TY  - THES
A1  - Kappel, David
T1  - Multi-spectrum retrieval of maps of Venus' surface emissivity in the infrared
T1  - Multispektrum-Retrieval von Karten der Oberflächenemissivität der Venus im Infrarotbereich
N2  - The main goal of this cumulative thesis is the derivation of surface emissivity data in the infrared from radiance measurements of Venus. Since these data are diagnostic of the chemical composition and grain size of the surface material, they can help to improve knowledge of the planet’s geology. Spectrally resolved images of nightside emissions in the range 1.0-5.1 μm were recently acquired by the InfraRed Mapping channel of the Visible and InfraRed Thermal Imaging Spectrometer (VIRTIS-M-IR) aboard ESA’s Venus EXpress (VEX). Surface and deep atmospheric thermal emissions in this spectral range are strongly obscured by the extremely opaque atmosphere, but three narrow spectral windows at 1.02, 1.10, and 1.18 μm allow the sounding of the surface. Additional windows between 1.3 and 2.6 μm provide information on atmospheric parameters that is required to interpret the surface signals. Quantitative data on surface and atmosphere can be retrieved from the measured spectra by comparing them to simulated spectra. A numerical radiative transfer model is used in this work to simulate the observable radiation as a function of atmospheric, surface, and instrumental parameters. It is a line-by-line model taking into account thermal emissions by surface and atmosphere as well as absorption and multiple scattering by gases and clouds. The VIRTIS-M-IR measurements are first preprocessed to obtain an optimal data basis for the subsequent steps. In this process, a detailed detector responsivity analysis enables the optimization of the data consistency. The measurement data have a relatively low spectral information content, and different parameter vectors can describe the same measured spectrum equally well. A usual method to regularize the retrieval of the wanted parameters from a measured spectrum is to take into account a priori mean values and standard deviations of the parameters to be retrieved. This decreases the probability to obtain unreasonable parameter values. The multi-spectrum retrieval algorithm MSR is developed to additionally consider physically realistic spatial and temporal a priori correlations between retrieval parameters describing different measurements. Neglecting geologic activity, MSR also allows the retrieval of an emissivity map as a parameter vector that is common to several spectrally resolved images that cover the same surface target. Even applying MSR, it is difficult to obtain reliable emissivity maps in absolute values. A detailed retrieval error analysis based on synthetic spectra reveals that this is mainly due to interferences from parameters that cannot be derived from the spectra themselves, but that have to be set to assumed values to enable the radiative transfer simulations. The MSR retrieval of emissivity maps relative to a fixed emissivity is shown to effectively avoid most emissivity retrieval errors. Relative emissivity maps at 1.02, 1.10, and 1.18 μm are finally derived from many VIRTIS-M-IR measurements that cover a surface target at Themis Regio. They are interpreted as spatial variations relative to an assumed emissivity mean of the target. It is verified that the maps are largely independent of the choice of many interfering parameters as well as the utilized measurement data set. These are the first Venus IR emissivity data maps based on a consistent application of a full radiative transfer simulation and a retrieval algorithm that respects a priori information. The maps are sufficiently reliable for future geologic interpretations.
N2  - Das Hauptziel dieser publikationsbasierten Dissertation ist die Ableitung von Oberflächenemissivitäts-Daten im Infraroten aus Radianzmessungen der Venus. Da diese Daten diagnostisch bezüglich chemischer Zusammensetzung und Korngröße des Oberflächenmaterials sind, können sie zur Erweiterung des Wissens über die Geologie des Planeten beitragen. Spektral aufgelöste Bilder von nachtseitigen Emissionen im Bereich 1.0-5.1 µm wurden kürzlich durch den Infrarot-Kartierungskanal des Abbildenden Spektrometers im Sichtbaren und Infraroten Bereich (VIRTIS-M-IR) an Bord der ESA-Sonde Venus Express (VEX) gewonnen. Die thermischen Emissionen der Oberfläche sowie der tiefen Atmosphäre werden in diesem Spektralbereich stark durch die extrem licht-undurchlässige Atmosphäre verschleiert, aber drei schmale spektrale Fenster bei 1.02, 1.10 und 1.18 µm ermöglichen die Sondierung der Oberfläche. Weitere Fenster zwischen 1.3 und 2.6 µm liefern Informationen über atmosphärische Parameter, die benötigt werden, um die Oberflächensignale zu interpretieren. Quantitative Daten von Oberfläche und Atmosphäre können von den gemessenen Spektren durch Vergleiche mit simulierten Spektren abgeleitet werden. In dieser Arbeit wird ein numerisches Strahlungstransportmodell verwendet, um die beobachtbare Strahlung als Funktion von Atmosphären-, Oberflächen-, und Instrumentenparametern zu simulieren. Es ist ein Linie-für-Linie-Modell und berücksichtigt sowohl thermische Emissionen der Oberfläche und Atmosphäre, als auch Absorption und Mehrfachstreuung durch Gase und Wolken. Die VIRTIS-M-IR-Messungen werden zunächst vorverarbeitet, um eine optimale Datenbasis für die nachfolgenden Schritte zu erhalten. Eine detaillierte Analyse des Detektoransprechvermögens ermöglicht dabei die Optimierung der Datenkonsistenz. Die Messdaten haben einen vergleichsweise geringen spektralen Informationsgehalt, und verschiedene Parametervektoren können ein- und dasselbe gemessene Spektrum gleich gut beschreiben. Eine übliche Maßnahme, das Retrieval der gesuchten Parameter aus einem gemessenem Spektrum zu regularisieren, ist die Berücksichtigung von a-priori-Mittelwerten und -Standardabweichungen der zu bestimmenden Parameter. Dadurch wird die Wahrscheinlichkeit verringert, unrealistische Parameterwerte zu erhalten. Es wird der Multispektrum-Retrieval-Algorithmus MSR entwickelt, um zusätzlich physikalisch realistische räumliche und zeitliche a-priori-Korrelationen zwischen Retrievalparametern, die verschiedene Messungen beschreiben, berücksichtigen zu können. Vernachlässigt man geologische Aktivität, kann mittels MSR auch eine Emissivitätskarte in Form eines Parametervektors bestimmt werden, der verschiedenen spektral aufgelösten, denselben Oberflächenbereich überdeckenden Bildern gemeinsam ist. Selbst bei Anwendung von MSR ist es schwierig, verlässliche Karten für die Absolutwerte der Emissivität zu erhalten. Eine detaillierte Retrieval-Fehleranalyse, die auf synthetischen Spektren beruht, zeigt, dass dies hauptsächlich an Interferenzen von Parametern liegt, die nicht aus den Spektren selbst hergeleitet werden können. Um dennoch die Strahlungstransportsimulationen zu ermöglichen, müssen diese Parameter auf angenommene Werte gesetzt werden. Es wird nachgewiesen, dass durch ein MSR-Retrieval von Emissivitätskarten relativ zu einer festen Emissivität die meisten Fehler bei der Emissivitätsbestimmung effizient vermieden werden können. Abschließend werden relative Emissivitätskarten bei 1.02, 1.10 und 1.18 µm aus vielen VIRTIS-M-IR-Messungen bestimmt, die einen Oberflächenbereich in der Themis Regio überdecken. Diese Karten werden als räumliche Variationen relativ zu einer angenommenen mittleren Emissivität des Oberflächenbereichs interpretiert. Es wird nachgewiesen, dass die Karten von der Wahl vieler interferierender Parameter sowie von der Auswahl der zugrunde liegenden Messungen weitgehend unabhängig sind. Dieses sind die ersten Karten von Emissivitätsdaten der Venus im Infrarotbereich auf Basis der konsistenten Anwendung einer umfassenden Strahlungstransportsimulation und eines Retrievalalgorithmus, der a priori Informationen berücksichtigt. Die Karten sind hinreichend zuverlässig für zukünftige geologische Interpretationen.
