Remote sensing for three-dimensional modelling of hydromorphology

Successful management of rivers requires an understanding of the fluvial processes that govern them. This, in turn cannot be achieved without a means of quantifying their geomorphology and hydrology and the spatio-temporal interactions between them, that is, their hydromorphology. For a long time, it has been laborious and time-consuming to measure river topography, especially in the submerged part of the channel. The measurement of the flow field has been challenging as well, and hence, such measurements have long been sparse in natural environments. Technological advancements in the field of remote sensing in the recent years have opened up new possibilities for capturing synoptic information on river environments. This thesis presents new developments in fluvial remote sensing of both topography and water flow. A set of close-range remote sensing methods is employed to eventually construct a high-resolution unified empirical hydromorphological model, that is, river channel and floodplain topography and three-dimensional areal flow field. Empirical as well as hydraulic theory-based optical remote sensing methods are tested and evaluated using normal colour aerial photographs and sonar calibration and reference measurements on a rocky-bed sub-Arctic river. The empirical optical bathymetry model is developed further by the introduction of a deep-water radiance parameter estimation algorithm that extends the field of application of the model to shallow streams. The effect of this parameter on the model is also assessed in a study of a sandy-bed sub-Arctic river using close-range high-resolution aerial photography, presenting one of the first examples of fluvial bathymetry modelling from unmanned aerial vehicles (UAV). Further close-range remote sensing methods are added to complete the topography integrating the river bed with the floodplain to create a seamless high-resolution topography. Boat- cart- and backpack-based mobile laser scanning (MLS) are used to measure the topography of the dry part of the channel at a high resolution and accuracy. Multitemporal MLS is evaluated along with UAV-based photogrammetry against terrestrial laser scanning reference data and merged with UAV-based bathymetry to create a two-year series of seamless digital terrain models. These allow the evaluation of the methodology for conducting high-resolution change analysis of the entire channel. The remote sensing based model of hydromorphology is completed by a new methodology for mapping the flow field in 3D. An acoustic Doppler current profiler (ADCP) is deployed on a remote-controlled boat with a survey-grade global navigation satellite system (GNSS) receiver, allowing the positioning of the areally sampled 3D flow vectors in 3D space as a point cloud and its interpolation into a 3D matrix allows a quantitative volumetric flow analysis. Multitemporal areal 3D flow field data show the evolution of the flow field during a snow-melt flood event. The combination of the underwater and dry topography with the flow field yields a compete model of river hydromorphology at the reach scale.

Expanding a Global Company Management System to An Integrated Coverage of Several Standards

This Master’s thesis examines the implementation of management system standard requirements as integrated in the organization. The aim is to determine how requirements from management system standards ISO 14001:2015 and ISO 9001:2015 can be integrated and implemented into the existing ISO 9001:2008 compliant management system. Research was executed as action research by utilizing an operating model about the integrated use of management system standards created by the International Organization for Standardization. Phases of the operating model were applied to the target organization. The similarity and integration potential of relevant standards were assessed by using comparative matrices. Allocation of the requirements and conformity assessment of the processes was executed by gap analysis. The main results indicate that the requirements of the relevant standards are principally equivalent or have the same kind of purpose. The results also show the most important processes of the target organization in terms of requirement compliance, as well as the requirements which affect the process the most. Prioritizing the compliance achievement of the most important processes and implementation of those requirements that have the most effect create an opportunity for organizations to implement the integrated requirements effectively.

