In den letzten Jahren hat die Nutzung von Drohnen deutlich zugenommen. Dies liegt unter anderem an der Leistungssteigerung, der guten Verfügbarkeit und an dem einfachen Einsatz von Drohnen. Damit sind auch Anwendungen in der Forschung möglich geworden, die zuvor unmöglich oder mit hohen Kosten verbunden waren. Als Sensor zur Datenaufzeichnung findet im Bereich der Forschung häufig eine Kamera Verwendung. Zusammen mit einer Drohne können Bereiche einfach und kostengünstig überflogen und dabei erkundet, beobachtet oder überwacht werden. Neben der Kamera als Sensor werden auch häufig Multispektralkameras und Lidar eingesetzt. Dagegen findet Radar im Bereich von kleinen Drohnen kaum Anwendung. Ziel dieser Forschungsarbeit war es zu untersuchen, ob neuste Radartechnik einen Mehrwert in der Fernerkundung mit kleinen Drohnen bieten kann. Hierfür wurden moderne Radarsensoren aus dem Automobilbereich ausgewählt. Als Drohnen wurden sowohl Quadrocopter als auch eine Starrflügler-Drohne eingesetzt. Für die Analyse, Berechnung und Auswertung der Daten wurde MATLAB verwendet. Der erste Ansatz beruhte auf einer Starrflügler-Drohne, die sich durch ihren freien Zugriff auf die Steuerung auszeichnet. Dadurch können auch spezielle Anforderungen an die Flugregelung berücksichtigt werden. Allerdings können mit einer Starrflügler-Drohne keine langsamen oder sogar statische Luftaufnahmen erstellt werden, um Erfahrung mit den Radardaten zu erlangen. Aus diesem Grund wurde anschließend ein Radar-Messsystem entworfen, das unabhängig von der Drohne eingesetzt werden kann. Zusammen mit einem Quadrocopter konnten so statische Radarmessungen durchgeführt werden, um die Verwendbarkeit der Radardaten in der Fernerkundung zu bestätigen. Das Messsystem konnte so aber nur für 2-dimensionale Anwendungen eingesetzt werden. In der weiteren Forschungsarbeit wurde untersucht, ob es möglich ist, mit einem Radarsensor der nur in 2-dimensionen misst eine 3-dimensionale Aufzeichnungen zu erstellen. Als Versuchsobjekt wurde eine Hütte gewählt, die Anhand der Radardaten dargestellt werden sollte. Dafür wurde ein Prozess zur Datenverarbeitung mit elf Schritten entworfen, womit die Hütte auf 0,6 Meter genau rekonstruiert werden konnte. Im letzten Teil der Forschungsarbeit wurde untersucht, ob sich die Genauigkeit des Messsystems erhöhen lässt, um noch mehr Anwendungsfälle bedienen zu können. Dafür wurde ein neuer Radarsensor eingesetzt, der eine höhere Genauigkeit besitzt. Die Forschungsarbeit konzentrierte sich darauf, die Abhängigkeit der Radardaten zum ungenauen Lagesensor aufzulösen. Dabei wurde die Fluglage über die Radardaten selbst berechnet, womit die Fluglage genauer bestimmt werden kann als allein über den Lagesensor. Erst damit kann die höhere Genauigkeit des neuen Radarsensors auch tatsächlich ausgenutzt werden. Mit den Ergebnissen der Forschungsarbeit sowie den vorgestellten Radarsensoren, stehen der Fernerkundung mit kleinen Drohnen, neben den klassischen Sensoren, zukünftig auch Radarsensoren zur Verfügung. Mit dem Messsystem und den Erkenntnissen aus der Forschungsarbeit werden bereits erste spezifische Anwendungen in Forschungsprojekten untersucht. Darüber hinaus konnten auch Anwendungsfälle außerhalb der Fernerkundung identifiziert werden. Die Weiterentwicklung im Bereich des autonomen Fahrens wird für Leistungssteigerungen bei Radarsensoren sorgen. Damit stehen auch der Fernerkundung zukünftig noch bessere Radarsensoren zur Verfügung.

