Stadt, Technik, Natur - Am Anfang steht das Modell

13. Modellierungstag Rhein-Neckar

 22. Juni 2017 - 14:00 Uhr

 Mathematikon
Im Neuenheimer Feld 205
Konferenzraum 5. Etage
69120 Heidelberg

Konzept des Modellierungstags

Der Modellierungstag Rhein-Neckar eröffnet Praktikern und Wissenschaftlern die Gelegenheit, Innovationen zur Diskussion zu stellen, Gemeinsamkeiten und Unterschiede der verwendeten Modellierungsansätze herauszuarbeiten und den gegenseitigen Erfahrungsaustausch zu pflegen.

Der Modellierungstag Rhein-Neckar kann durch Sie aktiv mitgestaltet werden: Durch aktuelle Beiträge aus Ihrer Arbeit. Forschungs- und Praxisbeiträge sind gleichermaßen willkommen.

Die Veranstaltung wird von HGS MathComp, der InnovationLab GmbH und der BASF SE Ludwigshafen organisiert sowie von KoMSO, der IHK Rhein-Neckar, dem BMBF und der Industrie unterstützt.

Die Veranstaltung ist öffentlich. Der Eintritt ist frei. Um Anmeldung bis zum 18. Juni 2017 wird gebeten.

Thema: Modellierung

Moderne Infrastruktur bestimmt unser Leben und beeinflusst in entscheidender Weise Arbeitsprozesse. Der Industriestandort Deutschland profitiert von seiner idealen Lage im Herzen Europas ebenso wie von Verfügbarkeit und Erreichbarkeit, von Netzkapazitäten oder stadtnahen Produktionsflächen.

Unsere Städte spielen in dieser Konstellation eine bedeutende Rolle und ihr Funktionieren hängt maßgeblich von modellbasierter Planung in allen Bereichen ab: Stadtentwicklung, Straßenbau, intelligente Vernetzung und Breitbandversorgung. Diese komplexen Prozesse basieren auf individuellen Modellen, um Systemkomponenten zu erfassen, ihre Veränderung anhand von Simulationen zu planen und Abläufe zu optimieren.

Die Stellung Deutschlands als Wirtschaftsstandort erfolgreicher Industrieunternehmen und als Lebensmittelpunkt von über 80 Millionen Menschen hängt vom effizienten, exakten und adäquaten Einsatz moderner Modelle ab. Im Wettbewerb der Besten bietet das den vielleicht entscheidenden Standortvorteil für deutsche Unternehmen – gerade auch im Bereich der KMUs, die seit vielen Jahren vom Funktionieren dieser Infrastruktur international profitieren. 

Alle Prozesse rund um die Planung in Stadt und Land sind das Thema des 13. Modellierungstags. Gemeinsam besprechen wir neueste Trends aus der Praxis, schauen den planerisch tätigen Wissenschaftlern über die Schulter und diskutieren die Entwicklungen von morgen.

Programm

14:00

Hans Georg Bock (IWR, Universität Heidelberg)

Begrüßung & Einführung

14:15

Anna Marciniak-Czochra (IWR, Universität Heidelberg)

Mathematische Modellierung von Blutkrebs: Zelluläre Heterogenität, Selektion, Therapieresistenz

14:45

Tobias Schwinn (ICD Institute for Computational Design and Construction, Universität Stuttgart)

Fabrication Agency – Agentenbasierte Methoden für die Digitale Planung und Fertigung in der Architektur

15:15

Kaffeepause

15:45

Alexander Kreiß (Institut für Angewandte Mathematik, Universität Heidelberg)

Modellierung und Statistik für dynamische Netzwerke

16:15

Marcel Gutsche (HCI/IWR, Universität Heidelberg)

Modellierung in der Bildverarbeitung mit Anwendungen in der Lichtfeldbildgebung

16:45

Abschlussdiskussion

17:15

Networking & Imbiss

Vorträge

Anna Marciniak-Czochra (IWR, Universität Heidelberg)

Mathematische Modellierung von Blutkrebs: Zelluläre Heterogenität, Selektion, Therapieresistenz

Blutkrebs ist eine komplexe Erkrankung. Neue Studien zeigen, dass sich nicht nur die Krebszellen von verschiedenen Patienten voneinander unterscheiden, sondern dass auch innerhalb eines Patienten Krebszellen mit verschiedenenen Eigenschaften vorkommen. Da Krebszellen um Ressourcen, z.B. Signalfaktoren oder Knochenmarksraum konkurrieren, setzen sich mit der Zeit bestimmte Zelleigenschaften durch. Mathematische Modelle der Zellselektion helfen zu verstehen, wie sich die Krebszelleigenschaften im Verlauf der Erkrankung verändern, wie sich Resistenzen entwickeln und wie Therapien verbessert werden können.