KW  - Venus Express
KW  - VIRTIS
KW  - surface emissivity
KW  - infrared
KW  - radiative transfer
KW  - retrieval
KW  - multi-spectrum regularization
KW  - Venus Express
KW  - VIRTIS
KW  - Oberflächenemissivität
KW  - Infrarot
KW  - Strahlungstransport
KW  - Retrieval
KW  - Multi-Spektrum-Regularisierung
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-85301
ER  - 
TY  - THES
A1  - Lohren, Hanna
T1  - Mechanisms of mercury species-mediated neurotoxicity
BT  - transfer across brain brain barriers and toxicity in brain-associated cells
Y1  - 2015
ER  - 
TY  - THES
A1  - Weits, Daniel
T1  - Regulation of the molecular response to low oxygen in plants
Y1  - 2015
ER  - 
TY  - THES
A1  - Thieme, Christoph J.
T1  - Sequence and structure determinants of microRNA maturation and the elucidation of RNA transport in plants
Y1  - 2015
ER  - 
TY  - THES
A1  - Hunke, Philip Paul
T1  - The Brazilian Cerrado: ecohydrological assessment of water and soil degradation in heavily modified meso-scale catchments
T1  - Der brasilianische Cerrado: ökohydrologische Analyse von Boden- und Wasserdegradierung in intensiv landwirtschaftlich genutzten mesoskaligen Einzugsgebieten
N2  - The Brazilian Cerrado is recognised as one of the most threatened biomes in the world, as the region has experienced a striking change from natural vegetation to intense cash crop production. The impacts of rapid agricultural expansion on soil and water resources are still poorly understood in the region. Therefore, the overall aim of the thesis is to improve our understanding of the ecohydrological processes causing water and soil degradation in the Brazilian Cerrado. 
I first present a metaanalysis to provide quantitative evidence and identifying the main impacts of soil and water alterations resulting from land use change. Second, field studies were conducted to (i) examine the effects of land use change on soils of natural cerrado transformed to common croplands and pasture and (ii) indicate how agricultural production affects water quality across a meso-scale catchment. Third, the ecohydrological process-based model SWAT was tested with simple scenario analyses to gain insight into the impacts of land use and climate change on the water cycling in the upper São Lourenço catchment which experienced decreasing discharges in the last 40 years.
Soil and water quality parameters from different land uses were extracted from 89 soil and 18 water studies in different regions across the Cerrado. Signiﬁcant effects on pH, bulk density and available P and K for croplands and less-pronounced effects on pastures were evident. Soil total N did not differ between land uses because most of the cropland sites were N-ﬁxing soybean cultivations, which are not artiﬁcially fertilized with N. By contrast, water quality studies showed N enrichment in agricultural catchments, indicating fertilizer impacts and potential susceptibility to eutrophication. Regardless of the land use, P is widely absent because of the high-ﬁxing capacities of deeply weathered soils and the ﬁltering capacity of riparian vegetation. Pesticides, however, were consistently detected throughout the entire aquatic system. In several case studies, extremely high-peak concentrations exceeded Brazilian and EU water quality limits, which pose serious health risks. 
My field study revealed that land conversion caused a significant reduction in infiltration rates near the soil surface of pasture (–96 %) and croplands (–90 % to –93 %). Soil aggregate stability was significantly reduced in croplands than in cerrado and pasture. Soybean crops had extremely high extractable P (80 mg kg–1), whereas pasture N levels declined. A snapshot water sampling showed strong seasonality in water quality parameters. Higher temperature, oxi-reduction potential (ORP), NO2–, and very low oxygen concentrations (<5 mg•l–1) and saturation (<60 %) were recorded during the rainy season. By contrast, remarkably high PO43– concentrations (up to 0.8 mg•l–1) were measured during the dry season. Water quality parameters were affected by agricultural activities at all sampled sub-catchments across the catchment, regardless of stream characteristic. Direct NO3– leaching appeared to play a minor role; however, water quality is affected by topsoil fertiliser inputs with impact on small low order streams and larger rivers. Land conversion leaving cropland soils more susceptible to surface erosion by increased overland flow events.
In a third study, the field data were used to parameterise SWAT. The model was tested with different input data and calibrated in SWAT-CUP using the SUFI-2 algorithm. The model was judged reliable to simulate the water balance in the Cerrado. A complete cerrado, pasture and cropland cover was used to analyse the impact of land use on water cycling as well as climate change projections (2039–2058) according to the projections of the RCP 8.5 scenario. The actual evapotranspiration (ET) for the cropland scenario was higher compared to the cerrado cover (+100 mm a–1). Land use change scenarios confirmed that deforestation caused higher annual ET rates explaining partly the trend of decreased streamflow. Taking all climate change scenarios into account, the most likely effect is a prolongation of the dry season (by about one month), with higher peak flows in the rainy season. Consequently, potential threats for crop production with lower soil moisture and increased erosion and sediment transport during the rainy season are likely and should be considered in adaption plans. 
From the three studies of the thesis I conclude that land use intensiﬁcation is likely to seriously limit the Cerrado’s future regarding both agricultural productivity and ecosystem stability. Because only limited data are available for the vast biome, we recommend further ﬁeld studies to understand the interaction between terrestrial and aquatic systems. This thesis may serve as a valuable database for integrated modelling to investigate the impact of land use and climate change on soil and water resources and to test and develop mitigation measures for the Cerrado in the future.
