Seminar Got you − Entwurf, Bau und Betrieb von Sensoren zum Detektieren seltener Ereignisse (SE)

Seminar Got you − Entwurf, Bau und Betrieb von Sensoren zum Detektieren seltener Ereignisse (SE)

3 ECTS

Inhalt

Die studentischen Teilnehmer/innen setzen sich im Rahmen des
(Pro-)Seminars jeweils mit folgender (allgemeiner) Fragestellung
auseinander, die anschließend (siehe nachfolgender Abschnitt)
konkretisiert wird:

Wie muss ein Sensor konzeptionell ausgelegt, wie realisiert und wie
betrieben werden, um ein relevantes, naturphänomenologisches Ereignis,
das nur sporadisch auftritt, sicher detektieren zu können?

Jede/r Studierende ist dabei gehalten, sich über Naturphänomene (wie
z. B. Luft-, Boden oder Gewässerverschmutzung, Klimaerwärmung,
Waldsterben, Artensterben, Ausbreitung invasiver Arten, Gesteinsdrift,
Bodenbewegungen, Gletscherschmelze) und damit verbundene relevante
Ereignisse (wie z. B. Überschreitung eines kritischen
Verschmutzungsgrenzwertes, Populationsexplosion von Schädlingen,
kritischer Stress an tragenden Gebäudeteilen) zu informieren und sich
anschließend für ein Naturphänomen sowie ein relevantes, damit in
Bezug stehendes Ereignis zu entscheiden. Beispielsweise könnte ein/e
Studierende/r das Naturphänomen „Auftauen von Permafrostböden als
Folge der Klimaerwärmung“ wählen und als verbundene relevante
Ereignisse „kritische Rissbildungen an Bauwerken“ (wie Brücken oder
Hochhäuser), die auf betroffenen Baugrund fußen. Im Weiteren
bearbeitet der/die Studierende diese selbstgewähle, konkretisierte
Forschungsfragestellung.

Nun muss individuell untersucht werden, welche Möglichkeiten es
prinzipiell gibt, das gewählte Ereignis detektieren zu können. Dabei
muss bedacht werden, dass eine Detektion 1) sicher (im Sinne von
„zuverlässig“) erfolgen muss und 2) der Sensor u. a. über einen sehr
langen Zeitraum betrieben werden können muss, da es sich nach
Voraussetzung um ein zu detektierendes Ereignis handelt, das
sporadisch, also u. U. erst nach Wochen, Monaten oder Jahren,
auftritt. Mittels Literaturrecherche, Vergleich ggf. exisitierender
Sensoren, Kombination existierender Sensoren für Teilaspekte oder
Entwurf eines neuartigen, eigenen Sensors soll letztendlich ein
geeigneter Sensor identifizert und anschließend realisiert
werden. (Die Abteilung Systemsoftware und verteilte Systeme verfügt
über ein entsprechend ausgerüstetes Hardware-Labor, das Werkzeuge und
Werkplätze zur Verfügung stellen kann; des Weiteren können Dienste der
universtären Werkstätten in Anspruch genommen werden.)  Zudem muss,
z. B. auf Grundlage eines Mikrokontrollers (wie ein Arduino) oder
eines Einplatinencomputers (wie ein Raspberry Pi), ein einfaches
informatisches System realisiert werden, an dem der Sensor
angeschlossen ist und das in der Lage ist, zu erkennen und zu
protokollieren, ob der Sensor ein einsprechendes Ereignis detektieren
konnte.

Nach dem Entwurf und der protoypischen Realisierung des beteffenden
Sensors soll der Sensor exemplarisch über einen gewissen Zeitraum in
einer geeigneten Umgebung am informatischen System betrieben
werden. Dies kann, je nach gewähltem Phänomen und Ereignis, in einer
realen Umgebung stattfinden (bspw. die Detektion von
Luftqualitätsgrenzwertverletzungen an einem Verkehrsknotenpunkt) oder
in einer Umgebung, die die, dem Ereignis zugrundeliegenden Ursachen,
(sporadisch) simuliert (bspw. durch das Senken eines
Modellgebäudeteils). Ziel des Betriebs des Sensors in einer solchen
Umgebung ist dabei das Erheben von empirischen Daten bzgl. der
sicheren Detektion des gewählten Ergeinisses über einen realen oder
simulierten, möglichst langen Zeitraum. Durch die Auswertung der
erhoben Daten soll somit ein sog. „Proof-of-Concept“ erbracht werden,
dass der entworfene und realisierte Sensor tatsächlich wie gefordert
betrieben werden kann und dabei sicher sporadische Ereignisse
detektiert.

Dokumentiert und präsentiert werden die erarbeiteten Ergebnisse
anschließend wie folgt: jede/r Studierende/r erstellt eine
beschreibende Ausarbeitung seines/ihres Ansatzes und stellt diese
durch einen Vortrag mit Demonstration am Ende des Seminars allen
Studierenden und Interessierten in einer entsprechenden
Abschlussveranstaltung vor. Die Ausarbeitungen sämtlicher Studierenden
gehen dabei in einen gemeinsamen Reader ein und werden allen
Studierenden und der Hochschulöffentlichkeit zur Verfügung
gestellt. Zudem erarbeitet jede/r Studierende ein Poster, das
ebenfalls überblicksartig den eigenen Ansatz vorstellt. Diese Poster
werden (in Präsenz oder virtuell) sowohl an der Abschlussveranstaltung
als auch für Schülerinformationstage oder Tage der offenen Tür des
Department für Informatik genutzt, um der breiteren Öffentlichkeit die
Möglichkeiten und Ergebnisse eigener Forschung verständlich vermitteln
zu können.

Insgesamt werden die Studierenden jeweils für eine konkrete
Forschungsfragestellung einen geeigneten, d. h. auf die konkreten
Anforderungen maßgeschneiderten, neuen Sensor in einer methodisch
zielgerichteten Art und Weise entworfen, realisiert, betrieben und
letztendlich bzgl. der konkreten Anforderungen hin bewertet haben,
sowie ihre Ergebnisse dokumentiert, vor einer kritischen
Öffentlichkeit präsentiert und argumentativ verteidigt haben.

Für die Durchführung des Seminars stehen Finanzmittel des Programms "forschen@studium" zur Verfügung.

Modulbewertung

Die Modulnote setzt sich aus folgenden Komponenten (Gewichtung) zusammen:

  1. Ausarbeitung, Poster & Bedienungsanleitung (3/10),
  2. funktionsfähiger Prototyp (3/10),
  3. Vortrag, Foliengestaltung & Demo (3/10),
  4. Aktive Mitarbeit, Wahrnehmung der Pflichttermine etc. (1/10)

Das Modul kann auch in Form eines Proseminars belegt werden. Wenden Sie sich in diesem Fall an den Veranstalter.

Zeiten und Räume

Durchführung als Blockseminar an einem Tag in der ersten vorlesungsfreien Woche (30. KW, 25. bis 29.7.2022) in A4 2-227. Zusätzlich diverse Einzeltermine (siehe Folien zur Vorbesprechung)

Vorbesprechung

Montag, 25.04.2022, 14:15 s.t. - 15:45 Uhr, in Raum A4 2−227. Die Folien der Vorbesprechung sind dann  hier abrufbar; die Betreuerzuordnung dann ebenfalls.

Seminarunterlagen

Die Seminarunterlagen sind hier zu finden.

Verantwortlicher

(Stand: 25.04.2022)