Uptake of heavy metals by plants from airborne deposition and polluted soils

Selostus: Kasvien raskasmetallien otto ilmasta ja saastuneesta maasta

Geometrically accurate time series of archived aerial images and airborne lidar data in a forest environment

Abstract

Imbuing airborne electronic warfare self-protection : possibilities to disguise

Tutkielman nimi käännettynä suomeksi on Lentokoneiden omasuojajärjestelmien kyllästäminen – mahdollisuuksia kätkeytymiseen. Siinä keskitytään etsimään aktiivisia, ilmauhkaa kohti säteileviä keinoja ilmahyökkääjän, lentokoneen tai helikopterin, omasuojajärjestelmän harhauttamiseksi. Järjestelmät pyrkivät varoittamaan lentäjää laser- ja tutkasäteilyhavainnoista sekä ohjuksen laukaisusta ja lähestymisestä. Omasuojajärjestelmiin kuuluviin vastakeinoihin tutkimus ei keskity. Tavoitteena harhauttamisella on ilmapuolustuksen todellisen määrän ja sijainnin suojaaminen. Epätietoisuus voi saada lentäjän tekemään vääriä johtopäätöksiä. Työ ei fokusoi harhauttamisen taktiseen kehykseen työn kannalta tarpeellista määrää enempää. Tietosuojasyistä tutkimus ei käsittele käytössä olevien omasuojajärjestelmien operatiivisia ominaisuuksia vaan käsittelee teoriaa niiden taustalla. Tutkimus tehtiin käyttäen taustatutkimukselle enemmän tyypillistä kirjallisuustutkimusta. Jo tutki-muksen alkuvaiheessa oli oletettavaa, että elektronisiin sensoreihin perustuvaa omasuojajärjestelmää pystytään harhauttamaan. Systeemianalysoinnilla pyrittiin löytämään vastauksia tähän olettamukseen. Omasuojajärjestelmästä muodostettiin jo tutkimuksen varhaisessa vaiheessa malli. Tieteellistä kirjallisuutta omasuojajärjestelmistä on olemassa jonkin verran, ja niistä löydettyä tietoa omasuojajärjestelmien ominaisuuksista ja sensoreista yhdistettiin malliin niin, että siitä saatiin mahdollisimman tarkka systeemin kuvaus todellisesta omasuojajärjestelmästä. Analyysin tavoitteena oli löytää niitä kriteereitä, joilla omasuojajärjestelmä saataisiin kohtuullisen tehokkaasti uskomaan harhautusta oikeaksi hälytykseksi. Ohjuksen laukaisusta varoittava sensori perustuu ohjuksen moottorin muodostaman pilven lämpö-säteilyyn. Säteily kuitenkin muuttuu lennon eri vaiheissa, mikä tuottaa haasteita järjestelmälle. Millimetrialueen tutkan käyttö varoittimen sensorina on myös yksi vaihtoehto. Laser-varoittimet toimivat koko sillä taajuusalueella, mitä sotilaskäytössä tulenjohtamiseen ja ohjusten ohjaamiseen käytetään. Tutkavaroittimen tutkimus on vielä kesken. Löydettyjä tuloksia analysoimalla tulen tässä vaiheessa hieman ristiriitaisiin tuloksiin. Lämpösäteilyn käytön suurin haaste on sen eteneminen ilmakehässä. Varoittimen tavoitekaan ei ole toimia kymmentä kilometriä pidemmälle. Yksi mahdollinen ratkaisu on suunnitella ja toteuttaa raketti, jonka tuottaa lämpösäteilyä kuten tietty puolustavan joukon käytössä oleva ohjus. Jos koneessa on kuitenkin myös millimetrialueen tutka tukemassa varoitusjärjestelmää, hankaloituu rakettiharhautus merkittävästi, koska sen pitäisi oletettavasti olla lentokoneen kanssa melko tarkasti kohtaavalla reitillä. Laser-varoitin on ilmeisesti herkin järjestelmistä, koska se voi tietyissä olosuhteissa ja varsinkin matalalla lentokorkeudella aiheuttaa paljon vääriä hälytyksiä ilman tarkoituksellista harhauttamista. Laserin käyttö yhdistettynä raketin laukaisuun saattaisi tuottaa halutun tuloksen. Tutkavaroittimen harhautus onnistuu, jos valelaitteen signaali on uskottavan tarkka.

