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Nowadays, almost any IT system involves personal data processing. In
such systems, many privacy risks arise when privacy concerns are not
properly addressed from the early phases of the system design. The
General Data Protection Regulation (GDPR) prescribes the Privacy by
Design (PbD) principle. As its core, PbD obliges protecting personal
data from the onset of the system development, by effectively
integrating appropriate privacy controls into the design. To
operationalize the concept of PbD, a set of challenges emerges: First, we need a basis to define privacy concerns. Without such a basis, we are not able to verify whether personal data processing is authorized. Second, we need to identify where precisely in a system, the controls have to be applied. This calls for system analysis concerning privacy concerns. Third, with a view to selecting and integrating appropriate controls, based on the results of system analysis, a mechanism to identify the privacy risks is required. Mitigating privacy risks is at the core of the PbD principle. Fourth, choosing and integrating appropriate controls into a system are complex tasks that besides risks, have to consider potential interrelations among privacy controls and the costs of the controls.
This thesis introduces a model-based privacy by design methodology to handle the above challenges. Our methodology relies on a precise definition of privacy concerns and comprises three sub-methodologies: model-based privacy analysis, modelbased privacy impact assessment and privacy-enhanced system design modeling. First, we introduce a definition of privacy preferences, which provides a basis to specify privacy concerns and to verify whether personal data processing is authorized. Second, we present a model-based methodology to analyze a system model. The results of this analysis denote a set of privacy design violations. Third, taking into account the results of privacy analysis, we introduce a model-based privacy impact assessment methodology to identify concrete privacy risks in a system model. Fourth, concerning the risks, and taking into account the interrelations and the costs of the controls, we propose a methodology to select appropriate controls and integrate them into a system design. Using various practical case studies, we evaluate our concepts, showing a promising outlook on the applicability of our methodology in real-world settings.
Das Hauptziel der vorliegenden Arbeit ist die Absicherung der Qualität eines pharmazeutischen Produktionsprozesses durch die Überprüfung des Volumens mikroskopischer Polymerstäbchen mit einem hochgenauen 3D Messverfahren. Die Polymerstäbchen werden für pharmazeutische Anwendungen hergestellt. Aus Gründen der Qualitätssicherung muss das Istgewicht überprüft werden. Derzeit werden die Polymerstäbchen stichprobenartig mit einer hochpräzisen Waage gewogen. Für die nächste Generation von Polymeren wird angenommen, dass die Produktabmessungen weiter reduziert werden sollen und die Produktionstoleranzen auf 2,5% gesenkt werden. Die daraus resultierenden Genauigkeitsanforderungen übersteigen jedoch die Möglichkeiten der Wiegetechnik. Bei homogenen Materialien ist die Masse proportional zum Volumen. Aus diesem Grund kommt dessen Bestimmung als Alternative in Frage. Dies verschafft Zugang zu optischen Messverfahren und deren Flexibilität und Genauigkeitpotenzial. Für den Entwurf eines auf die Fragestellung angepassten Messkonzeptes sind weiterhin von Bedeutung, dass das Objekt kontaktlos, mit einer Taktzeit von maximal fünf Sekunden vermessen und das Volumen approximiert wird. Die Querschnitte der Polymerstäbchen sind etwa kreisförmig. Aufgrund der Herstellung der Fragmente kann nicht davon ausgegangen werden, dass die Anlageflächen orthogonal zur Symmetrieachse des Objektes sind. Daher muss analysiert werden, wie sich kleine Abweichungen von kreisförmigen Querschnitten sowie die nicht idealen