Bayesian methods for estimation, optimization and experimental design

Mathematical models often contain parameters that need to be calibrated from measured data. The emergence of efficient Markov Chain Monte Carlo (MCMC) methods has made the Bayesian approach a standard tool in quantifying the uncertainty in the parameters. With MCMC, the parameter estimation problem can be solved in a fully statistical manner, and the whole distribution of the parameters can be explored, instead of obtaining point estimates and using, e.g., Gaussian approximations. In this thesis, MCMC methods are applied to parameter estimation problems in chemical reaction engineering, population ecology, and climate modeling. Motivated by the climate model experiments, the methods are developed further to make them more suitable for problems where the model is computationally intensive. After the parameters are estimated, one can start to use the model for various tasks. Two such tasks are studied in this thesis: optimal design of experiments, where the task is to design the next measurements so that the parameter uncertainty is minimized, and model-based optimization, where a model-based quantity, such as the product yield in a chemical reaction model, is optimized. In this thesis, novel ways to perform these tasks are developed, based on the output of MCMC parameter estimation. A separate topic is dynamical state estimation, where the task is to estimate the dynamically changing model state, instead of static parameters. For example, in numerical weather prediction, an estimate of the state of the atmosphere must constantly be updated based on the recently obtained measurements. In this thesis, a novel hybrid state estimation method is developed, which combines elements from deterministic and random sampling methods.

TYÖTURVALLISUUDEN KEHITTÄMINEN TEOLLISUUSYRITYKSESSÄ

Tiivistelmä Lainsäädäntö ohjaa yrityksien työsuojelutoimintaa varsin tiukasti. Menestyvälle yritykselle ei kuitenkaan enää riitä lainsäädännön minimitason saavuttaminen. Työturvallisuudesta on tullut merkittävä menestystekijä kilpailtaessa rajallisista resursseista, kuten osaavasta työvoimasta ja rahoittajista. Diplomityössä selvitetään työturvallisuuden kehittämiskeinoja teollisuusyrityksessä. Alalla toimii useita viranomais- ja asiantuntijaorganisaatioita, joiden tehtäviin kuuluu valvoa, että lainsäädäntöä noudatetaan. Valvonnan lisäksi ne myös tarjoavat opastusta työsuojeluasioissa. Työsuojelun kehittämisessä on tärkeää johdon asenne ja toiminta työsuojeluasioissa. Turvallisuutta tulee johtaa samalla tavoin kuin yrityksen muutakin toimintaa. Turvallisuusjohtamisen menetelmiä ovat muun muassa riskien arviointi, tapaturmien tutkinta ja työsuojelukoulutuksen järjestäminen. Myös hyvän turvallisuuskulttuurin luominen yritykseen kuuluu johdon haasteisiin. Turvallisuustoiminnan tilaa kohdeyrityksessä arvioitiin Lappeenrannan teknillisessä korkeakoulussa kehitetyllä Laatua turvallisuustoimintaan (LATU) -menetelmällä. Tuloksien perusteella valittiin lähempää tarkastelua varten tapaturmien tutkinta, fyysinen kuormitus ja sisäinen liikenne. Näistä kerättiin tietoa haastatteluin ja keskusteluin niin työntekijöiden, työnjohdon kuin keskijohdonkin kanssa sekä lisäksi omakohtaisesti toimintaa havainnoimalla.

