Semantic and fuzzy modelling for human behaviour recognition in smart spaces : a case study on ambient assisted living.

Human activity recognition in everyday environments is a critical, but challenging task in Ambient Intelligence applications to achieve proper Ambient Assisted Living, and key challenges still remain to be dealt with to realize robust methods. One of the major limitations of the Ambient Intelligence systems today is the lack of semantic models of those activities on the environment, so that the system can recognize the speci c activity being performed by the user(s) and act accordingly. In this context, this thesis addresses the general problem of knowledge representation in Smart Spaces. The main objective is to develop knowledge-based models, equipped with semantics to learn, infer and monitor human behaviours in Smart Spaces. Moreover, it is easy to recognize that some aspects of this problem have a high degree of uncertainty, and therefore, the developed models must be equipped with mechanisms to manage this type of information. A fuzzy ontology and a semantic hybrid system are presented to allow modelling and recognition of a set of complex real-life scenarios where vagueness and uncertainty are inherent to the human nature of the users that perform it. The handling of uncertain, incomplete and vague data (i.e., missing sensor readings and activity execution variations, since human behaviour is non-deterministic) is approached for the rst time through a fuzzy ontology validated on real-time settings within a hybrid data-driven and knowledgebased architecture. The semantics of activities, sub-activities and real-time object interaction are taken into consideration. The proposed framework consists of two main modules: the low-level sub-activity recognizer and the high-level activity recognizer. The rst module detects sub-activities (i.e., actions or basic activities) that take input data directly from a depth sensor (Kinect). The main contribution of this thesis tackles the second component of the hybrid system, which lays on top of the previous one, in a superior level of abstraction, and acquires the input data from the rst module's output, and executes ontological inference to provide users, activities and their in uence in the environment, with semantics. This component is thus knowledge-based, and a fuzzy ontology was designed to model the high-level activities. Since activity recognition requires context-awareness and the ability to discriminate among activities in di erent environments, the semantic framework allows for modelling common-sense knowledge in the form of a rule-based system that supports expressions close to natural language in the form of fuzzy linguistic labels. The framework advantages have been evaluated with a challenging and new public dataset, CAD-120, achieving an accuracy of 90.1% and 91.1% respectively for low and high-level activities. This entails an improvement over both, entirely data-driven approaches, and merely ontology-based approaches. As an added value, for the system to be su ciently simple and exible to be managed by non-expert users, and thus, facilitate the transfer of research to industry, a development framework composed by a programming toolbox, a hybrid crisp and fuzzy architecture, and graphical models to represent and con gure human behaviour in Smart Spaces, were developed in order to provide the framework with more usability in the nal application. As a result, human behaviour recognition can help assisting people with special needs such as in healthcare, independent elderly living, in remote rehabilitation monitoring, industrial process guideline control, and many other cases. This thesis shows use cases in these areas.

The Fluid Structure Interaction Analysis of a Peristaltic Pump

The thesis work models the squeezing of the tube and computes the fluid motion of a peristaltic pump. The simulations have been conducted by using COMSOL Multiphysics FSI module. The model is setup in axis symmetric with several simulation cases to have a clear understanding of the results. The model captures total displacement of the tube, velocity magnitude, and average pressure fluctuation of the fluid motion. A clear understanding and review of many mathematical and physical concepts are also discussed with their applications in real field. In order to solve the problems and work around the resource constraints, a thorough understanding of mass balance and momentum equations, finite element concepts, arbitrary Lagrangian-Eulerian method, one-way coupling method, two-way coupling method, and COMSOL Multiphysics simulation setup are understood and briefly narrated.

Laser scribing of thin-film PV modules

This study is a literature review on laser scribing in monolithically interconnected thin-film PV modules, focusing on efficiency of modules based on absorber materials CIGS, CdTe and a-Si. In thin-film PV module manufacturing scribing is used to interconnect individual cells monolithically by P1, P2 and P3 scribes. Laser scribing has several advantages compared to mechanical scribing for this purpose. However, laser scribing of thin-films can be a challenging process and may induce efficiency reducing defects. Some of these defects can be avoided by improving optimisation or processing methods.

