of regional importance to the upper Midwest - hybrid poplar, hybrid willow, switchgrass, diverse prairie grasses, and logging residues - according to the requirements of Renewable Fuel Standard (RFS). Direct land use change emissions are included for the conversion of abandoned agricultural land to feedstock production, and computer models of the conversion process are used in order to determine the effect of varying biomass composition on overall life cycle impacts. All scenarios analyzed here result in greater than 60% reduction in greenhouse gas emissions relative to petroleum gasoline. Land use change effects were found to contribute significantly to the overall emissions for the first 20 years after plantation establishment. Chapter 3 is an investigation of the effects of biomass mixtures on overall sugar recovery from the combined processes of dilute acid pretreatment and enzymatic hydrolysis. Biomass mixtures studied were aspen, a hardwood species well suited to biochemical processing; balsam, a high-lignin softwood species, and switchgrass, an herbaceous energy crop with high ash content. A matrix of three different dilute acid pretreatment severities and three different enzyme loading levels was used to characterize interactions between pretreatment and enzymatic hydrolysis. Maximum glucose yield for any species was 70% oftheoretical for switchgrass, and maximum xylose yield was 99.7% of theoretical for aspen. Supplemental β-glucosidase increased glucose yield from enzymatic hydrolysis by an average of 15%, and total sugar recoveries for mixtures could be predicted to within 4% by linear interpolation of the pure species results. Chapter 4 is an evaluation of the potential for producing Trichoderma reesei cellulose hydrolases in the Kluyveromyces lactis yeast expression system. The exoglucanases Cel6A and Cel7A, and the endoglucanase Cel7B were inserted separately into the K. lactis and the enzymes were analyzed for activity on various substrates. Recombinant Cel7B was found to be active on carboxymethyl cellulose and Avicel powdered cellulose substrates. Recombinant Cel6A was also found to be active on Avicel. Recombinant Cel7A was produced, but no enzymatic activity was detected on any substrate. Chapter 5 presents a new method for enzyme improvement studies using enzyme co-expression and yeast growth rate measurements as a potential high-throughput expression and screening system in K. lactis yeast. Two different K. lactis strains were evaluated for their usefulness in growth screening studies, one wild-type strain and one strain which has had the main galactose metabolic pathway disabled. Sequential transformation and co-expression of the exoglucanase Cel6A and endoglucanase Cel7B was performed, and improved hydrolysis rates on Avicel were detectable in the cell culture supernatant. Future work should focus on hydrolysis of natural substrates, developing the growth screening method, and utilizing the K. lactis expression system for directed evolution of enzymes.

Scalp field maps and their characterization

The present chapter gives a comprehensive introduction into the display and quantitative characterization of scalp field data. After introducing the construction of scalp field maps, different interpolation methods, the effect of the recording reference and the computation of spatial derivatives are discussed. The arguments raised in this first part have important implications for resolving a potential ambiguity in the interpretation of differences of scalp field data. In the second part of the chapter different approaches for comparing scalp field data are described. All of these comparisons can be interpreted in terms of differences of intracerebral sources either in strength, or in location and orientation in a nonambiguous way. In the present chapter we only refer to scalp field potentials, but mapping also can be used to display other features, such as power or statistical values. However, the rules for comparing and interpreting scalp field potentials might not apply to such data. Generic form of scalp field data Electroencephalogram (EEG) and event-related potential (ERP) recordings consist of one value for each sample in time and for each electrode. The recorded EEG and ERP data thus represent a two-dimensional array, with one dimension corresponding to the variable “time” and the other dimension corresponding to the variable “space” or electrode. Table 2.1 shows ERP measurements over a brief time period. The ERP data (averaged over a group of healthy subjects) were recorded with 19 electrodes during a visual paradigm. The parietal midline Pz electrode has been used as the reference electrode.

Wavelet-denoising of electroencephalogram and the absolute slope method: a new tool to improve electroencephalographic localization and lateralization

OBJECTIVE: In ictal scalp electroencephalogram (EEG) the presence of artefacts and the wide ranging patterns of discharges are hurdles to good diagnostic accuracy. Quantitative EEG aids the lateralization and/or localization process of epileptiform activity. METHODS: Twelve patients achieving Engel Class I/IIa outcome following temporal lobe surgery (1 year) were selected with approximately 1-3 ictal EEGs analyzed/patient. The EEG signals were denoised with discrete wavelet transform (DWT), followed by computing the normalized absolute slopes and spatial interpolation of scalp topography associated to detection of local maxima. For localization, the region with the highest normalized absolute slopes at the time when epileptiform activities were registered (>2.5 times standard deviation) was designated as the region of onset. For lateralization, the cerebral hemisphere registering the first appearance of normalized absolute slopes >2.5 times the standard deviation was designated as the side of onset. As comparison, all the EEG episodes were reviewed by two neurologists blinded to clinical information to determine the localization and lateralization of seizure onset by visual analysis. RESULTS: 16/25 seizures (64%) were correctly localized by the visual method and 21/25 seizures (84%) by the quantitative EEG method. 12/25 seizures (48%) were correctly lateralized by the visual method and 23/25 seizures (92%) by the quantitative EEG method. The McNemar test showed p=0.15 for localization and p=0.0026 for lateralization when comparing the two methods. CONCLUSIONS: The quantitative EEG method yielded significantly more seizure episodes that were correctly lateralized and there was a trend towards more correctly localized seizures. SIGNIFICANCE: Coupling DWT with the absolute slope method helps clinicians achieve a better EEG diagnostic accuracy.