Determining risk potential through accidents and near-accidents: an empirical study in a steel factory

Fatal and permanently disabling accidents form only one per I cent of all occupational accidents but in many branches of industry they account for more than half the accident costs. Furthermore the human suffering of the victim and his family is greater in severe accidents than in slight ones. For both human and economic reasons the severe accident risks should be identified befor injuries occur. It is for this purpose that different safety analysis methods have been developed . This study shows two new possible approaches to the problem.. The first is the hypothesis that it is possible to estimate the potential severity of accidents independent of the actual severity. The second is the hypothesis that when workers are also asked to report near accidents, they are particularly prone to report potentially severe near accidents on the basis of their own subjective risk assessment. A field study was carried out in a steel factory. The results supported both the hypotheses. The reliability and the validity of post incident estimates of an accident's potential severity were reasonable. About 10 % of accidents were estimated to be potentially critical; they could have led to death or very severe permanent disability. Reported near accidents were significantly more severe, about 60 $ of them were estimated to be critical. Furthermore the validity of workers subjective risk assessment, manifested in the near accident reports, proved to be reasonable. The studied new methods require further development and testing. They could be used both in routine usage in work places and in research for identifying and setting the priorities of accident risks.

Communicative and Anticipatory Decision-Making Supported by Bayesian Networks

The purpose of this research is to draw up a clear construction of an anticipatory communicative decision-making process and a successful implementation of a Bayesian application that can be used as an anticipatory communicative decision-making support system. This study is a decision-oriented and constructive research project, and it includes examples of simulated situations. As a basis for further methodological discussion about different approaches to management research, in this research, a decision-oriented approach is used, which is based on mathematics and logic, and it is intended to develop problem solving methods. The approach is theoretical and characteristic of normative management science research. Also, the approach of this study is constructive. An essential part of the constructive approach is to tie the problem to its solution with theoretical knowledge. Firstly, the basic definitions and behaviours of an anticipatory management and managerial communication are provided. These descriptions include discussions of the research environment and formed management processes. These issues define and explain the background to further research. Secondly, it is processed to managerial communication and anticipatory decision-making based on preparation, problem solution, and solution search, which are also related to risk management analysis. After that, a solution to the decision-making support application is formed, using four different Bayesian methods, as follows: the Bayesian network, the influence diagram, the qualitative probabilistic network, and the time critical dynamic network. The purpose of the discussion is not to discuss different theories but to explain the theories which are being implemented. Finally, an application of Bayesian networks to the research problem is presented. The usefulness of the prepared model in examining a problem and the represented results of research is shown. The theoretical contribution includes definitions and a model of anticipatory decision-making. The main theoretical contribution of this study has been to develop a process for anticipatory decision-making that includes management with communication, problem-solving, and the improvement of knowledge. The practical contribution includes a Bayesian Decision Support Model, which is based on Bayesian influenced diagrams. The main contributions of this research are two developed processes, one for anticipatory decision-making, and the other to produce a model of a Bayesian network for anticipatory decision-making. In summary, this research contributes to decision-making support by being one of the few publicly available academic descriptions of the anticipatory decision support system, by representing a Bayesian model that is grounded on firm theoretical discussion, by publishing algorithms suitable for decision-making support, and by defining the idea of anticipatory decision-making for a parallel version. Finally, according to the results of research, an analysis of anticipatory management for planned decision-making is presented, which is based on observation of environment, analysis of weak signals, and alternatives to creative problem solving and communication.