Der ökologische Zustand der Erde befindet sich infolge von Umweltverschmutzung, Abfallaufkommen und CO₂-bedingtem Klimawandel in einem kritischen Zustand. Mit rund 40 % trägt der Bau- und Gebäudesektor erheblich zu den globalen Treibhausgasemissionen bei. Holz gilt als klimafreundliche Alternative zu Beton und Stahl, bedarf jedoch ebenfalls einer nachhaltigen Nutzung. Die Kreislaufwirtschaft bietet mit der Wiederverwendung ein zukunftsweisendes Konzept: So sind etwa 45% des beim Rückbau von Gebäuden anfallenden Holzes potenziell als Rohstoff nutzbar. Dadurch werden alternative Rohstoffquellen erschlossen und das Abfallaufkommen reduziert. Trotz dieses Potenzials liegt der Zirkularitätsgrad der Weltwirtschaft derzeit nur bei 7,2 %. Vor diesem Hintergrund untersucht die Dissertation, welche Wettbewerbsstrategien und welche organisationalen Fähigkeiten die Entwicklung zirkulärer Geschäftsmodelle fördern. Der Fokus liegt auf der Holzindustrie der DACH-Region, die historisch durch forstwirtschaftliche Nachhaltigkeit geprägt ist, jedoch bislang überwiegend linearen Strukturen folgt. Die Arbeit kombiniert theoretische Fundierung, eine vierjährige Literaturrecherche, Experteninterviews sowie im Zentrum eine quantitative Unternehmensbefragung (n = 200). Daraus wurde eine aktivitätsorientierte Skala zur Bewertung der Zirkularität eines Geschäftsmodells entwickelt. Analysiert wurden drei Perspektiven: Fähigkeiten, Strategien und Stakeholder. Im Kontext der Fähigkeitsperspektive wurde ermittelt, dass die dynamischen Fähigkeiten positive Implikationen auf die Umsetzung von Zirkularität haben. Im Forschungsfeld der Strategieperspektive wurde deutlich, dass die Innovationsführerschaft positive Effekte auf die Umsetzung der Kreislaufwirtschaft besitzt. Zudem weisen sowohl die Innovationsführerschaft als auch die Qualitätsführerschaft einen positiven indirekten Effekt über die dynamischen Fähigkeiten auf die Entwicklung zirkulärer Geschäftsmodelle auf. Im Rahmen der Stakeholderperspektive wurde eruiert, dass der Stakeholder-Druck im Zusammenwirken mit einem grünen Unternehmensimage eine Katalysator-Wirkung besitzt. Der Einfluss der Interessengruppen führt dazu, dass die Unternehmen ein grünes Image in eine substanzielle Umsetzungsphase überführen. Darüber hinaus wurde ersichtlich, dass der Stakeholder-Druck als zentraler Veränderungsfaktor wirkt. Während die direkten Auswirkungen der dynamischen Fähigkeiten durch den Druck zurückgehen, nehmen die indirekten Effekte auf die Erreichung von Zirkularität zu. Abschließend werden Handlungsempfehlungen für Unternehmen sowie wissenschaftliche Implikationen und zukünftige Forschungsmöglichkeiten abgeleitet.

When natural phenomena and data-based relations are driven by dynamics which are not purely local, they cannot be described satisfactorily by partial differential equations. As a consequence, mathematical models governed by nonlocal operators are of interest. This thesis is concerned with nonlocal operators of the form $\mathcal{L}u(x) = PV \int_{\mathbb{R}^d} (u(x)-u(y)) K(x,dy), x \in \mathbb{R}^d$, which are determined through a family of Borel measures $K=(K(x, \cdot))_{x \in \mathbb{R}^d}$ on $\mathbb{R}^d$ and which act on the vector space of Borel measurable functions $u: \mathbb{R}^d \rightarrow \mathbb{R}$. For a large class of families $K$, namely those where $K$ is a symmetric transition kernel satisfying a specific non-degeneracy condition, a variational theory for nonlocal equations of the type $\mathcal{L}u=f$ is established which builds upon gadgets from both measure theory and classical analysis. While measure theory is used to provide a nonlocal integration by parts formula that allows to set up a reasonable variational formulation of the above equation in dependency of the particular boundary condition (Dirichlet, Robin, Neumann) considered, Hilbert space theory and fixed-point approaches are utilized to develop sufficient conditions for the existence of variational solutions. This theory is then applied to two specific realizations of $\mathcal{L}$ of interest before a weak maximum principle is established which is finally used to study overlapping domain decomposition methods for the nonlocal and homogeneous Dirichlet problem.

