Level Set Methods in Image Processing

This thesis gives an overview of the use of the level set methods in the field of image science. The similar fast marching method is discussed for comparison, also the narrow band and the particle level set methods are introduced. The level set method is a numerical scheme for representing, deforming and recovering structures in an arbitrary dimensions. It approximates and tracks the moving interfaces, dynamic curves and surfaces. The level set method does not define how and why some boundary is advancing the way it is but simply represents and tracks the boundary. The principal idea of the level set method is to represent the N dimensional boundary in the N+l dimensions. This gives the generality to represent even the complex boundaries. The level set methods can be powerful tools to represent dynamic boundaries, but they can require lot of computing power. Specially the basic level set method have considerable computational burden. This burden can be alleviated with more sophisticated versions of the level set algorithm like the narrow band level set method or with the programmable hardware implementation. Also the parallel approach can be used in suitable applications. It is concluded that these methods can be used in a quite broad range of image applications, like computer vision and graphics, scientific visualization and also to solve problems in computational physics. Level set methods and methods derived and inspired by it will be in the front line of image processing also in the future.

Monitoring of crystallization processes by using infrared spectroscopy and multivariate methods

Väitöstutkimuksessa on tarkasteltuinfrapunaspektroskopian ja monimuuttujaisten aineistonkäsittelymenetelmien soveltamista kiteytysprosessin monitoroinnissa ja kidemäisen tuotteen analysoinnissa. Parhaillaan kiteytysprosessitutkimuksessa maailmanlaajuisesti tutkitaan intensiivisesti erilaisten mittausmenetelmien soveltamista kiteytysprosessin ilmiöidenjatkuvaan mittaamiseen niin nestefaasista kuin syntyvistä kiteistäkin. Lisäksi tuotteen karakterisointi on välttämätöntä tuotteen laadun varmistamiseksi. Erityisesti lääkeaineiden valmistuksessa kiinnostusta tämäntyyppiseen tutkimukseen edistää Yhdysvaltain elintarvike- ja lääkeaineviraston (FDA) prosessianalyyttisiintekniikoihin (PAT) liittyvä ohjeistus, jossa määritellään laajasti vaatimukset lääkeaineiden valmistuksessa ja tuotteen karakterisoinnissa tarvittaville mittauksille turvallisten valmistusprosessien takaamiseksi. Jäähdytyskiteytyson erityisesti lääketeollisuudessa paljon käytetty erotusmenetelmä kiinteän raakatuotteen puhdistuksessa. Menetelmässä puhdistettava kiinteä raaka-aine liuotetaan sopivaan liuottimeen suhteellisen korkeassa lämpötilassa. Puhdistettavan aineen liukoisuus käytettävään liuottimeen laskee lämpötilan laskiessa, joten systeemiä jäähdytettäessä liuenneen aineen konsentraatio prosessissa ylittää liukoisuuskonsentraation. Tällaiseen ylikylläiseen systeemiin pyrkii muodostumaan uusia kiteitä tai olemassa olevat kiteet kasvavat. Ylikylläisyys on yksi tärkeimmistä kidetuotteen laatuun vaikuttavista tekijöistä. Jäähdytyskiteytyksessä syntyvän tuotteen ominaisuuksiin voidaan vaikuttaa mm. liuottimen valinnalla, jäähdytyprofiililla ja sekoituksella. Lisäksi kiteytysprosessin käynnistymisvaihe eli ensimmäisten kiteiden muodostumishetki vaikuttaa tuotteen ominaisuuksiin. Kidemäisen tuotteen laatu määritellään kiteiden keskimääräisen koon, koko- ja muotojakaumansekä puhtauden perusteella. Lääketeollisuudessa on usein vaatimuksena, että tuote edustaa tiettyä polymorfimuotoa, mikä tarkoittaa molekyylien kykyä järjestäytyä kidehilassa usealla eri tavalla. Edellä mainitut ominaisuudet vaikuttavat tuotteen jatkokäsiteltävyyteen, kuten mm. suodattuvuuteen, jauhautuvuuteen ja tabletoitavuuteen. Lisäksi polymorfiamuodolla on vaikutusta moniin tuotteen käytettävyysominaisuuksiin, kuten esim. lääkeaineen liukenemisnopeuteen elimistössä. Väitöstyössä on tutkittu sulfatiatsolin jäähdytyskiteytystä käyttäen useita eri liuotinseoksia ja jäähdytysprofiileja sekä tarkasteltu näiden tekijöiden vaikutustatuotteen laatuominaisuuksiin. Infrapunaspektroskopia on laajalti kemian alan tutkimuksissa sovellettava menetelmä. Siinä mitataan tutkittavan näytteenmolekyylien värähtelyjen aiheuttamia spektrimuutoksia IR alueella. Tutkimuksessa prosessinaikaiset mittaukset toteutettiin in-situ reaktoriin sijoitettavalla uppoanturilla käyttäen vaimennettuun kokonaisheijastukseen (ATR) perustuvaa Fourier muunnettua infrapuna (FTIR) spektroskopiaa. Jauhemaiset näytteet mitattiin off-line diffuusioheijastukseen (DRIFT) perustuvalla FTIR spektroskopialla. Monimuuttujamenetelmillä (kemometria) voidaan useita satoja, jopa tuhansia muuttujia käsittävä spektridata jalostaa kvalitatiiviseksi (laadulliseksi) tai kvantitatiiviseksi (määrälliseksi) prosessia kuvaavaksi informaatioksi. Väitöstyössä tarkasteltiin laajasti erilaisten monimuuttujamenetelmien soveltamista mahdollisimman monipuolisen prosessia kuvaavan informaation saamiseksi mitatusta spektriaineistosta. Väitöstyön tuloksena on ehdotettu kalibrointirutiini liuenneen aineen konsentraation ja edelleen ylikylläisyystason mittaamiseksi kiteytysprosessin aikana. Kalibrointirutiinin kehittämiseen kuuluivat aineiston hyvyyden tarkastelumenetelmät, aineiston esikäsittelymenetelmät, varsinainen kalibrointimallinnus sekä mallin validointi. Näin saadaan reaaliaikaista informaatiota kiteytysprosessin ajavasta voimasta, mikä edelleen parantaa kyseisen prosessin tuntemusta ja hallittavuutta. Ylikylläisyystason vaikutuksia syntyvän kidetuotteen laatuun seurattiin usein kiteytyskokein. Työssä on esitetty myös monimuuttujaiseen tilastolliseen prosessinseurantaan perustuva menetelmä, jolla voidaan ennustaa spontaania primääristä ytimenmuodostumishetkeä mitatusta spektriaineistosta sekä mahdollisesti päätellä ydintymisessä syntyvä polymorfimuoto. Ehdotettua menetelmää hyödyntäen voidaan paitsi ennakoida kideytimien muodostumista myös havaita mahdolliset häiriötilanteet kiteytysprosessin alkuhetkillä. Syntyvää polymorfimuotoa ennustamalla voidaan havaita ei-toivotun polymorfin ydintyminen,ja mahdollisesti muuttaa kiteytyksen ohjausta halutun polymorfimuodon saavuttamiseksi. Monimuuttujamenetelmiä sovellettiin myös kiteytyspanosten välisen vaihtelun määrittämiseen mitatusta spektriaineistosta. Tämäntyyppisestä analyysistä saatua informaatiota voidaan hyödyntää kiteytysprosessien suunnittelussa ja optimoinnissa. Väitöstyössä testattiin IR spektroskopian ja erilaisten monimuuttujamenetelmien soveltuvuutta kidetuotteen polymorfikoostumuksen nopeaan määritykseen. Jauhemaisten näytteiden luokittelu eri polymorfeja sisältäviin näytteisiin voitiin tehdä käyttäen tarkoitukseen soveltuvia monimuuttujaisia luokittelumenetelmiä. Tämä tarjoaa nopean menetelmän jauhemaisen näytteen polymorfikoostumuksen karkeaan arviointiin, eli siihen mitä yksittäistä polymorfia kyseinen näyte pääasiassa sisältää. Varsinainen kvantitatiivinen analyysi, eli sen selvittäminen paljonko esim. painoprosentteina näyte sisältää eri polymorfeja, vaatii kaikki polymorfit kattavan fysikaalisen kalibrointisarjan, mikä voi olla puhtaiden polymorfien huonon saatavuuden takia hankalaa.

Statistical Methods for Conservation and Alignment Quality in Proteins

Construction of multiple sequence alignments is a fundamental task in Bioinformatics. Multiple sequence alignments are used as a prerequisite in many Bioinformatics methods, and subsequently the quality of such methods can be critically dependent on the quality of the alignment. However, automatic construction of a multiple sequence alignment for a set of remotely related sequences does not always provide biologically relevant alignments.Therefore, there is a need for an objective approach for evaluating the quality of automatically aligned sequences. The profile hidden Markov model is a powerful approach in comparative genomics. In the profile hidden Markov model, the symbol probabilities are estimated at each conserved alignment position. This can increase the dimension of parameter space and cause an overfitting problem. These two research problems are both related to conservation. We have developed statistical measures for quantifying the conservation of multiple sequence alignments. Two types of methods are considered, those identifying conserved residues in an alignment position, and those calculating positional conservation scores. The positional conservation score was exploited in a statistical prediction model for assessing the quality of multiple sequence alignments. The residue conservation score was used as part of the emission probability estimation method proposed for profile hidden Markov models. The results of the predicted alignment quality score highly correlated with the correct alignment quality scores, indicating that our method is reliable for assessing the quality of any multiple sequence alignment. The comparison of the emission probability estimation method with the maximum likelihood method showed that the number of estimated parameters in the model was dramatically decreased, while the same level of accuracy was maintained. To conclude, we have shown that conservation can be successfully used in the statistical model for alignment quality assessment and in the estimation of emission probabilities in the profile hidden Markov models.

