Orthogonal function method in modelling paper web quality variation

This work is devoted to the analysis of signal variation of the Cross-Direction and Machine-Direction measurements from paper web. The data that we possess comes from the real paper machine. Goal of the work is to reconstruct the basis weight structure of the paper and to predict its behaviour to the future. The resulting synthetic data is needed for simulation of paper web. The main idea that we used for describing the basis weight variation in the Cross-Direction is Empirical Orthogonal Functions (EOF) algorithm, which is closely related to Principal Component Analysis (PCA) method. Signal forecasting in time is based on Time-Series analysis. Two principal mathematical procedures that we used in the work are Autoregressive-Moving Average (ARMA) modelling and Ornstein–Uhlenbeck (OU) process.

The reconstruction of social meaning in the space of flows

Artikkeli on alunperin julkaistu teoksessa: The informational city (1989) / Manuel Castells

Contrasting tree-ring data with fire record in a pine-dominated landscape in the Komi Republic (Eastern European Russia) : recovering a common climate signal

Abstract

Biodiversity value of potential forest fertilisation stands, as assessed by red-listed and "signal" bryophytes and lichens

Abstract

Development of Craniofacial Bone Defect Reconstruction Implant Based on Fibre-Reinforced Composite with Photopolymerisable Resin Systems. Experimental studies in vitro and in vivo.

Reconstruction of defects in the craniomaxillofacial (CMF) area has mainly been based on bone grafts or metallic fixing plates and screws. Particularly in the case of large calvarial and/or craniofacial defects caused by trauma, tumours or congenital malformations, there is a need for reliable reconstruction biomaterials, because bone grafts or metallic fixing systems do not completely fulfill the criteria for the best possible reconstruction methods in these complicated cases. In this series of studies, the usability of fibre-reinforced composite (FRC) was studied as a biostable, nonmetallic alternative material for reconstructing artificially created bone defects in frontal and calvarial areas of rabbits. The experimental part of this work describes the different stages of the product development process from the first in vitro tests with resin-impregnated fibrereinforced composites to the in vivo animal studies, in which this FRC was tested as an implant material for reconstructing different size bone defects in rabbit frontal and calvarial areas. In the first in vitro study, the FRC was polymerised in contact with bone or blood in the laboratory. The polymerised FRC samples were then incubated in water, which was analysed for residual monomer content by using high performance liquid chromatography (HPLC). It was found that this in vitro polymerisation in contact with bone and blood did not markedly increase the residual monomer leaching from the FRC. In the second in vitro study, different adhesive systems were tested in fixing the implant to bone surface. This was done to find an alternative implant fixing system to screws and pins. On the basis of this study, it was found that the surface of the calvarial bone needed both mechanical and chemical treatments before the resinimpregnated FRC could be properly fixed onto it. In three animal studies performed with rabbit frontal bone defects and critical size calvarial bone defect models, biological responses to the FRC implants were evaluated. On the basis of theseevaluations, it can be concluded that the FRC, based on E-glass (electrical glass) fibres forming a porous fibre veil enables the ingrowth of connective tissues to the inner structures of the material, as well as the bone formation and mineralization inside the fibre veil. Bone formation could be enhanced by using bioactive glass granules fixed to the FRC implants. FRC-implanted bone defects healed partly; no total healing of defects was achieved. Biological responses during the follow-up time, at a maximum of 12 weeks, to resin-impregnated composite implant seemed to depend on the polymerization time of the resin matrix of the FRC. Both of the studied resin systems used in the FRC were photopolymerised and the heat-induced postpolymerisation was used additionally.

Methods for the analysis of two dimensional measurement data of paper web

This work is devoted to the problem of reconstructing the basis weight structure at paper web with black{box techniques. The data that is analyzed comes from a real paper machine and is collected by an o®-line scanner. The principal mathematical tool used in this work is Autoregressive Moving Average (ARMA) modelling. When coupled with the Discrete Fourier Transform (DFT), it gives a very flexible and interesting tool for analyzing properties of the paper web. Both ARMA and DFT are independently used to represent the given signal in a simplified version of our algorithm, but the final goal is to combine the two together. Ljung-Box Q-statistic lack-of-fit test combined with the Root Mean Squared Error coefficient gives a tool to separate significant signals from noise.