Spatial microsimulation is an important tool for integrating geographical information into the evaluation of public policies and the analysis of social phenomena in urban regions. These models simulate the behavior and interaction between units of the region, such as individuals, households or firms, under specific conditions that may or not involve projections over time. This requires a representative base data set for their respective units. In this thesis, we focus on the geo-referencing step of the population in the construction of this data set, where we define the location of the individuals so that the allocation obtained is representative in relation to the population of the region. To do this, we consider the assignment of households to dwellings with specific coordinates by solving a maximum weight matching problem where side constraints are included so that the allocation obtained satisfies statistical structures intrinsic to the considered region. The model of this problem represents each feasible assignment of household to dwelling as a binary variable, which results in billions of variables for medium-sized municipalities such as the city of Trier, Germany. Therefore, standard solvers for mixed-integer linear optimization are not able to solve it due to their high time and memory consumption. Hence, we develop two approaches capable of producing high-quality allocations using a reasonable amount of computational resources, one based on specific decomposition algorithms, and the other characterized by the application of an approximation algorithm in the framework of Lagrangian relaxation of the side constraints. We theoretically explore the allocations obtained by both approaches and perform an extensive computational study using synthetic data sets and real-world data sets associated with the city of Trier. The results show that the developed methods are able to obtain near-optimal solutions using significantly less memory and time than the solver Gurobi, which enables them to tackle significantly larger instances, with approximately 100 000 households and dwellings. Furthermore, the allocations obtained for the real-world data sets correspond to a realistic population distribution, which strengthens the practical applicability of our methods.

Extracellular enzymes in microbial communities play a central role in nutrient cycling and the degradation of (pollutant) substances in various natural and anthropogenic systems. Bound in aquatic biofilms, sludge aggregates, or even unbound at their interfaces, they are of great importance for both the environment and human health. In particular, in wastewater treatment plants and inland waters, hydrolytic activities influence the wide-reaching efficiency of nutrient removal and self-purification, thus contributing significantly to overall water quality. The main goal of this dissertation project was to investigate the factors that influence enzymatic activity and the health of microbial communities in activated sludge and river systems, particularly in relation to anthropogenic influences and natural environmental conditions. The aim was to contribute to a better understanding of the sensitivity of our freshwater ecosystems and to support the long-term preservation of water quality and ecological stability. The development and optimization of appropriate methods, as well as their testing and applicability, were the focal points. For this purpose, a fluorometric microplate assay was developed and adapted to determine both extracellular enzyme activities (EEAs) in activated sludge samples and in intact biofilms. Its suitability for field studies was subsequently tested. Inhibition and activity of selected hydrolases under different conditions were investigated to better understand the mechanisms and potential environmental risks posed by anthropogenic influences and seasonal fluctuations of hydrochemical and climatic parameters. The first phase of the doctoral thesis involved studies on the inhibition of alkaline phosphatase in activated sludge by oxyanions. Using the fluorometric microplate assay, the inhibitory effect was sensitively detected over a pH range of 7.0 to 8.5. IC50- and IC20-concentrations were calculated from modeled dose-response functions. It was found that vanadate and tungstate caused strong inhibitory effects, while molybdate moderately inhibited the enzyme. An increasing pH led to a reduction in the inhibitory effect of tungstate and molybdate. The inhibition effects of vanadate were not significantly affected by the pH. In municipal wastewater, the concentrations of such metal ions are usually low, but industrial wastewater may have pollutant loads that can significantly impact the removal of phosphorus-containing compounds, and thus the efficiency of treatment plants. In the second phase, an attempt was made to further adapt the developed methodology to investigate EEA and kinetics in intact freshwater biofilms. Four different types of bead materials (lava, glass, sintered quartz, and ceramics) fitting into a 96-well microplate were tested as carriers for biofilms on both the laboratory and field scale. The analysis included a total of seven hydrolases as representatives of key nutrient cycles such as phosphorus, carbon, and nitrogen: phosphatases, glucosidases, peptidases (two different types), and sulfatase. Experiments with increasing substrate concentrations led to classical kinetic profiles according to the Michaelis-Menten mechanism. This allowed for the prediction of the biofilm enzymes’ response to different substrate concentrations. Parameters such as Vmax and Km could be derived from the modeled curves. Ceramic beads are particularly suitable for long-term studies due to their high stability, while sintered quartz beads should be preferred for the use in stagnant media (material loss under turbulent conditions). Lava and glass beads, on the other and, proved suboptimal for uniform biofilm development due to their surface properties. The potential use of this fast and sensitive test for ecotoxicological or even human-toxicological studies was demonstrated by the effects of caffeine on the activity of PDE. The result of this part of the research represents a powerful tool for assessing environmental pollution and monitoring water quality. The high application potential was clearly highlighted in the final phase of the project. The goal here was to deepen the understanding of interactions between seasonal factors, anthropogenic influences, and biofilm processes in rivers by investigating EEA and biofilm parameters such as biomass and relating them to hydrochemical and climatic factors. Ceramic beads were exposed both upstream and downstream of a wastewater treatment plant discharge and sampled over a period of seven months. EEAs and biomass varied depending on the season and location, with higher microbial activity observed upstream in winter. Winter conditions led to the dilution of most nutrients as well as in an increse of dissolved oxygen. Nutrient concentrations analyzed downstream were significantly higher in the summer. Accumulation of nutrient or pollutants during the summer months cannot be excluded, which may have led to a general reduction in enzyme activities. Potential causes could be inhibitory effects on the enzymes, or a reduced enzyme activity due to a sufficiently high nutrient supply. In general, the sampling site upstream showed a more pronounced seasonal dynamics, with a significant proportion of the variance in biological parameters (activity and biomass) attributable to seasonal factors. A secondary component, likely reflecting the impact of the treatment plant discharge, explained another portion of the data variance. Regardless of the season, high correlations between biological parameters were observed upstream, while downstream the data were more decorrelated. This could be because the biofilms, under chronic stress, respond less dynamically to seasonal fluctuations. This dissertation illustrates that in addition to anthropogenic stress factors, seasonal fluctuations of hydrochemical and climatic parameters should also be considered in "stress downstream the pipe" studies. The selected methods are recommended for explaining and considering the data variance, as they highlight the complex interplay between microbial enzymatic activity, environmental factors, and pollutants in the activated sludge of wastewater treatment plants and also in aquatic systems. The novel bead assay could pave the way for the future standardization of effect-oriented studies on intact aquatic biofilms.

Die Verfügbarkeit von ortho-Phosphat (o-PO₄) trägt wesentlich zur Eutrophierung von Fließgewässern bei und gefährdet damit das Erreichen des „guten ökologischen Zustands“ gemäß der EU-Wasserrahmenrichtlinie. Da die kommunalen Kläranlagen zentrale Eintragsquellen darstellen, gewinnt die Reduktion von o-PO₄ an dieser Stelle an Bedeutung. Neben der chemischen Phosphorelimination bietet insbesondere die vierte Reinigungsstufe, primär zur Entfernung von Mikroschadstoffen konzipiert, einen Synergieeffekt mit potenziellen Phosphorentfernungsraten von bis zu 85 %. Zur Bewertung des Einflusses einer solchen Reinigungsstufe wurde ein Modell für ausgewählte saarländische Oberflächenwasserkörper (OWK) entwickelt, das den Trockenwetterfall als eutrophierungsrelevantes Szenario abbildet. Ein zentraler Bestandteil ist ein neu erarbeiteter Retentionsansatz, der biochemische und physikalische Prozesse wie Adsorption, Sedimentation und biologische Assimilation berücksichtigt. Auf Basis der Differenz zwischen emissionsseitig bilanziertem und gemessenem o-PO₄-Gehalt wurden für jeden OWK Verminderungsraten je Fließmeter abgeleitet und schließlich eine Gleichung zur Abschätzung der Retention in Abhängigkeit der Einzugsgebietsgröße formuliert. Die Validierung zeigt hinreichende Modellgenauigkeit, wenngleich negative Frachtdifferenzen in einigen Gewässern auf zusätzliche, nicht eindeutig quantifizierbare Einträge – etwa aus Landwirtschaft oder Kanalverlusten – hindeuten. Die Szenarienanalyse belegt, dass eine vierte Reinigungsstufe grundsätzlich zur Reduktion von o-PO₄ an den Messstellen beiträgt. Eine Unterschreitung des geltenden Orientierungswertes wird jedoch nur erreicht, wenn sämtliche Kläranlagen eines OWK nachgerüstet werden – und auch dann nur in einigen Fällen. Damit stellt die vierte Reinigungsstufe allein keine ausreichende Alternative zu den Maßnahmen des 3. Bewirtschaftungsplans des Saarlandes dar, kann jedoch als ergänzende Strategie zur Verringerung der Phosphoreinträge dienen.