Methods for assessing the sustainability of integrated municipal waste management and

The general striving to bring down the number of municipal landfills and to increase the reuse and recycling of waste-derived materials across the EU supports the debates concerning the feasibility and rationality of waste management systems. Substantial decrease in the volume and mass of landfill-disposed waste flows can be achieved by directing suitable waste fractions to energy recovery. Global fossil energy supplies are becoming more and more valuable and expensive energy sources for the mankind, and efforts to save fossil fuels have been made. Waste-derived fuels offer one potential partial solution to two different problems. First, waste that cannot be feasibly re-used or recycled is utilized in the energy conversion process according to EU’s Waste Hierarchy. Second, fossil fuels can be saved for other purposes than energy, mainly as transport fuels. This thesis presents the principles of assessing the most sustainable system solution for an integrated municipal waste management and energy system. The assessment process includes: · formation of a SISMan (Simple Integrated System Management) model of an integrated system including mass, energy and financial flows, and · formation of a MEFLO (Mass, Energy, Financial, Legislational, Other decisionsupport data) decision matrix according to the selected decision criteria, including essential and optional decision criteria. The methods are described and theoretical examples of the utilization of the methods are presented in the thesis. The assessment process involves the selection of different system alternatives (process alternatives for treatment of different waste fractions) and comparison between the alternatives. The first of the two novelty values of the utilization of the presented methods is the perspective selected for the formation of the SISMan model. Normally waste management and energy systems are operated separately according to the targets and principles set for each system. In the thesis the waste management and energy supply systems are considered as one larger integrated system with one primary target of serving the customers, i.e. citizens, as efficiently as possible in the spirit of sustainable development, including the following requirements: · reasonable overall costs, including waste management costs and energy costs; · minimum environmental burdens caused by the integrated waste management and energy system, taking into account the requirement above; and · social acceptance of the selected waste treatment and energy production methods. The integrated waste management and energy system is described by forming a SISMan model including three different flows of the system: energy, mass and financial flows. By defining the three types of flows for an integrated system, the selected factor results needed in the decision-making process of the selection of waste management treatment processes for different waste fractions can be calculated. The model and its results form a transparent description of the integrated system under discussion. The MEFLO decision matrix has been formed from the results of the SISMan model, combined with additional data, including e.g. environmental restrictions and regional aspects. System alternatives which do not meet the requirements set by legislation can be deleted from the comparisons before any closer numerical considerations. The second novelty value of this thesis is the three-level ranking method for combining the factor results of the MEFLO decision matrix. As a result of the MEFLO decision matrix, a transparent ranking of different system alternatives, including selection of treatment processes for different waste fractions, is achieved. SISMan and MEFLO are methods meant to be utilized in municipal decision-making processes concerning waste management and energy supply as simple, transparent and easyto- understand tools. The methods can be utilized in the assessment of existing systems, and particularly in the planning processes of future regional integrated systems. The principles of SISMan and MEFLO can be utilized also in other environments, where synergies of integrating two (or more) systems can be obtained. The SISMan flow model and the MEFLO decision matrix can be formed with or without any applicable commercial or free-of-charge tool/software. SISMan and MEFLO are not bound to any libraries or data-bases including process information, such as different emission data libraries utilized in life cycle assessments.

Mathematical modeling of level of anaesthesia from EEG measurements

Problem of modeling of anaesthesia depth level is studied in this Master Thesis. It applies analysis of EEG signals with nonlinear dynamics theory and further classification of obtained values. The main stages of this study are the following: data preprocessing; calculation of optimal embedding parameters for phase space reconstruction; obtaining reconstructed phase portraits of each EEG signal; formation of the feature set to characterise obtained phase portraits; classification of four different anaesthesia levels basing on previously estimated features. Classification was performed with: Linear and quadratic Discriminant Analysis, k Nearest Neighbours method and online clustering. In addition, this work provides overview of existing approaches to anaesthesia depth monitoring, description of basic concepts of nonlinear dynamics theory used in this Master Thesis and comparative analysis of several different classification methods.