Epävarmuustarkastelun soveltaminen deterministisissä turvallisuusanalyyseissä

Tässä diplomityössä esitetään selvitys käytössä olevista deterministisistä turvallisuusanalyysimenetelmistä. Deterministisillä turvallisuusanalyyseillä arvioidaan ydinvoimalaitosten turvallisuutta eri käyttötilojen aikana. Voimalaitoksen turvallisuusjärjestelmät mitoitetaan deterministisen turvallisuusanalyysin tulosten perusteella. Deterministiset turvallisuusanalyysit voidaan laatia konservatiivista tai tilastollista menetelmää käyttäen. Konservatiivinen menetelmä pyrkii mallintamaan tarkasteltavan tilanteen siten, että laitoksen todellinen käyttäytyminen on hyvällä varmuudella lievempää kuin analyysitulos. Konservatiivisessa menetelmässä analyysin epävarmuudet huomioidaan konservatiivisilla oletuksilla. Tilastollinen menetelmä perustuu parhaan arvion menetelmään eli pyrkimykseen mallintaa laitoksen käyttäytyminen mahdollisimman todenmukaisesti. Tilastollisessa menetelmässä analyysin epävarmuudet määritetään systemaattisesti tilastomatematiikan keinoin. Työssä painotetaan tilastollisen analyysin epävarmuuksien määritykseen käytettäviä epävarmuustarkastelumenetelmiä. Diplomityön laskennallisessa osassa vertaillaan deterministisen turvallisuusanalyysin laadintaan käytettäviä menetelmiä termohydraulisen turvallisuusanalyysiesimerkin laskennan kautta. Laskennassa tarkasteltavana onnettomuutena on Olkiluoto 3-laitosyksikössä tapahtuva primäärijäähdytepiirin putkikatkosta aiheutuva jäähdytteenmenetysonnettomuus. Lasketun esimerkkitapauksen perusteella tilastollista ja konservatiivista menetelmää voidaan pitää vaihtoehtoisina turvallisuusanalyysin laadintaan. Molemmat analyysit tuottivat hyväksyttäviä ja toisilleen verrannollisia tuloksia, joiden suuruusluokka on sama.

Reseptilääkkeiden lanseerausprosessi. Case: Ormox & Origlucon

Lääketeollisuuden tuotelanseerausten riskit ovat huomattavan suuria. Lääkkeiden tuotekehitysprojektien pitkä kesto ja valtaisat kustannukset ajavat yrityksen vaikeaan tilanteeseen. Lääkkeiden markkinoille tuonnin eli lanseerauksen on onnistuttava, jotta tuotekehityksen kustannukset voidaan kattaa. Tämän takia lääkkeiden lanseerauksen kehittäminen on yrityksille erittäin tärkeää. Lanseerauksen kehittäminen on samalla tutkimuksen pääongelma. Tutkielma keskittyy erityisesti suomalaisten reseptilääkkeiden lanseerausprosessin läpikäymiseen. Tutkielma jakautuu kahteen osaan: ensimmäinen osa käsittelee lanseerausta käsitteenä, lääkemarkkinoinnin erityispiirteitä sekä lanseerausprosessin teoriaa lääkeyhtiöiden näkökulmasta. Tutkielman toinen eli empiirinen osio, käsittelee Orion Pharman läpikäymää Ormox & Origlucon lanseerausta ja sen toteutusta. Erityisesti pyrittiin tunnistamaan, mitkä olivat keskeisimmät menestystekijät kyseisessä lanseerauksessa ja kuinka sitä voitaisiin kehittää. Ensimmäisenä menestystekijänä kyseisessä tutkimuksessa voidaan pitää hyvää markkinatuntemusta, jonka organisaatio oli koonnut toimiessaan aiempien lääkkeiden parissa. Toinen merkittävä menestystekijä on voimakas panostus, aina johdon tasolta asti, kyseiseen projektiin. Kolmantena tärkeänä menestystekijänä voidaan pitää tarvelähtöisyyttä, jonka avulla voitiin muotoilla asiakkaiden hyväksymä ja ymmärtämä markkinointiviesti. Keskeisimmiksi kehittämisen kohteiksi osoittautuivat sisäinen markkinointi, myyntitoiminnan organisointi sekä työn suunnittelun jatkuvuus.

Analysis of Satellite Data for Forest Segmentation

In this work we study the classification of forest types using mathematics based image analysis on satellite data. We are interested in improving classification of forest segments when a combination of information from two or more different satellites is used. The experimental part is based on real satellite data originating from Canada. This thesis gives summary of the mathematics basics of the image analysis and supervised learning , methods that are used in the classification algorithm. Three data sets and four feature sets were investigated in this thesis. The considered feature sets were 1) histograms (quantiles) 2) variance 3) skewness and 4) kurtosis. Good overall performances were achieved when a combination of ASTERBAND and RADARSAT2 data sets was used.

