Titelaufnahme

Titel
DynaVIBe : Dynamic Virtual Infrastructure Benchmarking / Michael Mair
VerfasserMair, Michael
Begutachter / BegutachterinMuschalla, Dirk
Betreuer / BetreuerinRauch, Wolfgang
Erschienen2015
UmfangXIX, 219 S. : Ill., graph. Darst.
HochschulschriftInnsbruck, Univ., Diss., 2015
Anmerkung
Zsfassung in dt. Sprache
Datum der AbgabeNovember 2015
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)Achilles / Dynamind / DynaVIBe / VIBe / DynaVIBe-Web / Siedlungswasserwirtschaft / Infrastruktur Netzwerke / Städtische Wasser Infrastruktur / Virtuelle Fallstudien / Benchmarking / Entscheidungsunterstützungssystem / Wasserversorgungssysteme / Abwassersysteme / Szenarioanalysen / Systemleistung
Schlagwörter (EN)Achilles / Dynamind / DynaVIBe / VIBe / DynaVIBe-Web / Urban water management / Infrastructure networks / Urban water infrastructure / Virtual infrastructure / Benchmarking / Decision support tools / Water supply systems / Urban drainage systems / Scenario testing / System performance
Schlagwörter (GND)Siedlungswasserwirtschaft / Infrastruktur / Datenverarbeitung / Benchmarking
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Zusammenfassung (Deutsch)

Dynamic Virtual Infrastructure Benchmarking (DynaVIBe) ist ein Ansatz für die algorithmische Generierung von virtuellen Fallstudien der gesamten städtischen Wasserinfrastruktur (z.B. Wasserversorgung, Entwässerung und Kanalisationssysteme). Dabei kann in weiterer Folge das Verhalten und die Auswirkungen auf die Umwelt und Sozioökonomie im Wandel der Zeit (mittel- und langfristige Perspektive von z.B. Stadtentwicklung und Klimawandel) untersucht werden. Des Weiteren sind wissenschaftliche Aussagen in diesem Sinne Fallstudien unabhängig. Das Identifizieren und Analysieren von Prozessen des städtischen Wasserkreislaufes kann mit Hilfe von realen Fallstudien durchgeführt werden. Datenerhebung und Aufbereitung für Untersuchungen sind ein zeitaufwendiges Vorhaben und daher ist auch die Anzahl der frei verfügbaren Fallstudien für Forschungszwecke beschränkt. Der Ansatz von DynaVIBe wirkt dem entgegen.

Der Schwerpunkt dieser Arbeit ist die Entwicklung von Algorithmen und Implementierung von Software-Tools für die automatische Generierung von virtuellen Fallstudien, und der Bewertung ihrer Systemleistung. Dazu gehört auch die automatische Erstellung und Simulation von Infrastruktursystemen in räumlicher und zeitlicher Auflösung um die Dynamik der städtischen Wasserinfrastruktur abzubilden. Die Besonderheit der in dieser Arbeit entwickelten Algorithmen liegt in der Flexibilität der Verwendung von Eingabedaten mit unterschiedlicher Detailliertheit. Virtuelle Fallstudien können mit nur wenigen Eingabeparametern bis hin zur Verwendung von bereits detaillierten aber unvollständigen Datensätzen (semi-virtuelle Fallstudien) generiert werden. Durch die unterschiedliche Detailliertheit der Datensätze kann die Aussagekraft von Modellsimulationen gezielt gesteuert, und damit auch verschiedenste Fragestellungen im Bereich der Siedlungswasserwirtschaft, untersucht werden. Die Flexibilität der Generierungsalgorithmen ermöglichte es auch Surrogatdaten als Eingabedaten zu verwenden. Insbesondere wird dies am Beispiel von Straßennetzwerkinformationen gezeigt, welche von guter Qualität und frei zugänglich sind (z.B.: OpenStreetMap). Des Weiteren kann dadurch auch die Historie eines städtischen Infrastrukturnetzwerks durch das Ableiten von Straßennetzwerkdaten aus historischen Orthophotos nachgebildet werden. Es wird gezeigt, dass die entwickelten Algorithmen und Softwaretools Untersuchungen an realen Fallstudien ermöglichen und in weiterer Folge fallspezifischoptimale Mechanismen hinsichtlich der Änderung und Steuerung der Wasserinfrastruktur ermittelt werden können.

Zusammenfassung (Englisch)

Dynamic Virtual Infrastructure Benchmarking (DynaVIBe) is an approach for the algorithmic generation of virtual case studies of the entire urban water infrastructure (e.g. water supply, drainage and sewer systems) to investigate its behaviour and impact on the urban environment and socio-economy over time (mid- and long-term perspective in the context of e.g. urban development and climate change). Furthermore scientific propositions in this context are therefore case study unspecific. Identifying and analysing processes of the urban water cycle can be done with the help of real world case studies. However, data observation and preparation for such studies is a time consuming task and therefore the number of free available case studies for research is limited. The approach of DynaVIBe closes this gap.

The focus of this thesis is to develop algorithms and implement software tools for the algorithmic generation of virtual case studies and evaluating their system performance. This includes the generation and simulation of infrastructure systems on a spatial and temporal scale to map the dynamics of urban water infrastructures into computing models and simulations. The strength of the algorithms developed in this thesis is the flexibility to use different level of details as input data. Virtual case studies can be generated by using only a few input parameters up to using detailed data sets (generating semi-virtual case studies). Input data sets with different detail levels can explicitly control the validity of model simulation results so that various research questions in the field of urban water management can be investigated. Due to the high flexibility of the generation algorithms surrogate data can be used as input. This approach was applied on street network data sets which are of good quality and free accessible (e.g. OpenStreetMap). Further, the history of an urban infrastructure network can be recreated by extracting street network data out of historical orthophotos. It is proved that the developed algorithms and tools are capable to be applied on real case studies for finding optimal mechanisms for developing and controlling urban water infrastructure systems.