Thick Section Laser Beam Welding of Structural Steels: Methods for Improving Welding Efficiency

Laser beam welding (LBW) is applicable for a wide range of industrial sectors and has a history of fifty years. However, it is considered an unusual method with applications typically limited to welding of thin sheet metal. With a new generation of high power lasers there has been a renewed interest in thick section LBW (also known as keyhole laser welding). There was a growing body of publications during 2001-2011 that indicates an increasing interest in laser welding for many industrial applications, and in last ten years, an increasing number of studies have examined the ways to increase the efficiency of the process. Expanding the thickness range and efficiency of LBW makes the process a possibility for industrial applications dealing with thick metal welding: shipbuilding, offshore structures, pipelines, power plants and other industries. The advantages provided by LBW, such as high process speed, high productivity, and low heat input, may revolutionize these industries and significantly reduce the process costs. The research to date has focused on either increasing the efficiency via optimizing process parameters, or on the process fundamentals, rather than on process and workpiece modifications. The argument of this thesis is that the efficiency of the laser beam process can be increased in a straightforward way in the workshop conditions. Throughout this dissertation, the term “efficiency” is used to refer to welding process efficiency, specifically, an increase in efficiency refers an increase in weld’s penetration depth without increasing laser power level or decreasing welding speed. These methods are: modifications of the workpiece – edge surface roughness and air gap between the joining plates; modification of the ambient conditions – local reduction of the pressure in the welding zone; modification of the welding process – preheating of the welding zone. Approaches to improve the efficiency are analyzed and compared both separately and combined. These experimentally proven methods confirm previous findings and contribute additional evidence which expand the opportunities for laser beam welding applications. The focus of this research was primarily on the effects of edge surface roughness preparation and pre-set air gap between the plates on weld quality and penetration depth. To date, there has been no reliable evidence that such modifications of the workpiece give a positive effect on the welding efficiency. Other methods were tested in combination with the two methods mentioned above. The most promising - combining with reduced pressure method - resulted in at least 100% increase in efficiency. The results of this thesis support the idea that joining those methods in one modified process will provide the modern engineering with a sufficient tool for many novel applications with potential benefits to a range of industries.

Comparison of five popular normalization methods using a spike-in proteomics data set

Mass spectrometry (MS)-based proteomics has seen significant technical advances during the past two decades and mass spectrometry has become a central tool in many biosciences. Despite the popularity of MS-based methods, the handling of the systematic non-biological variation in the data remains a common problem. This biasing variation can result from several sources ranging from sample handling to differences caused by the instrumentation. Normalization is the procedure which aims to account for this biasing variation and make samples comparable. Many normalization methods commonly used in proteomics have been adapted from the DNA-microarray world. Studies comparing normalization methods with proteomics data sets using some variability measures exist. However, a more thorough comparison looking at the quantitative and qualitative differences of the performance of the different normalization methods and at their ability in preserving the true differential expression signal of proteins, is lacking. In this thesis, several popular and widely used normalization methods (the Linear regression normalization, Local regression normalization, Variance stabilizing normalization, Quantile-normalization, Median central tendency normalization and also variants of some of the forementioned methods), representing different strategies in normalization are being compared and evaluated with a benchmark spike-in proteomics data set. The normalization methods are evaluated in several ways. The performance of the normalization methods is evaluated qualitatively and quantitatively on a global scale and in pairwise comparisons of sample groups. In addition, it is investigated, whether performing the normalization globally on the whole data or pairwise for the comparison pairs examined, affects the performance of the normalization method in normalizing the data and preserving the true differential expression signal. In this thesis, both major and minor differences in the performance of the different normalization methods were found. Also, the way in which the normalization was performed (global normalization of the whole data or pairwise normalization of the comparison pair) affected the performance of some of the methods in pairwise comparisons. Differences among variants of the same methods were also observed.

Patient-perceived health-related quality of life during recovery after total hip arthroplasty – a 6-month follow-up study