Kenttätykistön erikoisampumatarvikkeiden käyttö suomalaisissa olosuhteissa

Nykypäivän taistelukentällä käytettävä taisteluvälinemateriaalin on oltava kustannustehokasta. Entistä pienempien joukkojen on taisteltava laajalla alueella ja valmistauduttava vaikuttamaan viholliseen myös syvyydessä. Materiaali ja kalusto erikoistuvat saavuttaakseen mahdollisimman suurta tehoa ja tuhoa tietyissä maaleissa. Tykistön tehtävinä ovat edelleen vastatykistötoiminta, torjuntatuli sekä joukkojen lähituki. Tykistöjärjestelmien merkitys kokonaistulivoiman aikaansaamisessa pysyy ennallaan muun muassa sen monipuolisen käytettävyyden, tehokkuuden ja nopean reagointikyvyn ansiosta. Tykistöasejärjestelmillä halutaan vaikuttaa yhä syvemmälle vihollisen ryhmitykseen. Kasvaneen ampumaetäisyyden johdosta on tarvetta varustaa ampumatarvikkeet ohjausominaisuuksilla. Vihollinen on suojautunut kevyesti panssaroituihin ajoneuvoihin tai liikkuu jalan. Tutkimuksen tarkoitus on esitellä eri erikoisampumatarvikkeiden käyttötehokkuutta tiettyjä maaleja vastaan tietyissä suomalaisissa olosuhteissa. Erikoisampumatarvikkeina käsitellään kenttätykistön erikoisampumatarvikkeita. Erikoisampumatarvikkeisiin luetaan valaisu-, savutus- ja kuorma-ammukset sekä ohjautuvat ja ohjattavat ammukset. Tutkimuksessa ei käsitellä raketinheittimistön tai kranaatinheittimistön ampumatarvikkeita eikä NBC (Nuclear Biological Chemical)-ampumatarvikkeita. Tutkimuksesta on jätetty pois ampumatarvikkeet, joilla on mittausominaisuuksia tai ovat muotoilunsa ansiosta suunniteltu saavuttamaan pidempiä ampumaetäisyyksiä. GPS-ohjautuvia ampumatarvikkeita käsiteltäessä tarkastellaan vain yhdysvaltalaista Global Positioning System:iin tukeutuvaa järjestelmää. Eurooppalaista GALILEO Positioning System:iä ja venäläistä Global Navigation System:iä (GLONASS) ei ole tarkasteltu. Nykyajan ampumatarviketeollisuudessa yleisimpänä kenttätykistön kaliiperina on 155 millimetrin ampumatarvikkeet. Tälle kaliiperille löytyy suurin valikoima erilaisia ampumatarvikkeita. Tutkimuksessa on siksi tarkasteltu vain tälle kaliiperille valmistettuja ampumatarvikkeita. Maalilla tarkoitetaan tutkimuksessa esitettyjä yleispäteviä kenttätykistön maaleja. Tutkimusmenetelmänä on kartoittava ja kuvaileva asiakirjatutkimus. Tiedot on analysoitu ja johtopäätökset tehty lähinnä teknisestä näkökulmasta. Kaikki tutkimuksessa käytetyt lähteet on verrattu ainakin yhteen muuhun lähteeseen, mahdollisimman suuren totuudenmukaisuuden saavuttamiseksi. Tutkija on pyrkinyt vähentämään lähteiden määrää ja täten käyttämään mahdollisimman laadukkaita lähteitä. Tutkimuksen pääkysymykset ovat: Mitkä kenttätykistön erikoisampumatarvikkeet ovat käytännöllisimmät mitäkin maalia kohti? Miten suomalaiset olosuhteet vaikuttavat mihinkin erikoisampumatarvikkeeseen? Saavuttaakseen pääkysymyksiin vastauksen on tutkija käsitellyt seuraavia alakysymyksiä: Millä tavalla erikoisampumatarvikkeet toimivat? Mihin tarkoitukseen ne ovat suunniteltuja? Mihin maaliin on mikäkin erikoisampumatarvike suunniteltu?

