Computational Techniques for Spectral Image Analysis

Multispectral images are becoming more common in the field of remote sensing, computer vision, and industrial applications. Due to the high accuracy of the multispectral information, it can be used as an important quality factor in the inspection of industrial products. Recently, the development on multispectral imaging systems and the computational analysis on the multispectral images have been the focus of a growing interest. In this thesis, three areas of multispectral image analysis are considered. First, a method for analyzing multispectral textured images was developed. The method is based on a spectral cooccurrence matrix, which contains information of the joint distribution of spectral classes in a spectral domain. Next, a procedure for estimating the illumination spectrum of the color images was developed. Proposed method can be used, for example, in color constancy, color correction, and in the content based search from color image databases. Finally, color filters for the optical pattern recognition were designed, and a prototype of a spectral vision system was constructed. The spectral vision system can be used to acquire a low dimensional component image set for the two dimensional spectral image reconstruction. The data obtained by the spectral vision system is small and therefore convenient for storing and transmitting a spectral image.

Remote Condition Monitoring and Asset Management in Offshore Power Systems

Condition monitoring systems for physical assets are constantly becoming more and more common in the industrial sector. At the same time an increasing portion of asset monitoring systems are being remotely supported. As global competitors are actively developing solutions for condition monitoring and condition-based maintenance, which it enables, Wärtsilä too feels the pressure to provide customers with more sophisticated condition-based maintenance solutions. The main aim of this thesis study is to consider Wärtsilä remote condition monitoring solutions and how they relate to similar solutions from other suppliers and end customers’ needs, in the context of offshore assets. A theoretical study is also included in the thesis, where the concepts of condition monitoring, condition-based maintenance, maintenance management and physical asset management are introduced.