N2  - Ökohydrologische Interaktionen in Folge von exzessiver Bodenerosion auf landwirtschaftlich stark modifizierten Flächen können speziell in tropischen Gebieten einen großen Einfluss auf die Fruchtbarkeit und zukünftige Nutzbarkeit der Böden haben, wie dies im Cerrado geschieht. Der brasilianische Cerrado ist eine neotropische Savanne und stellt mit 2 Mio. km² das zweitgrößte Biom Südamerikas dar. Das Biom wird global unter den bedeutendsten aber auch meist gefährdetsten 25 Biodiversitätshotspots gelistet. Ein extremer Landnutzungswandel führt dazu, dass der Cerrado zu den weltweit bedeutendsten landwirtschaftlichen Gebieten zählt und mittlerweile > 50 % des Bioms abgeholzt sind. Durch staatliche Subventionsprogramme, Aufkalkung und Düngung der Böden werden mehrere Ernten (v.a. Soja, Mais, Zuckerrohr und Baumwolle) pro Jahr bei hohem Ertrag realisiert. 
Aufgrund weniger Untersuchungen ist bisher unklar, wie sich die Landnutzungsintensivierung mit dem Einsatz großer Mengen an Agrochemikalien auf die Boden- und Wasserressourcen auswirkt. Um die Zielsetzung zu erreichen, wurden in einer umfassenden Metaanalyse Boden- und Wasserqualitätsparameter von mehr als 100 Einzelstudien analysiert, mehrere Feldkampagnen zur Erhebung bodenphysikochemischer und Wasserqualitätsparameter für unterschiedliche Landnutzungen durchgeführt und Modellierungen mit SWAT zur Abschätzung des Landnutzungs- und Klimawandels vorgenommen. 
Die Literaturanalyse konnte zeigen, dass Erosion, Veränderungen des Nährstoffkreislaufs, Nährstoffanreicherungen und sehr hohe Pestizidkonzentrationen in den Gewässern des gesamten Cerrado auftreten, mit stärkster Ausprägung für Ackerflächen. Trotz hoher Düngemengen wird festgestellt, dass P nur in sehr geringen Konzentrationen in den Gewässern nachgewiesen wird, welches auf die P-Fixierung der Böden und die Filterleistung der Uferrandstreifen zurückzuführen ist. In einer Feldstudie bestätigen sich die Ergebnisse, dass der Landnutzungswandel zu deutlichen Änderungen der boden-physikochemischen Parameter führt, wie z.B. einer signifikanten Abnahme der hydraulischen Leitfähigkeit (> –90 %) und der Bodenaggregatstabilität. Außerdem werden erhöhte pH-Werte und Überdüngung anzeigende P und K-gehalte im Oberboden (9-fach natürlicher Hintergrund) mit der stärksten Ausprägung unter Soja gemessen. Die Niederschlagsintensitäten überschreiten die Infiltrationskapazität der landwirtschaftlich genutzten Böden, wodurch es zu erhöhtem Oberflächenabfluss, Bodenerosionsereignissen mit Gullyformierungen kommt und der Eintrag von Agrochemikalien in die zuvor pristinen Gewässer begünstigt wird. Verglichen mit natürlichen Gewässern konnten im gesamten Einzugsgebiet niedrigere O2-Werte (< 5 mg l–1) sowie erhöhte NO3– (0.5 mg l–1), NO2– (0.1 mg l–1) und in der Trockenzeit auf direkte Düngung zurückzuführende sehr hohe PO43– (0.8 mg l–1) Konzentrationen festgestellt werden. Da in den Bodenprofilen keine Tiefenakkumulation von NPK nachgewiesen wurde ist davon auszugehen, dass Dünger durch Oberflächenabflussprozesse in das Flusssystem gelangen. Auch wenn die Nährstoffkonzentrationen nach europäischen Maßstäben gering sind, ist anzunehmen, dass in einem nährstofflimitierten System wie dem Cerrado die um ein vielfach erhöhte Konzentration der natürlichen Hintergrundwerte den Metabolismus der Gewässer negativ beeinflusst. 
In einer dritten Studie wird mit SWAT untersucht wie sich der Landnutzungs- und Klimawandel auf die Wasserbilanz auswirkt. In Testläufen zeigt sich, dass sowohl die verwendeten Niederschlagseingangsdaten als auch die Vegetationsparameter des natürlichen Cerrados von hoher Relevanz sind. Die Simulation verschiedener Landnutzungsszenarien belegt, dass die im Gebiet beobachteten abnehmenden Abflüsse auf die Zunahme landwirtschaftlicher Produktion und einer damit einhergehenden Zunahme der Evapotranspiration zurückzuführen sind. Die Simulation extremer Klimaszenarien (RCP 8.5 2039-2058) verdeutlicht, dass sich die Trockenzeit verlängert, welches Auswirkungen auf die Aussaattermine haben könnte. Gleichzeitig nehmen die Spitzenabflüsse in der Regenzeit zu, welches ohne entsprechende Gegenmaßnahmen zu erhöhter Erosion und gesteigertem Nähr- und Schadstofftransport in die Gewässer führt. 
Kombiniert mit einer weiteren Landnutzungsintensivierung wird für die zukünftige Entwicklung des Cerrado geschlussfolgert, dass die Veränderungen des Wasser- und Nährstoffhaushalt durch die Landwirtschaft und die damit einhergehenden Degradierungserscheinungen die Produktivität und Ökosystemstabilität nicht dauerhaft gewährleisten werden können. Die vorliegende Dissertation liefert einen zentralen Beitrag zur ökohydrologischen Bewertung des Status quo und der zukünftigen Entwicklung des brasilianischen Cerrados. Sie kann einen Ausgangspunkt für weitere Forschungen und Modellierungen darstellen, um die in dieser Arbeit benannten offenen Fragen hinsichtlich der ökohydrologischen Interaktionen zu klären.
KW  - Cerrado
KW  - ecohydrology
KW  - water
KW  - soil
KW  - deforestation
KW  - Cerrado
KW  - Ökohydrologie
KW  - Landnutzung
KW  - Boden
KW  - Wasser
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-85110
ER  - 
TY  - THES
A1  - Jung, Jörg
T1  - Efficient credit based server load balancing
Y1  - 2015
ER  - 
TY  - THES
A1  - Allroggen, Niklas
T1  - Observation of subsurface flow from the surface : applications of ground-penetrating radar
BT  - non-invasive time-lapse observation of subsurface flow by using ground-penetrating radar
Y1  - 2015
ER  - 
TY  - THES
A1  - Baier, Thomas
T1  - Matching events and activities
T1  - Zuordnung von Ereignissen zu Aktivitäten
BT  - preprocessing event logs for process analysis
BT  - Vorverarbeitung von Ereignislogs für die Prozessanalyse
N2  - Nowadays, business processes are increasingly supported by IT services that produce massive amounts of event data during process execution. Aiming at a better process understanding and improvement, this event data can be used to analyze processes using process mining techniques. Process models can be automatically discovered and the execution can be checked for conformance to specified behavior. Moreover, existing process models can be enhanced and annotated with valuable information, for example for performance analysis. While the maturity of process mining algorithms is increasing and more tools are entering the market, process mining projects still face the problem of different levels of abstraction when comparing events with modeled business activities. Mapping the recorded events to activities of a given process model is essential for conformance checking, annotation and understanding of process discovery results. Current approaches try to abstract from events in an automated way that does not capture the required domain knowledge to fit business activities. Such techniques can be a good way to quickly reduce complexity in process discovery. Yet, they fail to enable techniques like conformance checking or model annotation, and potentially create misleading process discovery results by not using the known business terminology.