Variable speed drive in fan system monitoring

Fan systems are responsible for approximately 10% of the electricity consumption in industrial and municipal sectors, and it has been found that there is energy-saving potential in these systems. To this end, variable speed drives (VSDs) are used to enhance the efficiency of fan systems. Usually, fan system operation is optimized based on measurements of the system, but there are seldom readily installed meters in the system that can be used for the purpose. Thus, sensorless methods are needed for the optimization of fan system operation. In this thesis, methods for the fan operating point estimation with a variable speed drive are studied and discussed. These methods can be used for the energy efficient control of the fan system without additional measurements. The operation of these methods is validated by laboratory measurements and data from an industrial fan system. In addition to their energy consumption, condition monitoring of fan systems is a key issue as fans are an integral part of various production processes. Fan system condition monitoring is usually carried out with vibration measurements, which again increase the system complexity. However, variable speed drives can already be used for pumping system condition monitoring. Therefore, it would add to the usability of a variablespeed- driven fan system if the variable speed drive could be used as a condition monitoring device. In this thesis, sensorless detection methods for three lifetime-reducing phenomena are suggested: these are detection of the fan contamination build-up, the correct rotational direction, and the fan surge. The methods use the variable speed drive monitoring and control options for the detection along with simple signal processing methods, such as power spectrum density estimates. The methods have been validated by laboratory measurements. The key finding of this doctoral thesis is that a variable speed drive can be used on its own as a monitoring and control device for the fan system energy efficiency, and it can also be used in the detection of certain lifetime-reducing phenomena.

Embedded Monitoring Server

This study investigates, designs, and implements an inexpensive application that allows local and remote monitoring of a home. The application consists of an array of sensors for monitoring different conditions in a home environment and also for accessing the devices that might be connected to the system. Only a few sensors are initially involved in this study and information about the temperature level, forced entry detection, smoke and water leakage detection can be obtained at any time from any location with an Internet connection. The application software (coded in C language) runs on an embedded system which is basically a wireless Linksys router running on a GNU/Linux based firmware for embedded systems. Interaction between the sensors and the application software is achieved through an implemented sensor interfacing circuit. The communication with the sensor interfacing unit is done through the serial port, and accessibility of the connected sensors is achieved through a telnet client. The sensors can be accessed from local and remote locations with the sensors giving reliable information. The resulting application shows that it is possible to use the router for other applications other than what it is intended for.

GPS-paikkatiedonliittäminen matkapuhelinpalveluihin

2000-luvun vaihteessa paikkatietoa hyödyntävistä matkapuhelinpalveluista odotettiin muodostuvan eräs merkittävimmistä kilpailuvalteista eri matkapuhelinoperaattoreiden välillä. Kiinnostusta paikkatietoa hyödyntäviin palveluihin lisäsi kaupallisten sovellusten lisäksi Yhdysvaltojen liittovaltioiden liikenneministeriön säätämä laki, joka velvoittaa paikantamaan yleiseen hätänumeroon soitetut puhelut. Erityisesti laite- ja verkkotoimittajat odottivat tämänluovan heille uusia markkinoita. Markkinoille tuli useita kilpailevia menetelmiä, joilla matkapuhelimia voitiin paikantaa. Suurin osa näistä menetelmistä hyödynsi GSM-verkon signalointia paikannuksen tekemiseen. Samaan aikaan kohonnut matkapuhelinten suorituskyky mahdollisti GPS-vastaanottimien integroinnin matkapuhelimiin ja ensimmäiset tällaiset matkapuhelimet ilmestyivät markkinoille. Matkapuhelinten paikantamiseen liittyvä standardointi on melko hajanaista. ETSI on standardoinut joukon erilaisia menetelmiä, joilla matkapuhelin paikkatieto voidaan selvittää. Nämä standardit eivät kuitenkaan määrittele sitä, kuinka paikkatieto siirretään sitä hyödyntävien palveluiden käyttöön. Paikkatiedonsiirtämiseen ja esittämiseen liittyvässä standardoinnissa eri laite- ja ohjelmistovalmistajat ovat tehneet liittoutumia keskenään ja esitelleet keskenään kilpailevia standardeja ja suosituksia. Tälläkään osa-alueella mikään liittoutuma ei ole saavuttanut määräävää markkina-asemaa. Tässä työssä suunniteltiin ja toteutettiin järjestelmä, jonka avulla voidaan paikantaa sellaisia GSM-päätelaitteita, joihin on integroitu GPS-vastaanotin. Toteutettu järjestelmä liitettiin uudeksi paikannusmenetelmäksi solupaikannuksen rinnalle Sonera Pointer paikannusjärjestelmään. Työn aikana testattiin joukko markkinoilla olleita GSM-puhelimia, joihin oli integroitu GPS-vastaanotin. Matkapuhelinten testauksessa erityinen huomio kiinnittyi siihen, kuinka GPS-paikkatieto saadaan siirrettyä matkapuhelimesta verkossa sijaitsevien sovellusten käyttöön. Toteutetun järjestelmän suunnittelussa täkein lähtökohta oli järjestelmän joustavuus. Standardien hajanaisuus ja osittainen puuttuminen aiheuttivat sen, että järjestelmästä oli tehtävä mahdollisimman helposti laajennettava. Toinen merkittävä suunnitteluun vaikuttanut tekijä oli operaattoririippumattomuus, koska Sonera Pointer järjestelmää oli tarkoitus myydä myös muille matkapuhelinoperaattoreille.