Development of an Ecology-Oriented Software-Defined Networking Framework

ICT contributed to about 0.83 GtCO2 emissions where the 37% comes from the telecoms infrastructures. At the same time, the increasing cost of energy has been hindering the industry in providing more affordable services for the users. One of the sources of these problems is said to be the rigidity of the current network infrastructures which limits innovations in the network. SDN (Software Defined Network) has emerged as one of the prominent solutions with its idea of abstraction, visibility, and programmability in the network. Nevertheless, there are still significant efforts needed to actually utilize it to create a more energy and environmentally friendly network. In this paper, we suggested and developed a platform for developing ecology-related SDN applications. The main approach we take in realizing this goal is by maximizing the abstractions provided by OpenFlow and to expose RESTful interfaces to modules which enable energy saving in the network. While OpenFlow is made to be the standard for SDN protocol, there are still some mechanisms not defined in its specification such as settings related to Quality of Service (QoS). To solve this, we created REST interfaces for setting of QoS in the switches which can maximize network utilization. We also created a module for minimizing the required network resources in delivering packets across the network. This is achieved by utilizing redundant links when it is needed, but disabling them when the load in the network decreases. The usage of multi paths in a network is also evaluated for its benefit in terms of transfer rate improvement and energy savings. Hopefully, the developed framework can be beneficial for developers in creating applications for supporting environmentally friendly network infrastructures.

CloudSimDisk: Energy-Aware Storage Simulation in CloudSim

Cloud Computing paradigm is continually evolving, and with it, the size and the complexity of its infrastructure. Assessing the performance of a Cloud environment is an essential but strenuous task. Modeling and simulation tools have proved their usefulness and powerfulness to deal with this issue. This master thesis work contributes to the development of the widely used cloud simulator CloudSim and proposes CloudSimDisk, a module for modeling and simulation of energy-aware storage in CloudSim. As a starting point, a review of Cloud simulators has been conducted and hard disk drive technology has been studied in detail. Furthermore, CloudSim has been identified as the most popular and sophisticated discrete event Cloud simulator. Thus, CloudSimDisk module has been developed as an extension of CloudSim v3.0.3. The source code has been published for the research community. The simulation results proved to be in accordance with the analytic models, and the scalability of the module has been presented for further development.

Piirilevyn suunnittelu suurelle virralle DC/DC-muuntimeen

Ajoneuvoissa, kuten busseissa, käytetään yleensä 24 VDC järjestelmiä ja tämä ei muutu myöskään sähköajoneuvojen kohdalla. Sähköajoneuvoissakin tarvitaan siis 24 VDC matalajänniteakustoja valoille, pyyhkijöille ja muille matalan jännitteen järjestelmille. Lisäksi sähköajoneuvoissa on esimerkiksi ilmastointi ja paineilmankompressori, jotka tarvitsevat taajuusmuuttajan pyörittämään niitä. Tässä työssä suunnitellaan suuren virran piilevy DC/DC-muuntimeen, joka on osa ajoneuvokäyttöön suunnitellun invertterin ja DC/DC-muuntimen yhdistelmälaitetta. Työn pääpaino on piirilevyn suunnittelussa, mutta työssä kerrotaan lyhyesti koko laitteen kytkentä ja käyttötarkoitus. Työssä kerrotaan myös tehopiirilevylle tulevien komponenttien valinta, mitoitus ja jäähdytys. Käydään läpi suuren virran piirilevysuunnittelun mitoitusperiaatteet ja mitä seikkoja siinä erityisesti tulee ottaa huomioon. Lisäksi käsitellään piirilevyn liityntöjä ja virtakiskojen lämpenemää virranahtautumisen takia. Suunniteltua piirilevyä mitataan ja sen toimintaa kokeillaan prototyyppilaitteessa. Protoyyppilaitteella havaitaan virtakiskojen lämpenevän liikaa ja huomataan ongelma kytkenssä. Kytkentää korjattiin ja toimintaa analysoitiin uudestaan, jonka jälkeen havaittiin piirilevyn lämpenemän tippuneen 20 °C. Lopputuloksena piirilevyn lämpenemä, korjatulla kytkennällä, on suunnitellun mukainen. Lopussa esitetään piirilevyn korvaamista moduuliratkaisulla laitteen parantamiseksi sarjatuotantoon.