In this thesis, we develop approaches that abstract an event log to the same level that is needed by the business. Typically, this abstraction level is defined by a given process model. Thus, the goal of this thesis is to match events from an event log to activities in a given process model. To accomplish this goal, behavioral and linguistic aspects of process models and event logs as well as domain knowledge captured in existing process documentation are taken into account to build semiautomatic matching approaches. The approaches establish a pre--processing for every available process mining technique that produces or annotates a process model, thereby reducing the manual effort for process analysts. While each of the presented approaches can be used in isolation, we also introduce a general framework for the integration of different matching approaches.


The approaches have been evaluated in case studies with industry and using a large industry process model collection and simulated event logs. The evaluation demonstrates the effectiveness and efficiency of the approaches and their robustness towards nonconforming execution logs.
N2  - Heutzutage werden Geschäftsprozesse verstärkt durch IT Services unterstützt, welche große Mengen an Ereignisdaten während der Prozessausführung generieren. Mit dem Ziel eines besseren Prozessverständnisses und einer möglichen Verbesserung können diese Daten mit Hilfe von Process–Mining–Techniken analysiert werden. Prozessmodelle können dabei automatisiert erstellt werden und die Prozessausführung kann auf ihre Übereinstimmung hin geprüft werden. Weiterhin können existierende Modelle durch wertvolle Informationen erweitert und verbessert werden, beispielsweise für eine Performanceanalyse. Während der Reifegrad der Algorithmen immer weiter ansteigt, stehen Process–Mining–Projekte immer noch vor dem Problem unterschiedlicher Abstraktionsebenen von Ereignisdaten und Prozessmodellaktivitäten. Das Mapping der aufgezeichneten Ereignisse zu den Aktivitäten eines gegebenen Prozessmodells ist ein essentieller Schritt für die Übereinstimmungsanalyse, Prozessmodellerweiterungen sowie auch für das Verständnis der Modelle aus einer automatisierten Prozesserkennung. Bereits existierende Ansätze abstrahieren Ereignisse auf automatisierte Art und Weise, welche die notwendigen Domänenkenntnisse für ein Mapping zu bestehenden Geschäftsprozessaktivitäten nicht berücksichtigt. Diese Techniken können hilfreich sein, um die Komplexität eines automatisiert erstellten Prozessmodells schnell zu verringern, sie eignen sich jedoch nicht für Übereinstimmungsprüfungen oder Modellerweiterungen. Zudem können solch automatisierte Verfahren zu irreführenden Ergebnissen führen, da sie nicht die bekannte Geschäftsterminologie verwenden.