Turvallisuusanalyysi: Kullan uuttaminen syanidilla

Tässä kandityössä on tehty turvallisuusanalyysi kullan uuttamiselle syanidilla. Kullan uuttaminen on tehty MacArthur-Forrest-prosessilla laboratoriomittakaavassa. Myös syanidoinnin historiaa, eri syanidointimenetelmiä ja turvallisuusanalyysejä on käyty lyhyesti läpi tämän kandityön alussa.

R&D Performance Analysis: Case Studies on the Challenges and Promotion of the Evaluation and Measurement of R&D

Due to the intense international competition, demanding, and sophisticated customers, and diverse transforming technological change, organizations need to renew their products and services by allocating resources on research and development (R&D). Managing R&D is complex, but vital for many organizations to survive in the dynamic, turbulent environment. Thus, the increased interest among decision-makers towards finding the right performance measures for R&D is understandable. The measures or evaluation methods of R&D performance can be utilized for multiple purposes; for strategic control, for justifying the existence of R&D, for providing information and improving activities, as well as for the purposes of motivating and benchmarking. The earlier research in the field of R&D performance analysis has generally focused on either the activities and considerable factors and dimensions - e.g. strategic perspectives, purposes of measurement, levels of analysis, types of R&D or phases of R&D process - prior to the selection of R&Dperformance measures, or on proposed principles or actual implementation of theselection or design processes of R&D performance measures or measurement systems. This study aims at integrating the consideration of essential factors anddimensions of R&D performance analysis to developed selection processes of R&D measures, which have been applied in real-world organizations. The earlier models for corporate performance measurement that can be found in the literature, are to some extent adaptable also to the development of measurement systemsand selecting the measures in R&D activities. However, it is necessary to emphasize the special aspects related to the measurement of R&D performance in a way that make the development of new approaches for especially R&D performance measure selection necessary: First, the special characteristics of R&D - such as the long time lag between the inputs and outcomes, as well as the overall complexity and difficult coordination of activities - influence the R&D performance analysis problems, such as the need for more systematic, objective, balanced and multi-dimensional approaches for R&D measure selection, as well as the incompatibility of R&D measurement systems to other corporate measurement systems and vice versa. Secondly, the above-mentioned characteristics and challenges bring forth the significance of the influencing factors and dimensions that need to be recognized in order to derive the selection criteria for measures and choose the right R&D metrics, which is the most crucial step in the measurement system development process. The main purpose of this study is to support the management and control of the research and development activities of organizations by increasing the understanding of R&D performance analysis, clarifying the main factors related to the selection of R&D measures and by providing novel types of approaches and methods for systematizing the whole strategy- and business-based selection and development process of R&D indicators.The final aim of the research is to support the management in their decision making of R&D with suitable, systematically chosen measures or evaluation methods of R&D performance. Thus, the emphasis in most sub-areas of the present research has been on the promotion of the selection and development process of R&D indicators with the help of the different tools and decision support systems, i.e. the research has normative features through providing guidelines by novel types of approaches. The gathering of data and conducting case studies in metal and electronic industry companies, in the information and communications technology (ICT) sector, and in non-profit organizations helped us to formulate a comprehensive picture of the main challenges of R&D performance analysis in different organizations, which is essential, as recognition of the most importantproblem areas is a very crucial element in the constructive research approach utilized in this study. Multiple practical benefits regarding the defined problemareas could be found in the various constructed approaches presented in this dissertation: 1) the selection of R&D measures became more systematic when compared to the empirical analysis, as it was common that there were no systematic approaches utilized in the studied organizations earlier; 2) the evaluation methods or measures of R&D chosen with the help of the developed approaches can be more directly utilized in the decision-making, because of the thorough consideration of the purpose of measurement, as well as other dimensions of measurement; 3) more balance to the set of R&D measures was desired and gained throughthe holistic approaches to the selection processes; and 4) more objectivity wasgained through organizing the selection processes, as the earlier systems were considered subjective in many organizations. Scientifically, this dissertation aims to make a contribution to the present body of knowledge of R&D performance analysis by facilitating dealing with the versatility and challenges of R&D performance analysis, as well as the factors and dimensions influencing the selection of R&D performance measures, and by integrating these aspects to the developed novel types of approaches, methods and tools in the selection processes of R&D measures, applied in real-world organizations. In the whole research, facilitation of dealing with the versatility and challenges in R&D performance analysis, as well as the factors and dimensions influencing the R&D performance measure selection are strongly integrated with the constructed approaches. Thus, the research meets the above-mentioned purposes and objectives of the dissertation from the scientific as well as from the practical point of view.

