Experimental procedures for the identification of material properties of intervertebal disc - a contribution for the development of biomimetic substitutes for the nucleus pulposus

Tese de Doutoramento em Engenharia Mecânica.

QRP: An improved secure authentication method using QR codes

This paper presents the design and implementation of QRP, an open source proof-of-concept authentication system that uses a two-factorauthentication by combining a password and a camera-equipped mobile phone, acting as an authentication token. QRP is extremely secure asall the sensitive information stored and transmitted is encrypted, but it isalso an easy to use and cost-efficient solution. QRP is portable and can be used securely in untrusted computers. Finally, QRP is able to successfully authenticate even when the phone is offline.

Collaborative explicit plasticity framework: a conceptual scheme for the generation of plastic and group-aware user interfaces

The advent of new advances in mobile computing has changed the manner we do our daily work, even enabling us to perform collaborative activities. However, current groupware approaches do not offer an integrating and efficient solution that jointly tackles the flexibility and heterogeneity inherent to mobility as well as the awareness aspects intrinsic to collaborative environments. Issues related to the diversity of contexts of use are collected under the term plasticity. A great amount of tools have emerged offering a solution to some of these issues, although always focused on individual scenarios. We are working on reusing and specializing some already existing plasticity tools to the groupware design. The aim is to offer the benefits from plasticity and awareness jointly, trying to reach a real collaboration and a deeper understanding of multi-environment groupware scenarios. In particular, this paper presents a conceptual framework aimed at being a reference for the generation of plastic User Interfaces for collaborative environments in a systematic and comprehensive way. Starting from a previous conceptual framework for individual environments, inspired on the model-based approach, we introduce specific components and considerations related to groupware.

Jauhinterien valmistuksen kehittäminen

Diplomityö käsittelee eräälle paperiteollisuuden komponentteja valmistavalle yritykselle tehtyä tutkimusta, jossa tutkittiin erilaisia valmistusmenetelmiä, joilla voidaan valmistaa uudenlaisia jauhinteriä. Diplomityössä ideoitiin erilaisia jauhinteränkonstruktiovaihtoehtoja. Vaihtoehtoja havainnollistamaan piirrettiin jokaisesta ratkaisusta 3D- mallit. Vaihtoehtojen pohjalta päätettiin suoritettavat valmistustestaukset. Työssä suoritettiin valmistustestejä kuitulaserilla, hiilidioksidilaserilla sekä hienosädeplasmalla. Näiden testien perusteella saatiin näkemys siitä, mikä konstruktiovaihto on valmistusteknisesti paras, täyttäen samalla jauhinterälle asetetut vaatimukset. Diplomityön tuloksena syntyi toimiva ja kustannustehokas ratkaisu jauhinterien valmistamiseksi.

Competitor comparison: variable speed drives in pumping applications

As the world’s energy demand is increasing, a durable solution to control it is to improve the energy efficiency of the processes. It has been estimated that pumping applications have a significant potential for energy savings trough equipment or control system changes. For many pumping application the use of a variable speed drive as a process control element is the most energy efficient solution. The main target of this study is to examine the energy efficiency of a drive system that moves the pump. In a larger scale the purpose of this study is to examine how the different manufacturers’ variable speed drives are functioning as a control device of a pumping process. The idea is to compare the drives from a normal pump user’s point of view. The things that are mattering for the pump user are the efficiency gained in the process and the easiness of the use of the VSD. So some thought is given also on valuating the user-friendliness of the VSDs. The VSDs are compared to each other also on the basis of their life cycle energy costs in different kind of pumping cases. The comparison is made between ACS800 from ABB, VLT AQUA Drive from Danfoss, NX-drive from Vacon and Micromaster 430 from Siemens. The efficiencies are measured in power electronics laboratory in the Lappeenranta University of Technology with a system that consists of a variable speed drive, an induction motor with dc-machine, two power analyzers and a torque transducer. The efficiencies are measured as a function of a load at different frequencies. According to measurement results the differences between the measured system efficiencies on the actual working area of pumping are on average few percent units. When examining efficiencies at the whole range of different loads and frequencies, the differences get bigger. At low frequencies and loads the differences between the most efficient and the least efficient systems are at the most about ten percent units. At the most of the tested points ABB’s drive seem to have slightly better efficiencies than the other drives.

