Heidelberg Graduate School HGS MathComp

9. Modellierungstag: Raum & Zeit

11. Juni 2015
14 Uhr

Ort: Print Media Academy, Kurfürstenanlage 52-60, 69115 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 der IHK Rhein-Neckar und der Industrie unterstützt. Die Teilnahme ist kostenlos.

Thema des 9.Modellierungstags: "Raum & Zeit"

Raum & Zeit sind zwei wichtige Systemdimensionen in der Modellierung dynamischer Daten. Komplexe Prozesse sind oft heterogen über diese beiden Aspekte verteilt, was eine effiziente Behandlung in der Simulationstechnik erschwert.

So sind räumliche Daten in Klimamodellen aufgrund ihrer Erhebung durch Sensoren ungleichmäßig über den Simulationsbereich verstreut und demnach ist eine gleichmäßig genaue Vorhersage schwierig. Zeitliche Taktungen für Abnutzungsvorhersagen werden auf sehr unterschiedlichen Skalen relevant: Zum einen interessiert die unmittelbare Abnutzung im Sekundenbereich innerhalb des beobachteten Prozesses, zum anderen sollen Aussagen über das Langzeitverhalten von Bauteilen über viele Jahre Betrieb gemacht werden.

Der 9. Modellierungstag widmet sich Fragestellungen rund um das Thema "Raum & Zeit". In Impulsvorträgen wollen wir die Problematik von unterschiedlichen Seiten beleuchten und aufzeigen, mit welchen Mitteln das Wissenschaftliche Rechnen Antworten auf diese komplexen Fragestellungen findet. Von inhomogenen Raumgittern und variablen Zeitschrittverfahren bis zur statistischen Langzeitanalyse von Simulationskomponenten reicht dabei das Spektrum der eingesetzten Verfahren. Das Thema "Raum & Zeit" eröffnet eine Vielzahl von Diskussionsmöglichkeiten mit den Fachvertretern.

Programm

14:00

Prof. Dr. Dr. h.c. mult. Hans Georg Bock (IWR, Universität Heidelberg)

Begrüßung & Einführung

14:15

Prof. Dr. Bernd Jähne (HCI/IWR, Universität Heidelberg)

Raumzeitliche Bildanalyse mit Anwendungen in den Umweltwissenschaften und der Technik

14:45

Prof. Dr. Guido Kanschat (IWR, Universität Heidelberg)

Diskretisierung von Zeit und Raum und ihre Auswirkungen auf Simulationen

15:15

Dr. Stefan Jäger (geomer GmbH, Heidelberg)

sd-kama - Smart Data im Katastrophenmanagement

15:45

Kaffeepause

16:15

Ole Klein (IWR, Universität Heidelberg)

Effiziente Parameterschätzung für zeitabhängige Prozesse mit Heterogenitäten und verrauschten Messdaten

16:45

Dr. Sven Moosberger (EQUA Solutions AG, Zug, Schweiz)

Gleichungsbasierte Gebäudesimulation zur Rettung unseres Planeten

17:15

Abschlussdiskussion

17:45

Networking & Imbiss

Vorträge

Prof. Dr. Bernd Jähne (HCI/IWR, Universität Heidelberg)

Raumzeitliche Bildanalyse mit Anwendungen in den Umweltwissenschaften und der Technik

Mit einzelnen Bildern lassen sich nur statische Szenen untersuchen. Erst die Analyse von Bildsequenzen erschließt die Kinematik und Dynamik von Prozessen. Moderne Bildfolgenanalyse setzt sich aus zwei Komponenten zusammen, einem lokalen Bewegungsschätzer, der auch weitere Terme des dynamischen Prozesses beinhalten kann, und einem globalen Regularisierer. Beide Terme können entweder als Variationsproblem oder als PDE (Diffusions-Reaktions-Gleichungen) beschrieben werden. Diese Ansätze verbinden Modellierung mit Bildanalyse, sind sehr universell und können auf alle Arten von dynamischen Prozessen angewendet werden. Illustriert werden sie mit Beispielen aus der Umweltphysik (Analyse der Transportprozesse an der Meeresoberfläche mittels Thermografie, Analyse nichtlinearer winderzeugter Wasseroberflächenwellen, Strömungsvisualisierung) und der Technik (Visuelle Navigation für Fahrerassistenzsysteme).