Use of airborne laser scanner data in demanding forest conditions

Most of the applications of airborne laser scanner data to forestry require that the point cloud be normalized, i.e., each point represents height from the ground instead of elevation. To normalize the point cloud, a digital terrain model (DTM), which is derived from the ground returns in the point cloud, is employed. Unfortunately, extracting accurate DTMs from airborne laser scanner data is a challenging task, especially in tropical forests where the canopy is normally very thick (partially closed), leading to a situation in which only a limited number of laser pulses reach the ground. Therefore, robust algorithms for extracting accurate DTMs in low-ground-point-densitysituations are needed in order to realize the full potential of airborne laser scanner data to forestry. The objective of this thesis is to develop algorithms for processing airborne laser scanner data in order to: (1) extract DTMs in demanding forest conditions (complex terrain and low number of ground points) for applications in forestry; (2) estimate canopy base height (CBH) for forest fire behavior modeling; and (3) assess the robustness of LiDAR-based high-resolution biomass estimation models against different field plot designs. Here, the aim is to find out if field plot data gathered by professional foresters can be combined with field plot data gathered by professionally trained community foresters and used in LiDAR-based high-resolution biomass estimation modeling without affecting prediction performance. The question of interest in this case is whether or not the local forest communities can achieve the level technical proficiency required for accurate forest monitoring. The algorithms for extracting DTMs from LiDAR point clouds presented in this thesis address the challenges of extracting DTMs in low-ground-point situations and in complex terrain while the algorithm for CBH estimation addresses the challenge of variations in the distribution of points in the LiDAR point cloud caused by things like variations in tree species and season of data acquisition. These algorithms are adaptive (with respect to point cloud characteristics) and exhibit a high degree of tolerance to variations in the density and distribution of points in the LiDAR point cloud. Results of comparison with existing DTM extraction algorithms showed that DTM extraction algorithms proposed in this thesis performed better with respect to accuracy of estimating tree heights from airborne laser scanner data. On the other hand, the proposed DTM extraction algorithms, being mostly based on trend surface interpolation, can not retain small artifacts in the terrain (e.g., bumps, small hills and depressions). Therefore, the DTMs generated by these algorithms are only suitable for forestry applications where the primary objective is to estimate tree heights from normalized airborne laser scanner data. On the other hand, the algorithm for estimating CBH proposed in this thesis is based on the idea of moving voxel in which gaps (openings in the canopy) which act as fuel breaks are located and their height is estimated. Test results showed a slight improvement in CBH estimation accuracy over existing CBH estimation methods which are based on height percentiles in the airborne laser scanner data. However, being based on the idea of moving voxel, this algorithm has one main advantage over existing CBH estimation methods in the context of forest fire modeling: it has great potential in providing information about vertical fuel continuity. This information can be used to create vertical fuel continuity maps which can provide more realistic information on the risk of crown fires compared to CBH.

Bayesian classification of forest ecological type from satellite data

The main objective of this study was todo a statistical analysis of ecological type from optical satellite data, using Tipping's sparse Bayesian algorithm. This thesis uses "the Relevence Vector Machine" algorithm in ecological classification betweenforestland and wetland. Further this bi-classification technique was used to do classification of many other different species of trees and produces hierarchical classification of entire subclasses given as a target class. Also, we carried out an attempt to use airborne image of same forest area. Combining it with image analysis, using different image processing operation, we tried to extract good features and later used them to perform classification of forestland and wetland.