In dieser Dissertation entwickeln wir Ansätze, die ein Ereignislog auf die benötigte Abstraktionsebene bringen, welche typischerweise durch ein Prozessmodell gegeben ist. Daher ist das Ziel dieser Dissertation, die Ereignisse eines Ereignislogs den Aktivitäten eines Prozessmodells zuzuordnen. Um dieses Ziel zu erreichen, werden Verhaltens- und Sprachaspekte von Ereignislogs und Prozessmodellen sowie weitergehendes Domänenwissen einbezogen, um teilautomatisierte Zuordnungsansätze zu entwickeln. Die entwickelten Ansätze ermöglichen eine Vorverarbeitung von Ereignislogs, wodurch der notwendige manuelle Aufwand für den Einsatz von Process–Mining–Techniken verringert wird.

Die vorgestellten Ansätze wurden mit Hilfe von Industrie-Case-Studies und simulierten Ereignislogs aus einer großen Prozessmodellkollektion evaluiert. Die Ergebnisse demonstrieren die Effektivität der Ansätze und ihre Robustheit gegenüber nicht-konformem Prozessverhalten.
KW  - process mining
KW  - conformance analysis
KW  - event abstraction
KW  - Process Mining
KW  - Übereinstimmungsanalyse
KW  - Ereignisabstraktion
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-84548
ER  - 
TY  - THES
A1  - Meyer, Andreas
T1  - Data perspective in business process management
T1  - Daten im Geschäftsprozessmanagement
BT  - the role of data for process modeling, analysis, and execution
BT  - ihre Rolle für Prozessmodellierung, -analyse und -ausführung
N2  - Geschäftsprozessmanagement ist ein strukturierter Ansatz zur Modellierung, Analyse, Steuerung und Ausführung von Geschäftsprozessen, um Geschäftsziele zu erreichen. Es stützt sich dabei auf konzeptionelle Modelle, von denen Prozessmodelle am weitesten verbreitet sind. Prozessmodelle beschreiben wer welche Aufgabe auszuführen hat, um das Geschäftsziel zu erreichen, und welche Informationen dafür benötigt werden. Damit beinhalten Prozessmodelle Informationen über den Kontrollfluss, die Zuweisung von Verantwortlichkeiten, den Datenfluss und Informationssysteme.

Die Automatisierung von Geschäftsprozessen  erhöht die Effizienz der Arbeitserledigung und wird durch Process Engines unterstützt. Dafür werden jedoch Informationen über den Kontrollfluss, die Zuweisung von Verantwortlichkeiten für Aufgaben und den Datenfluss benötigt. Während aktuelle Process Engines die ersten beiden Informationen weitgehend automatisiert verarbeiten können, müssen Daten manuell implementiert und gewartet werden. Dem entgegen verspricht ein modell-getriebenes Behandeln von Daten eine vereinfachte Implementation in der Process Engine und verringert gleichzeitig die Fehleranfälligkeit dank einer graphischen Visualisierung und reduziert den Entwicklungsaufwand durch Codegenerierung.

Die vorliegende Dissertation beschäftigt sich mit der Modellierung, der Analyse und der Ausführung von Daten in Geschäftsprozessen. Als formale Basis für die Prozessausführung wird ein konzeptuelles Framework für die Integration von Prozessen und Daten eingeführt. Dieses Framework wird durch operationelle Semantik ergänzt, die mittels einem um Daten erweiterten Petrinetz-Mapping vorgestellt wird. Die modellgetriebene Ausführung von Daten muss komplexe Datenabhängigkeiten, Prozessdaten und den Datenaustausch berücksichtigen. Letzterer tritt bei der Kommunikation zwischen mehreren Prozessteilnehmern auf. Diese Arbeit nutzt Konzepte aus dem Bereich der Datenbanken und überführt diese ins Geschäftsprozessmanagement, um Datenoperationen zu unterscheiden, um Abhängigkeiten zwischen Datenobjekten des gleichen und verschiedenen Typs zu spezifizieren, um modellierte Datenknoten sowie empfangene Nachrichten zur richtigen laufenden Prozessinstanz zu korrelieren und um Nachrichten für die Prozessübergreifende Kommunikation zu generieren. Der entsprechende Ansatz ist nicht auf eine bestimmte Prozessbeschreibungssprache begrenzt und wurde prototypisch implementiert.