Ermittlung der Umschlagleistung von Hochregallagern unter Berücksichtigung lagerorganisatorischer Rahmenbedingungen

Umschlagleistung, Stellplatzzahl und Stellplatzkosten sind häufig für Lagersysteme die bedeutendsten Kenngrößen. Die Einflussfaktoren auf die Umschlagleistung lassen sich in technische und organisatorische Größen einteilen. Während für die technischen Parameter eine Reihe von Berechnungsvorschriften existieren, werden die organisatorischen Einflussgrößen meist nur qualitativ beschrieben oder durch Simulationsmodelle in speziellen Einzelfällen untersucht. Es soll hier eine Methode vorgestellt werden, die es ermöglicht die Umschlagleistung unter Berücksichtigung ausgewählter organisatorischer Einflussgrößen durch Nutzung von Simulationsdatenbanken zu berechnen. Die allgemeingültigen Simulationsergebnisse können mittels eines Berechnungsprogramms auf jedes beliebige Hochregallager übertragen werden. Dafür sind neben MS Excel keine weiteren Softwareprodukte erforderlich. 1. Einleitung Die produktionswirtschaftlichen Anforderungen an die Unternehmen sind zunehmend geprägt durch Globalisierung und damit durch eine zunehmende Komplexität sowie vertiefte Arbeitsteiligkeit. Es entsteht eine zunehmend breitere Streuung der Fertigungsstandorte und Kooperationsbeziehungen. Es gibt letztlich mehr Lager- und Umschlagprozesse in der Lieferkette. Andererseits bringt der erhöhte Qualitäts- und Kostendruck steigende Fixkosten mit sich, er zwingt zur ständigen Rationalisierung der Materialwirtschaft. Es besteht der Zwang zum Einsatz neuer technisch-elektronischer Mittel zur Kontrolle und Steuerung der logistischen Ketten. Im Lager bedeutet das eine zunehmende Nutzung der Informations- und Kommunikationstechnik zur Lager- und Fertigungssteuerung, auch in Verbindung mit Forderungen der Rückverfolgbarkeit der Produkte. An die Logistikleistungen werden damit Anforderungen wie Schnelligkeit, Qualität und Kostenminimierung gestellt. Letztlich bestehen die Warenbereitstellungs- und Verteilsysteme aus der technischen Grundstruktur, dem Lagertyp und dessen Geometrie sowie der dabei einsetzbaren Bedientechnik und deren kinematischen Daten. Der organisatorische Rahmen dieser Systeme ist gekennzeichnet durch die Nutzung diverser Ein- und Auslagerstrategien, die auch wesentlich Kosten und Leistungen (Umschlagleistung) des zu betrachtenden Lagersystems bestimmen. Aufgrund der genannten Forderungen muss es gelingen, aus dem eingesetzten technischen System durch organisatorisch effizienten Betrieb maximale Leistung bei gleichzeitig minimal eingesetzten Kosten zu erzielen. Neben den Investitionskosten sind bei der Planung von automatischen Lagersystemen die erreichbaren mittleren Spielzeiten der Bedientechnik von entscheidender Bedeutung, um die erforderliche Umschlagleistung des Lagers zu gewährleisten. Hierzu existieren eine Reihe von Berechnungsvorschriften und –normen. Diese Berechnungen berücksichtigen jedoch nicht die Auswirkungen der Lagerorganisation, wie beispielsweise fahrzeitminimale Kombinationen von Ein- und Auslageraufträgen bei Doppelspielen, Zonierungsmaßnahmen, die Auswirkungen von verschiedenen Füllgraden des Lagers oder Lagerplatzstrategien. 2. Stand der Technik 2.1. Lagertypen Abbildung 1: Systematische Einteilung der Lagertypen In Abbildung 1 sind verschiedene Lagertypen dargestellt und nach Kriterien eingeteilt. Soll eine Einschränkung hinsichtlich am Markt häufig vorkommender automatischer Palettenlager getroffen werden, so sind besonders die in der Abbildung hervorgehobenen Typen zu nennen. Eine Auswahl der einzelnen Lagertypen erfolgt dann anhand von Kosten, Umschlagleistung und bei Kompaktlagern vorrangig anhand von Flächen- und Raumnutzungsgrad. Werden die Kostenunterschiede bei Personal, Rechentechnik und Steuerungssoftware in den verschiedenen Lagertypen und -ausführungen der jeweiligen Typen vernachlässigt, unterscheiden sich die Gesamtkosten der Lager lediglich in der Bedientechnik sowie in den statisch bedingten Kosten der Regalkonstruktion. Die wichtigsten Kosteneinflüsse auf die Regale sind wiederum Bauhöhe und Bauart (Regalkonstruktion oder selbsttragendes Bauwerk). Abbildung 2 zeigt die zu erwartenden Umschlagleistungen1) der verschiedenen Lagertypen in Abhängigkeit der benötigten Stellplatzanzahl. Die darauf folgende Abbildung 3 zeigt die zu erwartenden Investitionskosten1) je Stellplatz. Die berücksichtigten Kenngrößen sind nachstehend dargestellt. Die abgebildeten Kurven machen deutlich, dass insbesondere Umschlagleistung der Lager und deren