Thermal modelling of commercial lithium-ion batteries

The accelerating adoption of electrical technologies in vehicles over the recent years has led to an increase in the research on electrochemical energy storage systems, which are among the key elements in these technologies. The application of electrochemical energy storage systems for instance in hybrid electrical vehicles (HEVs) or hybrid mobile working machines allows tolerating high power peaks, leading to an opportunity to downsize the internal combustion engine and reduce fuel consumption, and therefore, CO2 and other emissions. Further, the application of electrochemical energy storage systems provides an option of kinetic and potential energy recuperation. Presently, the lithium-ion (Li-ion) battery is considered the most suitable electrochemical energy storage type in HEVs and hybrid mobile working machines. However, the intensive operating cycle produces high heat losses in the Li-ion battery, which increase its operating temperature. The Li-ion battery operation at high temperatures accelerates the ageing of the battery, and in the worst case, may lead to a thermal runaway and fire. Therefore, an appropriate Li-ion battery cooling system should be provided for the temperature control in applications such as HEVs and mobile working machines. In this doctoral dissertation, methods are presented to set up a thermal model of a single Li-ion cell and a more complex battery module, which can be used if full information about the battery chemistry is not available. In addition, a non-destructive method is developed for the cell thermal characterization, which allows to measure the thermal parameters at different states of charge and in different points of cell surface. The proposed models and the cell thermal characterization method have been verified by experimental measurements. The minimization of high thermal non-uniformity, which was detected in the pouch cell during its operation with a high C-rate current, was analysed by applying a simplified pouch cell 3D thermal model. In the analysis, heat pipes were incorporated into the pouch cell cooling system, and an optimization algorithm was generated for the estimation of the optimalplacement of heat pipes in the pouch cell cooling system. An analysis of the application of heat pipes to the pouch cell cooling system shows that heat pipes significantly decrease the temperature non-uniformity on the cell surface, and therefore, heat pipes were recommended for the enhancement of the pouch cell cooling system.

Modulaarinen arkkitehtuuri tuoteperheen kehittämisessä

Modulaarisen tuotteen kehittäminen tehostaa yrityksen kilpailukykyä ja helpottaa asiakkaiden tarpeiden tyydyttämistä. Tuoteperheen edut verrattaessa massatuotantoon ovat laajempi tuotevalikoima sekä parempi tuotettavuus massaräätälöintiin verrattuna. Eri tuotevaihtoehtoja ja moduuleja on mahdollista kehittää rinnakkain. Moduloitava tuoteperhe helpottaa yrityksen eri vaiheita aina tuotteen suunnittelusta huoltotoimenpiteisiin ja lopulta tuotteen purkamiseen. Asiakkaille tärkeitä hyötyjä moduloinnin osalta ovat tuotteiden parempi laatu ja huollettavuus. Täysin uuden modulaarisen tuoteperheen kehittäminen vaatii runsaasti resursseja suunnitteluosastolla. Modulaarisessa tuotteessa suunnittelutyö voidaan kohdistaa vain tietyn moduulin kohdalle ja suunnitteluaikoja saadaan täten lyhennettyä. Tässä kandidaatintyössä tutkittiin, miten hitsausautomaatiosovelluksissa modulaarisuus on toteutettu sekä pohditaan kehityskohteita, koska hitsausautomaatiosovelluksia tuotetaan runsaasti asiakasräätälöintinä. Tarkasteltavana tuoteperheenä oli robottihitsausportaalit ja hitsaustornit.

Verkkosivujen automaattinen nopeusoptimointi Google PageSpeed -työkaluilla

Toukokuussa 2015 verkkosivujen keskimääräinen latauskoko ylitti ensimmäistä kertaa kahden megatavun rajan Internetin historian aikana. Verkkosivujen keskimääräinen latauskoko on ollut jatkuvassa kasvussa, vaikka yhä enemmän verkkosivuja selataan epäluotettavilla mobiiliyhteyksillä tai hitailla päätelaitteilla. Tässä tutkielmassa esitellään verkkosivujen latausnopeuteen vaikuttavia tekijöitä ja kuinka näitä tekijöitä voidaan optimoida nopeamman Internetin saavuttamiseksi. Verkkosivujen latausnopeuteen vaikuttavia kriteerejä on paljon ja kriteerit vaihtelevat sivustokohtaisesti. Verkkosivujen nopeusoptimointi on teknistä ja kriteerien monimuotoisuuden ja vaihtelevuuden johdosta automaattinen nopeusoptimointi on vaikeaa. Tutkielmassa esitellään tähän ongelmaan yhtenä ratkaisuna Googlen tarjoamat PageSpeed -työkalut. PageSpeed -työkaluista esitellään kaksi keskeistä työkalua: Google PageSpeed Insights -metriikkatyökalu, joka mittaa sivuston lataus- ja renderöintinopeutta ja Google PageSpeed Module -palvelinmoduuli, joka tekee automaattista nopeusoptimointia reaaliaikaisesti HTTP-palvelimen yhteydessä.