Anlageflächen auswirken. Die maximale Standardabweichung für das Volumen, die nicht überschritten werden sollte, beträgt 2,5%. Dies entspricht einer maximalen Abweichung der Querschnittsfläche um 1106 µm² (Fehlerfortpfanzung). Als Bewertungskriterium wird der Korrelationskoeffzient zwischen den gemessenen Volumina und den Massen bestimmt. Ein ideales Ergebnis wäre 100%. Die Messung zielt auf einen Koeffzienten von 98% ab. Um dies zu erreichen, ist ein präzises Messverfahren für Volumen erforderlich. Basierend auf dem aktuellen Stand der Technik können die vorhandenen optischen Messverfahren nicht verwendet werden. Das Polymerstäbchen wird von einer Kamera im Durchlicht beobachtet. Daher sind der Durchmesser und die Länge sichtbar. Das Objekt wird mittels einer mechanischen Vorrichtung um die Längsachse gedreht. So können Bilder von allen Seiten aufgenommen werden. Der Durchmesser und die Länge werden mit der Bildverarbeitung berechnet. Das neue Konzept vereint die Vorteile der Verfahren: Es ist unempfindlich gegen Farb-/Helligkeitsänderungen und die Bilder können in beliebiger Anzahl aufgenommen werden. Außerdem sind die Erfassung und Auswertung wesentlich schneller. Es wird ein Entwurf und die Umsetzung einer Lösung zur hochpräzisen Volumenmessung von Polymerstäbchen mit optischer Messtechnik und Bildverarbeitung ausgearbeitet. Diese spezielle Prozesslösung in der Prozesslinie (inline) sollte eine 100%ige Qualitätskontrolle während der Produktion garantieren. Die Zykluszeiten des Systems sollte fünf Sekunden pro Polymerstäbchen nicht überschreiten. Die Rahmenbedienungen für den Prozess sind durch die Materialeigenschaften des Objekts, die geringe Objektgröße (Breite = 199 µm, Länge = 935 µm bis 1683 µm) und die undeffinierte Querschnittsform (durch den Trocknungsprozess) vorgegeben. Darüber hinaus sollten die Kosten für den Prozess nicht zu hoch sein. Der Messaufbau sollte klein sein und ohne Sicherheitsvorkehrungen oder Abschirmungen arbeiten. Das entstandene System nimmt die Objekte in verschiedenen Winkelschritten auf, wertet mit Hilfe der Bildverarbeitung die Aufnahmen aus und approximiert das Volumen. Der Korrelationskoffizient zwischen Volumen und Gewicht beträgt für 77 Polymerstäbchen mit einem Gewicht von 37 µg bis 80 µg 99; 87%. Mit Hilfe eines Referenzsystems kann die Genauigkeit der Messung bestimmt werden. Die Standardabweichung sollte maximal 2,5% betragen. Das entstandene System erzielt eine maximale Volumenabweichung von 1,7%. Die Volumenvermessung erfüllt alle Anforderungen und kann somit als Alternative für die Waage verwendet werden.
In dieser Arbeit wird der Frage nachgegangen, wie beispielsweise die homosexuelle AfD-Frontfrau Alice Weidel ihre Mitgliedschaft in einer Partei, die als konservativ und homophob gilt, begründet. Neben der Rede ihres Coming-Outs wird außerdem das Parteiprogramm der AfD hinsichtlich der Themen Homosexualität und Migration analysiert.
The industry standard Decision Model and Notation (DMN) has enabled a new way for the formalization of business rules since 2015. Here, rules are modeled in so-called decision tables, which are defined by input columns and output columns. Furthermore, decisions are arranged in a graph-like structure (DRD level), which creates dependencies between them. With a given input, the decisions now can be requested by appropriate systems. Thereby, activated rules produce output for future use. However, modeling mistakes produces erroneous models, which can occur in the decision tables as well as at the DRD level. According to the Design Science Research Methodology, this thesis introduces an implementation of a verification prototype for the detection and resolution of these errors while the modeling phase. Therefore, presented basics provide the needed theoretical foundation for the development of the tool. This thesis further presents the architecture of the tool and the implemented verification capabilities. Finally, the created prototype is evaluated.