Maritime Safety in the Gulf of Finland. Review on Policy Instruments

Suomenlahden lisääntynyt meriliikenne on herättänyt huolta meriliikenteen turvallisuuden tasosta, ja erityisesti Venäjän öljyviennin kasvu on lisännyt öljyonnettomuuden todennäköisyyttä Suomenlahdella. Erilaiset kansainväliset, alueelliset ja kansalliset ohjauskeinot pyrkivät vähentämään merionnettomuuden riskiä ja meriliikenteen muita haittavaikutuksia. Tämä raportti käsittelee meriturvallisuuden yhteiskunnallisia ohjauskeinoja: ohjauskeinoja yleisellä tasolla, meriturvallisuuden keskeisimpiä säätelijöitä, meriturvallisuuden ohjauskeinoja ja meriturvallisuuspolitiikan tulevaisuuden näkymiä, ohjauskeinojen tehokkuutta ja nykyisen meriturvallisuuden ohjausjärjestelmän heikkouksia. Raportti on kirjallisuuskatsaus meriturvallisuuden yhteiskunnalliseen sääntelyn rakenteeseen ja tilaan erityisesti Suomenlahden meriliikenteen näkökulmasta. Raportti on osa tutkimusprojektia ”SAFGOF - Suomenlahden meriliikenteen kasvunäkymät 2007 - 2015 ja kasvun vaikutukset ympäristölle ja kuljetusketjujen toimintaan” ja sen työpakettia 6 ”Keskeisimmät riskit ja yhteiskunnalliset vaikutuskeinot”. Yhteiskunnalliset ohjauskeinot voidaan ryhmitellä hallinnollisiin, taloudellisiin ja tietoohjaukseen perustuviin ohjauskeinoihin. Meriturvallisuuden edistämisessä käytetään kaikkia näitä, mutta hallinnolliset ohjauskeinot ovat tärkeimmässä asemassa. Merenkulun kansainvälisen luonteen vuoksi meriturvallisuuden sääntely tapahtuu pääosin kansainvälisellä tasolla YK:n ja erityisesti Kansainvälisen merenkulkujärjestön (IMO) toimesta. Lisäksi myös Euroopan Unionilla on omaa meriturvallisuuteen liittyvää sääntelyä ja on myös olemassa muita alueellisia meriturvallisuuden edistämiseen liittyviä elimiä kuten HELCOM. Joitakin meriturvallisuuden osa-alueita säädellään myös kansallisella tasolla. Hallinnolliset meriturvallisuuden ohjauskeinot sisältävät aluksen rakenteisiin ja varustukseen, alusten kunnon valvontaan, merimiehiin ja merityön tekemiseen sekä navigointiin liittyviä ohjauskeinoja. Taloudellisiin ohjauskeinoihin kuuluvat esimerkiksi väylä- ja satamamaksut, merivakuutukset, P&I klubit, vastuullisuus- ja korvauskysymykset sekä taloudelliset kannustimet. Taloudellisten ohjauskeinojen käyttö meriturvallisuuden edistämiseen on melko vähäistä verrattuna hallinnollisten ohjauskeinojen käyttöön, mutta niitä voitaisiin varmasti käyttää enemmänkin. Ongelmana taloudellisten ohjauskeinojen käytössä on se, että ne kuuluvat pitkälti kansallisen sääntelyn piiriin, joten alueellisten tai kansainvälisten intressien edistäminen taloudellisilla ohjauskeinoilla voi olla hankalaa. Tieto-ohjaus perustuu toimijoiden vapaaehtoisuuteen ja yleisen tiedotuksen lisäksi tieto-ohjaukseen sisältyy esimerkiksi vapaaehtoinen koulutus, sertifiointi tai meriturvallisuuden edistämiseen tähtäävät palkinnot. Poliittisella tasolla meriliikenteen aiheuttamat turvallisuusriskit Suomenlahdella on otettu vakavasti ja paljon työtä tehdään eri tahoilla riskien minimoimiseksi. Uutta sääntelyä on odotettavissa etenkin liittyen meriliikenteen ympäristövaikutuksiin ja meriliikenteen ohjaukseen kuten meriliikenteen sähköisiin seurantajärjestelmiin. Myös inhimilliseen tekijän merkitykseen meriturvallisuuden kehittämisessä on kiinnitetty lisääntyvissä määrin huomiota, mutta inhimilliseen tekijän osalta tehokkaiden ohjauskeinojen kehittäminen näyttää olevan haasteellista. Yleisimmin lääkkeeksi esitetään koulutuksen kehittämistä. Kirjallisuudessa esitettyjen kriteereiden mukaan tehokkaiden ohjauskeinojen tulisi täyttää seuraavat vaatimukset: 1) tarkoituksenmukaisuus – ohjauskeinojen täytyy olla sopivia asetetun tavoitteen saavuttamiseen, 2) taloudellinen tehokkuus – ohjauskeinon hyödyt vs. kustannukset tulisi olla tasapainossa, 3) hyväksyttävyys – ohjauskeinon täytyy olla hyväksyttävä asianosaisten ja myös laajemman yhteiskunnan näkökulmasta katsottuna, 4) toimeenpano – ohjauskeinon toimeenpanon pitää olla mahdollista ja sen noudattamista täytyy pystyä valvomaan, 5) lateraaliset vaikutukset – hyvällä ohjauskeinolla on positiivisia seurannaisvaikutuksia muutoinkin kuin vain ohjauskeinon ensisijaisten tavoitteiden saavuttaminen, 6) kannustin ja uuden luominen – hyvä ohjauskeino kannustaa kokeilemaan