Flächen- bzw. Raumnutzungsgrad gegensätzlich verlaufen. Somit sind auch die Einsatzgebiete der Lagertypen voneinander abgrenzbar. Während Hochregallager für Anwendungsfälle mit hohem Gutumschlag in Frage kommen, werden die Kompaktlager eher in Objekten mit begrenztem Platz oder hohen Raumkosten (bspw. Kühllager) eingesetzt. Somit sind Kompaktlager auch häufig für die Umplanung bzw. der notwendigen Vergrößerung der Lagerkapazität innerhalb einer bestehenden baulichen Hülle interessant. Abbildung 2: Umschlagleistungen der verschiedenen Lagertypen Abbildung 3: Investitionskosten der einzelnen Lagertypen 2.2. Einzel-/ Doppelspiele Um anhand der Technik und der geometrischen Verhältnisse im Lager die höchstmögliche Umschlagleistung zu erzielen, ist es sinnvoll, Doppelspiele (DS) zu generieren. Somit ist nicht wie bei Einzelspielen (ES) je umgeschlagene Ladeeinheit eine Leerfahrt erforderlich, sondern nur je zweiter Ladeeinheit. Das Bediengerät fährt also vom Einlagerpunkt direkt zum Auslagerpunkt, ohne zum Übergabepunkt zurückkehren zu müssen. Diese Vorgehensweise setzt die Kenntnis der nächsten Fahraufträge und gegebenenfalls die Möglichkeit der Veränderung derer Reihenfolge voraus. Für eine Optimierung der Umschlagleistung ist die bei DS entstehende Leerfahrt (Zwischenfahrstrecke) und damit die Zwischenfahrzeit zu minimieren (vgl. 3.5). Nachfolgend beschriebene Untersuchungen beziehen sich jeweils auf Doppelspiele. Abbildung 4: Darstellung der anzufahrenden Lagerplätze in der Regalwand,links: Einzelspiel, rechts: Doppelspiel 2.3. Berechnungsvorschriften für Umschlagleistungen von Lagern Es existieren eine Reihe von Vorschriften zur Berechnung der Umschlagleistung von Lagern, exemplarisch sind drei Berechnungsvorschriften dargestellt. Die Richtlinie VDI 3561 [VDI3561] ermöglicht die Berechnung der Spielzeit auch für Doppelspiele. Dazu werden zwei Referenzpunkte festgelegt, die den Aus- bzw. Einlagerpunkt darstellen. Ein Doppelspiel besteht dann aus der Summe folgender Einzelzeiten: • der Hinfahrt vom Übergabepunkt zum Einlagerpunkt (P1), • der Leerfahrt vom Ein- zum Auslagerpunkt (P2) und der • Rückfahrt vom Auslagerpunkt zum Übergabepunkt (vgl. Abb.4 rechts). Die Summe dieser Einzelzeiten wird danach mit der Summe der Übergabezeiten addiert. Der Unterschied der Richtlinie und der Berechnungsvorschrift nach [Gud00] bestehen im wesentlichen aus der Lage der Ein- und Auslagerpunkte. Fahrzeitberechnung nach VDI 3561 P1 ; P2 Fahrzeitberechnung nach Gudehus 1) P1 ; P2 1)Annahme: Vernachlässigung von Totzeiten, Lastaufnahmefaktor = 1 Wird davon ausgegangen, dass in Abhängigkeit der Gassengeometrie immer nur eine der beiden Fahrzeitanteile (vertikal bzw. horizontal) spielzeitbestimmend ist, so ergeben sich beide Fahrstrecken zu 4/3 der jeweiligen Gesamtabmessung. Der Unterschied der beiden Berechnungsvorschriften liegt lediglich in der Aufteilung der Gesamtfahrstrecke auf die Teilfahrstrecken Hin-, Rück- bzw. Zwischenfahrt. Da jedoch die Fahrzeit zu den Anfahrpunkten in der Regel nicht von der gleichen Fahrzeitkomponente bestimmt wird, kommt es in der Praxis zu Unterschieden im Berechnungsergebnis. Die unter dem Titel „Leistungsnachweis für Regalbediengeräte, Spielzeiten“ stehende Norm FEM 9.851 [FEM9.851] beschäftigt sich ebenfalls mit der Berechnung von Spielzeiten von Regalbediengeräten (RBG). Dabei werden sechs verschiedene Anwendungsfälle generiert, die am häufigsten in der Praxis vorkommen. Diese unterscheiden sich insbesondere in der Lage der Übergabepunkte für die Ein- und Auslagerung. Dabei werden die Punkte sowohl horizontal als auch vertikal verschoben. Es werden hierbei auch Fälle betrachtet, in denen der Auslagerpunkt nicht mit dem Einlagerpunkt übereinstimmt, sich beispielsweise auch an dem gegenüberliegenden Gassenende befinden kann. Wird der einfachste Fall betrachtet, dass sich der Übergabepunkt für die Ein- und Auslagerung übereinstimmend an einer unteren Ecke der Gasse befindet, stimmen die Berechnungsformeln mit [Gud00] weitgehend überein. 