Osakeperusteinen palkitseminen: maksuttoman osakkeen hyödyntäminen kannustinjärjestelmissä

Tutkielman tavoitteena on selvittää osakeyhtiön palkitsemisjärjestelmiin liittyviä kysymyksiä päämies–agenttisuhteiden ja osakeyhtiöoikeudellisten periaatteiden kautta. Tutkielmassa selvitetään, kuinka maksuttomia osakkeita voidaan hyödyntää julkisen osakeyhtiön palkitsemisjärjestelmissä ja mitä haasteita ja mahdollisuuksia niiden käyttöön liittyy. Tutkimusmetodi työssä on lainopillinen ja aihetta lähestytään luontevasti kauppatieteellisen ja oikeustieteellisen näkökulman yhdistävän oikeustaloustieteen kautta. Ensisijaisena aineistona tutkielmassa käytetään voimassaolevaa lainsäädäntöä valmisteluaineistoineen ja näkökulmaa syvennetään aiemmin voimassa olleen lainsäädännön tarkastelulla. Toissijaisena aineistona tutkielmassa käytetään sekä eri asiantuntijoiden oikeudellista kirjallisuutta että palkitsemisen asiantuntijoiden laatimaa kirjallisuutta Suomesta ja muista länsimaista. Teoreettista työtä on syvennetty asiantuntijahaastattelulla ja yhtiöiden sijoittajatiedosta saatavalla informaatiolla. Merkittävin osakeyhtiön johdon ja yhtiön välisen suhteen tehokkuutta alentava seikka on päämies–agenttisuhteen valvontaongelma. Tämä liittyy päämies - agenttisuhteeseen, joka ilmenee negatiivisesti yhtiön ja yhtiön johdon intressien ristiriitatilanteissa. Valvontaongelma voi aiheuttaa ylimääräisiä transaktiokustannuksia ja tämä näkyy yhtiön toiminnan tehokkuuden laskemisena. Päämies–agenttisuhteen ratkaisuna lainsäädäntö ja erilaiset valvonnan keinot ovat tehottomia ja nykyisen yhtiöoikeudellisen ajattelun vastaisia. Tehokkaimmin valvontaongelma saadaan ratkaistua erilaisin kannustimin tapahtuvalla johdon ohjauksella. Osakesidonnainen palkitseminen on suosituin johdon ja yhtiön intressien yhdistämisen keino. Osakesidonnainen palkitseminen on parhaimmillaan eri osapuolien näkökulmasta sitouttavaa ja kannustavaa mutta osakepalkitsemisen käyttöön liittyy myös riskejä. Eräs keskeisistä yhtiöoikeudellisista periaatteista on yhdenvertaisuus, jota saatetaan loukata eri palkitsemisjärjestelmiä käytettäessä. Varojen jakoon ja järjestelmien rahoitukseen liittyy niin ikään riskejä, jotka saattavat vaarantaa järjestelmän onnistumisen. Liian avokätiset palkkiojärjestelmät taas saattavat aiheuttaa yhtiön eri sidosryhmien piirissä tyytymättömyyttä joka taas alentaa järjestelmän tehokkuutta. Yhtiön johto vastaa yhtiön strategian toteutumisesta ja linjaa Corporate Governance käytännön mukaisesti johdon palkitsemisen tavat. Yhtiön johto on kuitenkin päätöksistään vastuussa yhtiön residuaalioikeuden omaaville päämiehille, eli osakkeenomistajille. Vaikka yhtiön johto vastaa viime kädessä yhtiön toiminnasta, sen on huomioitava toiminnassaan yhtiön toiminnan tarkoitus ja sitä kautta yksittäisen osakkeenomistajan etu. Vaikka osakeyhtiössä toteutettaisiin enemmistöomistajan valitsemaa toimintalinjaa, osakeyhtiön yhdenvertaisuusperiaate korostaa juuri vähemmistöosakkeenomistajan asemaa. Johdon fidusiaaristen velvoitteiden voidaankin nähdä korostuvan johdon suhteessa vähemmistöosakkeenomistajaan. Tämä on huomioitava myös palkitsemisjärjestelmissä. Johdon palkitsemisjärjestelmien suunnittelussa ja toteutuksessa on suunnattava keskeinen huomio sen tavoitteiden toteutumiseen, eli yksittäisen osakkeenomistajan omistuksen arvon kasvattamiseen pidemmällä aikavälillä, pitäen huolta osakeyhtiön kantavista periaatteista.