 

Prof. Dr. Guido Kanschat (IWR, Universität Heidelberg)

Diskretisierung von Zeit und Raum und ihre Auswirkungen auf Simulationen

Wenn man Phänomene simuliert, beispielsweise wie Strömungen durch Größen beschrieben werden, die durch Ort und Zeitpunkt beschrieben sind, so muss man Kontinua, die in der Regel zu unlösbaren Aufgaben führen, durch diskrete Größen ersetzen. Diese Diskretisierung von Raum und Zeit hat zunächst den Effekt, dass die Simulationsergebnisse fehlerbehaftet sind. Sie kann aber auch dazu führen, dass sich das Verhalten dynamischer Systeme gravierend ändert und Vorhersagen völlig falsch werden. An Beispielen werden solche Phänomene demonstriert und mathematische Lösungsansätze diskutiert.

 

Dr. Stefan Jäger (geomer GmbH, Heidelberg)

sd-kama - Smart Data im Katastrophenmanagement

Das Ziel des bis 2018 im Rahmen des BMWi-Technologieprogramm "Smart Data - Innovationen aus Daten" geförderten Projektes sd-kama ist es, eine Informationsplattform aufzubauen, die ein aktuelles, zielgerichtetes, national- bis lokalspezifisches Katastrophenmanagement ermöglicht. Die von den Projektpartnern Software AG, Fraunhofer HHI, DLR, und geomer GmbH zu entwickelnde Plattform beinhaltet die passende Architektur zur systematischen Integration, Prozessierung und Auswertung großer Datenmengen in Echtzeit. Im Katastrophenfall sind aktuelle, verlässliche Informationen der Vor-Ort-Situation derzeit nämlich noch nicht schnell genug für den Einsatz und akteursbezogen verfügbar. sd-kama wird im Hochwasserschutzmanagement pilotiert und zusammen mit dem Anwendungspartner Hochwasserschutzzentrale der Stadt Köln getestet. sd-kama umfasst dabei u.a. die Prozessierung großer Datenmengen von Videodaten, satellitenbasierten Fernerkundungsdaten, in-situ Daten aus sozialen Netzwerken, psycho-physiologischer Sensordaten sowie hydrodynamische Modellierungen. Diese werden in Echtzeit in eine hochleistungsfähige Infrastruktur integriert, analysiert und für den Einsatz in Behörden und Einrichtungen des Katastrophenschutzes rechtssicher zur Verfügung gestellt.

 

Ole Klein (IWR, Universität Heidelberg)

Effiziente Parameterschätzung für zeitabhängige Prozesse mit Heterogenitäten und verrauschten Messdaten

Bei der Simulation und Optimierung komplexer Prozesse spielt die Parameterschätzung eine große Rolle, da sich nur mithilfe zuverlässiger Parameter aus den Modellen verlässliche Aussagen ableiten lassen. Häufig versagen zeitunabhängige Formulierungen, sei es weil sich das System in der Realität nicht in einen stationären Zustand bringen lässt, oder weil der Aufwand an Zeit und Ressourcen dafür zu groß wäre. Außerdem kann die Dynamik eines Prozesses im Vergleich zu einem stationären Zustand zusätzliche Informationen über die zugrundeliegenden Parameter liefern. Beides legt eine explizit zeitabhängige Form der Parameterschätzung nahe. Die dabei auftretenden transienten partiellen Differentialgleichungen bringen charakteristische Probleme mit sich, auf die in diesem Vortrag näher eingegangen wird.

 

Dr. Sven Moosberger (EQUA Solutions AG, Zug, Schweiz)

Gleichungsbasierte Gebäudesimulation zur Rettung unseres Planeten

Sei es wegen der Klimaschutzziele oder der angestrebten Energiewende: Ein im Betrieb effizienterer Gebäudepark ist eine der Schlüsselforderungen an die heutige globale Gesellschaft. Fachleute sind sich dieses Potentials bewusst. Was aber ungleich viel schwieriger zu verstehen ist: Während der Planer das Gebäude als komplexes System besser verstehen und deshalb selbst zurück zum Allrounder finden muss (wie es der "Baumeister" im antiken Ägypten oder in der europäischen Gotik war), ist er künftig auf einen ganz neuen und exotischen Spezialisten angewiesen: Den Numeriker. Wie aber bringt man einen Gebäudeplaner dazu, freiwillig Differentialgleichungssysteme lösen zu wollen?

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. Anja. Milde (IWR), Dr. M. Winckler (IWR, HGS MathComp)

Themenbetreuung Raum & Zeit:

Prof. Dr. Dr. h.c. mult. H. G. Bock (IWR), Dr. M. Winckler (IWR, HGS MathComp)

Industriekontakte:

Dr. A. Schreieck (BASF SE), Dr. G. Gumbel (IHK Rhein-Neckar)

Hinweis

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