2.4. Kritik und Untersuchungsansatz Die Berechnung der mittleren Spielzeit der einzelnen Lagergassen durch die beschriebenen Normen erfolgt in der Regel ohne die Berücksichtigung der Geschwindigkeitsdiagonalen, deren Steigung c durch nachstehendes Verhältnis gegeben ist. Eine genaue Betrachtung der verschiedenen Gassengeometrien im Verhältnis zu den Geschwindigkeiten der Bediengeräte zeigt, dass es bei ungünstiger Lage der Geschwindigkeitsdiagonalen in der Regalwand zu Abweichungen der Berechnungsnormen von der tatsächlich zu erwartenden mittleren Spielzeit kommt. Im praktischen Lagerbetrieb wird mit verschiedenen Maßnahmen der Lagerorganisation versucht, die Umschlagleistung zu erhöhen. Diese Maßnahmen können jedoch mit den hier beschriebenen Normen und Berechnungsmethoden nicht berücksichtigt werden. Da Zonierungen, Lagerplatzstrategien oder Reihenfolgeoptimierungen der Ein- und Auslageraufträge (Zuordnungsproblem) Einfluss auf die Umschlagleistung des Lagers haben, sollten sie auch bei der Berechnung berücksichtigt werden. In den zahlreichen Veröffentlichungen mit dem Ziel der Erhöhung der Umschlagleistung eines Lagerbereiches finden sich häufig Darstellungen, die einzelne Auswirkungen der Lagerorganisation untersuchen. Dabei bleiben aber die gegenseitigen Beeinflussungen und Wechselwirkungen meist unberücksichtigt. Um dennoch solche Einflussgrößen realitätsnah berücksichtigen zu können, werden üblicherweise Simulationsmodelle erstellt, die den jeweiligen Anwendungsfall nachbilden. Die Erstellung solcher Modelle benötigt jedoch neben der entsprechenden Software Zeit und verursacht damit weitere Kosten. Aus diesem Grund ist ein solches Vorgehen erst bei einem bestimmten Grad an Komplexität der Anlage sinnvoll. Damit ist die Übertragbarkeit solcher Modelle auf verschiedene Anwendungsfälle nicht immer gegeben. 3. Dynamische Spielzeitberechnung 3.1. Vorgehen und Abgrenzung zum Forschungsstand Um die Auswirkungen der Lagerorganisation auf die Umschlagleistung sinnvoll abschätzen zu können, wurde ein allgemeingültiges Simulationsmodell erstellt. Dieses Modell startet sich nach vorgeschriebener Simulationszeit selbstständig neu mit vordefinierten Änderungen der Eingangsgrößen wie z. B.. Geschwindigkeiten und Beschleunigungen der Bedientechnik in Abhängigkeit der Gassengeometrie. Nacheinander konnten somit ausgewählte, in das Modell implementierte Lagerorganisationsformen untersucht werden. Der Unterschied zu bisherigen in der Literatur dokumentierter Untersuchungen besteht in der Berücksichtigung gegenseitiger Wechselwirkungen der Lagerorganisation. Bisher wurden dagegen die verschiedenen Strategien und Regeln im Lagerbetrieb meist nur losgelöst voneinander unter einem speziellen abgegrenzten Blickwinkel betrachtet. Um die Menge an Simulationsergebnissen für einen praktischen Einsatz zur Verfügung zu stellen, wurde ein Programm auf Basis von MS Excel erstellt, das die relevanten Simulationsdaten aufarbeitet und dem Anwender einfach und übersichtlich zur Verfügung stellt. Es ist somit möglich, die gefundenen Simulationsergebnisse auf verschiedenste Hochregal-Lagersysteme zu übertragen. Das Berechnungsmodell wurde an einem existierenden Hochregallager getestet. Es können Aussagen hinsichtlich der optimalen, d. h. spielzeit- und kostenminimalen Lagergeometrie unter Berücksichtigung gegebener Randbedingungen getroffen werden. 3.2. Übergabepunkte Neben den verschiedenen untersuchten Lagerstrategien wurde zunächst nach Möglichkeiten gesucht, die Umschlagleistungen des Typs der herkömmlichen Hochregallager unter technischen Gesichtspunkten zu verbessern. Dabei wurde v. a. die Verlegung des Übergabepunktes in die Mitte der Gassenwand untersucht. Dies hat das Ziel, die mittleren Verfahrwege der Bedientechnik im Lager zu halbieren. Abbildung 5: Maximale Verfahrwege der Bedientechnik in der Regalgasse Die Ver- und Entsorgung des Materials an den Übergabeplätzen mit Lagergut kann hierbei durch zwei verschiedene Möglichkeiten gelöst werden: • Zuführung in x- oder y-Richtung, • Zuführung in z-Richtung. Ersteres Vorgehen führt in Abhängigkeit der Anzahl der Zu- und Abführkanäle zu einem großen Verlust an Lagerplätzen. Bei letzterem Vorgehen liegen die Versorgungskanäle senkrecht zu den Verfahrwegen der Bedientechnik. Das hat den Vorteil, dass die Versorgung der Übergabeplätze über die gleichen Ver- und Entsorgungskanäle erfolgt und somit erheblich weniger Lagerplatz benötigt wird. Dieses Vorgehen benötigt jedoch neben erhöhtem Steuerungsaufwand eine veränderte konstruktive Gestaltung der Gassenübergänge z. B. durch klappbare Brücken oder ein entsprechendes aus- und einfahrbares Gabelsystem. Da sich hierbei die RBG und das Lagergut behindern können, wurden Simulationsuntersuchungen zur Minimierung der Wartezeiten der RBG durchgeführt. Je mehr Kanäle für die Ein- und Auslagerung zur Verfügung stehen, umso kürzer sind die Wartezeiten der Bediengeräte. Dabei bieten sich insbesondere zwei Optimierungsstrategien an, die diese Wartezeiten minimieren können. Einerseits verursachen gassenreine