Biossorção passiva de cromo (VI) através da microalga Spirulina platensis

Effluents containing toxic metals are dangerous and more economical, efficient and environmentally friendly treatments must be studied, with the biosorption process with microbial biomass constituting an efficient solution. Thus, the ability of Spirulina platensis biomass for removing chromium (VI) using passive and active biosorption was evaluated. Inactive microalgae biomass and synthetic solution containing chromium (VI) were used to evaluate important factors in the process and biomass biosorption ability. Results of the experiments showed that microalgae have potential for biosorption of chromium (VI), attaining removal of 100.39 mg g-1, and that pH was the variable with the greatest influence on the process.

Vaihtosuuntaajan reaaliaikainen lämpömalli

Vaihtosuuntaajan IGBT-moduulin liitosten lämpötiloja ei voida suoraan mitata, joten niiden arviointiin tarvitaan reaaliaikainen lämpömalli. Tässä työssä on tavoitteena kehittää tähän tarkoitukseen C-kielellä implementoitu ratkaisu, joka on riittävän tarkka ja samalla mahdollisimman laskennallisesti tehokas. Ohjelmallisen toteutuksen täytyy myös sopia erilaisille moduulityypeille ja sen on tarvittaessa otettava huomioon saman moduulin muiden sirujen lämmittävä vaikutus toisiinsa. Kirjallisuuskatsauksen perusteella valitaan olemassa olevista lämpömalleista käytännön toteutuksen pohjaksi lämpöimpedanssimatriisiin perustuva malli. Lämpöimpedanssimatriisista tehdään Simulink-ohjelmalla s-tason simulointimalli, jota käytetään referenssinä muun muassa implementoinnin tarkkuuden verifiointiin. Lämpömalli tarvitsee tiedon vaihtosuuntaajan häviöistä, joten työssä on selvitetty eri vaihtoehtoja häviölaskentaan. Lämpömallin kehittäminen s-tason mallista valmiiksi C-kieliseksi koodiksi on kuvattu tarkasti. Ensin s-tason malli diskretoidaan z-tasoon. Z-tason siirtofunktiot muutetaan puolestaan ensimmäisen kertaluvun differenssiyhtälöiksi. Työssä kehitetty monen aikatason lämpömalli saadaan jakamalla ensimmäisen kertaluvun differenssiyhtälöt eri aikatasoille suoritettavaksi sen mukaan, mikä niiden kuvaileman termin vaatima päivitysnopeus on. Tällainen toteutus voi parhaimmillaan kuluttaa alle viidesosan kellojaksoja verrattuna suoraviivaiseen yhden aikatason toteutukseen. Implementoinnin tarkkuus on hyvä. Implementoinnin vaatimia suoritusaikoja testattiin Texas Instrumentsin TMS320C6727- prosessorilla (300 MHz). Esimerkkimallin laskemisen määritettiin kuluttavan vaihtosuuntaajan toimiessa 5 kHz kytkentätaajuudella vain 0,4 % prosessorin kellojaksoista. Toteutuksen tarkkuus ja laskentakapasiteetin vähäinen vaatimus mahdollistavat lämpömallin käyttämisen lämpösuojaukseen ja lisäämisen osaksi muuta jo prosessorilla olemassa olevaa systeemiä.

