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TeX
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TeX
% pandoc WBH Prüfungsvorlage
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%
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% Diese Vorlage ist für Prüfungen an der Wilhelm-Büchner-Hochschule erstellt worden
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% sie entspricht den Vorgaben für Hausarbeiten und Thesis zum aktuellen Zeitpunkt.
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%
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% Authoren:
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%
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% Created:
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% Changed: 26.06.2020
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\documentclass[
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12pt,
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a4paper,
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ngerman,
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bibliography=totocnumbered,
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listof=totocnumbered
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]{scrartcl}
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% Support different languages
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% default: en
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% -----------------------------------------------------------------------
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\usepackage[shorthands=off,main=ngerman]{babel}
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%\usepackage[utf8]{inputenc}
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\usepackage{amsmath} % For pandoc extensive `amsmath` collection of symbols for typesetting ordinary math
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\usepackage{amsfonts} % More symboles for exotic currency notation and engeneering diagrams
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\usepackage{amssymb} % More symboles for exotic currency notation and engeneering diagrams
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\usepackage{siunitx} % For using SI Units https://www.ctan.org/pkg/siunitx
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\usepackage{fancyhdr}
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\usepackage{tabularx}
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\usepackage[a4paper, top=27mm, left=20mm, right=40mm, bottom=35mm, headsep=10mm, footskip=12mm]{geometry} % Vorgabe 4cm Rand auf der rechten Seite.
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\usepackage{setspace}
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\usepackage[right]{eurosym}
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\usepackage[printonlyused]{acronym}
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\usepackage{subfig}
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\usepackage{floatflt}
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\usepackage[usenames,dvipsnames]{color}
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\usepackage{colortbl}
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\usepackage{paralist}
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\usepackage{array}
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\usepackage{parskip}
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\usepackage[right]{eurosym}
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\usepackage[subfigure,titles]{tocloft}
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\usepackage{helvet}
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\usepackage{multirow}
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% Support hyperref with colorisation
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% -------------------------------------------------------------------------
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\usepackage{xcolor}
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\IfFileExists{xurl.sty}{\usepackage{xurl}}{} % add URL line breaks if available
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\IfFileExists{bookmark.sty}{\usepackage{bookmark}}{\usepackage[pdfpagelabels=true]{hyperref}}
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\urlstyle{same} % disable monospaced font for URLs
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\setlength{\emergencystretch}{3em} % prevent overfull lines
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% PDF Metadata
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\hypersetup{
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unicode=false,
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pdftoolbar=true,
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pdfmenubar=true,
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pdffitwindow=false,
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pdfstartview={FitH},
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pdftitle={Distanzmessung auf kleinen Skalen mit Hilfe von
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Smartphone-Sensoren: Sebastian Preisner},
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pdfauthor={Sebastian Preisner, Matrikelnummer: 900266},
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pdfsubject={Studiengang: Technische Informatik},
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pdfcreator={\LaTeX\ with package \flqq hyperref\frqq via pandoc},
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pdfproducer={pdfTeX \the\pdftexversion.\pdftexrevision},
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pdfkeywords={Bachelor Thesis, 900266, },
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pdfnewwindow=true,
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pdflang=de,
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pdfdisplaydoctitle=true,
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hidelinks,
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}
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% Designing blockquote
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% ------------------------------------------------------------------
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\definecolor{blockquote-border}{RGB}{221,221,221}
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\definecolor{blockquote-text}{RGB}{119,119,119}
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\usepackage{mdframed}
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\newmdenv[rightline=false,bottomline=false,topline=false,linewidth=3pt,linecolor=blockquote-border,skipabove=\parskip]{customblockquote}
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|