Potilaiden käsitys terveyteen liittyvästä elämänlaadusta lonkan tekonivelleikkauksen jälkeisenä toipumisaikana – kuuden kuukauden seurantatutkimus Tässä kaksivaiheisessa seurantatutkimuksessa tarkasteltiin potilaiden käsitystä terveyteen liittyvästä elämänlaadusta lonkan tekonivelleikkauksen jälkeisenä toipumisaikana. Tutkimuksen ensimmäisessä vaiheessa tarkoituksena oli sekä kuvailla potilaiden kokemuksia potilaana olosta, saamastaan hoidosta ja terveyspalveluorganisaatiosta että analysoida aikaisempien tutkimusten perusteella leikkauksen tuloksia potilaan kannalta. Toisessa vaiheessa tarkoituksena oli arvioida potilaiden kokemaa elämänlaatua leikkauksen jälkeen, ja sitä vaikuttivatko primaaritulokset (fyysinen toimintakyky, kipu, ahdistus) tai taloudelliset seuraukset (potilaiden itsensämaksamat kustannukset, palvelujen käyttö) terveyteen liittyvään elämänlaatuun. Tutkimuksen tavoitteena oli löytää mahdolliset kriittiset ajankohdat tai tekijät, jotka saattavat hidastaa toipumista ja siten huonontaa potilaiden elämänlaatua. Tätä tietoa voidaan käyttää hoitotyössä kun suunnitellaan sopivaa hoitoa ja tukea toipumisajalle. Tutkimuksen ensimmäisessä vaiheessa primaarileikkaukseen tulevat potilaat (n = 17) kuvailivat teemahaastatteluissa kokemuksiaan kahdesti leikkauksen jälkeen. Haastatteluaineisto analysoitiin induktiivisella sisällönanalyysilla. Lisäksi 17 tutkimusartikkelista analysoitiin deduktiivisella sisällönanalyysilla leikkauksen tuloksia potilaalle, tuloksiin vaikuttavia tekijöitä ja käytetyt tutkimusmetodit. Toisessa vaiheessa primaari- tai revisioleikkaukseen tulevat potilaat (n = 100) arvioivat leikkauksen tuloksia kuuden kuukauden ajan leikkauksen jälkeen: terveyteen liittyvää elämänlaatua, primaarituloksia ja taloudellisia seurauksia. Aineisto kerättiin erilaisilla mittareilla: Sickness Impact Profile, Finnish Version, Stait-Trait Anxiety Inventory, ja Numeric Rating Scale. Lisäksi käytettiin tätä tutkimusta varten tehtyjä kyselylomakkeita: Fyysinen toimintakyky-mittari, Palvelujen käyttö-mittari ja Kustannusmittari. Tutkimuksen toiseen vaiheen tulokset analysoitiin tilastollisilla menetelmillä. Potilaiden terveyteen liittyvä elämänlaatu parani ja kipu lievittyi leikkauksen jälkeen ja fyysinen toimintakyky lisääntyi toipumisaikana. Positiivisista muutoksista huolimatta potilaat kokivat ahdistusta samassa määrin kuin ennen leikkaustakin. Palvelujen käyttö vaihteli toipumisajan kuluessa ja potilaiden maksamissa kustannuksissa oli suuria vaihteluita. Fyysisen toimintakyvyn lisääntyminen ja kivun lieveneminen paransivat terveyteen liittyvää elämänlaatua. Sen sijaan huonompi elämänlaatu toipumisaikana oli yhteydessä suurempaan palvelujen käyttöön, kun taas kustannuksilla ei ollut yhteyttä elämänlaatuun. Potilaiden ominaispiirteet tulisi ottaa enemmän huomioon suunniteltaessa sopivaa leikkauksenjälkeistä hoitoa ja tukea. Potilaat tarvitsevat yksilöllisiä ohjeita, sillä monet taustatekijät (esim. ikä, sukupuoli, preoperatiivinen kipu, siviilisääty, ja leikkaustyyppi) vaikuttavat toipumiseen.

Ympäristötietämyksen hallintasovelluksen kehittäminen

Uudistunut ympäristölainsäädäntö vaatii energiantuotantolaitoksilta yhä enemmän järjestelmällistä ympäristötiedon hallintaa. LCP- ja jätteenpolttoasetuksen velvoitteet ovat asettaneet uusia vaatimuksia päästöjen valvontaan ja siihen käytettävien mittausjärjestelmien laadunvarmennukseen sekä päästötietojen raportointiin. Uudistukset ovat lisänneet huomattavasti laitoksilla ympäristötiedon käsittelyyn kuluvaa aikaa. Laitosten toimintaehdot määritellään ympäristöviranomaisen myöntämässä ympäristöluvassa, joka on tärkein yksittäinen laitoksen toimintaa ohjaava tekijä. Tämän lisäksi monet toimijat haluavat parantaa ympäristöasioiden tasoaan vapaaehtoisilla ympäristöjärjestelmillä. Tässä diplomityössä kuvataan energiantuotantolaitosten ympäristöasioiden tallentamiseen ja hallintaan kehitetty selainpohjainen Metso Automationin DNAecoDiary'sovellus. Työ on rajattu koskemaan Suomessa toimivia LCP- ja/tai jätteenpolttoasetuksen alaisia laitoksia. Sovelluksen avulla voidaan varmistaa energiantuotantolaitosten poikkeamien, häiriöilmoitusten, päästömittalaitteisiin liittyvien tapahtumien ja muun ympäristöasioiden valvontaan liittyvän informaation tehokas hallinta. Sovellukseen tallennetaan ympäristötapahtumiin liittyvät perustiedot sekä etenkin käyttäjien tapahtumiin liittyvä kokemustietämys. Valvontakirjaukseen voidaan liittää tapahtuman perustietojen lisäksi myös tiedostoja ja kuvia. Sovellusta ja sillä kerättyä tietoa voidaan hyödyntää laitoksella käsilläolevien ongelmien ratkaisuun, ympäristötapahtumien todentamiseen sekä ympäristöraporttien laadintaan. Kehitystyön tueksi järjestettiin asiakastarvekartoitus, jonka perusteella ideoitiin sovelluksen ominaisuuksia. Tässä työssä on esitetty ympäristötiedon hallinan perusteet, selvitetty DNAecoDiaryn toimintaperiaatteet ja annettu esimerkkejä sen hyödyntämisestä. Sovelluksen lopullinen sisältö määritellään kunkin asiakkaan ympäristöluvan ja oma-valvonnan tarpeiden mukaisesti. Sovellus toimii itsenäisesti tai osana laajempaa Metso Automationin päästöjenhallinta- ja raportointisovelluskokonaisuutta.