Salon keskusta-alueen tulvasuojelu : Tulvasuojelutoimenpiteiden mitoitus ja arviointi

Uskelanjoki virtaa Salon kaupungin läpi ja varsinkin jääpato tulvatilanteissa tulvavedenkorkeudet uhkaavat nousta maa-alueille. Tässä työssä tutkittiin valittujen tulvasuojelutoimenpiteiden vaikutuksia tulvavedenkorkeuksiin Uskelanjoessa sekä Salon kaupungin keskusta-alueella. Tavoitteena oli löytää Uskelanjoen tulvimisen ehkäisyyn kustannustehokas ratkaisu. Työssä mallinnettiin Uskelanjoen vedenkorkeuksia yksidimensionaalisesti käyttäen HEC-RAS -mallia. Mallinnus suoritettiin mitoitustulvalla tulvasuojelutoimenpiteille, jotka olivat jäidenpidätysrakennelmien rakentaminen, ruoppaus, pengerrys sekä näiden vaihtoehtojen yhdistelmät. Mallinnuksesta saatujen tulvavedenkorkeuksien avulla laadittiin tarkastellulta uomaosuudelta tulvavaarakartat sekä tulvavahinkoarviot. Näiden tietojen pohjalta voitiin vaihtoehtojen hyötyjä vertailla käyttämällä kustannus-hyötyanalyysia. Kustannus-hyötyanalyysin tuloksista havaittiin, että jäidenpidätysrakennelmat osoittautuivat parhaaksi tulvasuojeluvaihtoehdoksi Uskelanjoessa. Muutkin työssä tutkitut vaihtoehdot osoittautuivat kannattaviksi. Epävarmuuden kumuloituminen vedenkorkeuksien mallinnuksesta hyötyjen ja haittojen arviointiin luo oman epävarmuutensa tässä työssä laskettuihin arvoihin. Tätä epävarmuutta on tutkittu työssä käyttämällä herkkyysanalyysia. Herkkyysanalyysin tuloksia tarkastelemalla jäidenpidätysrakennelmien rakentaminen osoittautui kaikkein riskivapaimmaksi vaihtoehdoksi Uskelanjoen tulvasuojelussa.

Impacts of increased levels of wind penetration on the Electric Power System of the Åland Islands

The application of VSC-HVDC technology throughout the world has turned out to be an efficient solution regarding a large share of wind power in different power systems. This technology enhances the overall reliability of the grid by utilization of the active and reactive power control schemes which allows to maintain frequency and voltage on busbars of the end-consumers at the required level stated by the network operator. This master’s thesis is focused on the existing and planned wind farms as well as electric power system of the Åland Islands. The goal is to analyze the wind conditions of the islands and appropriately predict a possible production of the existing and planned wind farms with a help of WAsP software program. Further, to investigate the influence of increased wind power it is necessary to develop a simulation model of the electric grid and VSC-HVDC system in PSCAD and examine grid response to different wind power production cases with respect to the grid code requirements and ensure the stability of the power system.

QUANTIFICATION AND EXTRACTION OF SURFACE FEATURES FROM DIGITAL TERRAIN MODELS

Digital Terrain Models (DTMs) are important in geology and geomorphology, since elevation data contains a lot of information pertaining to geomorphological processes that influence the topography. The first derivative of topography is attitude; the second is curvature. GIS tools were developed for derivation of strike, dip, curvature and curvature orientation from Digital Elevation Models (DEMs). A method for displaying both strike and dip simultaneously as colour-coded visualization (AVA) was implemented. A plug-in for calculating strike and dip via Least Squares Regression was created first using VB.NET. Further research produced a more computationally efficient solution, convolution filtering, which was implemented as Python scripts. These scripts were also used for calculation of curvature and curvature orientation. The application of these tools was demonstrated by performing morphometric studies on datasets from Earth and Mars. The tools show promise, however more work is needed to explore their full potential and possible uses.

Solidarity in Choosing a Location on a Cycle

We study the implications of two solidarity conditions on the efficient location of a public good on a cycle, when agents have single-peaked, symmetric preferences. Both conditions require that when circumstances change, the agents not responsible for the change should all be affected in the same direction: either they all gain or they all loose. The first condition, population-monotonicity, applies to arrival or departure of one agent. The second, replacement-domination, applies to changes in the preferences of one agent. Unfortunately, no Pareto-efficient solution satisfies any of these properties. However, if agents’ preferred points are restricted to the vertices of a small regular polygon inscribed in the circle, solutions exist. We characterize them as a class of efficient priority rules.