\renewenvironment{quote}{\begin{customblockquote}\list{}{\rightmargin=0em\leftmargin=0em}%
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\item\relax\color{blockquote-text}\ignorespaces}{\unskip\unskip\endlist\end{customblockquote}}
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% Syntax Highligting with colors
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% -----------------------------------------------------------------
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% \pdfinfo{/CreationDate (D:20170605133321)}
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\renewcommand{\familydefault}{\sfdefault}
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% Pandoc tightlisting
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\providecommand{\tightlist}{%
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\setlength{\itemsep}{0pt}\setlength{\parskip}{0pt}}
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% Support for citation
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% -------------------------------------------------------------------
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\usepackage[T1]{fontenc}
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\newlength{\cslhangindent}
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\setlength{\cslhangindent}{1.5em}
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\newlength{\csllabelwidth}
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\setlength{\csllabelwidth}{3em}
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\newlength{\cslentryspacingunit} % times entry-spacing
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\setlength{\cslentryspacingunit}{\parskip}
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\newenvironment{CSLReferences}[2] % #1 hanging-ident, #2 entry spacing
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{% don't indent paragraphs
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\setlength{\parindent}{0pt}
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% turn on hanging indent if param 1 is 1
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\ifodd #1
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\let\oldpar\par
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\def\par{\hangindent=\cslhangindent\oldpar}
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\fi
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% set entry spacing
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%\setlength{\parskip}{#2\cslentryspacingunit}
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}%
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{\par}
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\usepackage{calc}
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\newcommand{\CSLBlock}[1]{#1\hfill\break}
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\newcommand{\CSLLeftMargin}[1]{\parbox[t]{\csllabelwidth}{#1}}
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\newcommand{\CSLRightInline}[1]{\parbox[t]{\linewidth - \csllabelwidth}{#1}\break}
|
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\newcommand{\CSLIndent}[1]{\hspace{\cslhangindent}#1}
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%%\newlength{\cslhangindent}
|
|
%\setlength{\cslhangindent}{1.5em}
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%\newenvironment{CSLReferences}%
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% {}%
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% {\par}
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%
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\setcounter{secnumdepth}{5}
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%\setcounter{secnumdepth}{-\maxdimen} % remove section numbering
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% ----------------------------------------------------------------------------
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% begin document
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% ----------------------------------------------------------------------------
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\begin{document}
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% ----------------------------------------------------------------------------------------------------------
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% Kopf und Fußzeile
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% ----------------------------------------------------------------------------------------------------------
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\renewcommand{\sectionmark}[1]{\markright{#1}}
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\renewcommand{\leftmark}{\rightmark}
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\pagestyle{fancy}
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\lhead{}
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\chead{}
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\rhead{\thesection\space\contentsname}
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\lfoot{\tiny Bachelor Thesis des Studenten: Sebastian
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Preisner (Matrikelnr.: 900266) Studiengang: Technische Informatik }
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\cfoot{}
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\rfoot{\ \linebreak Seite \thepage}
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\renewcommand{\headrulewidth}{0.4pt}
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\renewcommand{\footrulewidth}{0.4pt}
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% Vorspann
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\renewcommand{\thesection}{\Roman{section}}
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\renewcommand{\theHsection}{\Roman{section}}
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|
\pagenumbering{Roman}
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% Pagebreak after each Section
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\let\oldsection\section
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\renewcommand\section{\clearpage\oldsection}
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% ----------------------------------------------------------------------------------------------------------
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% Titelseite
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% ----------------------------------------------------------------------------------------------------------
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\thispagestyle{empty}
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\begin{center}
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\vspace*{2cm}