Uimahallien vedestä haihtuvat epäpuhtaudet ja niiden leviäminen allastilassa

Uimaveden klooridesinfioinnissa syntyy sivutuotteena haihtuvia ja haitallisia halogeeniyhdisteitä, kuten trihalometaaneja ja triklooriamiinia, jotka voivat heikentää allas-tilan sisäilman laatua merkittävästi. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli kartoittaa näiden desinfioinnin sivutuotteiden pitoisuuksia suomalaisissa uimahalleissa sekä selvittää epäpuhtauksien kulkeutumista allastiloissa. Lisäksi pyrittiin löytämään merkittävimmät veden laatu- ja käsittelyparametrit sekä ilmanvaihtotekniset tekijät, jotka vaikuttavat vedestä haihtuvien epäpuhtauksien pitoisuuksiin hallitiloissa. Mittaukset tehtiin kymmenessä eri puolilla Suomea sijaitsevassa uimahallissa. Mittausten perusteella havaittiin, että allastilojen kloroformipitoisuudet vaihtelivat välillä 8,9-84,0 ¿g/m3. Terapia-allasostoilta mitatut pitoisuudet olivat pääallastiloista mitattuja pitoisuuksia suurempia ja aamulla mitattu pitoisuus alhaisempi kuin illalla mitattu. Lisäksi ilmastoiduista valvomoista mitatut pitoisuudet olivat merkittävästi allastilojen pitoisuuksia pienempiä. Triklooriamiininäytteistä suurin osa oli alle määritysrajan. Sisäilman kloroformipitoisuuden havaittiin korreloivan veden lämpötilan sekä ilman kosteuden kanssa. Triklooriamiinille tilastollista analyysiä ei voitu tehdä mm. määritys-rajan alle jääneiden näytteiden suuren osuuden vuoksi. Teknisten kyselyiden ja ilmanvaihtomittausten perusteella todettiin, että uimahallien ilmanvaihto toimii lämmitystarpeen vuoksi sekoittavana ja epäpuhtauksien leviämistä allastilassa ei voida käytännössä katsoen estää. Ilman virtausnopeudet pääaltaiden reunoilla olivat pieniä ja ilman virtauskenttien ei todettu vaikuttavan epäpuhtauksien kulkeutumiseen allastiloissa. Mittauskohteiden vähyydestä ja vedenkäsittelyn hallikohtaisista erityispiirteistä johtuen luotettavia johtopäätöksiä vedenkäsittelymenetelmien vaikutuksesta allasveden ja allastilan ilman laatuun ei pystytty tekemään.

Puhdastilojen suunnitteluprosessi ja teknisten järjestelmien validointi

Puhdastilojen suunnittelussa pyritään saamaan hallittu ja valvottu ilmanpuhtaus luokiteltuun tilaan.Luokittelu tapahtuu puhdastilastandardeilla, lisäksi lääkevalmisteita valmistettavassa tilassa GMP -säädösten mukaisin luokituksin. Puhdastilastandardi ISO 14644 käsittää seitsemän osaa, jossa on käsitelty puhdastilaa koskevia määräyksiä suunnittelusta käyttöön ja testaukseen. GMP-säädökset sisältävät yhdeksän kappaletta, joista kappale 3: 'Tilat ja laitteet' on keskeinen osa lääkeainevalmistuksen puhdastilasuunnittelua. Puhtaan ilman aikaansaamiseksi puhdastilaan merkittävimmät roolit ovat ilmanvaihdolla, puhdastilarakenteilla ja rakennusautomaatiolla. Ilma voidaan tuoda tilaan kolmella eri periaatteella. Ilmaa tuodaan tilaan yhdensuuntaisesti, turbulenttisesti tai sekavirtauksena HEPA -suodattimien kautta, joilla varmistetaan epäpuhtauksien korkea suodatusaste. Ilmapoistetaan rei'itettyjen, korotettujen lattioiden kautta tai tilan alaosassa olevien poistoilmasäleikköjen kautta, josta se johdetaan noin 75-90%:sti kierrätettynä takaisin tilaan. Lääketeollisuudessa rei'itettyjä, korotettuja lattioita eivoida käyttää kontaminaatiovaaran, vuoksi. Tilaan suunniteltuja olosuhteita ylläpidetään rakennusautomaation avulla ja monitorointijärjestelmällä valvotaan tilassa olevan ilman laatua. Kaikki GMP-luokituksen mukaiset puhdastilat tulee validoida. Validointiin kuuluu teknisten järjestelmien kvalifiointi ja koko prosessin validointi. Teknisten järjestel-mien kvalifiointi käsittää suunnitelmien tarkastuksen (DQ), asennus - ja käyttöönotto tarkastukset (IQ), toiminnan testauksen (OQ) ja suorituksen testauksen (PQ). Kvali-fiointi kuuluu yhtenä osa-alueena validointiin. Prosessin validointi on osa yrityksen laadunvarmistusta. Validoinnilla hankitaan dokumentoidut todisteet siitä, että tila tai prosessi todella täyttää annetut vaatimukset. Tässä työssä laadittiin esimerkinomainen kvalifiointisuunnitelma puhdastilan tekni-sille järjestelmille. Suunnitelma sisältää asennus- ja käyttöönoton mukaiset tarkastukset (IQ)ja toiminnan aikaiset testaukset (OQ).