Teknologiat ja toteutustavat palvelukeskeiseen arkkitehtuuriin perustuvassa Internet-pohjaisessajärjestelmässä

Palvelukeskeiseen arkkitehtuuriin perustuvia järjestelmiä voidaan kehittää käyttämällä useita vaihtoehtoisia teknologioita. Toteuttamiseen parhaiten soveltuvia teknologioita ovat erilaiset standardikokoelmat, jotka tukevat useiden toisistaan toteutustavaltaan poikkeavien järjestelmien yhdistämistä käyttämällä standardeihin perustuvia rajapintoja. Täten kyseiset kokoelmat tukevat laajojen, useista erillisistä osista koostuvien palvelujärjestelmien kehittämistä. Tässä työssä selvitetään mikä palvelukeskeinen arkkitehtuuri on sekä millaisia komponentteja ja teknologioita kyseiseen arkkitehtuuriin perustuvan palvelujärjestelmän toteuttamiseen tarvitaan. Tavoitteena on esitellä palvelukeskeinen arkkitehtuuri ja siihen liittyvät teknologiat sekä suunnitella korkealla tasolla kyseisiä teknologioita hyödyntävä integraatioalusta käyttäjien ja useiden palvelun tarjoajien yhdistämiseksi. Työn tuloksena syntyvän teknologiaselvitysraportin selvitysluonteen vuoksi työssä ei suunnitella tarkasti toteutettavaa järjestelmää vaan ainoastaanpohjustetaan järjestelmän suunnittelua sekä esitellään siihen liittyviä arkkitehtuuri- ja toteutusmahdollisuuksia. Internet-pohjainen palvelukeskeiseen arkkitehtuuriin perustuva järjestelmä voi perustua suoriinverkon välisiin yhteyksiin tai vaihtoehtoisesti erityyppisiin välitason sovelluksiin. Välitason sovellukset mahdollistavat niiden tyypistä riippuen järjestelmän erilaisten lisäominaisuuksien toteuttamisen ja tukevat useita yleisimpiä palvelukeskeisiä teknologioita. Työn tuloksena syntyneen teknologiaselvityksen perusteella näistä teknologioista Web-palvelu -arkkitehtuuri ja siihen liittyvät menetelmät soveltuvat parhaiten suunniteltavan järjestelmän rakenneosiksi. Järjestelmän tarkemmat toteutustavat riippuvat myöhemmin määriteltävistä yksityiskohtaisista vaatimuksista sekä valittavasta välitason ohjelmiston toteutuksesta.

Ehkäisevän kunnossapidon suunnittelun työkalujen kehittäminen terästehtaassa

Imatra Steel Oy Ab:n Imatran terästehtaan tuotantonopeudet ja -määrät ovat nousseet selvästi alkuperäistä tasoa korkeammiksi toteutettujen investointien ja käytettävyyden parantamisen myötä. Lisäksi yrityson asettanut yhä tiukemmat käytettävyystavoitteet. Ehkäisevän kunnossapitojärjestelmän käyttöaste ei ole riittävä, jotta asetettuihin tavoitteisiin päästäisiin. Kunnossapidon rooli on myös muuttunut tärkeäksi kilpailutekijäksi jolla voidaan suoraan vaikuttaa yrityksen kilpailukykyyn. Työn avulla pyritään helpottamaan tulevaa systemaattista yrityksen koko laitekannan ehkäisevien kunnossapitotoimenpiteiden läpikäyntiä. Tässä työssä pyritään etsimään sopivia työkaluja ehkäisevän kunnossapidon suunnittelulle ja kehittämään ehkäisevää kunnossapitoa. Työssä on tavoitteisiin pääsemiseksi tutkittu erilaisia kunnossapitostrategioita, kunnossapitostrategioiden valintamenetelmiä, tunnuslukuja, vikaantumista ja kriittisyysanalyysejä. Yrityksen ehkäisevän kunnossapidon nykytilaa ja ongelmakohtia selvitettiin haastattelututkimuksen avulla. Työssä on kehitetty erilaisten kunnossapitostrategioiden valintamenetelmien pohjalta oma laitekannan kriittisyyden huomioiva menetelmä ehkäisevän kunnossapidon kohteiden päivittämiselle. Menetelmän helppokäyttöisyyttä on lisätty kehittämällä menetelmälle suunnittelukortti. Lisäksi työssä on esitelty muita ehkäisevään kunnossapitoon liittyviä kehityskohteita.