Kanäle keine zusätzlichen Wartezeiten der RBG, da die benötigte Palette im jeweiligen Einlagerungskanal zur Verfügung steht. Zudem reduzieren sich die Einlagerungskanäle, je weiter die Mitte des Lagerblocks erreicht wird. Andererseits steigen die Wartezeiten der RBG schnell an, je ungünstiger das Verhältnis von Gassenanzahl zu Einlagerungskanälen wird. Dies gilt auch bei sinnvoller Begrenzung der Gassenanzahl pro Einlagerungskanal. Abbildung 6: Reihenfolgeoptimale Einschleusung der Einlagerpaletten, keine Beschränkung der Gassen pro Kanal Ist die Zahl der Gassen des Lagerblockes größer als die Zahl der Einschleuskanäle, so ist eine optimale Reihenfolge der Paletten umzusetzen, bei der die Paletten gleichmäßig auf alle Kanäle verteilt werden. Abbildung 6 zeigt die so erreichten mittleren Wartezeiten der RBG. Hier ist der Abstand zwischen zwei Paletten, die in den gleichen Gang eingelagert werden müssen, am größten. Dies führt zu minimalen Stillstandszeiten der RBG. Für die Ausschleusung der Paletten aus dem Lagerblock ist jedoch ein Kanal ausreichend. Eine technische Realisierbarkeit (auch hinsichtlich der Funktionssicherheit der Gassenbrücken) ist zu prüfen. Eine wirtschaftliche Umsetzung einer solchen Beschickung der RBG, so hat der Versuch gezeigt, macht Sinn. Es kann hierbei bei günstiger Lage der Übergabepunkte in der Regalwand nahezu 50 % der Fahrzeit eingespart werden. Bei vergleichsweise langen und hohen Gassen kann damit die mittlere Spielzeit teilweise um über 25 % gesenkt werden. 3.3. Lagerplatzstrategien Es wurden insbesondere zwei verschiedene Strategien untersucht. Einerseits wurde zur besseren Vergleichbarkeit die chaotische Lagerplatzauswahl (nachfolgend: Strategie „Chaotisch“) sowie die in der Literatur auch als „Kürzeste Fahrzeitregel (KFZ)“ bezeichnete Strategie [Gla05]. Letztere soll nachfolgend aufgrund der Auswahl des jeweils vordersten Lagerplatzes als Strategie „KFZ“ bezeichnet werden. In Abbildung 7 sind die bei zunehmender Gassengeometrie sich in Abhängigkeit der Strategien vergrößernden Fahrzeitunterschiede dargestellt. Damit ist bei höheren bzw. längeren Gassen die Strategie „KFZ�� empfehlenswert. Abbildung 7: Vergleich der Strategien „Chaotisch“ und „KFZ“ bei unzonierter Lagergasse In ist weiterhin zu erkennen, dass der Einfluss der Beschleunigung bei längeren Fahrstrecken abnimmt. Insbesondere bei kleinen Gassenabmessungen kann der Beschleunigungseinfluss nicht vernachlässigt werden. So sind in Abbildung 8 Gassenabmessungen angegeben, von wo ab die Beschleunigung der Bedientechnik der jeweiligen Richtungskomponente vernachlässigbar ist. Die Grenze des Beschleunigungseinflusses wurde mit 5 % der Gesamtfahrzeit willkürlich festgelegt. Es ist zu erkennen, dass der Beschleunigungseinfluss mit höherer Geschwindigkeit zunimmt, da das RBG eine längere Zeit und damit auch eine längere Fahrstrecke benötigt, um die Maximalgeschwindigkeit zu erreichen. Abbildung 8:Vernachlässigungsgrenzen der Beschleunigung Anhand des Diagramms ist weiterhin zu erkennen, dass die Beschleunigungen bei in der Praxis geläufigen Gassenlängen nicht zu vernachlässigen sind. Ein zur Validierung der Simulation genutztes Lager (ca. 80 x 40m, vx ≈ 1,8 m/s, vy ≈ 0,8 m/s) liegt hinsichtlich der Gassenlänge über der festgelegten Grenze, hinsichtlich seiner Höhe jedoch darunter. Somit sind auch hier die Beschleunigungen nicht zu vernachlässigen. 3.4. Zonierung Die häufigste und bekannteste Form der Zonierung in der Lagergasse ist die ABC-Zonierung. Diese geht davon aus, dass durch eine Platzierung der umsatzstarken Paletten (Schnelldreher) in der Nähe des Übergabeplatzes die mittleren Fahrstrecken der Bedientechnik vermindert werden. Abbildung 9 zeigt das Verhältnis der mittleren Anfahrpunkte in Abhängigkeit der Zonierungsart. Die Zahlenkombination (80/20) kennzeichnet bspw. 80 % des Gesamtumsatzes zu dem ihn verursachenden 20 % Mengenanteil der gesamten eingelagerten Palettenzahl [Pfo96]. Abbildung 9: Mittlere Anfahrpunkte relativ zu den Gesamtabmessungen, chaotische Lagerplatzvergabe Abbildung 10 stellt den Einfluss des Zusammenwirkens von Lagerplatzstrategien und der Zonierung dar. Dabei ist zu erkennen, dass sich bei ungünstiger Sortenverteilung von 80/80 (Umsatz-/ Mengenanteil) das Verhältnis der mittleren Fahrzeit gegenüber der unzonierten Gasse bei größeren Abmessungen erhöht. Bei günstigem Zonierungsfall (80/20) ist dieser Zusammenhang nicht zu beobachten. Hier bringt eine Zonierung Vorteile. Weiterhin ist zu erkennen, dass die Vorteile einer Zonierung bei gleichzeitig