The analysis of three-dimensional and complex motion sequences
of human gait and therefore the most important question
of kenesiology ”why are we falling?” is the essence of this
paper. The gerontology and its science of movement is currently
limited to simple and one-dimensional methods and models. An
extensive literature research shows the latest state of research of
the three common methods to determine the stability of human
gait. To assess the margin of stability, local stability and orbital
stability it is shown, how those methods are applicable to evaluate
the subject’s ability to recover from any disturbences of
the subject’s gait. Based on this assessment and the method’s
advantages and disadvantages a new method will be derived
that allows spatial analysis of dynamic instability of linear and
non-linear human gait. A motion capture system and the timed
up and go test serve as a basis for this new method and will be
explained. A numerical approximation to optimise the number
of markers within a marker-set of a motion capture analysis
and its maximum correlation with the full-body-marker-set will
be given. This simplification is very helpful for further clinical
or scientific research. To validate the new method a trial
with subjects will be shown and discussed. New appreciable
variables and snapshots of specific situations during the gait
offer new and different interpretations of the human gait. The
new method is the most applicable and appropriate assessment
of human gait and the individual development of the human
gait while aging, as well as to detect and prevent falling and
associated injuries. Especially directional change of a non-linear
gait become assessable with the new method.
Abdriftbedingte Pflanzenschutzmittelrückstände in unbehandelten Kulturen auf angrenzenden Flächen
(2020)
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Abdrift von Pflanzenschutzmitteln (PSM), die auf Lebensmittelkulturen in angrenzenden Flächen, insbesondere in benachbarte Haus- und Kleingärten, gelangt. In einer Reihe von Windtunnelversuchen wurde die Abdrift von PSM aus Flächen- und Raumkulturen während der Applikation mit zwei verschiedenen Testsystemen nachgestellt. Das Testsystem Flächenkultur simuliert die Applikation auf Flächenkulturen, das Testsystem Raumkultur die auf Raumkulturen. Auf der Nicht-Zielfläche wurden die auf Grund von Abdrift entstandenen Rückstände des verwendeten Tracers Pyranin nach der Applikation entfernungsabhängig auf den Lebensmittelkulturen Kopfsalat, Erdbeeren und Tomaten gemessen. Durch die gleichzeitige Messung der Bodendeposition konnten die Messwerte mit Hilfe von Regressionsgleichungen (R² = 0,88 bis 0,97) in Bezug zu den Abdrifteckwerten (AEW) gebracht werden. Dadurch war es möglich, erste Abschätzungen der Höhe von Rückständen vorzunehmen, die über Abdrift von landwirtschaftlichen Flächen auf benachbarte Lebensmittelkulturen im Freiland gelangen können. Diese Abschätzung ist zunächst limitiert auf die drei Versuchspflanzen. Die Versuche zeigen, dass sich die meisten durch Abdrift entstehenden Rückstände auf Salatköpfen wieder finden, gefolgt von Erdbeeren und Tomaten.
Neben dem experimentellen Teil wurden Analysen mit Geoinformationssystemen (GIS) durchgeführt, um die Nachbarschaftsverhältnisse zwischen landwirtschaftlich genutzten Flächen und Gartenflächen für ganz Deutschland und speziell für Rheinland-Pfalz (RLP) zu analysieren. Dazu wurden für die deutschlandweiten Berechnungen die Daten des amtlichen topographisch-kartographischen Informationssystems (ATKIS) und für die RLP-weiten Berechnungen die Daten des amtlichen Liegenschaftskatasterinformationssystem (ALKIS) verwendet. Beachtet werden muss, dass auf Grund der Datenbeschaffenheit eine Abgrenzung der Gartenflächen zu Wohnflächen nicht möglich ist. Deutschlandweit liegen etwa 1,1 % aller potentiellen Gartenflächen innerhalb eines 5 m Pufferbereichs um Raumkulturen bzw. innerhalb eines 2 m Pufferbereichs um Flächenkulturen. Für RLP sind es 0,75 %. Mit Hilfe eines Landbedeckungsdatensatzes der Fa. RLP AgroScience GmbH und den ALKIS-Daten konnte jedoch die exakte Gartenfläche für RLP auf 47.437 ha bestimmt werden. Basierend auf dieser Datengrundlage liegen 1,2 % der Gartenfläche von RLP innerhalb der genannten Pufferbereiche. Des Weiteren ergaben Berechnungen, dass 3 % der Gärten in RLP direkt angrenzend zu landwirtschaftlich genutzten Flächen liegen.