Muon detector link system test set-up

CERNin tutkimuskeskuksen rakenteilla olevan hadronikiihdyttimen eräs tarkoitus on todistaa Higgsin bosonin olemassaolo. Higgsin bosonin löytyminen yhtenäistäisi nykyisen hiukkasfysiikan teorian ja antaisi selityksen sille kuinka hiukkaset saavat massansa. Kiihdyttimen CMS koeasema on tarkoitettu erityisesti myonien ilmaisuun. Tämä työ liittyy CMS koeaseman RPC-ilmaisintyypin linkkijärjestelmään, jonka tarkoituksena on käsitellä ilmaisimelta tulevia myonien aiheuttamia signaaleja ja lähettää tiedot tärkeäksi katsotuista törmäystapahtumista tallennettavaksi analysointia varten. Työssä on toteutettu linkkijärjestelmän ohjaus- ja linkkikorteille testiympäristö, jolla voidaan todeta järjestelmän eri osien keskinäinen yhteensopivuus ja toimivuus. Työn alkuosassa esitellään ilmaisimen linkkijärjestelmän eri osat ja niiden merkitykset. Työn loppuosassa käydään läpi eri testimenetelmiä ja analysoidaan niiden antamia tuloksia.

Parhaat käyttökelpoiset tekniikat (BAT) perunankuorimoiden jätteiden käsittelyssä -käytäntöjä Euroopan maista

Yhä suurempi osa suurkeittiöistä ja ravintoloista käyttää ruuan valmistuksessa valmiiksi prosessoituja kasviksia, jotka hankitaan pääasiassa lähellä sijaitsevista tilakuorimoista. Kuorimoilla syntyy suuria määriä jätettä, enimmäkseen kuorijätteitä, multaa ja jätevettä. Tässä työssä tarkastellaan perunankuorimoiden kuorintamenetelmiä ja kuorintaprosessia, prosessissa syntyviä jätteitä ja niiden käsittelyä sekä ympäristöasioiden hallintamenetel-miä kuorimoilla Suomessa ja muissa EU-maissa. Työn tavoitteena oli selvittää, minkälainen on lainsäädäntö ja minkälaiset ovat kuorimotoimintaa koskevat lupakäytännöt Ruotsissa, Saksassa, Belgiassa ja Iso-Britanniassa. Lisäksi tavoitteena oli selvittää, onko näissä maissa määritelty, millainen on perunankuorimoille soveltuva paras käyttökelpoinen tekniikka (BAT) erityisesti jätteiden käsittelyssä. Euroopan yhteisön neuvoston direktiivi (96/61/EY) ympäristön pilaantumisen ehkäisemisen ja vähentämisen yhtenäistämiseksi edellyttää perunankuorimoilta toimintaansa ympäristöluvan. Laitosten koko, joilta ympäristölupa vaaditaan, vaihtelee suuresti eri maissa. Myös kuorimoiden jäteveden puhdistusvaatimukset vaihtelevat maittain. Belgi-assa ja Saksassa perunankuorimoilla syntyville jätevesille on asetettu päästöraja-arvot laissa. Kansallinen BAT-ohjeistus vihanneksia ja hedelmiä jatkojalostavalle teollisuudelleon tehty Belgiassa ja Iso-Britanniassa. Sen sijaan Saksassa ja Ruotsissa kansallista ohjeistusta ei ole tehty. Kansallisten BAT-ohjeistusten pohjalta Euroopan yhteisöjen komissio on julkaissut tammikuussa 2006 elintarviketeollisuudelle BAT-vertailuasiakirjan eli BREFin (BAT Referense Document), joissa kuvataan yleisellä tasolla BAT-tekniikoiksi sovitut tekniikat mm. perunan prosessoinnissa. Tässä työssä tuli ilmi, että kokoerot Suomen ja tässä työssä tarkasteltavien maiden kuo-rimoiden välillä ovat suuret. Voidaankin todeta, että tässä työssä tarkastelluissa BAT - ohjeistuksissa ja Euroopan komission BREF-dokumentissa esitetyt BAT-tekniikat etenkin jätevedenpuhdistuksessa eivät suoraan ole sovellettavissa Suomen olosuhteisiin kuorimoidemme pienestä koosta johtuen. Kiinteiden kuorintajätteiden käsittelyssä BAT-tekniikoiksi ulkomailla on määritelty lä-hinnä rehukäyttö, kompostointi ja peltoon levitys. Perunankuorimoiden jäteveden puhdistuksessa BAT-tekniikaksi Belgiassa on määritelty primääripuhdistus ja sekundääripuhdistus aerobisella menetelmällä. Iso-Britanniassapuolestaan BAT-tekniikkaa on primää-ripuhdistus, sekundääripuhdistus aerobisesti tai anaerobisesti ja tertiääripuhdistus, mikäli se on taloudellisesti mahdollista toteuttaa. Kuorijätteiden kompostointi on tällä hetkelläSuomessa melko harvinaista, sillä jätteiden suuri vesipitoisuus ja kylmä ilmastomme vaikeuttavat kompostointia. Kompostointimah-dollisuuksia ja kompostointiprosessin optimointia kuorintajätteille sopivaksi tulisikin tutkia tulevaisuudessa yhtenä jätteiden käsittelyvaihtoehtona. Kuorimoiden jätevesien puhdistuksessa tulevat Suomessa kysymykseen lähinnä yksinkertaiset kiinteistökohtaiset pienpuhdistamot, kuten panospuhdistamot. Pienpuhdistamolaitteistoihin liittyvää tutki-mus-ja kehitystyötä on viime vuosina tehty paljon ja sitä olisi tärkeää jatkaa edelleen, jotta löydettäisiin entistä kustannustehokkaampia ratkaisuja.