Selluradan leijutus ja hallinta ilmakuivaimessa

Diplomityön tavoitteena oli tutkia selluradan leijutusta sekä hallintaa kapealla ja täysleveällä selluradalla ilmakuivaimessa. Työn sisältö on jaettu neljään osaan teoriaan, numeeriseen virtauslaskentaan, kokeelliseen osuuteen ja johtopäätöksiin. Työn alussa kiinnitettiin huomiota ilmakuivaimen ja selluradan rakenteeseen, selluradan lujuusominaisuuksiin ja niiden testaamiseen laboratorio-oloissa. Teoria osuudessa tarkasteltiin selluradan leijutusteoriaa ja siihen liittyvää virtaustekniikkaa. Leijutusta kuvattiin mekaniikasta tutun vapaakappalekuvan muodossa. Vapaakappalekuva auttaa ymmärtämään sellurataan vaikuttavia voimia ja niiden aiheuttajia. Numeerisessa virtauslaskennassa rakennettiin Fluent -virtauslaskentamalli. Malli kuvaa leijutussuuttimen alusta 0,2 metrin pituista pätkää. Laskennassa simuloitiin selluradan lei-jutusta 2, 5 ja 7 mm etäisyyksillä. Tuloksia tarkasteltiin paine- ja nopeusjakaumien muodossa. Kokeellisessa osuudessa tehtiin mittauksia yksittäisellä ylä- ja alasuuttimella sekä suutinpaketilla. Yksittäisistä suuttimista mitattiin ilmasuihkujen ulostulokulmaa, suuttimensisäistä painejakaumaa ja selluradan pintaan vaikuttavaa staattista painetta suuttimen pituuden funktiona. Suutinpaketilla tutkittiin ilmasuihkujen ja tasomaisen levyn välistä vuorovaikutusta. Ylä- ja alasuuttimen välissä leijutettiin levyä, josta mitattiin ilmasuihkujen aiheuttama z-suuntainen voima ja leijutuskorkeus. Työn lopussa arvioitiin teorian, numeerisen virtauslaskennan ja kokeellisen osuuden tuloksia. Näiden pohjalta tehtiin teknisiä parannusehdotuksia ilmakuivaimen toiminnan tehostamiseksi ja selluradan hallinnan parantamiseksi kapealla ja täysleveällä selluradalla.

Luotettavuusarvio typen oksidien päästöjen jatkuvatoimiselle seurantamenetelmälle

Prosessiteollisuudessa syntyviä ilmapäästöjä seurataan jatkuvatoimisilla mittausjärjestelmillä. Jatkuvatoimisen päästöjen seurantajärjestelmän tulee tuottaa luotettavaa tietoa prosessin aiheuttamista päästöistä. Päästöjen seurannasta saataviin tuloksiin syntyy aina epävarmuutta, joka koostuu mittausolosuhteiden, mittausjärjestelmän tai mittauksen suorittamisen aiheuttamista epävarmuuksista. Työn alussa on kuvattu Stora Enso Oyj:n Imatran tehtaitten typen oksidien jatkuvatoiminen päästöjen seurantamenetelmä ja selvitetty seurantajärjestelmän suorittama päästöjen laskentamenetelmä. Lisäksi on tuotu esille päästömittaustuloksen epävarmuuteen vaikuttavia tekijöitä kyseisessä järjestelmässä. Selvityksessä merkittävimmäksi järjestelmän luotettavuuteen vaikuttavaksi tekijäksi osoittautui virheellinen mittaustieto, jota voidaan hallita järjestelmässä asettamalla raja-arvo mittaustiedolle ja tehostamalla käytönaikaista valvontaa. Lisäksi korvaamalla häiriöaikainen virheellinen mittaustieto laskennallisella pitoisuuden odotusarvolla päästölaskentaa varten, tuottaa seurantajärjestelmä luotettavampia typen oksidien päästötietoja raportointia varten.