verbesserter Lagerplatzstrategie geringer sind. Abbildung 10: Zonierungsabhängige Auswirkungen der Lagerplatzstrategien auf die Fahrzeiten 3.5. Optimierung der Auftragsreihenfolge Die beschriebenen Lagerplatzvergabestrategien und Zonierungen haben das Ziel, durch Verminderung der Anfahr- und Rückwege der Bedientechnik die Fahrstrecken und damit die Fahr- und Spielzeiten zu verringern. Eine Optimierung der Reihenfolge bzw. der Zuordnung der Ein- und Auslageraufträge bei der Bildung von Doppelspielen soll dagegen die Strecken der Leerfahrten zwischen den kombinierten Lagerplätzen verringern. Auch hier konnten Auswirkungen bspw. der Zonierung nachgewiesen werden. Abbildung 11: Optimierung der Zwischenfahrzeit, Fahrzeit im Vergleich zu unoptimierter Fahrzeit Abbildung 11 zeigt die optimierten Zwischenfahrzeiten im Vergleich zu unoptimierten Zwischenfahrzeiten. Da eine Testung aller Möglichkeiten (Permutation) zu unzumutbarem Rechenaufwand führt, konnten hier nur Kombinationen von maximal 8 x 8 Aufträgen durchgeführt werden. Um dennoch auch größere Auftragspools berechnen zu können, wurde auf das Vogelsche Approximationsverfahren zurückgegriffen. Die dargestellten Kurvenverläufe stellen eine idealisierte Kennlinie der gefundenen Ergebnisse dar. Um in der Praxis eine solche Optimierung durchführen zu können, müssen die jeweils folgenden Aufträge bekannt sein. 3.6. Füllgrad Abbildung 12 zeigt Untersuchungen zum Füllgrad des Lagers. Minderungen der Umschlagleistungen waren ab einem Füllgrad von ca. 80% zu erkennen. Es konnten zwei Knickpunkte der Kurve der Umschlagleistung beobachtet werden. Der Punkt P1 stellt die Länge dar, unter der eine Verringerung der Leistung des Lagers eintritt. Der Punkt P2 beschreibt die Länge, unter der das Absinken der Umschlagleistung des Lagers verstärkt wird. Abbildung 12: Auswirkungen des Füllgrades des Lagers auf die Umschlagleistung 3.7. Berechnungsprogramm Um die Simulationsergebnisse auf beliebige Anwendungsfälle übertragen zu können, wurde ein Berechnungsprogramm erstellt. Durch Berechnung der wirksamen Gassenlänge werden die simulierten Fahrzeiten durch Interpolation auf die Daten des Anwendungsfalls übertragen. Es fließen insbesondere auch die untersuchten Auswirkungen der Lagerorganisation in die Berechnungen ein. Zur besseren Vergleichbarkeit der Berechnungsergebnisse sowie zur Definition der durch die Lagerorganisation erreichten Leistungserhöhung, wurden die Ergebnisse den Berechnungsnormen gegenübergestellt. Als weiteres Ergebnis des Programms können die Kosten des Lagers abgeschätzt werden. Dabei werden die Kosten für das Lager insgesamt, als auch die je Lagerplatz berechnet. Zunächst müssen bei zu projektierenden Lagern die Abmessungen, die Anzahl der Lagergassen und die technischen Daten der Bedientechnik festgelegt werden. Die Geometrie der Lagergasse bestimmt sich in diesem Stadium durch die Anzahl der benötigten Stellplätze und der räumlichen Restriktionen. Dabei werden unter Berücksichtigung der eingegebenen Grenzabmessungen für Breite, Tiefe und Höhe die Anzahl der Regalgassen berechnet. Hierzu werden durch den Einsatz von teuren RBG lange und hohe Gassen bevorzugt. Die Gassen werden so gestaltet, dass sowohl die Gassengeometrie optimal ist, als auch die maximale Bedienhöhe der Geräte erreicht wird. Um die geforderte Lagerplatzanzahl zu erlangen, werden Vielfache der so dimensionierten Regalgasse gebildet, bis die benötigte Stellplatzanzahl erstmals überschritten ist. Grenzen der Abmessungen können bspw. durch die einzusetzende Bedientechnik oder bereits bestehende Lagerhülle gegeben sein. 4. Zusammenfassung und Ausblick Anhand der Untersuchungen wurde eine Möglichkeit aufgezeigt, die es dem Anwender ermöglicht, ohne zusätzliche Hilfsmittel und spezielle Kenntnis von Simulationsprogrammen die Umschlagleistung eines Lagers zu berechnen. Er greift durch die Nutzung eines Berechnungsprogramms, das in MS Excel- VBA (Visual Basic for Applications) erstellt wurde auf eine Simulationsdatenbank zu. Diese Simulationsdatenbank berücksichtigt wesentliche organisatorische und technische Daten eines Lagersystems. Der Bediener kann somit die Umschlagleistung für seinen Planungsfall unter Berücksichtigung der Lagerorganisation sowie deren Wechselwirkungen berechnen. Um das Einsatzgebiet der Methode zu erweitern und allgemeiner zu gestalten sind weitere Vervollständigungen der Maßnahmenbibliothek sinnvoll. Zum Anderen ist es möglich, die Simulationsdatenbank um andere Lagertypen sowie mehrfachtiefe Einlagerungen zu erweitern.