Wärtsilä Field Service - Kehittämisen välineenä oppiva organisaatio ja innovaatiot

Pro gradu tutkimuksessa käsitellään oppivan organisaation ja innovatiivisuuden teorioita eri näkökulmista. Kirjallisuuskatsauksen jälkeen esitellään Turun Wärtsilä Field Service, ja empiirisessä osiossa teetetään edellä mainittuihin aiheisiin liittyen kaksi ryhmähaastattelua osaston työntekijöillä. Tämä pro gradu syntyi tarpeesta toteuttaa tutkimus Wärtsilä Field Servicessä tekijöistä, jotka vaikuttavat innovatiiviseen toimintaa sekä tiedon välittymiseen. Haastattelujen pohjalta syntyy ensi kertaa suomenkielistä materiaalia Wärtsilä kenttähuollon työntekijöiden mielipiteistä ja innovatiivisuutta estävistä ja edistävistä tekijöistä. Tämä on myös gradun päätutkimus kohde. Oppivat organisaatiot pyrkivät jatkuvasti uusiutumaan ympäristön vaatimustenmukaisesti ja analysoimaan omaa toimintaansa. Täten yksilöiltä edellytetään jatkuvaa muutosvalmiutta, innovatiivisuutta ja oppimisvalmiutta. Tämän perusteella,tässä tutkimuksessa, innovatiivisuus oletetaan kuuluvaksi myös erottamattomastioppiviin organisaatioihin. Lisäksi informaation välittyminen huomioidaan tutkimuksessa keskeisenä tekijänä, sillä innovatiivisuus kanavoituu yrityksen eduksi parhaiten, mikäli työntekijät saadaan jakamaan tietoa avoimesti. Tutkimuksen tavoitteena on palvella johtoa, ja antaa pohja selvitystyölle kehitettäessä yrityksen toimintaa, ja kerättäessä ideoita, jotka lopulta tuottavat lisäarvoa yrityksen toiminnalle. Ryhmähaastattelujen tuloksena syntyy ehdotelmia toteuttamiskelpoisista arkipäivän toimintaan liittyvistä parannuksista, joita Wärtsilän kenttähuollossa on mahdollista soveltaa.

Distance Transforms on Gray-Level Surfaces

This thesis studies gray-level distance transforms, particularly the Distance Transform on Curved Space (DTOCS). The transform is produced by calculating distances on a gray-level surface. The DTOCS is improved by definingmore accurate local distances, and developing a faster transformation algorithm. The Optimal DTOCS enhances the locally Euclidean Weighted DTOCS (WDTOCS) with local distance coefficients, which minimize the maximum error from the Euclideandistance in the image plane, and produce more accurate global distance values.Convergence properties of the traditional mask operation, or sequential localtransformation, and the ordered propagation approach are analyzed, and compared to the new efficient priority pixel queue algorithm. The Route DTOCS algorithmdeveloped in this work can be used to find and visualize shortest routes between two points, or two point sets, along a varying height surface. In a digital image, there can be several paths sharing the same minimal length, and the Route DTOCS visualizes them all. A single optimal path can be extracted from the route set using a simple backtracking algorithm. A new extension of the priority pixel queue algorithm produces the nearest neighbor transform, or Voronoi or Dirichlet tessellation, simultaneously with the distance map. The transformation divides the image into regions so that each pixel belongs to the region surrounding the reference point, which is nearest according to the distance definition used. Applications and application ideas for the DTOCS and its extensions are presented, including obstacle avoidance, image compression and surface roughness evaluation.