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im SS 2023: Vorlesung Montags 10:15 - 11:45, Geb. A5.1, HS -1.22 oder hybrid via MS Teams

Bitte beachten: Für angemeldete Studierende wird die Lehrveranstaltung auch hybrid angeboten. Zudem stehen die Aufzeichnungen der Vorlesungen vom SS 2021 zur Verfügung im Teamsverzeichnis

Zur Anmeldung senden Sie bitte eine Email (vorzugsweise von Ihrem UdS-Studierenden-Account) an Prof. Schütze (Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein.) mit vollständigem Namen, Studiengang, Semester und Matrikelnummer oder melden Sie sich in der Vorlesung an. Sie erhalten dann alle erforderlichen Informationen.

Die Lehrveranstaltung führt ein in die Multisensorsignalverarbeitung, d.h. die Erkennung von Mustern primär mit statistischen Methoden, aber auch mit künstlichen neuronalen Netzen ("Maschinelles Lernen"). Dabei orientiert sie sich an Fragestellungen einerseits aus dem Bereich Gasmesstechnik und andererseits aus dem Condition Monitoring von Maschinen und Anlagen, jeweils mit Bezug zu aktuellen Forschungsprojekten des Lehrstuhls. Begleitet werden die Vorlesungen durch praktische Übungen am Computer, auch zum Kennenlernen der entsprechenden Software-Tools wie DAV³E, sowie durch ein Projektseminar, in dem die Studierenden selbst eine Fragestellung aus dem Spektrum der Vorlesung bearbeiten und ihr Ergebnis präsentieren. Die Computerübung und die Seminarpräsentation stellen jeweils Teilprüfungsleistungen dar, den Abschluss bildet eine kurze mündliche Prüfung.

Vorläufiger Terminplan

Bitte beachten: im SS2023 entfallen drei Montagstermine wegen Feiertagen, daher soll versucht werden, einen Alternativtermin für die Vorlesung zu finden.

Vorlesungen: Datum: Inhalt:
Vorlesung 1 17.04.2023

Kap. 1: Einführung, Grundlagen der Signalverarbeitung, Zielsetzung (als ppsx)

Vorlesung 2 24.04.2023

Kap. 2.1: Beispielprojekt Lösungsmittelerkennung (als ppsx)

Update 2021: VOC-Quantifizierung für IAQ

Weiterführende Literatur:
- A. Gramm, A. Schütze: High Performance Solvent Vapor Identification with a Two Sensor Array using Temperature Cycling and Pattern Classification, Sensors & Actuators B 95 (2003)
- A. Schütze, A. Gramm, T. Rühl:Identification of Organic Solvents by a Virtual Multisensor System with Hierarchical Classification, IEEE Sensors Journal 4(6) (2004)
- P. Reimann, A. Schütze: Sensor Arrays, Virtual Multisensors, Data Fusion, and Gas Sensor Data Evaluation; in: C.-D. Kohl, T. Wagner (eds.): Gas Sensing Fundamentals, Springer Series on Chemical Sensors and Biosensors, Volume 15 2014 

Kap. 2.2: Beispielprojekt iCM-Hydraulik (als ppsx)

Weiterführende Literatur:
- A. Schütze, N. Helwig: Sensorik und Messtechnik für die Industrie 4.0; tm - Technisches Messen, 84(3), 198-206, 2017.
- A. Schütze, N. Helwig, T. Schneider: Sensors 4.0 – smart sensors and measurement technology enable Industry 4.0; J. Sens. Sens. Syst., 7, 359–371, 2018.

Vorlesung 3 08.05.2023

Vertretung durch Tizian Schneider

Kap. 3: Validierungsmethoden (als ppsx)

Weiterführende Literatur:
- S. Youssef et al.: Bewertung subjektiver und automatisierter Merkmalsextraktion periodischer Zeitsignale am Beispiel des 3MA-X8-Verfahrens, tm - Technisches Messen, 86 (5), 267-277, 2019.

Kap. 4: Automatisierte Merkmalsextraktion und -selektion (als ppsx)

Weiterführende Literatur:
- T. Schneider et al.: Industrial condition monitoring with smart sensors using automated feature extraction and selection, Meas. Sci. Technol. 29 (2018) 094002 (15pp).