Bluetooth -tekniikan käyttö sähkölukon tiedonsiirrossa

Uudet langattomat tekniikat kehittyvät nopeasti ja ovat pian tulossa yhä suuremmaksi osaksi jokapäiväistä elämäämme. Tämän tutkimuksen tarkoituksena on selvittää sopiiko Bluetooth teknologia käytettäväksi sähkölukon ja sitä ohjaavan keskuksen välisenä tiedonsiirtoväylänä. Työn kirjallisuusosuudessa selvitetään tavoitetaanko langattomalla tekniikalla halutut raja-arvot jotta käyttö sähkölukossa olisi järkevää. Kokeellisessa osassa mitataan oleellisia muuttujia, kuten kantamaa sekä virrankulutusta. Samalla myös verrataan keskenään kahta tutkimuksen kohteeksi valittua Bluetooth moduulia. Tekniikka täytti sille asetetut rajat ja kokeellisen tutkimuksen perusteella todettiin teknologian sekä valitun moduulin sopivan hyvin käyttötarkoitustaan varten.

Aikaerotteisesti fluoresenssia mittaavan reaaliaikaisen PCR-laitteen kehitys

Kvantitatiivinen reaaliaikainen polymeraasiketjureaktio (engl. polymerase chain reaction, PCR) on osoittautunut käyttäjäystävällisimmäksi menetelmäksi nukleiinihapposekvenssien kvantitoimisessa. Tätä menetelmää voidaan herkistää pienempien DNA-pitoisuuksien havaitsemiseen käyttämällä hyväksi aikaerotteista fluorometriaa (engl. time-resolved fluorometry, TRF) ja luminoivia lantanidileimoja, joiden fluoresenssin pitkän eliniän ansiosta emission mittaus voidaan suorittaa vasta hetki virittävän valopulssin jälkeen, jolloin lyhytikäinen taustasäteily ehtii sammua. Tuloksena saadaan korkea signaali-taustasuhde. Tämän diplomityön tarkoituksena oli rakentaa TRF:än pystyvä reaaliaikainen PCR-laite, sillä tällaista laitetta ei ole markkinoilla tarjolla. Laite rakennettiin kehittämällä lämpökierrätin ja yhdistämällä se valmiiseen TRF:än kykenevään mittapäähän. Mittapään ja lämpökierrättimen hallitsemiseksi kehitettiin myös tietokoneohjelma. Valon tuottamiseksi ja mittaamiseksi haluttiin käyttää edullisia komponentteja, joten työssä käytettiin valmiin mittapään optiikkaa, jossa viritys tapahtuu hohtodiodilla (engl. light-emitting diode, LED) ja lantanidileiman emission mittaus fotodiodilla (engl. photodiode, PD) tai valomonistinputkella (engl. photomultiplier tube, PMT). Myös mittapään suorituskykyä tutkittiin. Työtä varten kehitettiin lämpökierrätin, joka koostui Peltier-elementillä lämmitettävästä PCR-putkitelineestä ja lämpökannesta. Mittalaitteen suorituskyvyn tutkimiseen käytettiin kelaattikomplementaatioon perustuvaa PCR-tuotteen havaitsemismenetelmää. Kelaattikomplementaatio perustuu kahteen erilliseen oligonukleotidimolekyyliin, joista toiseen on sidottu lantanidi-ioni ja toiseen valoa absorboiva ligandirakenne, jotka yhdessä muodostavat fluoresoivan kokonaisuuden. Kehitetyn lämpökierrättimen todettiin olevan tarpeeksi tarkka sekä tehokas ja sen lämmitys- ja jäähdytysnopeuden maksimeiksi saatiin 2,6 °C/sekunti. Detektorina käytetyn PD:n ei todettu olevan tarpeeksi herkkä emission havainnoimiseksi ja se korvattiin laitteessa PMT:llä. Käytetyllä PCR-määrityksellä kynnyssykleiksi (engl. threshold cycle, Ct) sekä kehitetylle että referenssilaitteelle saatiin 28,4 käyttämällä samaa 100 000 kopion DNA:n aloitusmäärää. Työssä osoitettiin, että on mahdollista kehittää edullisia komponentteja käyttävä, TRF:än pystyvä, reaaliaikainen PCR-laite, joka kykenee vastaavaan Ct-arvoon kuin vertailulaite. PD:n herkkyys ei kuitenkaan riittänyt. Tulokset olivat lupaavia, sillä LED- ja PD-teknologiat kehittyvät ja markkinoille on tullut myös muita komponentteja, joiden avulla on tulevaisuudessa mahdollista kehittää vielä herkempi laite.