uusia ratkaisuja ja kehittämään toimintaa. Meriturvallisuutta koskevaa sääntelyä on paljon ja yleisesti ottaen merionnettomuuksien lukumäärä on ollut laskeva viime vuosikymmenien aikana. Suuri osa sääntelystä on ollut tehokasta ja parantanut turvallisuuden tasoa maailman merillä. Silti merionnettomuuksia ja muita vaarallisia tapahtumia sattuu edelleen. Nykyistä sääntelyjärjestelmää voidaan kritisoida monen asian suhteen. Kansainvälisen sääntelyn aikaansaaminen ei ole helppoa: prosessi on yleensä hidas ja tuloksena voi olla kompromissien kompromissi. Kansainvälinen sääntely on yleensä reaktiivista eli ongelmakohtiin puututaan vasta kun jokin onnettomuus tapahtuu sen sijaan että se olisi proaktiivista ja pyrkisi puuttumaan ongelmakohtiin jo ennen kuin jotain tapahtuu. IMO:n työskentely perustuu kansallisvaltioiden osallistumiseen ja sääntelyn toimeenpano tapahtuu lippuvaltioiden toimesta. Kansallisvaltiot ajavat IMO:ssa pääasiallisesti omia intressejään ja sääntelyn toimeenpanossa on suuria eroja lippuvaltioiden välillä. IMO:n kyvyttömyys puuttua havaittuihin ongelmiin nopeasti ja ottaa sääntelyssä huomioon paikallisia olosuhteita on johtanut siihen, että esimerkiksi Euroopan Unioni on alkanut itse säädellä meriturvallisuutta ja että on olemassa sellaisia alueellisia erityisjärjestelyjä kuin PSSA (particularly sensitive sea area – erityisen herkkä merialue). Merenkulkualalla toimii monenlaisia yrityksiä: toisaalta yrityksiä, jotka pyrkivät toimimaan turvallisesti ja kehittämään turvallisuutta vielä korkeammalle tasolle, ja toisaalta yrityksiä, jotka toimivat niin halvalla kuin mahdollista, eivät välitä turvallisuusseikoista, ja joilla usein on monimutkaiset ja epämääräiset omistusolosuhteet ja joita vahingon sattuessa on vaikea saada vastuuseen. Ongelma on, että kansainvälisellä merenkulkualalla kaikkien yritysten on toimittava samoilla markkinoilla. Vastuuttomien yritysten toiminnan mahdollistavat laivaajat ja muut alan toimijat, jotka suostuvat tekemään yhteistyötä niiden kanssa. Välinpitämätön suhtautuminen turvallisuuteen johtuu osaksi myös merenkulun vanhoillisesta turvallisuuskulttuurista. Verrattaessa meriturvallisuuden sääntelyjärjestelmää kokonaisuutena tehokkaiden ohjauskeinoihin kriteereihin, voidaan todeta, että monien kriteerien osalta nykyistä järjestelmää voidaan pitää tehokkaana ja onnistuneena. Suurimmat ongelmat lienevät sääntelyn toimeenpanossa ja ohjauskeinojen kustannustehokkuudessa. Lippuvaltioiden toimeenpanoon perustuva järjestelmä ei toimi toivotulla tavalla, josta mukavuuslippujen olemassa olo on selvin merkki. Ohjauskeinojen, sekä yksittäisten ohjauskeinojen että vertailtaessa eri ohjauskeinoja keskenään, kustannustehokkuutta on usein vaikea arvioida, minkä seurauksena ohjauskeinojen kustannustehokkuudesta ei ole saatavissa luotettavaa tietoa ja tuloksena voi olla, että ohjauskeino on käytännössä pienen riskin eliminoimista korkealla kustannuksella. Kansainvälisen tason meriturvallisuus- (ja merenkulku-) politiikan menettelytavoiksi on ehdotettu myös muita vaihtoehtoja kuin nykyinen järjestelmä, esimerkiksi monitasoista tai polysentristä hallintojärjestelmää. Monitasoisella hallintojärjestelmällä tarkoitetaan järjestelmää, jossa keskushallinto on hajautettu sekä vertikaalisesti alueellisille tasoille että horisontaalisesti ei-valtiollisille toimijoille. Polysentrinen hallintojärjestelmä menee vielä askeleen pidemmälle. Polysentrinen hallintojärjestelmä on hallintotapa, jonka puitteissa kaikentyyppiset toimijat, sekä yksityiset että julkiset, voivat osallistua hallintoon, siis esimerkiksi hallitukset, edunvalvontajärjestöt, kaupalliset yritykset jne. Kansainvälinen lainsäädäntö määrittelee yleiset tasot, mutta konkreettiset toimenpiteet voidaan päättää paikallisella tasolla eri toimijoiden välisessä yhteistyössä. Tämän tyyppisissä hallintojärjestelmissä merenkulkualan todellinen, kansainvälinen mutta toisaalta paikallinen, toimintaympäristö tulisi otetuksi paremmin huomioon kuin järjestelmässä, joka perustuu kansallisvaltioiden keskenään yhteistyössä tekemään sääntelyyn. Tällainen muutos meriturvallisuuden hallinnassa vaatisi kuitenkin suurta periaatteellista suunnanmuutosta, jollaisen toteutumista ei voi pitää kovin todennäköisenä ainakaan lyhyellä tähtäimellä.

