TY - THES A1 - Vogler, Verena T1 - A framework for artificial coral reef design: Integrating computational modelling and high precision monitoring strategies for artificial coral reefs – an Ecosystem-aware design approach in times of climate change N2 - Tropical coral reefs, one of the world’s oldest ecosystems which support some of the highest levels of biodiversity on the planet, are currently facing an unprecedented ecological crisis during this massive human-activity-induced period of extinction. Hence, tropical reefs symbolically stand for the destructive effects of human activities on nature [4], [5]. Artificial reefs are excellent examples of how architectural design can be combined with ecosystem regeneration [6], [7], [8]. However, to work at the interface between the artificial and the complex and temporal nature of natural systems presents a challenge, i.a. in respect to the B-rep modelling legacy of computational modelling. The presented doctorate investigates strategies on how to apply digital practice to realise what is an essential bulwark to retain reefs in impossibly challenging times. Beyond the main question of integrating computational modelling and high precision monitoring strategies in artificial coral reef design, this doctorate explores techniques, methods, and linking frameworks to support future research and practice in ecology led design contexts. Considering the many existing approaches for artificial coral reefs design, one finds they often fall short in precisely understanding the relationships between architectural and ecological aspects (e.g. how a surface design and material composition can foster coral larvae settlement, or structural three-dimensionality enhance biodiversity) and lack an integrated underwater (UW) monitoring process. Such a process is necessary in order to gather knowledge about the ecosystem and make it available for design, and to learn whether artificial structures contribute to reef regeneration or rather harm the coral reef ecosystem. For the research, empirical experimental methods were applied: Algorithmic coral reef design, high precision UW monitoring, computational modelling and simulation, and validated through parallel real-world physical experimentation – two Artificial Reef Prototypes (ARPs) in Gili Trawangan, Indonesia (2012–today). Multiple discrete methods and sub techniques were developed in seventeen computational experiments and applied in a way in which many are cross valid and integrated in an overall framework that is offered as a significant contribution to the field. Other main contributions include the Ecosystem-aware design approach, Key Performance Indicators (KPIs) for coral reef design, algorithmic design and fabrication of Biorock cathodes, new high precision UW monitoring strategies, long-term real-world constructed experiments, new digital analysis methods and two new front-end web-based tools for reef design and monitoring reefs. The methodological framework is a finding of the research that has many technical components that were tested and combined in this way for the very first time. In summary, the thesis responds to the urgency and relevance in preserving marine species in tropical reefs during this massive extinction period by offering a differentiated approach towards artificial coral reefs – demonstrating the feasibility of digitally designing such ‘living architecture’ according to multiple context and performance parameters. It also provides an in-depth critical discussion of computational design and architecture in the context of ecosystem regeneration and Planetary Thinking. In that respect, the thesis functions as both theoretical and practical background for computational design, ecology and marine conservation – not only to foster the design of artificial coral reefs technically but also to provide essential criteria and techniques for conceiving them. Keywords: Artificial coral reefs, computational modelling, high precision underwater monitoring, ecology in design. N2 - Charakteristisch für das Zeitalter des Klimawandels sind die durch den Menschen verursachte Meeresverschmutzung sowie ein massiver Rückgang der Artenvielfalt in den Weltmeeren. Tropische Korallenriffe sind als eines der ältesten und artenreichsten Ökosysteme der Erde besonders stark gefährdet und stehen somit symbolisch für die zerstörerischen Auswirkungen menschlicher Aktivitäten auf die Natur [4], [5]. Um dem massiven Rückgang der Korallenriffe entgegenzuwirken, wurden von Menschen künstliche Riffsysteme entwickelt [6], [7]. Sie sind Beispiele dafür, wie Architektur und die Regenerierung von Ökosystemen miteinander verbunden werden können [8]. Eine Verknüpfung von einerseits künstlichen und andererseits komplexen, sich verändernden natürlichen Systemen, stellt jedoch eine Herausforderung dar, u.a. in Bezug auf die Computermodellierung (B-Rep Modellierung). Zum Erhalt der Korallenriffe werden in der vorliegende Doktorarbeit Strategien aus der digitalen Praxis neuartig auf das Entwerfen von künstlichen Korallenriffen angewendet. Die Hauptfrage befasst sich damit, wie der