Technologien für räumliche Daten und Simulation

In diesem Forschungsschwerpunkt werden Forschungsthemen bearbeitet, die im Kern auf einer Verarbeitung oder Nutzung von Daten beruhen. Dabei spielen in den betrachteten Forschungsfragen die räumlichen Daten, also jene mit einem Ortsbezug, eine wesentliche Rolle. Des Weiteren wird die gesamte Datenverarbeitungskette von der Erfassung über die Analyse und Modellierung bis zur Nutzung abgedeckt.

Hinsichtlich der Erfassung der (räumlichen) Daten addressieren die Forschungsarbeiten die Entwicklung und optimale Anwendung geeigneter Messmethoden, Sensortechnologien und Dateninfrastrukturen.

Bezüglich der Analyse und Modellierung kommen im Forschungsschwerpunkt zwei wesentliche Methodiken zum Einsatz: Simulationen unterschiedlichster Art und Künstliche Intelligenz. Darüberhinaus werden auch andere theoretische Grundlagen aus der Mathematik und Informatik bis hin zu Ingenieurwissenschaften eingesetzt, um die jeweiligen Problemstellungen zu lösen.

Mit Blick auf die Nutzung werden einerseits Einsatzmöglichkeiten von Datenvisualisierungen für unterschiedliche Anwendungen untersucht und andererseits wird erforscht, wie Digitalisierung als solche in verschiedenen Bereichen einen nutzbringenden Beitrag leisten kann.

Die Bandbreite der im Forschungsschwerpunkt abgedeckten Anwendungsszenarien ist sehr breit. So sind räumliche Daten die Grundlage für viele Prozesse von der Raumplanung bis zum industriellen Produktentwurf. Die Daten und Modelle werden dann beispielsweise für Untersuchungen bei der Stadt- und Gebäudeinventur, Konstruktionsprüfung, Mensch-Maschine-Interaktion oder in virtuellen Realitäten genutzt.

In diesem breiten Anwendungsgebiet liegt der Fokus der Forschungstätigkeiten auf der Entwicklung und Nutzung innovativer Technologien. Eine explizite technische Ausrichtung ist daher in vielen Forschungsaktivitäten prominent, und die Lösungsansätze werden mit Know-How über Hardware, Software und Informationssysteme entwickelt. An der Schnittstelle zu anderen Fachgebieten wird dieses Wissen anschließend eingesetzt, um problemangepasste Techniken zu entwickeln und zu testen. Entsprechend häufig sind die Forschungstätigkeiten interdisziplinär. Zudem finden die Forschungstätigkeiten und Kooperationen auf nationaler und internationaler Ebene statt.

Der Sprecher des gesamten Forschungsschwerpunktes ist Prof. Dr. Volker Coors. Die Geschäftsführung liegt bei Dr. Janto Skowronek.

Eine große Bandbreite an räumlichen Daten werden verarbeitet: Diese reichen von Geodaten für Umwelt, Bauwesen und Logistik über Personenmodelle bis hin zu Geometriedaten einzelner Objekte in der Produktion. Dementsprechend stehen Messmethoden und Auswerteverfahren bereit, die Daten auf unterschiedlichen Skalen erfassen können, von sehr kleinen Objekten mit sehr hohen Genauigkeitsanforderungen bis zu größeren geographischen Gebieten. Bei vielen Fragestellungen reicht es aber nicht aus, allein die Geometrie zu bestimmen, oft müssen zusätzliche Objekteigenschaften vermessen und modelliert werden.

Simulationen liefern detaillierte Einblicke in komplexe Prozesse und ihre Ergebnisse unterstützen Entscheidungs- und Planungsprozesse. Sie liefern frühzeitig Anhaltspunkte für Optimierungspotenziale und sind damit effizient in unterschiedlichen Bereichen einsetzbar. Simulationen werden in der Praxis für die Modellierung von Gesamt- oder Teilprozessen der Produktion und Wirtschaft bis hin zum Entwurf von einzelnen Bauteilen und Prozessen verwendet. Viele der Prozesse haben einen expliziten Raum- und Zeitbezug, der in den Modellen parametrisiert und jeweils auf das konkrete Problem hin angepasst und gelöst werden muss. Aspekte der Berechenbarkeit, Numerik und algorithmischen Optimierung spielen hierbei eine Rolle, ebenso wie die Erstellung und Berechnung von Modellen, die komplexe Systeme mit teilweise dynamischem Verhalten beschreiben können. Die Methoden können über Simulationen hinaus zur Qualitätssicherung genutzt werden.

Eine wesentliches Merkmal der Forschungsaktivitäten, die mit Künstlicher Intelligenz arbeiten ist die starke Verbindung zwischen den theoretischen Grundlagen und den jeweiligen Anwendungen. Das heißt, im Forschungsschwerpunkt werden die Methoden der Künstlichen Intelligenz nicht einfach nur angewendet, sondern die Verfahren an sich werden für die jeweiligen Anwendungen optimiert und weiterentwickelt. So gibt es z.B. Arbeiten, in denen erforscht wird, welche Struktur die sogenannten Tiefen Neuronalen Netze haben müssen, um optimale Ergebnisse zu liefern.

Im Bereich der Forschung und der Lehre werden u.a. diese Einzelthemen behandelt: Learning Analytics, Blended Learning, computergestütztes Prüfen, Internet-of-Things und Forschungsdatenmanagement. Und im Bereich Wirtschaft werden beispielsweise folgende Themen bearbeitet: Industrie 4.0, Logistik 4.0, Smart Buildings / Gebäudeautomatisierung und Augmented/Virtual Reality.

Kontakt

Volker Coors
Volker Coors volker.coors@hft-stuttgart.de +49 711 8926 2708
Janto Skowronek
Janto Skowronek janto.skowronek@hft-stuttgart.de +49 711 8926 2326