Elintarviketehtaan tuotantolinjan kunnonvalvonnan kehittäminen

Tutkimuksen tavoitteena oli kunnonvalvontajärjestelmän kehittäminen nykyaikaiselle elintarviketeollisuuden tuotantolinjalle. Työssä etsittiin olemassa olevia kunnonvalvontamenetelmiä ja -sovelluksia erityisesti jäätelötuotantolaitteiden tarpeisiin. Kirjallisuudesta löydettiin sovelluksia lähinnä yksittäisille komponenteille ja kone-elimille. Tutkimuksen kohteena oleva tuotantolinja käytiin läpi toimintojen ja komponenttien osalta. Tehtaan laitekantaa ja valmiutta kunnonvalvonnan käyttöönotolle käsiteltiin yleisellä tasolla. Kunnonvalvontajärjestelmää kehitettäessä käytettiin hyväksi kirjallisuudesta löytyneitä menetelmiä, joista soveltuvimpia käytettiin kunnonvalvontametodien kartoittamiseen. Kunnonvalvontametodit muodostettiin toiminnanohjausjärjestelmästä ja linjan käyttöönotosta saatujen tietojen avulla. Tietoja käytettiin vika-vaikutusanalyysissä, joka oli pohjana komponentti- ja menetelmäkohtaisessa analyysissa. Kriittisiä ja tuotannon tehokkuuteen vaikuttavia koneenosia ja kokonaisuuksia tarkasteltiin kunnonvalvontamenetelmien soveltuvuuden avulla. Tutkimuksen edetessä kehitettiin kokonaisvaltaiset toiminnanohjausjärjestelmän avulla toimivat eritasoiset kunnonvalvontahypoteesit, joiden avulla linjan yksittäisten komponenttien kuntoa voidaan valvoa. Lisäksi tutkimuksessa kehitettiin uusia kunnonvalvontasovelluksia, joita on mahdollista käyttää myös tehtaan muilla linjoilla. Kunnonvalvontahypoteeseja käytettiin kokonaisen kunnonvalvontajärjestelmän luomiseen. Tehtaalla on mahdollisuus valita käyttöönotettavan kunnonvalvonnan taso hypoteesien sekä kunnossapitostrategian avulla.

Toimittajayhteistyömallit ja niiden valintaan vaikuttavat tekijät

Tämä kandidaatintyö käsittelee toimittajayhteistyömalleja ja niiden valintaan vaikuttavia tekijöitä. Työn tavoitteena on saada kattava käsitys siitä, mitkä tekijät vaikuttavat toimittajayhteistyömallin valintaan ja millaisiin olosuhteisiin eri yhteistyömallit sopivat. Työ on toteutettu kirjallisuuskatsauksena. Työssä esitellään varastoinnin keskeisimmät syyt ja varastonhallinnan haasteet, jotka ovat yleisimpiä syitä siirtyä tekemään yhteistyötä toimittajien kanssa. Työssä tutkitaan erilaisia toimittajayhteistyömalleja eri integraatiotasoilta, jotta saadaan mahdollisimman laaja käsitys yrityksen eri valintamahdollisuuksista. Toimittajayhteistyömallin valinnassa yrityksen tulisi ottaa huomioon strategian yhteensopivuuden lisäksi tuoteominaisuudet, yhteistyötoimittajan ominaisuudet, kustannukset, maantieteellinen sijainti sekä yhteistyön toteuttamiseen vaadittava aika ja vaiva. Tutkimuksessa havaittiin, että toimittajayhteistyömallit sopivat erilaisiin olosuhteisiin ja ne ovat hyvin muokattavissa yrityksen tarpeisiin. Syvemmät yhteistyömallit vaativat toimiakseen enemmän aikaa ja investointeja. Kriittisiksi tekijöiksi yhteistyömallin valinnassa nousivat luottamus toimittajaan ja osapuolten halu panostaa yhteistyösuhteeseen.