The Development of Weak Signal Concept

Tämän hetken trendit kuten globalisoituminen, ympäristömme turbulenttisuus, elintason nousu, turvallisuuden tarpeen kasvu ja teknologian kehitysnopeus korostavatmuutosten ennakoinnin tarpeellisuutta. Pysyäkseen kilpailukykyisenä yritysten tulee kerätä, analysoida ja hyödyntää liiketoimintatietoa, jokatukee niiden toimintaa viranomaisten, kilpailijoiden ja asiakkaiden toimenpiteiden ennakoinnissa. Innovoinnin ja uusien konseptien kehittäminen, kilpailijoiden toiminnan arviointi, asiakkaiden tarpeet muun muassa vaativatennakoivaa arviointia. Heikot signaalit ovat keskeisessä osassa organisaatioiden valmistautumisessa tulevaisuuden tapahtumiin. Opinnäytetyön tarkoitus on luoda ja kehittää heikkojen signaalien ymmärrystä ja hallintaa sekäkehittää konseptuaalinen ja käytännöllinen lähestymistapa ennakoivan toiminnan edistämiselle. Heikkojen signaalien tyyppien luokittelu perustuu ominaisuuksiin ajan, voimakkuuden ja liiketoimintaan integroinnin suhteen. Erityyppiset heikot signaalit piirteineen luovat reunaehdot laatutekijöiden keräämiselle ja siitä edelleen laatujärjestelmän ja matemaattiseen malliin perustuvan työvälineen kehittämiselle. Heikkojen signaalien laatutekijät on kerätty yhteen kaikista heikkojen signaalien konseptin alueista. Analysoidut ja kohdistetut laatumuuttujat antavat mahdollisuuden kehittää esianalyysiä ja ICT - työvälineitä perustuen matemaattisen mallin käyttöön. Opinnäytetyön tavoitteiden saavuttamiseksi tehtiin ensin Business Intelligence -kirjallisuustutkimus. Hiekkojen signaalien prosessi ja systeemi perustuvat koottuun Business Intelligence - systeemiin. Keskeisinä kehitysalueina tarkasteltiin liiketoiminnan integraatiota ja systemaattisen menetelmän kehitysaluetta. Heikkojen signaalien menetelmien ja määritelmien kerääminen sekä integrointi määriteltyyn prosessiin luovat uuden konseptin perustan, johon tyypitys ja laatutekijät kytkeytyvät. Käytännöllisen toiminnan tarkastelun ja käyttöönoton mahdollistamiseksi toteutettiin Business Intelligence markkinatutkimus (n=156) sekä yhteenveto muihin saatavilla oleviin markkinatutkimuksiin. Syvähaastatteluilla (n=21) varmennettiin laadullisen tarkastelun oikeellisuus. Lisäksi analysoitiin neljä käytännön projektia, joiden yhteenvedot kytkettiin uuden konseptin kehittämiseen. Prosessi voidaan jakaa kahteen luokkaan: yritysten markkinasignaalit vuoden ennakoinnilla ja julkisen sektorin verkostoprojektit kehittäen ennakoinnin struktuurin luonnin 7-15 vuoden ennakoivalle toiminnalle. Tutkimus rajattiin koskemaan pääasiassa ulkoisen tiedon aluetta. IT työvälineet ja lopullisen laatusysteemin kehittäminen jätettiin tutkimuksen ulkopuolelle. Opinnäytetyön tavoitteena ollut heikkojen signaalien konseptin kehittäminen toteutti sille asetetut odotusarvot. Heikkojen signaalien systemaattista tarkastelua ja kehittämistyötä on mahdollista edistää Business Intelligence - systematiikan hyödyntämisellä. Business Intelligence - systematiikkaa käytetään isojen yritysten liiketoiminnan suunnittelun tukena.Organisaatioiden toiminnassa ei ole kuitenkaan yleisesti hyödynnetty laadulliseen analyysiin tukeutuvaa ennakoinnin weak signals - toimintaa. Ulkoisenja sisäisen tiedon integroinnin ja systematiikan hyödyt PK -yritysten tukena vaativat merkittävää panostusta julkishallinnon rahoituksen ja kehitystoiminnan tukimuotoina. Ennakointi onkin tuottanut lukuisia julkishallinnon raportteja, mutta ei käytännön toteutuksia. Toisaalta analysoitujen case-tapausten tuloksena voidaan nähdä, ettei organisaatioissa välttämättä tarvita omaa projektipäällikköä liiketoiminnan tuen kehittämiseksi. Business vastuun ottamiseksi ja asiaan sitoutumiseen on kuitenkin löydyttävä oikea henkilö