Im Rahmen dieser Arbeit wurden nicht nur Gärten betrachtet, die an landwirtschaftliche Flächen grenzen, sondern auch Nachbarschaftsverhältnisse zwischen ökologisch und konventionell bewirtschafteten Flächen untersucht. Diese Berechnungen erfolgten mit den Daten des Integrierten Verwaltungs- und Kontrollsystems (InVeKoS). Insgesamt grenzen in RLP 47,1 % aller ökologisch bewirtschafteten Flächen unmittelbar an konventionell bewirtschaftete Flächen an.
Gel effect induced by mucilage in the pore space and consequences on soil physical properties
(2020)
Water uptake, respiration and exudation are some of the biological functions fulfilled by plant roots. They drive plant growth and alter the biogeochemical parameters of soil in the vicinity of roots, the rhizosphere. As a result, soil processes such as water fluxes, carbon and nitrogen exchanges or microbial activity are enhanced in the rhizosphere in comparison to the bulk soil. In particularly, the exudation of mucilage as a gel-like substance by plant roots seems to be a strategy for plants to overcome drought stress by increasing soil water content and soil unsaturated hydraulic conductivity at negative water potentials. Although the variations of soil properties due to mucilage are increasingly understood, a comprehensive understanding of the mechanisms in the pore space leading to such variations is lacking.
The aim of this work was to elucidate the gel properties of mucilage in the pore space, i.e. interparticulate mucilage, in order to link changes of the physico-chemical properties in the rhizosphere to mucilage. The fulfilment of this goal was confronted to the three following challenges: The lack of methods for in situ detection of mucilage in soil; The lack of knowledge concerning the properties of interparticulate mucilage; The unknown relationship between the composition and the properties of model substances and root mucilage produced by various species. These challenges are addressed in several chapters.
In a first instance, a literature review picked information from various scientific fields about methods enabling the characterization of gels and gel phases in soil. The variation of soil properties resulting from biohydrogel swelling in soil was named the gel effect. The combined study of water entrapment of gels and gel phases in soil and soil structural properties in terms of mechanical stability or visual structures proved promising to disentangle the gel effect in soil.
The acquired methodical knowledge was used in the next experiments to detect and characterize the properties of interparticulate gel. 1H NMR relaxometry allows the non-invasive measure of water mobility in porous media. A conceptual model based on the equations describing the relaxation of water protons in porous media was developed to integrate the several gel effects into the NMR parameters and quantify the influence of mucilage on proton relaxation. Rheometry was additionally used to assess mucilage viscosity and soil microstructural stability and ESEM images to visualize the network of interparticulate gel. Combination of the results enabled to identify three main interparticulate gel properties: The spider-web effect restricts the elongation of the polymer chains due to the grip of the polymer network to the surface of soil particles. The polymer network effect illustrates the organization of the polymer network in the pore space according to the environment. The microviscosity effect describes the increased viscosity of interparticulate gel in contrast to free gel. The impact of these properties on soil water mobility and microstructural stability were investigated. Consequences on soil hydraulic and soil mechanical properties found in the literature are further discussed.
The influence of the chemical properties of polymers on gel formation mechanism and gel properties was also investigated. For this, model substances with various uronic acid content, degree of esterification and amount of calcium were tested and their amount of high molecular weight substances was measured. The substances investigated included pectic polysaccharides and chia seed mucilage as model polymers and wheat and maize root mucilage. Polygalacturonic acid and low-methoxy pectin proved as non-suitable model polymers for seed and root mucilage as ionic interactions with calcium control their properties. Mucilage properties rather seem to be governed by weak electrostatic interactions between the entangled polymer chains. The amount of high molecular weight material varies considerably depending on mucilage´s origin and seems to be a straight factor for mucilage’s gel effect in soil. Additionally to the chemical characterization of the high molecular weight compounds, determination of their molecular weight and of their conformation in several mucilages types is needed to draw composition-property profiles. The variations measured between the various mucilages also highlight the necessity to study how the specific properties of the various mucilages fulfill the needs of the plant from which they are exuded.