Die Automatisierung der Datenbehandlung in Geschäftsprozessen erfordert entsprechend annotierte und korrekte Prozessmodelle. Als Unterstützung zur Datenannotierung führt diese Arbeit einen Algorithmus ein, welcher Informationen über Datenknoten, deren Zustände und Datenabhängigkeiten aus Kontrollflussinformationen extrahiert und die Prozessmodelle entsprechend annotiert. Allerdings können gewöhnlich nicht alle erforderlichen Informationen aus Kontrollflussinformationen extrahiert werden, da detaillierte Angaben über mögliche Datenmanipulationen fehlen. Deshalb sind weitere Prozessmodellverfeinerungen notwendig. Basierend auf einer Menge von Objektlebenszyklen kann ein Prozessmodell derart verfeinert werden, dass die in den Objektlebenszyklen spezifizierten Datenmanipulationen automatisiert in ein Prozessmodell überführt werden können. Prozessmodelle stellen eine Abstraktion dar. Somit fokussieren sie auf verschiedene Teilbereiche und stellen diese im Detail dar. Solche Detailbereiche sind beispielsweise die Kontrollflusssicht und die Datenflusssicht, welche oft durch Aktivitäts-zentrierte beziehungsweise Objekt-zentrierte Prozessmodelle abgebildet werden. In der vorliegenden Arbeit werden Algorithmen zur Transformation zwischen diesen Sichten beschrieben.

Zur Sicherstellung der Modellkorrektheit wird das Konzept der „weak conformance“ zur Überprüfung der Konsistenz zwischen Objektlebenszyklen und dem Prozessmodell eingeführt. Dabei darf das Prozessmodell nur Datenmanipulationen enthalten, die auch in einem Objektlebenszyklus spezifiziert sind. Die Korrektheit wird mittels Soundness-Überprüfung einer hybriden Darstellung ermittelt, so dass Kontrollfluss- und Datenkorrektheit integriert überprüft werden. Um eine korrekte Ausführung des Prozessmodells zu gewährleisten, müssen gefundene Inkonsistenzen korrigiert werden. Dafür werden für jede Inkonsistenz alternative Vorschläge zur Modelladaption identifiziert und vorgeschlagen.

Zusammengefasst, unter Einsatz der Ergebnisse dieser Dissertation können Geschäftsprozesse modellgetrieben ausgeführt werden unter Berücksichtigung sowohl von Daten als auch den zuvor bereits unterstützten Perspektiven bezüglich Kontrollfluss und Verantwortlichkeiten. Dabei wird die Modellerstellung teilweise mit automatisierten Algorithmen unterstützt und die Modellkonsistenz durch Datenkorrektheitsüberprüfungen gewährleistet.
N2  - Business process management (BPM) is a systematic and structured approach to model, analyze, control, and execute business operations also referred to as business processes that get carried out to achieve business goals. Central to BPM are conceptual models. Most prominently, process models describe which tasks are to be executed by whom utilizing which information to reach a business goal. Process models generally cover the perspectives of control flow, resource, data flow, and information systems.

Execution of business processes leads to the work actually being carried out. Automating them increases the efficiency and is usually supported by process engines. This, though, requires the coverage of control flow, resource assignments, and process data. While the first two perspectives are well supported in current process engines, data handling needs to be implemented and maintained manually. However, model-driven data handling promises to ease implementation, reduces the error-proneness through graphical visualization, and reduces development efforts through code generation.

This thesis addresses the modeling, analysis, and execution of data in business processes and presents a novel approach to execute data-annotated process models entirely model-driven. As a first step and formal grounding for the process execution, a conceptual framework for the integration of processes and data is introduced. This framework is complemented by operational semantics through a Petri net mapping extended with data considerations. Model-driven data execution comprises the handling of complex data dependencies, process data, and data exchange in case of communication between multiple process participants. This thesis introduces concepts from the database domain into BPM to enable the distinction of data operations, to specify relations between data objects of the same as well as of different types, to correlate modeled data nodes as well as received messages to the correct run-time process instances, and to generate messages for inter-process communication. The underlying approach, which is not limited to a particular process description language, has been implemented as proof-of-concept.

Automation of data handling in business processes requires data-annotated and correct process models. Targeting the former, algorithms are introduced to extract information about data nodes, their states, and data dependencies from control information and to annotate the process model accordingly. Usually, not all required information can be extracted from control flow information, since some data manipulations are not specified. This requires further refinement of the process model. Given a set of object life cycles specifying allowed data manipulations, automated refinement of the process model towards containment of all data manipulations is enabled. Process models are an abstraction focusing on specific aspects in detail, e.g., the control flow and the data flow views are often represented through activity-centric and object-centric process models. This thesis introduces algorithms for roundtrip transformations enabling the stakeholder to add information to the process model in the view being most appropriate.

Targeting process model correctness, this thesis introduces the notion of weak conformance that checks for consistency between given object life cycles and the process model such that the process model may only utilize data manipulations specified directly or indirectly in an object life cycle. The notion is computed via soundness checking of a hybrid representation integrating control flow and data flow correctness checking. Making a process model executable, identified violations must be corrected. Therefore, an approach is proposed that identifies for each violation multiple, alternative changes to the process model or the object life cycles.