Measuring the economic activity of a country requires high-quality data of businesses. In the case of Germany, this is not only required at national level, but also at federal state level and for different economic sectors. Important sources for high-quality business data are the business register and, among others, also 14 business surveys which are conducted by the Federal Statistical Office of Germany. However, the quality requirements of the Federal Statistical Office are in contrast to the interests of the businesses themselves. For them, answering to a survey's questionnaire is an additional cost factor, also known as response burden. A high response burden should be avoided, since it can have a negative impact on the quality of the businesses' responses to the surveys. Therefore, sample coordination can be used as a method to control the distribution of response burden while securing high-quality data. When applying already existing business survey coordination systems, developed by different statistical institutes, legal and administrative standards of German official statistics have to be taken into account. These standards consider different sampling fractions, rotation fractions, periodicity, and stratification of the aforementioned 14 business surveys. Therefore, the aim of this doctoral thesis is to check the existing business survey coordination systems for their applicability in the context of German official statistics and, if necessary, to modify them accordingly. These modifications include the introduction of individual burden indicators which aim to take the individual perception of response burden into account. For this purpose, several synthetic data sets have been created to test the application of the modified versions of the different business survey coordination systems through Monte Carlo simulation studies. These data sets include a large panel data set, reflecting the landscape of businesses in Rhineland-Palatinate and three smaller, synthetic data sets. The latter have been created with the help of the R package BuSuCo which has been developed within the scope of this thesis. The above mentioned simulation studies are evaluated based on different measures for estimation quality as well as for the concentration and distribution of response burden.

Einige Forschungsergebnisse zeigen, dass emotionale Empfindungen kognitive Bereiche beeinflussen oder mit diesen im Zusammenhang stehen. Aufbauend auf den Ergebnissen wurden zwei Studien konzipiert. In Studie 1 wurde der Zusammenhang zwischen den Valenzen der dispositionalen emotionalen Empfindungen und der globalen Selbstbewertung des Gedächtnisses (Metagedächtnis) bei Lehramtsstudierenden (N = 218) untersucht. Die dispositionalen Empfindungen wurden mittels des deutschen Positive and Negativ Affect Schedule (PANAS) (Krohne, Egloff, Kohlmann & Tausch, 1996) und die globale Selbstbewertung des Gedächtnisses mit dem deutschen Squire Subjective Memory Questionnaire (SSMQ) (Wolf, 2017) erfasst. Angenommen wurde, dass die positive Valenz im Gegensatz zu der negativen Valenz im positiven Zusammenhang mit der höheren Gedächtniseinschätzung stehen. Die Ergebnisse bestätigen die Hypothesen. In Studie 2 wurde die aktuelle Valenz mittels des Open Affective Standardized Image Set (OASIS) (Kurdi, Lozano & Banaji, 2017) induziert, um Veränderungen des Metagedächtnisses und der tatsächlichen Gedächtnisleistung bei Lehramtsstudierenden (N = 44) zu untersuchen. Angenommen wurde, dass die positive Valenz positiv, die negative Valenz negativ und die neutrale Valenz nicht auf das Metagedächtnis und die Gedächtnisleistung wirkt. Weitere Zusammenhänge zwischen dem Metagedächtnis und der Gedächtnisleistung sowie der induzierten Valenz und der Gedächtnisleistung wurden angenommen. Die Messinstrumente aus Studie 1 blieben dieselben. Die Gedächtnisleistung wurde mittels eines sinnarmen Silbentests nach Ebbinghaus (1885) operationalisiert. Die Ergebnisse bestätigen die Hypothesen nicht. Die Emotionsinduktion hatte keinen Erfolg. Die Ergebnisse können damit nicht auf eine veränderte Valenz bezogen werden. Wie in Studie 1 zeigte sich ein Zusammenhang zwischen den dispositionalen Empfindungen und dem Metagedächtnis. Weitere explorative Ergebnisse, vor allem im Bezug auf das Geschlecht, wurden dargestellt. Die Ergebnisse sind bedeutsam für die Professionalisierung von Lehramtsstudierenden.