Entwurfsprozess von künstlichen Korallenriffen unter Einbeziehung von Computermodellierung und hochpräzisen Überwachungsstrategien optimiert werden kann. In diesem Zusammenhang werden Techniken, Methoden sowie ein übergeordnetes Framework erforscht, welche zukünftige Forschung und Praxis in Bezug auf Ökologie-geleitete Entwurfsprozesse fördern soll. In Anbetracht der vielen vorhandenen künstlichen Riffsysteme, kann man feststellen, dass die Zusammenhänge zwischen Architektur- und Ökosystem-Anforderungen nicht genau untersucht und dadurch bei der Umsetzung nicht entsprechend berücksichtigt werden. Zum Beispiel wie Oberflächenbeschaffenheit und Materialität eine Ansiedlung von Korallenlarven begünstigt oder wie eine räumlich vielseitige Struktur die Artenvielfalt verbessern kann. Zudem fehlt ein integrierter Unterwasser-Überwachungsprozess, welcher Informationen über das Ökosystem liefert und diese dem Entwurf bereitstellt. Zusätzlich ist eine Unterwasser-Überwachung notwendig, um herauszufinden, ob die künstlichen Riffstrukturen zur Regenerierung beitragen oder dem Ökosystem gänzlich schaden. In dieser Forschungsarbeit werden empirische und experimentelle Methoden angewendet: Algorithmisches Entwerfen für Korallenriffe, hochpräzise Unterwasser-Überwachung, Computermodellierung und -simulation. Die Forschung wird seit 2012 bis heute durch zwei Riffprototypen (Artificial Reef Prototypes – ARPs) in Gili Trawangan, Indonesien validiert. Zusätzlich wurden weitere separate Methoden und Techniken in insgesamt siebzehn computergestützten Experimenten entwickelt und so angewendet, dass viele kreuzvalidiert und in ein Framework integriert sind, welches dann als bedeutender Beitrag dem Forschungsgebiet zur Verfügung steht. Weitere Hauptbeiträge sind der Ökosystem-bewusste Entwurfsansatz (Ecosystem-aware design approach), Key Performance Indicators (KPIs) für das Gestalten von Korallenriffen, algorithmisches Entwerfen und die Herstellung von Biorock-Kathoden, neue hochpräzise Unterwasser-Überwachungsstrategien, reale Langzeitexperimente, neue digitale Analysemethoden, sowie zwei webbasierte Softwareanwendungen für die Gestaltung und die Überwachung von künstlichen Korallenriffen. Das methodische Framework ist das Hauptergebnis der Forschung, da die vielen technischen Komponenten in dieser Weise zum ersten Mal getestet und kombiniert wurden. Zusammenfassend reagiert die vorliegende Doktorarbeit sowohl auf die Dringlichkeit als auch auf die Relevanz der Erhaltung von Artenvielfalt in tropischen Korallenriffen in Zeiten eines massiven Aussterbens, indem sie einen differenzierten Entwurfsansatz für künstliche Korallenriffe offeriert. Die Arbeit zeigt auf, dass ein digitales Entwerfen einer solchen „lebendigen Architektur“ unter Berücksichtigung vielfältiger Anforderungen und Leistungsparametern machbar ist. Zusätzlich bietet sie eine ausführliche kritische Diskussion über die Rolle von computergestützten Entwerfen und Architektur im Zusammenhang mit Regenerierung von Ökosystemen und “Planetary Thinking”. In dieser Hinsicht fungiert die Doktorarbeit als theoretischer und praktischer Hintergrund für computergestütztes Entwerfen, Ökologie und Meeresschutz. Eine Verbesserung des Entwerfens von künstlichen Korallenriffen wird nicht nur auf technischer Ebene aufgezeigt, sondern es werden auch die wesentlichen Kriterien und Techniken für deren Umsetzung benannt. Schlüsselwörter: Künstliche Korallenriffe, Computermodellierung, hochpräzise Unterwasser-Überwachung, Ökologie im Architekturentwurf. KW - Korallenriff KW - Algorithmus KW - Architektur KW - Meeresökologie KW - Software KW - Artificial coral reefs KW - Computational modelling KW - High precision underwater monitoring KW - Ecology in design KW - Künstliche Korallenriffe KW - Unterwasserarchitektur Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20220322-46115 UR - https://artificialreefdesign.com/ SN - 978-3-00-074495-2 N1 - Die URL führt zu 3D Modelle von echten Korallenriffen. ER - TY - JOUR A1 - Schwerzmann, Katia T1 - Abolish! Against the Use of Risk Assessment Algorithms at Sentencing in the US Criminal Justice System JF - Philosophy & Technology N2 - In this article, I show why it is necessary to abolish the use of predictive algorithms in the US criminal justice system at sentencing. After presenting the functioning of these algorithms in their context of emergence, I offer three arguments to demonstrate why their abolition is imperative. First, I show that sentencing based on predictive algorithms induces a process of rewriting the temporality of the judged individual, flattening their life into a present inescapably doomed by its past. Second, I demonstrate that recursive processes, comprising predictive algorithms and the decisions based on their predictions, systematically suppress outliers and progressively transform reality to match predictions. In my third and final argument, I show that decisions made on the basis of predictive algorithms actively perform a biopolitical understanding of justice as management and modulation of risks. In such a framework, justice becomes a means to maintain a perverse