Food Safety Testing: Rapid Molecular Methods for Chemical and Biological Hazards

The central goal of food safety policy in the European Union (EU) is to protect consumer health by guaranteeing a high level of food safety throughout the food chain. This goal can in part be achieved by testing foodstuffs for the presence of various chemical and biological hazards. The aim of this study was to facilitate food safety testing by providing rapid and user-friendly methods for the detection of particular food-related hazards. Heterogeneous competitive time-resolved fluoroimmunoassays were developed for the detection of selected veterinary residues, that is coccidiostat residues, in eggs and chicken liver. After a simplified sample preparation procedure, the immunoassays were performed either in manual format with dissociation-enhanced measurement or in automated format with pre-dried assay reagents and surface measurement. Although the assays were primarily designed for screening purposes providing only qualitative results, they could also be used in a quantitative mode. All the developed assays had good performance characteristics enabling reliable screening of samples at concentration levels required by the authorities. A novel polymerase chain reaction (PCR)-based assay system was developed for the detection of Salmonella spp. in food. The sample preparation included a short non-selective pre-enrichment step, after which the target cells were collected with immunomagnetic beads and applied to PCR reaction vessels containing all the reagents required for the assay in dry form. The homogeneous PCR assay was performed with a novel instrument platform, GenomEra^™, and the qualitative assay results were automatically interpreted based on end-point time-resolved fluorescence measurements and cut-off values. The assay was validated using various food matrices spiked with sub-lethally injured Salmonella cells at levels of 1-10 colony forming units (CFU)/25 g of food. The main advantage of the system was the exceptionally short time to result; the entire process starting from the pre-enrichment and ending with the PCR result could be completed in eight hours. In conclusion, molecular methods using state-of-the-art assay techniques were developed for food safety testing. The combination of time-resolved fluorescence detection and ready-to-use reagents enabled sensitive assays easily amenable to automation. Consequently, together with the simplified sample preparation, these methods could prove to be applicable in routine testing.

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

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

Multidata inverse problems and Bayesian solution methods in astronomy

Statistical analyses of measurements that can be described by statistical models are of essence in astronomy and in scientific inquiry in general. The sensitivity of such analyses, modelling approaches, and the consequent predictions, is sometimes highly dependent on the exact techniques applied, and improvements therein can result in significantly better understanding of the observed system of interest. Particularly, optimising the sensitivity of statistical techniques in detecting the faint signatures of low-mass planets orbiting the nearby stars is, together with improvements in instrumentation, essential in estimating the properties of the population of such planets, and in the race to detect Earth-analogs, i.e. planets that could support liquid water and, perhaps, life on their surfaces. We review the developments in Bayesian statistical techniques applicable to detections planets orbiting nearby stars and astronomical data analysis problems in general. We also discuss these techniques and demonstrate their usefulness by using various examples and detailed descriptions of the respective mathematics involved. We demonstrate the practical aspects of Bayesian statistical techniques by describing several algorithms and numerical techniques, as well as theoretical constructions, in the estimation of model parameters and in hypothesis testing. We also apply these algorithms to Doppler measurements of nearby stars to show how they can be used in practice to obtain as much information from the noisy data as possible. Bayesian statistical techniques are powerful tools in analysing and interpreting noisy data and should be preferred in practice whenever computational limitations are not too restrictive.