The role of implicit motives for affective, cognitive and behavioral processes has been a focal part of psychological research for decades. Yet, the majority of research in this field has been concentrated on processes involving implicit motives in adulthood. The systematic investigation of developmental correlates of implicit motives remains largely uncharted. The studies cumulated in this thesis aim to add to the sparse research on implicit motives in childhood and adolescence. Specifically, the development of the implicit power motive in the transition of middle to late childhood as a function of parenting behavior (Chapter 4), the predictive value of the implicit achievement motive for objective swimming performance in children and adolescents (Chapter 5) and the role of motive congruence for successful goal realization in adolescent samples across two cultures (Chapter 6) were investigated. Results of Study 1 (Chapter 4) indicate a negative longitudinal association of authoritarian parenting with the implicit power motive in children that is moderated by children’s perception of psychologically controlling parenting. Study 2 (Chapter 5) extends existing research on the assumed positive association of the implicit achievement motive and sports performance and demonstrates the moderating role of competitive anxiety on this association. Finally, Study 3 (Chapter 6) illustrates a moderating effect of implicit motives on the association of goal commitment and successful goal realization in German and Zambian adolescents, however, this effect was only observed in the domain of power motivation. Findings from all three studies are discussed in the context of the significance of implicit motives for psychological research.

This thesis presents four contributions in the domains of schema/ontology alignment and query processing. First, we present a novel alignment approach, denoted as FiLiPo (Finding Linkage Points), to align the schema of RDF knowledge bases with the response schema of RESTful Web APIs. FiLiPo only requires knowledge about a knowledge base (e.g., class names) but no prior knowledge about the Web APIs’ data structure. It uses fifteen different string similarity metrics to find an alignment between the schema of a knowledge base and that of aWeb API. Next, a benchmark system named ETARA (Evaluation Toolkit for API and RDF Alignment) is introduced that was created with the goal to simulate RESTful Web APIs and is able to cover all important characteristics of Web APIs, i.e., latency, timeouts, rate limits and, furthermore, provides configurable response structures (e.g., JSON or XML). Additionally, it was designed to support researchers during the development of alignment systems. Afterward, the alignments determined by FiLiPo are used to create a hybrid and federated query processor named TunA (Tunable Query Optimizer forWeb APIs and User Preferences), which allows SPARQL queries combining knowledge bases and RESTful Web APIs and is tunable towards user preferences, i.e., coverage, reliability and execution time. The primary goal of TunA is to return a query result that satisfies the user’s preferences in terms of data quality, even when using unreliable data sources by performing a majority vote over multiple sources. Lastly, we present a federated query processor, denoted as ORAQL (Overlap and Reliability Aware Query Processing Layer), which uses overlap information to reduce the number of selected sources that are available in a federation. The goal is to reduce redundant data and, hence, improve the query execution speed. Therefore, ORAQL uses a profile feature that provides information about the overlap between all data sources of a federation. Furthermore, we extend the quality estimation of TunA to cover Triple Pattern Fragment interfaces to ensure a user-provided reliability goal.