Finally, the integration of molecular interactions in gel and interparticulate gel properties to explain the physical properties of the rhizosphere was discussed. This approach offers numerous perspectives to clarify for example how water content or hydraulic conductivity in the rhizosphere vary according to the properties of the exuded mucilage. The hypothesis that the gel effect is general for all soil-born exudates showing gel properties was considered. As a result, a classification of soil-born gel phases including roots, seeds, bacteria, hyphae and earthworm’s exuded gel-like material according to their common gel physico-chemical properties is recommended for future research. An outcome could be that the physico-chemical properties of such gels are linked with the extent of the gel effect, with their impact on soil properties and with the functions of the gels in soil.
On-screen interactive presentations have got immense popularity in the domain of attentive interfaces recently. These attentive screens adapt their behavior according to the user's visual attention. This thesis aims to introduce an application that would enable these attentive interfaces to change their behavior not just according to the gaze data but also facial features and expressions. The modern era requires new ways of communications and publications for advertisement. These ads need to be more specific according to people's interests, age, and gender. When advertising, it's important to get a reaction from the user but not every user is interested in providing feedback. In such a context more, advance techniques are required that would collect user's feedback effortlessly. The main problem this thesis intends to resolve is, to apply advanced techniques of gaze and face recognition to collect data about user's reactions towards different ads being played on interactive screens. We aim to create an application that enables attentive screens to detect a person's facial features, expressions, and eye gaze. With eye gaze data we can determine the interests and with facial features, age and gender can be specified. All this information will help in optimizing the advertisements.
Dieses Dokument umfasst den dritten Zwischenbericht zum Projekt GeKOS – Gemeinsam entdecken Kinder ihren Ort mit Studierenden, der im Oktober 2019 an die Schöpflin-Stiftung übergeben wurde. Das Projekt GeKOS wird vom Ministerium für Wissenschaft, Weiterbildung und Kultur des Landes Rheinland-Pfalz im Rahmen der Programmbudgets Hochschulpakt III sowie von der Schöpflin-Stiftung mit Sitz in Lörrach von 2016 bis 2020 finanziell gefördert. Zudem gewährte das rheinland-pfälzische Ministerium für Integration, Familie, Kinder, Jugend und Frauen im Jahr 2015 eine Anschubfinanzierung.
This dissertation presents the application of the molecular LIBS method, a novelapproach of Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS), to optimize the detection of pitting chlorides in concrete structures, which are e.g. contaminated bydeicing salt in winter. Potentiometric titration as the standard method for chloride determination in building material analysis is costly and time-consuming. Ithas the decisive disadvantage that the determination of chloride concentrationis based on the total mass of the concrete and not on the cement content asrequired by the European standard EN 206. The imaging capabilities of LIBS forphase separation of the concrete meet this requirement. LIBS was already usedby BAM in 1998 in building material analysis, but the detection of chlorides withLIBS requires expensive helium purging and spectrometers outside the visiblespectral range to detect emissions of atomic chlorine. The approach of molecular LIBS is to quantify the emission of chloride-containing molecular radicalsformed during the cooling phase of the laser-induced plasma. The advantagescompared to conventional LIBS method are the emission in the visible spectralrange and the applicability without noble gas purging. In this thesis the influenceof the experimental components on the time behaviour of the relevant molecularemission bands is investigated, signal deviations due to plasma fluctuations aresignificantly reduced and for plasma analysis the molecular formation is simulated on atomistic scales and compared with standard methods. In simultaneousmeasurements, atomic and molecular Cl emission are directly compared and the quantification is optimized by data combination. Molecular LIBS will be extended to a quantifying and imaging method that can detect chlorides withoutnoble gas purging.