Utilizing the results of this thesis, business processes can be executed entirely model-driven from the data perspective in addition to the control flow and resource perspectives already supported before. Thereby, the model creation is supported by algorithms partly automating the creation process while model consistency is ensured by data correctness checks.
KW  - business process management
KW  - process automation
KW  - model-driven
KW  - data
KW  - data objects
KW  - model transformation
KW  - data correctness checking
KW  - process refinement
KW  - data extraction
KW  - data states
KW  - formal framework
KW  - process and data integration
KW  - Geschäftsprozessmanagement
KW  - Prozessautomatisierung
KW  - Modellgetrieben
KW  - Daten
KW  - Datenobjekte
KW  - Modelltransformation
KW  - Datenkorrektheit
KW  - Prozessverfeinerung
KW  - Datenextraktion
KW  - Datenzustände
KW  - formales Framework
KW  - Prozess- und Datenintegration
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-84806
ER  - 
TY  - THES
A1  - Torres Acosta, Verónica
T1  - Denudation processes in a tectonically active rift on different time scales
T1  - Denudationsprozesse eines tektonisch aktiven Rifts auf unterschiedlichen Zeitskalen
BT  - new insights from thermochronology and CRN dating in the Kenya Rift
BT  - neue Erkenntnisse aus Thermochronologie und CRN-Datierungen im Kenia Rift
N2  - Continental rifts are excellent regions where the interplay between extension, the build-up of topography, erosion and sedimentation can be evaluated in the context of landscape evolution. Rift basins also constitute important archives that potentially record the evolution and migration of species and the change of sedimentary conditions as a result of climatic change. Finally, rifts have increasingly become targets of resource exploration, such as hydrocarbons or geothermal systems. The study of extensional processes and the factors that further modify the mainly climate-driven surface process regime helps to identify changes in past and present tectonic and geomorphic processes that are ultimately recorded in rift landscapes.

The Cenozoic East African Rift System (EARS) is an exemplary continental rift system and ideal natural laboratory to observe such interactions. The eastern and western branches of the EARS constitute first-order tectonic and topographic features in East Africa, which exert a profound influence on the evolution of topography, the distribution and amount of rainfall, and thus the efficiency of surface processes. The Kenya Rift is an integral part of the eastern branch of the EARS and is characterized by high-relief rift escarpments bounded by normal faults, gently tilted rift shoulders, and volcanic centers along the rift axis.

Considering the Cenozoic tectonic processes in the Kenya Rift, the tectonically controlled cooling history of rift shoulders, the subsidence history of rift basins, and the sedimentation along and across the rift, may help to elucidate the morphotectonic evolution of this extensional province. While tectonic forcing of surface processes may play a minor role in the low-strain rift on centennial to millennial timescales, it may be hypothesized that erosion and sedimentation processes impacted by climate shifts associated with pronounced changes in the availability in moisture may have left important imprints in the landscape.

In this thesis I combined thermochronological, geomorphic field observations, and morphometry of digital elevation models to reconstruct exhumation processes and erosion rates, as well as the effects of climate on the erosion processes in different sectors of the rift. I present three sets of results: (1) new thermochronological data from the northern and central parts of the rift to quantitatively constrain the Tertiary exhumation and thermal evolution of the Kenya Rift. (2) 10Be-derived catchment-wide mean denudation rates from the northern, central and southern rift that characterize erosional processes on millennial to present-day timescales; and (3) paleo-denudation rates in the northern rift to constrain climatically controlled shifts in paleoenvironmental conditions during the early Holocene (African Humid Period).

Taken together, my studies show that time-temperature histories derived from apatite fission track (AFT) analysis, zircon (U-Th)/He dating, and thermal modeling bracket the onset of rifting in the Kenya Rift between 65-50 Ma and about 15 Ma to the present. These two episodes are marked by rapid exhumation and, uplift of the rift shoulders. Between 45 and 15 Ma the margins of the rift experienced very slow erosion/exhumation, with the accommodation of sediments in the rift basin.

In addition, I determined that present-day denudation rates in sparsely vegetated parts of the Kenya Rift amount to 0.13 mm/yr, whereas denudation rates in humid and more densely vegetated sectors of the rift flanks reach a maximum of 0.08 mm/yr, despite steeper hillslopes. I inferred that hillslope gradient and vegetation cover control most of the variation in denudation rates across the Kenya Rift today. Importantly, my results support the notion that vegetation cover plays a fundamental role in determining the voracity of erosion of hillslopes through its stabilizing effects on the land surface.

Finally, in a pilot study I highlighted how paleo-denudation rates in climatic threshold areas changed significantly during times of transient hydrologic conditions and involved a sixfold increase in erosion rates during increased humidity. This assessment is based on cosmogenic nuclide (10Be) dating of quartzitic deltaic sands that were deposited in the northern Kenya Rift during a highstand of Lake Suguta, which was associated with the Holocene African Humid Period. Taken together, my new results document the role of climate variability in erosion processes that impact climatic threshold environments, which may provide a template for potential future impacts of climate-driven changes in surface processes in the course of Global Change.
N2  - Kontinentale Riftsysteme wie das ostafrikanische Riftsystem (OARS) bieten ideale Voraussetzungen, um die verschiedenen Wechselwirkungen zwischen Extension, Änderungen in der Topographie, Erosion und Sedimentation im Zusammenhang mit Prozessen der Landschaftsentwicklung auf unterschiedlichen Zeitskalen zu untersuchen. Darüber hinaus spielen diese Regionen eine bedeutsame Rolle für die Entwicklung und Verbreitung der Arten und stellen durch eine kontinuierliche Entwicklung von Sedimentationsräumen und die in ihnen gespeicherten Klimasignale wichtige Klimaarchive dar. Rifts sind außerdem wichtige Regionen, in denen Maßnahmen zur Exploration natürlicher Ressourcen zunehmend wichtiger werden. Von Bedeutung ist hier, diese Prozesse und ihre Auslösemechanismen besser zu verstehen und Veränderungen in den tektonischen und geomorphologischen Prozessen der Vergangenheit und der Gegenwart zu identifizieren, deren Raten zu bestimmen und in den Kontext der Landschaftsentwicklung zu setzen.