Multispectral image compression using the wavelet transform

Multispectral images contain information from several spectral wavelengths and currently multispectral images are widely used in remote sensing and they are becoming more common in the field of computer vision and in industrial applications. Typically, one multispectral image in remote sensing may occupy hundreds of megabytes of disk space and several this kind of images may be received from a single measurement. This study considers the compression of multispectral images. The lossy compression is based on the wavelet transform and we compare the suitability of different waveletfilters for the compression. A method for selecting a wavelet filter for the compression and reconstruction of multispectral images is developed. The performance of the multidimensional wavelet transform based compression is compared to other compression methods like PCA, ICA, SPIHT, and DCT/JPEG. The quality of the compression and reconstruction is measured by quantitative measures like signal-to-noise ratio. In addition, we have developed a qualitative measure, which combines the information from the spatial and spectral dimensions of a multispectral image and which also accounts for the visual quality of the bands from the multispectral images.

Reconstruction of 3D Planar Objects with Partial Occlusion

Kolmiulotteisten kappaleiden rekonstruktio on yksi konenäön haastavimmista ongelmista, koska kappaleiden kolmiulotteisia etäisyyksiä ei voida selvittää yhdestä kaksiulotteisesta kuvasta. Ongelma voidaan ratkaista stereonäön avulla, jossa näkymän kolmiulotteinen rakenne päätellään usean kuvan perusteella. Tämä lähestymistapa mahdollistaa kuitenkin vain rekonstruktion niille kappaleiden osille, jotka näkyvät vähintään kahdessa kuvassa. Piilossa olevien osien rekonstruktio ei ole mahdollista pelkästään stereonäön avulla. Tässä työssä on kehitetty uusi menetelmä osittain piilossa olevien kolmiulotteisten tasomaisten kappaleiden rekonstruktioon. Menetelmän avulla voidaan selvittää hyvällä tarkkuudella tasomaisista pinnoista koostuvan kappaleen muoto ja paikka käyttäen kahta kuvaa kappaleesta. Menetelmä perustuu epipolaarigeometriaan, jonka avulla selvitetään molemmissa kuvissa näkyvät kappaleiden osat. Osittain piilossa olevien piirteiden rekonstruointi suoritetaan käyttämäen stereonäköä sekä tietoa kappaleen rakenteesta. Esitettyä ratkaisua voitaisiin käyttää esimerkiksi kolmiulotteisten kappaleiden visualisointiin, robotin navigointiin tai esineentunnistukseen.

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.