Vorlesung 4 15.05.2023

Kap. 5: Lineare Multivariate Methoden (PCA, LDA) (als ppsx)

Weiterführende Literatur:
- Aleix M. Martinez, Avinash C. Kak: PCA versus LDA, IEEE Trans. Pattern Analysis and Machine Intelligence, 23(2) (2001), 228-233.

Vorlesung 5 22.05.2023

Kap. 6: Suppport Vector Machine (SVM) (als ppsx)

Kap. 7.1-2: Künstliche Neuronale Netze: Grundlagen und Simulation (als ppsx)

Computerübung Do. 25. Mai,
9 - 13 Uhr

Einführende Übung zur Nutzung von DAV³E und zur Erprobung der grundlegenden Konzepte für Validierung, Merkalsextraktion, -selektion und Dimensionsreduktion
Seminarthemen   Vorstellung der Seminarthemen, zu bearbeiten in Kleingruppen von 2-3 Personen.
Vorlesung 6 05.06.2023

Fortsetzung Kap. 7.1-2

Kap. 7.3-4: Künstliche Neuronale Netze (als ppsx)
- Backpropagation Algorithmus
- Empirische Optimierungen des BackProp Algorithmus

Vorlesung 7 12.06.2022

Kap. 7.5-7: Künstliche Neuronale Netze (als ppsx)
- Cascade Correlaion: Automatische Optimierung der Netzstruktur
- Rekurrente Netzwerke
- Anwendungsbeispiel Branderkennung

Vorlesung 8 19.06.2023

Kap. 7.8: Deep learning, convolutional networks etc. (als ppsx) (Vorlesung wird gehalten von Tizian Schneider)

Weiterführende Literatur:
- Yann LeCun, Yoshua Bengio, and Geoffrey Hinton: "Deep learning," Nature 521.7553 (2015): 436-444
- Yannick Robin et al.: High-Performance VOC Quantification for IAQ Monitoring Using Advanced Sensor Systems and Deep Learning, Atmosphere (2021) 12(11), 1487, DOI 10.3390/atmos12111487
- Payman Goodarzi, Andreas Schütze, and Tizian Schneider: Comparison of different ML methods concerning prediction quality, domain adaptation and robustness (Vergleich verschiedener ML-Methoden bezüglich Vorhersagequalität, Domänenanpassung und Robustheit), tm - Technisches Messen, vol. 89(4), 224-239, doi: 10.1515/teme-2021-0129

Vorlesung 9 26.06.2023

Kap. 8: LVQ und SOM (als ppsx)

Vorlesung 10 03.07.2023

Kap. 9: Novelty detection
Teil 1: Grundlagen und Algorithmen (als ppsx)

Nur zum Selbststudium:
Teil 2: Applikationsszenarien CM
Teil 3: Anwendungsbeispiel Gasmesstechnik

Weiterführende Literatur:
- T. Schneider et al.: Machine learning in industrial measurement technology for detection of known and unknown faults of equipment and sensors, tm - Technisches Messen (2019), 86 (11), 706–718, doi: 10.1515/teme-2019-0086
- Y. Robin et al.: Machine Learning based calibration time reduction for Gas Sensors in Temperature Cycled Operation, Atmosphere 2022, 13, 1614. doi: 10.3390/atmos13101614

Kap. 10: Zusammenfassung und Ausblick (als ppsx)

Seminarpräsentationen 10.07.2023
Beginn 10.30 Uhr

Präsentation von Gruppe 1:

Methoden zur Rauschreduktion (Nicolas Meusel, David Barth, Jonas Martin)

Seminarpräsentationen 17.07.2023

Präsentation von zwei Gruppen:

2. Random Forests und Decision Trees für das ML-Framework des Lehrstuhls (Rudolf Gerlich, Daniel Philippi)
3. Generalisation of Recursive Feature Elimination RFE (Gaurav Suresh Dekate, Akash Tiwari)

     
Mündliche Prüfung   nach individueller Vereinbarung (Dauer ca. 30 min)