social homeostasis that systematically exposes disenfranchised Black and Brown populations to risk. KW - Biopolitik KW - Soziale Gerechtigkeit KW - Algorithmus KW - predictive algorithms KW - cybernetics KW - criminal justice KW - social justice KW - biopolitics Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20211207-45417 UR - https://link.springer.com/article/10.1007/s13347-021-00491-2 VL - 2021 SP - 1 EP - 22 ER - TY - JOUR A1 - Mosavi, Amir A1 - Shamshirband, Shahaboddin A1 - Esmaeilbeiki, Fatemeh A1 - Zarehaghi, Davoud A1 - Neyshabouri, Mohammadreza A1 - Samadianfard, Saeed A1 - Ghorbani, Mohammad Ali A1 - Nabipour, Narjes A1 - Chau, Kwok-Wing T1 - Comparative analysis of hybrid models of firefly optimization algorithm with support vector machines and multilayer perceptron for predicting soil temperature at different depths JF - Engineering Applications of Computational Fluid Mechanics N2 - This research aims to model soil temperature (ST) using machine learning models of multilayer perceptron (MLP) algorithm and support vector machine (SVM) in hybrid form with the Firefly optimization algorithm, i.e. MLP-FFA and SVM-FFA. In the current study, measured ST and meteorological parameters of Tabriz and Ahar weather stations in a period of 2013–2015 are used for training and testing of the studied models with one and two days as a delay. To ascertain conclusive results for validation of the proposed hybrid models, the error metrics are benchmarked in an independent testing period. Moreover, Taylor diagrams utilized for that purpose. Obtained results showed that, in a case of one day delay, except in predicting ST at 5 cm below the soil surface (ST5cm) at Tabriz station, MLP-FFA produced superior results compared with MLP, SVM, and SVM-FFA models. However, for two days delay, MLP-FFA indicated increased accuracy in predicting ST5cm and ST 20cm of Tabriz station and ST10cm of Ahar station in comparison with SVM-FFA. Additionally, for all of the prescribed models, the performance of the MLP-FFA and SVM-FFA hybrid models in the testing phase was found to be meaningfully superior to the classical MLP and SVM models. KW - Bodentemperatur KW - Algorithmus KW - Maschinelles Lernen KW - Neuronales Netz KW - firefly optimization algorithm KW - soil temperature KW - artificial neural networks KW - hybrid machine learning KW - OA-Publikationsfonds2019 Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20200911-42347 UR - https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/19942060.2020.1788644 VL - 2020 IS - Volume 14, Issue 1 SP - 939 EP - 953 ER - TY - CHAP A1 - Oehm, Gerald T1 - Interaktive Lösung von Tourenproblemen N2 - Durch Modifizierung des bekannten Savingsalgorithmus mittels fester bzw. variabler Savingsparameter läßt sich ein interaktiver Zugang zur Lösung des Tourenproblems begründen. Die Resultate des Savingsalgorithmus können dadurch um ca. 8,5% verbessert werden. Durch die interaktive Arbeitsweise ist es möglich, daß spezielle Vorgaben eines Nutzers und Erfahrungen des Bearbeiters Berücksichtigung finden. Die durchgeführten Rechnungen lassen erwarten, daß bei der Wahl der Savingsparameter noch Reserven für eine weitere Effizienzerhöhung liegen. Vermutlich spielt die Anpassung der Parameter an die Problemstruktur der gestellten Aufgabe eine Rolle. Durch lokale Suche läßt sich die Vielfalt der interaktiven Entscheidungsmöglichkeiten ein-grenzen und automatisieren. KW - Transportproblem KW - Entscheidungstheorie KW - Algorithmus Y1 - 2000 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20111215-6238 ER - TY - CHAP A1 - Raue, Erich A1 - Timmler, Hans-Georg A1 - Adami, Kay T1 - Physikalisch nichtlineare Untersuchung der Aussteifungssysteme von zu revitalisierenden Plattenbauten mittels mathematischer Optimierungsalgorithmen N2 - Im Zusammenhang mit der Revitalisierung von Plattenbauwerken kommt der Bewertung bzw. Neubewertung der vorhandenen Aussteifungssysteme große Bedeutung zu. Zur Aussteifung werden im allgemeinen raumbreite, raumhohe und meist unbewehrte Betonelemente verwendet, die lediglich konstruktiv miteinander verbunden sind. Im Rahmen der Untersuchung wird ein vorhandenes Berechnungsmodell zur physikalisch nichtlinearen Analyse von Aussteifungssystemen mehrgeschossiger Gebäude unter Horizontallast so erweitert, dass unbewehrte Horizontalfugen berücksichtigt werden können. Die Analyse der Aussteifungssysteme wird auf der Basis der Methode der mathematischen Optimierung realisiert, wobei die aussteifenden Wände als offene dünnwandige, schlanke Stäbe betrachtet werden, die über dehnstarre Deckenscheibe (Diaphragmen) gekoppelt sind. Im Beitrag wird gezeigt, dass sich bei Berücksichtigung des physikalisch nichtlinearen Tragverhaltens und der damit verbundenen Schnittgrößenumlagerungen Tragreserven erschließen lassen, die auf die Standsicherheit sowohl vorhandener als auch revitalisierter Gebäude angerechnet werden können. KW - Großtafelbau KW - Aussteifung KW - Optimierung KW - Algorithmus KW - Nichtlineares System KW - Revitalisierung Y1 - 2000 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20111215-5690 ER -