Das OARS ist eine markante tektonische und topographische Erscheinung in Ostafrika, die einen tiefgreifenden Einfluss auf die Verteilung und Menge von Niederschlägen und damit auf die Effizienz von Oberflächenprozessen hat. Das Kenia-Rift ist ein integraler Bestandteil des östlichen Zweigs des OARS und ist durch ausgeprägte Riftflanken mit Abschiebungen, und flacheren Riftschultern sowie vulkanischen Zentren entlang des Grabens gekennzeichnet.

In Anbetracht der tektonischen Prozesse im Kenia-Rift während der letzten 60 Millionen Jahre, bilden die Bestimmung der Abkühlungsgeschichte der Riftschultern, sowie die Ablagerungsgeschichte im Riftbecken und auf den Riftschultern die Grundlage für die Rekonstruktion der strukturellen Entwicklung des Rifts. Auf kurzen, hundertjährigen bis tausendjährigen Zeitskalen, spielt tektonische Aktivität aufgrund langsamer Deformationsraten eine untergeordnete Rolle bei der Kontrolle von Erosion und Sedimentation. Dem gegenüber stehen klimagesteuerte Prozesse, die die Verfügbarkeit von Feuchtigkeit, die Niederschlagstätigkeit, die Vegetationsbedeckung sowie die Erosionsprozesse kontrollieren.

In dieser Dissertation habe ich thermochronologische Untersuchungen, geomorphologische Geländeergebnisse und morphometrische Analysen an digitalen Geländemodellen kombiniert, um Exhumationsprozesse und Erosionsraten sowie die Wirkung des Klimas auf die känozoische Entwicklung des Kenia-Rifts zu rekonstruieren. Ich präsentiere: (1) neue thermochronologische Daten aus den nördlichen und zentralen Teilen des Kenia-Rifts, um quantitative Angaben zur Exhumationsgeschichte und der thermischen Entwicklung im Känozoikum zu erhalten, die letztlich die Basis für regionale Riftmodelle bilden und die Dynamik der Riftbildung im Inneren eines Kontinents beleuchten; (2) mittlere Denudationsraten (mithilfe des kosmogenen Nuklids 10Be) in Einzugsgebieten des nördlichen, zentralen und südlichen Rifts um Abhängigkeiten der Erosionsprozesse von klimatischen, lithologischen und tektonischen Parametern auf einer Zeitskala von mehreren 10^3 Jahren zu erfassen; (3) Paläo-Denudationsraten im nördlichen Rift, um klimatisch kontrollierte Veränderungen der Umweltbedingungen im Früh-Holozän zu bestimmen. 

Meine Studien zeigen, dass Zeit-Temperatur-Pfade von Apatit Spaltspurenanalysen, Zirkon-(U-Th)/He-Datierungen und thermischen Modellierung den Zeitraum der Grabenbildung im Kenia Rift zwischen 65-50 Ma und von 15 Ma bis zur Gegenwart definieren. Diese beiden Phasen werden durch schnelle Exhumierung der Riftflanken und Anhebung der Riftschultern begleitet. Zwischen 45 und 15 Ma wurden die Riftschultern und -flanken nur sehr langsam erodiert/exhumiert, und Sedimente aus diesen Gebieten im Rift abgelagert, die zum Teil auf die damaligen Riftschultern sedimentiert wurden.

Darüber hinaus ermittelte ich, dass Denudationsraten in spärlich bewachsenen Gebieten heute bis zu 0,13 mm/a erreichen können, während in feuchten und dicht bewachsenen Gebieten ein Maximum von nur 0,08 mm/a erreicht wird, trotz z.T. steilerer Hänge. Die Kombination morphometrischer Untersuchungen und Analysen des kosmogenen Nuklids 10Be zeigt, dass Vegetation und Hangneigung weitgehend die Variabilität von Erosionsraten im heutigen Kenia Rift beeinflussen. Meine Ergebnisse unterstützen mit robusten quantitativen Daten die Hypothese, dass die Vegetationsdecke eine wichtige Rolle bei der Stabilisierung von Hängen spielt.

In einer weiterführenden Pilotstudie konnte ich zeigen, wie Paläo-Denudationsraten zum Verständnis bekannter Perioden der Klimaschwankung und den damit verbundenen Änderungen hydrologischer Bedingungen beitragen können. Diese Beobachtung basiert auf der Analyse kosmogener Nuklide (10Be) an früh-holozänen Deltaablagerungen im nördlichen Kenia Rift, die auf eine Vervierfachung der Erosionsraten in der Anfangsphase eines Wechsels von ariden zu humiden Klimabedingungen hindeuten. Diese Untersuchungen dokumentieren somit die Bedeutung von Klimavariabilität im Erosions- und Sedimentationsregime klimatischer Schwellenregionen und verdeutlichen ein Szenario der Veränderung von Oberflächenprozessen, wie es bei zukünftigen Änderungen des Klimas im Zuge des globalen Wandels erwartet werden kann.
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Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-84534
ER  -