Algorithms For Automatic And Robust Registration Of 3D Head Scans

wo methods for registering laser-scans of human heads and transforming them to a new semantically consistent topology defined by a user-provided template mesh are described. Both algorithms are stated within the Iterative Closest Point framework. The first method is based on finding landmark correspondences by iteratively registering the vicinity of a landmark with a re-weighted error function. Thin-plate spline interpolation is then used to deform the template mesh and finally the scan is resampled in the topology of the deformed template. The second algorithm employs a morphable shape model, which can be computed from a database of laser-scans using the first algorithm. It directly optimizes pose and shape of the morphable model. The use of the algorithm with PCA mixture models, where the shape is split up into regions each described by an individual subspace, is addressed. Mixture models require either blending or regularization strategies, both of which are described in detail. For both algorithms, strategies for filling in missing geometry for incomplete laser-scans are described. While an interpolation-based approach can be used to fill in small or smooth regions, the model-driven algorithm is capable of fitting a plausible complete head mesh to arbitrarily small geometry, which is known as "shape completion". The importance of regularization in the case of extreme shape completion is shown.

A user supported object tracking framework for interactive video production

We present a user supported tracking framework that combines automatic tracking with extended user input to create error free tracking results that are suitable for interactive video production. The goal of our approach is to keep the necessary user input as small as possible. In our framework, the user can select between different tracking algorithms - existing ones and new ones that are described in this paper. Furthermore, the user can automatically fuse the results of different tracking algorithms with our robust fusion approach. The tracked object can be marked in more than one frame, which can significantly improve the tracking result. After tracking, the user can validate the results in an easy way, thanks to the support of a powerful interpolation technique. The tracking results are iteratively improved until the complete track has been found. After the iterative editing process the tracking result of each object is stored in an interactive video file that can be loaded by our player for interactive videos.

On trend estimation under monotone Gaussian subordination with long-memory: application to fossil pollen series

Fossil pollen data from stratigraphic cores are irregularly spaced in time due to non-linear age-depth relations. Moreover, their marginal distributions may vary over time. We address these features in a nonparametric regression model with errors that are monotone transformations of a latent continuous-time Gaussian process Z(T). Although Z(T) is unobserved, due to monotonicity, under suitable regularity conditions, it can be recovered facilitating further computations such as estimation of the long-memory parameter and the Hermite coefficients. The estimation of Z(T) itself involves estimation of the marginal distribution function of the regression errors. These issues are considered in proposing a plug-in algorithm for optimal bandwidth selection and construction of confidence bands for the trend function. Some high-resolution time series of pollen records from Lago di Origlio in Switzerland, which go back ca. 20,000 years are used to illustrate the methods.

ANOVA kernels and RKHS of zero mean functions for model-based sensitivity analysis

Given a reproducing kernel Hilbert space (H,〈.,.〉)(H,〈.,.〉) of real-valued functions and a suitable measure μμ over the source space D⊂RD⊂R, we decompose HH as the sum of a subspace of centered functions for μμ and its orthogonal in HH. This decomposition leads to a special case of ANOVA kernels, for which the functional ANOVA representation of the best predictor can be elegantly derived, either in an interpolation or regularization framework. The proposed kernels appear to be particularly convenient for analyzing the effect of each (group of) variable(s) and computing sensitivity indices without recursivity.