A Technology Intelligence Process for a High Technology Company

Tämä diplomityö määrittelee teknologiaseurantaprosessin, jolla korkean teknologian yritys voi ohjata toimintaansa. Korkean teknologian yrityksille on olennaista seurata teknologian kehitystä. Tällaiset yritykset tarvitsevat hyvin määritellyn järjestelmän, jolla ne voivat seurata ja ennustaa teknologista kehitystä.Työssä esitetään, että teknologiaseuranta ja kilpailuseuranta (competitive intelligence) ovat business intelligencen osa-alueita, jotka täydentävät ja tukevat toisiaan. Tärkeä havainto on, että business intelligence -prosessi on ennen kaikkea organisaation oppimisprosessi. Tästä seuraa, että minkä tahansa BI-prosessin tulisi perustua niihin prosesseihin, joiden avulla organisaatiot oppivat. Työssä esitetään myös, miten business intelligence, tietojohtaminen (knowledge management) ja organisaatioiden oppiminen liittyvät toisiinsa.Teknologiaseuranta on elintärkeä toiminto korkean teknologian yritykselle; sitä tarvitaan monella strategisen johtamisen osa-alueella, ainakin teknologia-, markkinointi- ja henkilöstöjohtamisessa. Teknologiaseurannan havaitaan myös olevan korkean teknologian yritykselle erittäin tärkeä ydinosaamisalue, jota ei voi kokonaan ulkoistaa.Työssä esitellään teknologiaseurantaprosessi, joka perustuu yleiselle business intelligence -prosessille ja siitä johdetulle kilpailuseurantaprosessille. Työssä myös esitetään ehdotus siitä, kuinka teknologiaseuranta voitaisiin järjestää korkean teknologian yrityksessä. Esitetty ratkaisu perustuu Community of practice -käsitteeseen. Community of practice on vapaaehtoisuuteen perustuva tiimi, jonka jäseniä yhdistää kiinnostus johonkin asiaan ja oppimishalu. Esimerkkiyrityksessä on tunnistettu selkeä tarve yhtenäiseen ja koordinoituun teknologiaseurantaan. Työssä esitetään alustava teknologiaseurantaprosessi esimerkkiyritykselle ja tunnistetaan teknologiaseurantaprosessin asiakkaat ja tekijät.

Nosturivaihteiden kunnonvalvontajärjestelmän kehittäminen värähtelymittauksia käyttäen