Inversion and assimilation methods with applications in geophysical remote sensing

Stratospheric ozone can be measured accurately using a limb scatter remote sensing technique at the UV-visible spectral region of solar light. The advantages of this technique includes a good vertical resolution and a good daytime coverage of the measurements. In addition to ozone, UV-visible limb scatter measurements contain information about NO2, NO3, OClO, BrO and aerosols. There are currently several satellite instruments continuously scanning the atmosphere and measuring the UVvisible region of the spectrum, e.g., the Optical Spectrograph and Infrared Imager System (OSIRIS) launched on the Odin satellite in February 2001, and the Scanning Imaging Absorption SpectroMeter for Atmospheric CartograpHY (SCIAMACHY) launched on Envisat in March 2002. Envisat also carries the Global Ozone Monitoring by Occultation of Stars (GOMOS) instrument, which also measures limb-scattered sunlight under bright limb occultation conditions. These conditions occur during daytime occultation measurements. The global coverage of the satellite measurements is far better than any other ozone measurement technique, but still the measurements are sparse in the spatial domain. Measurements are also repeated relatively rarely over a certain area, and the composition of the Earth’s atmosphere changes dynamically. Assimilation methods are therefore needed in order to combine the information of the measurements with the atmospheric model. In recent years, the focus of assimilation algorithm research has turned towards filtering methods. The traditional Extended Kalman filter (EKF) method takes into account not only the uncertainty of the measurements, but also the uncertainty of the evolution model of the system. However, the computational cost of full blown EKF increases rapidly as the number of the model parameters increases. Therefore the EKF method cannot be applied directly to the stratospheric ozone assimilation problem. The work in this thesis is devoted to the development of inversion methods for satellite instruments and the development of assimilation methods used with atmospheric models.

Automated, adaptive methods for forest inventory

Forest inventories are used to estimate forest characteristics and the condition of forest for many different applications: operational tree logging for forest industry, forest health state estimation, carbon balance estimation, land-cover and land use analysis in order to avoid forest degradation etc. Recent inventory methods are strongly based on remote sensing data combined with field sample measurements, which are used to define estimates covering the whole area of interest. Remote sensing data from satellites, aerial photographs or aerial laser scannings are used, depending on the scale of inventory. To be applicable in operational use, forest inventory methods need to be easily adjusted to local conditions of the study area at hand. All the data handling and parameter tuning should be objective and automated as much as possible. The methods also need to be robust when applied to different forest types. Since there generally are no extensive direct physical models connecting the remote sensing data from different sources to the forest parameters that are estimated, mathematical estimation models are of "black-box" type, connecting the independent auxiliary data to dependent response data with linear or nonlinear arbitrary models. To avoid redundant complexity and over-fitting of the model, which is based on up to hundreds of possibly collinear variables extracted from the auxiliary data, variable selection is needed. To connect the auxiliary data to the inventory parameters that are estimated, field work must be performed. In larger study areas with dense forests, field work is expensive, and should therefore be minimized. To get cost-efficient inventories, field work could partly be replaced with information from formerly measured sites, databases. The work in this thesis is devoted to the development of automated, adaptive computation methods for aerial forest inventory. The mathematical model parameter definition steps are automated, and the cost-efficiency is improved by setting up a procedure that utilizes databases in the estimation of new area characteristics.

Implementing gateway monitoring service for infrastructure sensor networks

Wireless sensor networks and its applications have been widely researched and implemented in both commercial and non commercial areas. The usage of wireless sensor network has developed its market from military usage to daily use of human livings. Wireless sensor network applications from monitoring prospect are used in home monitoring, farm fields and habitant monitoring to buildings structural monitoring. As the usage boundaries of wireless sensor networks and its applications are emerging there are definite ongoing research, such as lifetime for wireless sensor network, security of sensor nodes and expanding the applications with modern day scenarios of applications as web services. The main focus in this thesis work is to study and implement monitoring application for infrastructure based sensor network and expand its usability as web service to facilitate mobile clients. The developed application is implemented for wireless sensor nodes information collection and monitoring purpose enabling home or office environment remote monitoring for a user.

The Productivity, Economy and Quality of Welding in the Different Geographical Areas of China - Today and in the Future

This master’s thesis gives out the real situation of the China welding industry and factories nowadays in different geographical areas, in order to inform the Finnish companies who have the willing to find a Chinese welding subcontractor a proper and correct selection concept by analyzing and supplying the information of different scale and form welding factories in different Chinese areas. The first section of this thesis gives out the general situation about the co-operation between China and Finland in the welding industry, also includes the general introduction of the Chinese welding industry. The second section gives out the geographical compartmentalization result of Chinese welding industry, which is where and how many areas will be studied in this thesis. The main body of this thesis is the real information of welding productivity, welding cost, and welding quality in China. All the information was collected from real factories in China by the author. The last section of this thesis is the improvements to the Chinese welding factories that have the willing to become a subcontractor, and the suggestions to the Finnish companies who may find a Chinese welding factory as their subcontractor in future.