Reconstruction and analysis of surface variation using photometric stereo

In many industrial applications, accurate and fast surface reconstruction is essential for quality control. Variation in surface finishing parameters, such as surface roughness, can reflect defects in a manufacturing process, non-optimal product operational efficiency, and reduced life expectancy of the product. This thesis considers reconstruction and analysis of high-frequency variation, that is roughness, on planar surfaces. Standard roughness measures in industry are calculated from surface topography. A fast and non-contact method to obtain surface topography is to apply photometric stereo in the estimation of surface gradients and to reconstruct the surface by integrating the gradient fields. Alternatively, visual methods, such as statistical measures, fractal dimension and distance transforms, can be used to characterize surface roughness directly from gray-scale images. In this thesis, the accuracy of distance transforms, statistical measures, and fractal dimension are evaluated in the estimation of surface roughness from gray-scale images and topographies. The results are contrasted to standard industry roughness measures. In distance transforms, the key idea is that distance values calculated along a highly varying surface are greater than distances calculated along a smoother surface. Statistical measures and fractal dimension are common surface roughness measures. In the experiments, skewness and variance of brightness distribution, fractal dimension, and distance transforms exhibited strong linear correlations to standard industry roughness measures. One of the key strengths of photometric stereo method is the acquisition of higher frequency variation of surfaces. In this thesis, the reconstruction of planar high-frequency varying surfaces is studied in the presence of imaging noise and blur. Two Wiener filterbased methods are proposed of which one is optimal in the sense of surface power spectral density given the spectral properties of the imaging noise and blur. Experiments show that the proposed methods preserve the inherent high-frequency variation in the reconstructed surfaces, whereas traditional reconstruction methods typically handle incorrect measurements by smoothing, which dampens the high-frequency variation.

A new climatic periodisation of the Gold and Guinea Coasts in West Africa, 1750-1798 : a reconstruction of the climate during the slave trade era, including an analysis of the climatically facilitated Trans-Atlantic slave trade

Avsikten med studien är att producera den första rekonstruktionen av det västafrikanska klimatet mellan 1750 och 1798. Kunskapen om det västafrikanska klimatet före 1800-talet är till dags dato bristfällig, vilket gör det svårare att förstå framtida klimatvariationer. Det är bristen på instrumentell meteorologisk data (temperatur, regnmängd, och lufttryck), vilket i princip bara täcker det senaste århundradet, som är orsaken till att tidigare klimat är bristfälligt kartlagda. Klimatet och miljön är även sådana att proxydata från ’naturens arkiv’ (såsom t.ex. trädringar) har begränsad användning. Således är historiska dokument, främst från gästande kulturer/nationer/intressenter, innehållande deskriptiv information om vädret och klimatet, klimatforskarens viktigaste källa. Genom att använda tidigare, för det här syftet, oanvända källor påvisade den här undersökningen att klimatet i västra Afrika och Guldkusten (Ghana) har ändrats sedan 1700-talet. Monsunregnen var svagare och kortvarigare, speciellt den sekundära regnperioden under hösten var betydligt svagare än idag. Det förekom kraftiga årliga variationer i monsunregnen, men sett ur längre tidsperspektiv utmärktes torrare och blötare perioder. Studien kunde också visa en viss korrelation mellan det globala väderfenomenet El Niño och regnperiodens intensitet längs med kusten. Flera torrperioder sammanföll med tidigare registrerade El Niño sekvenser. Speciellt slutet av 1760-talet påverkades kraftigt av El Niño och även det globala klimatet verkar ha genomgått graftiga förändringar just dessa år. På basis av den nya klimatrekonstruktionen genomfördes också en jämförelse av klimatets inverkan på den transatlantiska slavhandeln från 1750 till 1798, en fråga som historikerna gjort anspelningar på i över 30 år. Utförseln av slavar från västra Afrika var som kraftigast under 1700-talets andra hälft. Analysen visade att slavhandeln delvis tilltog i samband med klimatanomalierna.

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.

Economical potential of controlling charging of electric vehicles by using price signal

The number of electric vehicles grows continuously and the implementation of charging electric vehicles is an important issue for the future. Increasing amount of electric vehicles can cause problems to distribution grid by increasing peak load. Currently charging of electric vehicles is uncontrolled, but as the amount of electric vehicles grows, smart charg-ing (controlled charging) will be one possible solution to handle this situation. In this thesis smart charging of electric vehicles is examined from electricity retailers` point of view. The purpose is to find out plausible saving potentials of smart charging, when it´s controlled by price signal. Saving potential is calculated by comparing costs of price signal controlled charging and uncontrolled charging.