Inventering av plantskog med laserscanning och digitalt flygfoto

Referat av artikeln: Korpela, I., Tuomola, T., Tokola, T. & Dahlin, B. 2008. Appraisal of seedling stand vegetation with airborne imagery and discrete-return LiDAR - an exploratory analysis. Silva Fennica 42 (5) : 753-772.

Porvoon jalostamon haihtuvien orgaanisten yhdisteiden päästömääritysmenetelmät

Työssä käytiin läpi Porvoon jalostamon haihtuvien orgaanisten yhdisteiden päästömääritysmenetelmiä ja arvioitiin nykyisin käytössä olevien sekä uusien menetelmien soveltuvuutta Porvoon jalostamon päästömääritykseen. Nykyisten menetelmien arviointia tehtiin käymällä läpi eri alueiden 2000-luvun päästömäärät sekä vertaamalla päästömääriä muiden jalostamojen vastaaviin päästömääriin. Haihtuvista orgaanisista yhdisteistä puhuttaessa jätetään yleisesti metaani määritelmän ulkopuolelle ja käytetään termiä NMVOC-yhdisteet. Työssä laskettiin arvio Porvoon jalostamon metaanin päästömäärälle ja arvioitiin sen vaikutusta NMVOC-kokonaispäästömäärään. Metaanin kokonaispäästömäärien havaittiin olevan noin kymmenen kertaa haihtuvien orgaanisten yhdisteiden päästömääriä pienempiä, ja näin ollen niiden lisäämisellä NMVOC-päästöihin ei ole juuri vaikutusta. Myös menetelmien investointi- ja käyttökustannuksia, sekä pidemmän aikavälin kustannuksia arvioitiin. Kustannuksiltaan tällä hetkellä Porvoon jalostamolla käytössä olevat menetelmät ovat kustannustehokkaita. Uusista menetelmistä DIAL, SOF ja OGI ovat kustannuksiltaan huomattavasti kalliimpia, myös pitkän aikavälin vertailulla. Nykyisten menetelmien vuosittaiset kustannukset aiheutuvat mittausten vaatimista henkilötyötunneista. Uusista menetelmistä SOF ja DIAL vaativat ulkopuolisten mittaajien käyttämistä. Massavirran määrityksen suhteen vielä kehitysvaiheessa olevalla OGI-kameralla mitatessa voidaan käyttää mittaajina omaa henkilökuntaa. Toisin kuin DIAL- ja SOF-menetelmien laitteistot, OGI-kamera ostetaan omaksi ja näin ollen sitä voidaan käyttää tarpeen vaatiessa vuoden ympäri esimerkiksi suurien vuotajien paikallistamiseen ja LDAR-kiristysohjelman tukena. Tarkastelun perusteella olisi suositeltavaa tarkastaa nykyisin käytettävistä laskentamenetelmistä erityisesti prosessi- ja säiliöalueen sekä jätevesijärjestelmä päästömäärät käyttäen tarkempia DIAL-, SOF- tai myöhemmin OGI-menetelmiä ja muokata laskentamenetelmiä vastamaan näillä määritettyjä päästömääriä.

Puutunnusten estimointi ilmalaserkeilauksella : kolmiulotteisen pisteaineiston laskennalliseen geometriaan perustuvia menetelmiä

Seloste väitöskirjasta: Estimating single-tree attributes by airborne laser scanning : methods based on computational geometry of the 3-D point data / Jari Vauhkonen. - [Joensuu] : [Itä-Suomen yliopisto], 2010. - (Dissertationes Forestales ; 104).