Kosteuden vaikutus tehotransistorin estojännitteeseen

Tämän työn tavoitteena on vastata hypoteesiin jonka mukaan kosteus aiheuttaisi IGBT:n estojännitteen aleneman ja siitä seuraavan taajuusmuuttajan vikaantumisen. Työssä tarkastellaan erään ABB Drivesin käyttämän IGBT-moduulin estojännitteen käyttäytymistä kosteudelle altistamisen jälkeen. Työn teoriaosuudessa kerrotaan taajuusmuuttajasta sekä IGBT:n rakenteesta ja käyttäytymisestä erilaisissa tilanteissa. Estojännitettä tutkitaan käyräseuraajan avulla, kun IGBT on altistettu kosteudelle. Tutkimuksessa toteutettiin yhteensä kolme erilaista olosuhdesimulaatiota. Tutkittavissa IGBT-moduuleissa havaittiin vähäistä estojännitteen alenemaa sekä vuotovirran kasvua. Estojännitteen aleneman todetti-in olevan riittämätön vikaannuttaakseen taajuusmuuttajan. Estojännite säilyi korkeampana kuin valmistajan datalehdessä ilmoittama maksimiarvo. Tutkimuksen johtopäätöksenä on ettei kosteus ole aiheuttanut taajuusmuuttajan vikaantumista. Työn lopussa esitellään tapoja joilla taajuusmuuttajan kokemia olosuhteita voitaisiin seurata jatkossa tarkemmin.

Benefits and challenges of Enterprise Resource Planning for Pakistani SMEs

Enterprise resource planning (ERP) software is used to combine all the functions happening inside the organization with the help of one software. All the data is centralized which makes it easy to manage information for all participants. The literature on ERP is studied thoroughly the whole process of adoption till the implementation and final evaluations. But studies that focus on small and medium sized enterprises are limited in number when compared to the large scale enterprises. In case of Pakistan, research is very limited. In this thesis, the author tries to analyze the current status of SMEs usage of ERP system. The benefits obtained and challenges faced by SMEs of Pakistan are studied. Framework presented by Shang and Seddon (2000) is used to understand the benefits obtained by the SMEs in Pakistan. This is a comprehensive framework that classifies the benefits obtained by the ERP adoption, into five categories: operational benefits, managerial benefits, Strategic benefits, IT benefits, and Organizational benefits. The results show that SMEs of Pakistan are also getting many benefits after adoption of ERP. Most of the firms had implemented SAP software. Operational benefits were mentioned by all the firms. The most important benefits were report generation, quick access to critical information, better product and cost planning. Respondents also mentioned that they had reduced corruption as a result of ERP implementation. It is also an important benefit considering high corruption rate in Pakistan. Along with benefits, challenges faced by Pakistani SMEs included infrastructure problems like electricity, difficulties with integration of one module with other module, costs of adoption and lack of skilled ERP consultants. Further studies in this regard can be conducted on cloud based ERP which is fast growing all around the world.

Cohesion Metrics for Improving Software Quality

Abstract Software product metrics aim at measuring the quality of software. Modu- larity is an essential factor in software quality. In this work, metrics related to modularity and especially cohesion of the modules, are considered. The existing metrics are evaluated, and several new alternatives are proposed. The idea of cohesion of modules is that a module or a class should consist of related parts. The closely related principle of coupling says that the relationships between modules should be minimized. First, internal cohesion metrics are considered. The relations that are internal to classes are shown to be useless for quality measurement. Second, we consider external relationships for cohesion. A detailed analysis using design patterns and refactorings confirms that external cohesion is a better quality indicator than internal. Third, motivated by the successes (and problems) of external cohesion metrics, another kind of metric is proposed that represents the quality of modularity of software. This metric can be applied to refactorings related to classes, resulting in a refactoring suggestion system. To describe the metrics formally, a notation for programs is developed. Because of the recursive nature of programming languages, the properties of programs are most compactly represented using grammars and formal lan- guages. Also the tools that were used for metrics calculation are described.

Software for Transport Accessibility Analysis: The Case of Moscow

In this thesis the process of building a software for transport accessibility analysis is described. The goal was to create a software which is easy to distribute and simple to use for the user without particular background in the field of the geographical data analysis. It was shown that existing tools do not suit for this particular task due to complex interface or significant rendering time. The goal was accomplished by applying modern approaches in the process of building web applications such as maps based on vector tiles, FLUX architecture design pattern and module bundling. It was discovered that vector tiles have considerable advantages over image-based tiles such as faster rendering and real-time styling.