Derived Bedrock Elevations, Strain Rates and Stresses from Measured Surface Elevations and Velocities - Jakobshavns-Isbrae, Greenland

Jakobshavns Isbrae (69 degrees 10'N, 49 degrees 5'W) drains about 6.5% of the Greenland ice sheet and is the fastest ice stream known. The Jakobshavns Isbrae basin of about 10 000 km(2) was mapped photogrammetrically from four sets of aerial photography, two taken in July 1985 and two in July 1986. Positions and elevations of several hundred natural features on the ice surface were determined for each epoch by photogrammetric block-aerial triangulation, and surface velocity vectors were computed from the positions. The two flights in 1985 yielded the best results and provided most common points (716) for velocity determinations and are therefore used in the modeling studies. The data from these irregularly spaced points were used to calculate ice elevations and velocity vectors at uniformly spaced grid paints 3 km apart by interpolation. The field of surface strain rates was then calculated from these gridded data and used to compute the field of surface deviatoric stresses, using the flow law of ice, for rectilinear coordinates, X, Y pointing eastward and northward. and curvilinear coordinates, L, T pointing longitudinally and transversely to the changing ice-flow direction. Ice-surface elevations and slopes were then used to calculate ice thicknesses and the fraction of the ice velocity due to basal sliding. Our calculated ice thicknesses are in fair agreement with an ice-thickness map based on seismic sounding and supplied to us by K. Echelmeyer. Ice thicknesses were subtracted from measured ice-surface elevations to map bed topography. Our calculation shows that basal sliding is significant only in the 10-15 km before Jakobshavns Isbrae becomes afloat in Jakobshavns IsfJord.

Stacking of discontinuous regional palaeoclimate records: Chironomid-based summer temperatures from the Alpine region

Since multi-site reconstructions are less affected by site-specific climatic effects and artefacts, regional palaeotemperature reconstructions based on a number of sites can provide more robust estimates of centennial- to millennial-scale temperature trends than individual, site-specific records. Furthermore, reconstructions based on multiple records are necessary for developing continuous climate records over time scales longer than covered by individual sequences. Here, we present a procedure for developing such reconstructions based on relatively short (centuries to millennia), discontinuously sampled records as are typically developed when using biotic proxies in lake sediments for temperature reconstruction. The approach includes an altitudinal correction of temperatures, an interpolation of individual records to equal time intervals, a stacking procedure for sections of the interval of interest that have the same records available, as well as a splicing procedure to link the individual stacked records into a continuous reconstruction. Variations in the final, stacked and spliced reconstruction are driven by variations in the individual records, whereas the absolute temperature values are determined by the stacked segment based on the largest number of records. With numerical simulations based on the NGRIP δ18O record, we demonstrate that the interpolation and stacking procedure provides an approximation of a smoothed palaeoclimate record if based on a sufficient number of discontinuously sampled records. Finally, we provide an example of a stacked and spliced palaeotemperature reconstruction 15000–90 calibrated 14C yr BP based on six chironomid records from the northern and central Swiss Alps and eastern France to discuss the potential and limitations of this approach.

Right-handed neutrino production rate at T > 160 GeV

The production rate of right-handed neutrinos from a Standard Model plasma at a temperature above a hundred GeV has previously been evaluated up to NLO in Standard Model couplings (g ~ 2/3) in relativistic (M ~ πT) and non-relativistic regimes (M ≫ πT), and up to LO in an ultrarelativistic regime (M ≲ gT). The last result necessitates an all-orders resummation of the loop expansion, accounting for multiple soft scatterings of the nearly light-like particles participating in 1↔2 reactions. In this paper we suggest how the regimes can be interpolated into a result applicable for any right-handed neutrino mass and at all temperatures above 160GeV. The results can also be used for determining the lepton number washout rate in models containing right-handed neutrinos. Numerical results are given in a tabulated form permitting for their incorporation into leptogenesis codes. We note that due to effects from soft Higgs bosons there is a narrow intermediate regime around M ~g 1/2 T in which our interpolation is phenomenological and a more precise study would be welcome.

No shift to a deeper water uptake depth in response to summer drought of two lowland and sub-alpine C3-grasslands in Switzerland

Temperate C3-grasslands are of high agricultural and ecological importance in Central Europe. Plant growth and consequently grassland yields depend strongly on water supply during the growing season, which is projected to change in the future. We therefore investigated the effect of summer drought on the water uptake of an intensively managed lowland and an extensively managed sub-alpine grassland in Switzerland. Summer drought was simulated by using transparent shelters. Standing above- and belowground biomass was sampled during three growing seasons. Soil and plant xylem waters were analyzed for oxygen (and hydrogen) stable isotope ratios, and the depths of plant water uptake were estimated by two different approaches: (1) linear interpolation method and (2) Bayesian calibrated mixing model. Relative to the control, aboveground biomass was reduced under drought conditions. In contrast to our expectations, lowland grassland plants subjected to summer drought were more likely (43–68 %) to rely on water in the topsoil (0–10 cm), whereas control plants relied less on the topsoil (4–37 %) and shifted to deeper soil layers (20–35 cm) during the drought period (29–48 %). Sub-alpine grassland plants did not differ significantly in uptake depth between drought and control plots during the drought period. Both approaches yielded similar results and showed that the drought treatment in the two grasslands did not induce a shift to deeper uptake depths, but rather continued or shifted water uptake to even more shallower soil depths. These findings illustrate the importance of shallow soil depths for plant performance under drought conditions.