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\Large
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\textbf{Studiengang:}\\
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|
\textbf{Technische Informatik}\\
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|
\vspace*{2cm}
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\Huge
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|
\textbf{}\\
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|
\vspace*{0.5cm}
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|
\textbf{Distanzmessung auf kleinen Skalen mit Hilfe von
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|
Smartphone-Sensoren} \\
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\vspace*{0.3cm}
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|
\large
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|
\vspace*{1cm}
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|
\textbf{Exposé}\\
|
|
\vspace*{2cm}
|
|
|
|
\vfill
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\normalsize
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|
\newcolumntype{x}[1]{>{\raggedleft\arraybackslash\hspace{0pt}}p{#1}}
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|
\begin{tabular}{x{6cm}p{7.5cm}}
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\rule{0mm}{5ex}\textbf{Student:} & Sebastian Preisner
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\newline wbh@calyrium.org
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\\
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\rule{0mm}{5ex}\textbf{Matrikelnummer:} & 900266 \\
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|
\rule{0mm}{5ex}\textbf{Abgabedatum:} & \today \\
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|
\end{tabular}
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|
\end{center}
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\pagebreak
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% ----------------------------------------------------------------------------------------------------------
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% Content
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% ----------------------------------------------------------------------------------------------------------
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% ----------------------------------------------------------------------------------------------------------
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% Inhalt
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% ----------------------------------------------------------------------------------------------------------
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% Kopfzeile
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\renewcommand{\sectionmark}[1]{\markright{#1}}
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\renewcommand{\subsectionmark}[1]{}
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\renewcommand{\subsubsectionmark}[1]{}
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\lhead{Abschnitt \thesection}
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|
\rhead{} %hier kann die rechte Seite der Kopfzeile editiert werden!
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\onehalfspacing
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\renewcommand{\thesection}{\arabic{section}}
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|
\renewcommand{\theHsection}{\arabic{section}}
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\setcounter{section}{0}
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|
\pagenumbering{arabic}
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\setcounter{page}{1}
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%\renewcommand{\includegraphics}[1][]{\includegraphics[width=0.9\columnwidth,keepaspectratio]{#1}}
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\hypertarget{einleitung}{%
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\section{Einleitung}\label{einleitung}}
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Smartphones enthalten immer mehr Sensoren, mit denen sie Daten aus ihrer
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Umwelt erfassen. Erst durch den Zugriff über Software werden diese
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Sensordaten zu nützlichen Features. So schaltet sich zum Beispiel das
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Display ein, sobald das Smartphone aus der Hosentasche gezogen wird oder
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wieder aus, wenn es an das Ohr gehalten wird. Ein großes Augenmerk
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erhält die Lokalisierung der Geräte: Hierdurch werden Anwendungen wie
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die Navigation ermöglicht. Bei der Distanzmessung geht es darum, die
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Strecke, die ein Gerät in Bewegung zurücklegt, zu erfassen. In dieser
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Arbeit soll untersucht werden, wie die Messung auf kleinen Skalen, im
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Zentimeterbereich umgesetzt werden kann.
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Bei der Smartphone-Anwendung phyphox® handelt es sich um eine
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Open-Source-Anwendung, mit deren Hilfe Experimente mit dem Smartphone
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durchgeführt werden können. Hierzu greift sie auf die im Gerät verbauten
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Sensoren zurück. So lassen sich zum Beispiel mit dem Luftdrucksensor die
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im Fahrstuhl zurückgelegten Stockwerke ermitteln und anzeigen, oder die
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Länge eines Pendels, an dem das Smartphone hängt, durch die
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Pendelfrequenz berechnen. Anwender können mithilfe von XML-Dateien die
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Anwendung um eigene Experimente erweitern. Hierdurch wird phyphox®
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gerade für Schulen interessant, da es Schülern die Möglichkeit bietet,
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die Theorie in der Praxis zu erleben. Aktuell fehlt jedoch eine
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Möglichkeit zur Distanzmessung. Durch diese könnten Experimente wie die
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Errechnung der Beschleunigung aus der zurückgelegten Wegstrecke und der
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Zeit durchgeführt werden.