Diagnostic de l'accessibilité aux soins de santé en Haïti

L’accessibilité aux soins de santé est une priorité de nombreux gouvernements à travers le monde. En Haïti, les gouvernements se sont succédés et ont tenté à travers les années des interventions dont les résultats ne sont souvent pas satisfaisants. Le programme d’assistance médicale cubain, actuellement appliqué dans le pays, est en œuvre dans plus d’une vingtaine de pays en développement, mais il existe très peu d’évaluations indépendantes qui permettent de l’appréhender. Cet ouvrage se donne pour objectif de vérifier le bien fondé de cette intervention en tenant compte du contexte, d’établir la plausibilité en fonction des moyens du pays et finalement, de proposer des solutions qui améliorent la situation. Pour répondre à ces objectifs, l’étude de cas a été adoptée comme stratégie de recherche. Cette technique permet de mieux analyser le contexte, et de comprendre ses effets sur le programme. Des entrevues semi-structurées ont été réalisées pour permettre de faire les analyses stratégique et logique nécessaires pour atteindre les objectifs sus-cités. Les entrevues ont visé successivement la compréhension du modèle théorique, la détermination des problèmes pertinents auxquels fait le système de santé, les causes de la difficulté de rétention des professionnels et finale l’analyse du modèle. L’évaluation a révélé que l’accessibilité aux soins de santé est complexe et qu’un grand nombre de facteurs l’influencent. En Haïti, ces facteurs ne sont pas différents de ceux recensés dans la littérature. Mais la composante géographique associée à l’aspect administratif du système de santé en général constituent les éléments qui auraient l’impact le plus important sur l’accessibilité du système de santé. Vu les conditions actuelles, la modernisation de la gestion représente l’avenue à privilégier en attendant que les moyens permettent d’agir sur les autres facteurs. La rétention des professionnels de santé est un facteur essentiel de l’accessibilité aux soins de santé. Pour être efficace, les mécanismes de rétention utilisés doivent s’accompagner de mesures comme l’amélioration des conditions de travail, ainsi qu’un salaire compétitif. Les conditions de vie dans le milieu rural haïtien ne peuvent en rien être comparées à celles des pays développés. On ne peut espérer les mêmes résultats avec les programmes de rétention utilisés par cette intervention. Tenant compte du contexte socioéconomique et du tableau épidémiologique haïtien, il serait peut-être plus efficient de créer de nouveaux corps de métier. Ces derniers devraient être en mesure de régler les problèmes de santé simples, et occasionneraient des coûts moins importants. Ce serait à court terme et même à moyen terme une solution viable dans le contexte actuel. Le programme actuel s’il semble respecter les données probantes en matière d’accessibilité aux soins, néglige d’incorporer les paramètres spécifiques au milieu haïtien, nécessaires à l’atteinte de ses objectifs. La politisation excessive est aussi un facteur qui à terme pourrait conduire à l’échec de ce programme. Si à court terme le programme parvient à augmenter le nombre de professionnels de santé dans le pays, il est peu probable que cela dure. Les moyens précaires du pays ne lui permettent pas de se payer des professionnels hautement qualifiés dans les milieux sous desservis. L’intervention pour réussir doit intégrer les caractéristiques particulières du milieu et mettre plus d’accent sur la gestion du système.

La protection de la vie privée sur le Web avec P3P : l'arrimage incertain du technique et du juridique