Työssä selvitettiin värähtelymittauksien käyttömahdollisuuksia nosturivaihteiden ennakoivassa kunnonvalvonnassa. Työ on painottunut lähinnä värähtelymittausten mittaus- ja analyysiteknisten näkökohtien tarkasteluun ja toimii niiltä osin al-kuselvityksenä värähtelymittauspohjaisen kunnonvalvontajärjestelmän luomiselle. Kirjallisuuden mukaan yleisimpiä ja käyttökelpoisimpia värähtelyanalyysejä vaihteistojen kunnonvalvonnassa ovat spektri-, kepstri-, ja demodulointitekniik-kaan perustuvat analyysit, joita kokeiltiin vauriokokeilla. Työssä käsitellään myös iskusysäysmenetelmää ja aikatason tunnuslukuja. Vauriokokeilla saatiin tietoa hammasvaurioiden havaitsemisesta värähtelymittauksilla, mutta laakerivaurioista kaivataan sen sijaan vielä lisää tietoa. Hammasvaurioiden tarkastelussa spektri-analyysin ohella PeakVue -analyysi osoittautui tehokkaaksi, kun siinä käytettiin sopivaa suodatusaluetta. Lisäksi työhön on koottu kokemuksia nosturivaihteiden käytännön värähtelymittauksista ja annettu ohjeita niiden suorittamisesta. Työn tulokset osoittavat, että värähtelymittauspohjaisella kunnonvalvontajärjes-telmällä voidaan parantaa nostovaihteiden ennakoivaa kunnonvalvontaa. Nosto-vaihteiden värähtelymittauksia kannattaa siis ehdottomasti jatkaa ja kunnonval-vontajärjestelmää edelleen kehittää. Siirtovaihteiden valvonta värähtelymittauksilla on sen sijaan hankalaa niiden epävakaan kuormitustilan vuoksi.

Servo drive in hoist application

The objective of this master thesis is to test according to hoisting requirements, a servo drive system and compare its performance with the performance of a drive equipped with a vector controlled frequency converter. Both systems utilize closed-loop vector control based on PCL program control. In order to compare the results of tests both systems were connected to the same motor driving a variable speed electrical chain hoist. Tests were based on requirements to both systems. As requirements of tests zero speed operation, operation in field weakening, positioning accuracy and smoothness of motion are taken into consideration. Both systems demonstrate quite similar performance and meet the requirements. Servo drive system demonstrates a high positioning accuracy and dynamic performance. Frequency converter is not able to provide the same positioning accuracy and dynamic performance as servo drive.

Ion mobility spectrometry in liquid analysis

Ion mobility spectrometry (IMS) is a straightforward, low cost method for fast and sensitive determination of organic and inorganic analytes. Originally this portable technique was applied to the determination of gas phase compounds in security and military use. Nowadays, IMS has received increasing attention in environmental and biological analysis, and in food quality determination. This thesis consists of literature review of suitable sample preparation and introduction methods for liquid matrices applicable to IMS from its early development stages to date. Thermal desorption, solid phase microextraction (SPME) and membrane extraction were examined in experimental investigations of hazardous aquatic pollutants and potential pollutants. Also the effect of different natural waters on the extraction efficiency was studied, and the utilised IMS data processing methods are discussed. Parameters such as extraction and desorption temperatures, extraction time, SPME fibre depth, SPME fibre type and salt addition were examined for the studied sample preparation and introduction methods. The observed critical parameters were extracting material and temperature. The extraction methods showed time and cost effectiveness because sampling could be performed in single step procedures and from different natural water matrices within a few minutes. Based on these experimental and theoretical studies, the most suitable method to test in the automated monitoring system is membrane extraction. In future an IMS based early warning system for monitoring water pollutants could ensure the safe supply of drinking water. IMS can also be utilised for monitoring natural waters in cases of environmental leakage or chemical accidents. When combined with sophisticated sample introduction methods, IMS possesses the potential for both on-line and on-site identification of analytes in different water matrices.

GPS-signal Source Based on Direct Digital Synthesis

This thesis presents the design and implementation of a GPS-signal source suitable for receiver measurements. The developed signal source is based on direct digital synthesis which generates the intermediate frequency. The intermediate frequency is transfered to the final frequency with the aid of an Inphase/Quadrature modulator. The modulating GPS-data was generated with MATLAB. The signal source was duplicated to form a multi channel source. It was shown that, GPS-signals ment for civil navigation are easy to generate in the laboratory. The hardware does not need to be technically advanced if navigation with high level of accuracy is not needed. It was also shown that, the Inphase/Quadrature modulator can function as a single side band upconverter even with a high intermediate frequency. This concept reduces the demands required for output filtering.