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Im Smartphone befinden sich mehrere Sensoren, die zur Lokalisierung des
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Geräts eingesetzt werden können. Da sich die Experimente mit phyphox®
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meist im Innenraum abspielen, wird GPS für diesen Einsatzzweck nicht
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betrachtet. Mithilfe von WLAN, Bluetooth, NFC, Magnetometer, Gyroskop,
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Accelerometer, Kamera und Ultraschall bleiben jedoch viele weitere
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Möglichkeiten zur Lokalisierung bestehen (Maghdid und Maghdid, 2021).
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\hypertarget{these}{%
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\section{These}\label{these}}
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Die Fehlertoleranz bei einer Distanzmessung mittels Bluetooth lässt sich
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durch den Aufbau von Bluetooth Beacons als Referenzpunkte auf einem
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Schreibtisch auf die Genauigkeit von wenigen Zentimeter verbessern.
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\hypertarget{motivation}{%
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\section{Motivation}\label{motivation}}
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Bei der Arbeit liegt der primäre Fokus auf der Umsetzung der
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Distanzmessung mittels Bluetooth unter Verwendung des RSSI (Received
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Signal Strength Indicator). Diese Lösung wird häufig in der
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Indoor-Navigation angewandt, da sie sowohl kostengünstig als auch weit
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verbreitet ist. Hierbei findet die Lokalisierung der Geräte zum Beispiel
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durch Triangulation mittels Referenzpunkten (Bluetooth Beacons) statt.
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Bei der Indoor-Navigation sind diese Referenzpunkte mehrere Meter
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auseinander, was zu einer geringen Signalstärke am Empfänger und somit
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zu größeren Auswirkungen von Störeinflüssen führt.
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Bei der Messung von kleinen Skalen zur Durchführung von Experimenten
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können die Bluetooth Beacons in einem engeren Raster angeordnet werden.
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Das zu wählende Setup soll auf einem Schreibtisch Platz finden. Mithilfe
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einer Beispielimplementierung soll die Genauigkeit dieses Setups
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untersucht werden. Zur weiteren Verbesserung der Genauigkeit sollen
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verschiedene Filtermöglichkeiten implementiert werden. Mit einer genauen
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Distanzmessung lassen sich Beispielsweise neue Experimente mit dem
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Smartphone umsetzen.
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\hypertarget{vorgehen}{%
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\section{Vorgehen}\label{vorgehen}}
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Der aktuelle Stand der Forschung, sowie verschiedene Techniken zur
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Lokalisierung sollen mit Hilfe einer Literaturrecherche aufgezeigt und
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eingegrenzt werden.
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Desweiteren gilt es einen Testaufbau zu Definieren welcher auf einem
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Schreibtisch platz findet. Durch den Einsatz von Bluetooth Beacons kann
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ein kontrolliertes Setup hergestellt werden und so die Messgenauigkeit
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verbessert werden (Cho \emph{u.~a.}, 2015).
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Eine Beispielimplementierung auf Android soll die Machbarkeit der
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Distanzmessung aufzeigen. In einer Versuchsreihe mit verschiedenen
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Methoden der Fehlerkorrektur, zum Beispiel durch den Einsatz eines
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Kalman Filters (Welch, 1997), soll überprüft werden welche Auswirkungen
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diese auf die Messgenauigkeit haben. Optional kann so auch die
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Integration weiterer Sensoren, wie zum Beispiel das Gyroskop, zur
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Steigerung der Genauigkeit überprüft werden.