Animal Lovers, Bridge-Builders, and Supervising Watchdogs: Framing and Civil Society Construction by Japanese Pro-Animal Organizations in the Kansai and Tokyo Areas

Unlike their counterparts in Europe and America, the citizen organizations acting for the well-being of animals in Japan have not received scholarly attention. In this research, I explore the activities of twelve Japanese pro-animal organizations in Tokyo and Kansai area from the perspective of social movement and civil society studies. The concept of a ‘pro-animal organization’ is used to refer generally to the collectives promoting animal well-being. By using the collective action frame analysis and the three core framing tasks – diagnostic, prognostic, and motivational – as the primarily analytical tools, I explore the grievances, tactics, motivational means, constructions of agency and identity as well as framing of civil society articulated in the newsletters and the interviews of the twelve organizations I interviewed in Japan in 2010. As the frame construction is always done in relation to the social and political context, I study how the organizations construct their roles as civil society actors in relation to other actors, such as the state, and the idea of citizen activism. The deficiencies in the animal welfare law and lack of knowledge among the public are identified as the main grievances. The primary tactic to overcome these problems was to educate and inform the citizens and authorities, because most organizations lack the channels to influence politically. The audiences were mostly portrayed as either ignorant bystanders or potential adherents. In order to motivate people to join their cause and to enforce the motivation within the organization, the organizations emphasized their uniqueness, proved their efficiency, claimed credit and celebrated even small improvements. The organizations tended to create three different roles for citizen pro-organizations in civil society: reactive, apolitical and emphatic animal lovers concentrating on saving individual animals, proactive, educative bridge-builders seeking to establish equal collaborative relations with authorities, and corrective, supervising watchdogs demanding change in delinquencies offending animal rights. Based on the results of this research, I suggest that by studying how and why the different relations between civil society and the governing actors of the state are constructed, a more versatile approach to citizens’ activism in its context can be achieved.

People and the intertidal : human induced changes, biodiversity loss, livelihood implications and management in the Western Indian Ocean

Vad händer i tidvattenzonen? Var går gränsen mellan land och hav, vad händer i tidvattenzonen och vem ansvarar för detta? I västra Indiska oceanen (VIO) kan avståndet mellan den lägsta nivån för lågvattnet och den högsta nivån för högvattnet vara flera kilometer och nivåskillnaderna upp till 6 meter och detta skapar ett stort och föränderligt område. Syftet med min avhandling är att öka förståelsen för tidvattenzonen i tropiska och subtropiska västra Indiska oceanen. Sammanfattningsvis visar mina studier att det finns ett mycket stort värde i den komplexa tidvattenzonen, men också att det här området hotas från både land och hav, genom t.ex. överexploatering, erosion och föroreningar. Uttnyttjandet av tidvattenzonen är stort och min avhandling har visat att aktiviteter såsom fiske i form av plocking av musslor och andra ryggradslösa djur och hamnaktiviteter påverkar den biologiska mångfalden negativt, vilket leder till försämrad levnadsstandard för resursutnyttjande människor i regionen. För att förbättra situationen krävs det mer forskning, miljöövervakning och bättre förvaltning av tidvattenzonen. Experter i regionen har rangordnat förslag på förvaltningsstrategier som skulle kunna testas för att förbättra miljön och skapa ett mer hållbart nyttjande. Avhandlingen visar även att det är möjligt att använda fjärranalysteknik såsom satellitbildsanalys för att kvantifiera mängden sjögräsvegetation (i form av biomassa), vilket kan ha stor betydelse för att förbättra storskalig miljöövervakning av kustnära naturtyper (habitat). I avhandlingsarbetet har jag använt mig av ett multidisciplinärt tillvägagångssätt och använt metoder såsom ekologisk och biologisk provtagning, intervjuer, observationer, diskussionsgrupper, frågeformulär och fjärranalys. Resultaten presenterade i denna avhandling ger en ökad kunskap om tidvattenzonen i utvecklingsländerna inom VIO-regionen som kan användas för att initiera och fortsätta att utveckla hållbara förvaltningsstrategier av biologiska resurser.