 

Tobias Schwinn (ICD Institute for Computational Design and Construction, Universität Stuttgart)

Fabrication Agency – Agentenbasierte Methoden für die Digitale Planung und Fertigung in der Architektur

Digitale Planungs- und Fertigungsprozesse im Bauwesen eröffnen neue Möglichkeiten für leistungsfähigere Bauten, stellen aber auch neue Herausforderungen an die interdisziplinäre Zusammenarbeit: immer komplexer werdende Bauaufgaben und insbesondere auch der Leichtbau erfordern eine integrative Arbeitsweise schon in den frühen Planungsphasen. Aufgrund der Kleinteiligkeit des architektonischen Planungsprozesses und der Vielzahl der beteiligten Stakeholder vollzieht sich die Digitalisierung bisher jedoch nur in Teilbereichen und beschränkt sich auf die Übertragung bestehender disziplinärer Methoden mit dem Ziel, diese effizienter zu gestalten. Interdisziplinäre Planungsansätze erfordern jedoch eine integrative Planung, die Rückkopplung zwischen den Planungsbeteiligten über Planungsphasen und -disziplinen hinweg ermöglicht.
Am Beispiel aktueller Forschungsergebnisse und -prototypen zeigt der Vortrag, wie agentenbasierte Methoden diese Rückkopplung in Form einer digitalen Schleife ermöglichen können. Das besondere Potential dieser Methoden beschränkt sich dabei nicht nur auf die Planungsphase, sondern auch auf die digitale Fertigung.


Alexander Kreiß (Institut für Angewandte Mathematik, Universität Heidelberg)

Modellierung und Statistik für dynamische Netzwerke

Wir betrachten ein Netzwerk aus Leihfahrradstationen in Washington D.C. (https://www.capitalbikeshare.com/system-data). Dabei ist jede Fahrradstation ein Knoten in dem Netzwerk. Leiht jemand ein Fahrrad an Station i aus und gibt es bei Station j zurück, nennen wir dies eine Interaktion entlang der Kante (i,j). Von besonderem Interesse ist es, den Einfluss einzelner interner oder externer Faktoren auf das Eintreten von Interaktionen zu quantifizieren oder den Fluss der Fahrräder durch das Netzwerk vorherzusagen. 



Wir modellieren das Netzwerk als ungerichteten Graphen. Entlang der Kanten können Interaktionen mit bestimmten Intensitäten auftreten. Diese Intensitäten hängen von verschiedenen Informationen ab, die potentiell einen Einfluss auf das Auftreten der Interaktionen haben. Die Stärke des Einflusses wird durch einen Parameter beeinflusst, der sich mit der Zeit ändern kann (in dem Fahrrad-Beispiel kann so der zu erwartende Effekt modelliert werden, dass das Verhalten im Winter und Sommer unterschiedlich ist). 



Wir schätzen diesen Parameter mit Hilfe eines Maximum-Likelihood-Ansatzes und quantifizieren die Genauigkeit der Schätzung mittels eines Ergebnisses über die asymptotische Normalität des Schätzers. Insbesondere ist es somit möglich Vertrauensbereiche für die Schätzung anzugeben, die uns unter Anderem erlauben, zu entscheiden, ob eine bestimmte Information mit hoher Wahrscheinlichkeit Einfluss auf das Auftreten einer Interaktion hat.



In unserem Fahrrad-Beispiel können wir auf diese Weise einen signifikanten Unterschied im Verhalten zwischen Sommer und Winter nachweisen. In diesem Beispiel ist das Ergebnis nicht erstaunlich, aber es zeigt gerade die Eignung des Modells diese zeitlichen Veränderungen darzustellen.

 

Marcel Gutsche (HCI/IWR, Universität Heidelberg)

Modellierung in der Bildverarbeitung mit Anwendungen in der Lichtfeldbildgebung

Das Lichtfeld beinhaltet die gesamte optische Information des Raums. Oft wird es durch die plenoptische Funktion beschrieben. Sie beinhaltet die Verteilung der Strahldichte entlang von Lichtstrahlen in einem Bereich des dreidimensionalen Raums. Dedizierte Lichtfeldkameras erlauben die Vermessung des Lichtfeldes. Durch eine geeignete Modellierung dieser plenoptischen Funktion und Schätzung ihrer Parameter, lassen sich viele Eigenschaften von Objekten rekonstruieren. So lassen sich Objektform, -farbe und Glanzeigenschaften bestimmen. In diesem Beitrag werden Methoden und Ansätze vorgestellt. Einblicke in Anwendungen aus Bereichen der 3D Medien und industriellen Fertigung werden gegeben.


Organisation

Wenn Sie mit einem Vortrag aus Ihrer Arbeit berichten wollen oder wenn Sie sonstige Themenvorschläge haben, dann wenden Sie sich bitte an einen Vertreter des Programmkomitees.

Allgemeine Organisation:

  Prof. Dr. D.W. Heermann (IWR, HGS MathComp),   Dr. A. Milde (IWR),   Dr. M. Winckler (IWR, HGS MathComp)

Themenbetreuung Modellierung:

Prof. Dr. Hans Georg Bock (IWR),   Dr. M. Winckler (IWR, HGS MathComp),

Industriekontakte:

Dr. A. Schreieck (BASF SE), Dr. T. Schenk (IHK Rhein-Neckar)

Hinweis

Wir weisen darauf hin, dass auf unseren Veranstaltungen fotografiert wird und diese Fotos auf unserer Webseite veröffentlicht werden.