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\hypertarget{entwurf-der-gliederung}{%
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\section{Entwurf der Gliederung}\label{entwurf-der-gliederung}}
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|
\begin{enumerate}
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|
\def\labelenumi{\arabic{enumi}.}
|
|
\tightlist
|
|
\item
|
|
Einleitung
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|
|
|
\begin{enumerate}
|
|
\def\labelenumii{\arabic{enumii}.}
|
|
\tightlist
|
|
\item
|
|
Motivation und Ausgangslage
|
|
\item
|
|
Zielsetzung
|
|
\item
|
|
Aufbau der Arbeit
|
|
\end{enumerate}
|
|
\item
|
|
Stand der Forschung
|
|
|
|
\begin{enumerate}
|
|
\def\labelenumii{\arabic{enumii}.}
|
|
\tightlist
|
|
\item
|
|
Distanzmessung
|
|
\item
|
|
Bluetooth
|
|
\item
|
|
Android Apps
|
|
\item
|
|
phyphox®
|
|
\item
|
|
Fehlerkorrekturen
|
|
\item
|
|
Bewertung
|
|
\item
|
|
Beschreibung der eigenen Idee/ Innovation
|
|
\end{enumerate}
|
|
\item
|
|
Konzeption und Anforderungsanalyse
|
|
\item
|
|
Implementierung einer Android-App
|
|
\item
|
|
Umsetzung des Kalman Filters
|
|
\item
|
|
Testaufbau und Durchführung
|
|
\item
|
|
Ergebnisse
|
|
\item
|
|
Zusammenfassung und Ausblick
|
|
|
|
\begin{enumerate}
|
|
\def\labelenumii{\arabic{enumii}.}
|
|
\tightlist
|
|
\item
|
|
Zusammenfassung und Fazit
|
|
\item
|
|
Ausblick
|
|
\end{enumerate}
|
|
\end{enumerate}
|
|
|
|
\hypertarget{quellenverzeichnis}{%
|
|
\section*{Quellenverzeichnis}\label{quellenverzeichnis}}
|
|
\addcontentsline{toc}{section}{Quellenverzeichnis}
|
|
\lhead{}
|
|
\rhead{QUELLENVERZEICHNIS} %hier kann die rechte Seite der Kopfzeile editiert werden!
|
|
\renewcommand{\refname}{Quellenverzeichnis}
|
|
|
|
\hypertarget{refs}{}
|
|
\begin{CSLReferences}{0}{0}
|
|
\leavevmode\vadjust pre{\hypertarget{ref-cho_measuring_2015}{}}%
|
|
Cho, H. \emph{et al.} (2015) {„Measuring a {Distance} between {Things}
|
|
with {Improved} {Accuracy}``}, \emph{Procedia Computer Science}. (The
|
|
6th {International} {Conference} on {Ambient} {Systems}, {Networks} and
|
|
{Technologies} ({ANT}-2015), the 5th {International} {Conference} on
|
|
{Sustainable} {Energy} {Information} {Technology} ({SEIT}-2015)), 52, S.
|
|
1083--1088. doi:
|
|
\href{https://doi.org/10.1016/j.procs.2015.05.119}{10.1016/j.procs.2015.05.119}.
|
|
|
|
\leavevmode\vadjust pre{\hypertarget{ref-maghdid_comprehensive_2021}{}}%
|
|
Maghdid, S. M. und Maghdid, H. (2021) {„A {Comprehensive} {Review} of
|
|
{Indoor}/{Outdoor} {Localization} {Solutions} in {IoT} era: {Research}
|
|
{Challenges} and {Future} {Perspectives}``}. doi:
|
|
\href{https://doi.org/10.36227/techrxiv.15138609.v1}{10.36227/techrxiv.15138609.v1}.
|
|
|
|
\leavevmode\vadjust pre{\hypertarget{ref-welch_introduction_1997}{}}%
|
|
Welch, G. (1997) {„An {Introduction} to the {Kalman} {Filter}``}, S. 16.
|
|
|
|
\end{CSLReferences}
|
|
|
|
% ----------------------------------------------------------------------------------------------------------
|
|
% Literatur
|
|
% ----------------------------------------------------------------------------------------------------------
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
%%%% \pagebreak
|
|
%\lhead{}
|
|
%\rhead{QUELLENVERZEICHNIS} %hier kann die rechte Seite der Kopfzeile editiert werden!
|
|
%\renewcommand{\refname}{Quellenverzeichnis}
|
|
%
|
|
|
|
%
|
|
\end{document}
|