Groupware and Workflow Tools - A Case study of SAP Business Workflow Supporting System Integration in a Global Telecommunication Company

Workflow management systems aim at the controlled execution of complex application processes in distributed and heterogeneous environments. These systems will shape the structure of information systems in business and non-business environments. E business and system integration is a fertile soil for WF and groupware tools. This thesis aims to study WF and groupware tools in order to gather in house knowledge of WF to better utilize WF solutions in future, and to focus on SAP Business Workflow in order to find a global solution for Application Link Enabling support for system integration. Piloting this solution in Nokia collects the experience of SAP R/3 WF tool for other development projects in future. The literary part of this study will guide to the world of business process automation providing a general description of the history, use and potentials of WF & groupware software. The empirical part of this study begins with the background of the case study describing the IT environment initiating the case by introducing SAP R/3 in Nokia, the communication technique in use and WF tool. Case study is focused in one solution with SAP Business Workflow. This study provides a concept to monitor communication between ERP systems and to increase the quality of system integration. Case study describes a way create support model for ALE/EDI interfaces. Support model includes monitoring organization and the workflow processes to solve the most common IDoc related errors.

Development of a measuring-control system for energy monitoring in low power

In this thesis a control system for an intelligent low voltage energy grid is presented, focusing on the control system created by using a multi-agent approach which makes it versatile and easy to expand according to the future needs. The control system is capable of forecasting the future energy consumption and decisions making on its own without human interaction when countering problems. The control system is a part of the St. Petersburg State Polytechnic University’s smart grid project that aims to create a smart grid for the university’s own use. The concept of the smart grid is interesting also for the consumers as it brings new possibilities to control own energy consumption and to save money. Smart grids makes it possible to monitor the energy consumption in real-time and to change own habits to save money. The intelligent grid also brings possibilities to integrate the renewable energy sources to the global or the local energy production much better than the current systems. Consumers can also sell their extra power to the global grid if they want.

Design, implementation, and evaluation of an online water quality monitoring system in Lake Saimaa, Finland

Environmental threats are growing nowadays, they became global issues. People around the world try to face these issues by two means: solving the current affected environs and preventing non-affected environs. This thesis describes the design, implementation, and evaluation of online water quality monitoring system in Lake Saimaa, Finland. The water quality in Lake Saimaa needs to be monitored in order to provide responsible bodies with valuable information which allows them to act fast in order to prevent any negative impact on the lake's environment. The objectives were to design a suitable system, implement the system in Lake Saimaa, and then to evaluate the applicability and reliability of such systems for this environment. The needs for the system were first isolated, and then the design, needed modifications, and the construction of the system took place. After that was the testing of the system in Lake Saimaa in two locations nearby Mikkeli city. The last step was to evaluate the whole system. The main results were that the application of online water quality monitoring systems in Lake Saimaa can benefit of many advantages such as reducing the required manpower, time and running costs. However, the point of unreliability of the exact measured values of some parameters is still the drawback of such systems which can be developed by using more advanced equipments with more sophisticated features specifically for the purpose of monitoring in the predefined location.

Control hardware and Condition Monitoring System for Intersector Weld/Cut Robot

Työ sisältää ohjaislaitteiston vertailun ja valinnan rinnakkaisrakenteista robottia varten sekä kunnonvalvontajärjestelmän periaatteiden laadinnan kyseistä robottia varten. Ohjauslaitteisto sisältää teollisuustietokoneen sekä kenttäväylän. Sekä tietokoneesta että väylästä on teoriaosuus ja yksityiskohtaisempi valintaosuus. Teoriaosuudessa selitetään tarkemmin laitteiden toimintaperiaatteista. Valintaosuudessa kerrotaanmiksi jokin tietty laite on valittu käytettäväksi robotin ohjauksessa. Kunnonvalvontateoria ja rinnakkaisrakenteisen robotin kunnonvalvonnan keinot ovat työn toinen osa. Teoriaosa sisältää yleisluonteisen selvityksen vikaantumisesta ja valvonnasta. Erikoisrobotin kunnonvalvonnan keinot esitetään työssä tietyssä järjestyksessä. Ensin esitetään mahdolliset vikatilanteet. Toisessa kohdassa havainnollistetaan vikojen havaitseminen.