La protection des renseignements personnels est au cœur des préoccupations de tous les acteurs du Web, commerçants ou internautes. Si pour les uns trop de règles en la matière pourraient freiner le développement du commerce électronique, pour les autres un encadrement des pratiques est essentiel à la protection de leur vie privée. Même si les motivations de chacun sont divergentes, le règlement de cette question apparaît comme une étape essentielle dans le développement du réseau. Le Platform for Privacy Preference (P3P) propose de contribuer à ce règlement par un protocole technique permettant la négociation automatique, entre l’ordinateur de l’internaute et celui du site qu’il visite, d’une entente qui encadrera les échanges de renseignements. Son application pose de nombreuses questions, dont celle de sa capacité à apporter une solution acceptable à tous et surtout, celle du respect des lois existantes. La longue et difficile élaboration du protocole, ses dilutions successives et sa mise en vigueur partielle témoignent de la difficulté de la tâche à accomplir et des résistances qu’il rencontre. La première phase du projet se limite ainsi à l’encodage des politiques de vie privée des sites et à leur traduction en termes accessibles par les systèmes des usagers. Dans une deuxième phase, P3P devrait prendre en charge la négociation et la conclusion d’ententes devant lier juridiquement les parties. Cette tâche s’avère plus ardue, tant sous l’angle juridique que sous celui de son adaptation aux us et coutumes du Web. La consolidation des fonctions mises en place dans la première version apparaît fournir une solution moins risquée et plus profitable en écartant la possible conclusion d’ententes incertaines fondées sur une technique encore imparfaite. Mieux éclairer le consentement des internautes à la transmission de leurs données personnelles par la normalisation des politiques de vie privée pourrait être en effet une solution plus simple et efficace à court terme.

Dynamic Facility Location with Modular Capacities : Models, Algorithms and Applications in Forestry

Les décisions de localisation sont souvent soumises à des aspects dynamiques comme des changements dans la demande des clients. Pour y répondre, la solution consiste à considérer une flexibilité accrue concernant l’emplacement et la capacité des installations. Même lorsque la demande est prévisible, trouver le planning optimal pour le déploiement et l'ajustement dynamique des capacités reste un défi. Dans cette thèse, nous nous concentrons sur des problèmes de localisation avec périodes multiples, et permettant l'ajustement dynamique des capacités, en particulier ceux avec des structures de coûts complexes. Nous étudions ces problèmes sous différents points de vue de recherche opérationnelle, en présentant et en comparant plusieurs modèles de programmation linéaire en nombres entiers (PLNE), l'évaluation de leur utilisation dans la pratique et en développant des algorithmes de résolution efficaces. Cette thèse est divisée en quatre parties. Tout d’abord, nous présentons le contexte industriel à l’origine de nos travaux: une compagnie forestière qui a besoin de localiser des campements pour accueillir les travailleurs forestiers. Nous présentons un modèle PLNE permettant la construction de nouveaux campements, l’extension, le déplacement et la fermeture temporaire partielle des campements existants. Ce modèle utilise des contraintes de capacité particulières, ainsi qu’une structure de coût à économie d’échelle sur plusieurs niveaux. L'utilité du modèle est évaluée par deux études de cas. La deuxième partie introduit le problème dynamique de localisation avec des capacités modulaires généralisées. Le modèle généralise plusieurs problèmes dynamiques de localisation et fournit de meilleures bornes de la relaxation linéaire que leurs formulations spécialisées. Le modèle peut résoudre des problèmes de localisation où les coûts pour les changements de capacité sont définis pour toutes les paires de niveaux de capacité, comme c'est le cas dans le problème industriel mentionnée ci-dessus. Il est appliqué à trois cas particuliers: l'expansion et la réduction des capacités, la fermeture temporaire des installations, et la combinaison des deux. Nous démontrons des relations de dominance entre notre formulation et les modèles existants pour les cas particuliers. Des expériences de calcul sur un grand nombre d’instances générées aléatoirement jusqu’à 100 installations et 1000 clients, montrent que notre modèle peut obtenir des solutions optimales plus rapidement que les formulations spécialisées existantes. Compte tenu de la complexité des modèles précédents pour les grandes instances, la troisième partie de la thèse propose des heuristiques lagrangiennes. Basées sur les méthodes du sous-gradient et des faisceaux, elles trouvent des solutions de bonne qualité même pour les instances de grande taille comportant jusqu’à 250 installations et 1000 clients. Nous améliorons ensuite la qualité de la solution obtenue en résolvent un modèle PLNE restreint qui tire parti des informations recueillies lors de la résolution du dual lagrangien. Les résultats des calculs montrent que les heuristiques donnent rapidement des solutions de bonne qualité, même pour les instances où les solveurs génériques ne trouvent pas de solutions réalisables. Finalement, nous adaptons les heuristiques précédentes pour résoudre le problème industriel. Deux relaxations différentes sont proposées et comparées. Des extensions des concepts précédents sont présentées afin d'assurer une résolution fiable en un temps raisonnable.