Minimization of the experimental workload for the prediction of pollutants propagation in rivers. Mathematical modelling and knowledge re-use

The present thesis in focused on the minimization of experimental efforts for the prediction of pollutant propagation in rivers by mathematical modelling and knowledge re-use. Mathematical modelling is based on the well known advection-dispersion equation, while the knowledge re-use approach employs the methods of case based reasoning, graphical analysis and text mining. The thesis contribution to the pollutant transport research field consists of: (1) analytical and numerical models for pollutant transport prediction; (2) two novel techniques which enable the use of variable parameters along rivers in analytical models; (3) models for the estimation of pollutant transport characteristic parameters (velocity, dispersion coefficient and nutrient transformation rates) as functions of water flow, channel characteristics and/or seasonality; (4) the graphical analysis method to be used for the identification of pollution sources along rivers; (5) a case based reasoning tool for the identification of crucial information related to the pollutant transport modelling; (6) and the application of a software tool for the reuse of information during pollutants transport modelling research. These support tools are applicable in the water quality research field and in practice as well, as they can be involved in multiple activities. The models are capable of predicting pollutant propagation along rivers in case of both ordinary pollution and accidents. They can also be applied for other similar rivers in modelling of pollutant transport in rivers with low availability of experimental data concerning concentration. This is because models for parameter estimation developed in the present thesis enable the calculation of transport characteristic parameters as functions of river hydraulic parameters and/or seasonality. The similarity between rivers is assessed using case based reasoning tools, and additional necessary information can be identified by using the software for the information reuse. Such systems represent support for users and open up possibilities for new modelling methods, monitoring facilities and for better river water quality management tools. They are useful also for the estimation of environmental impact of possible technological changes and can be applied in the pre-design stage or/and in the practical use of processes as well.

Integração numérica de leis de velocidade diferenciais com o uso do SCILAB

In this work, we applied the free open source SCILAB software for the numerical integration of differential rate law equations to obtain the concentration profiles of chemical species involved in the kinetics of some complex reactions. An automated method was applied to construct the system of ordinary differential equations (ODE) from the postulated chemical models. The solutions of the ODEs were obtained numerically by standard SCILAB functions. We successfully simulated even complex chemical systems such as pH oscillators. This communication opens up the possibility of using SCILAB in simulations and modeling by our chemistry undergraduate students.

Study of ligand-based virtual screening tools in computer-aided drug design

Virtual screening is a central technique in drug discovery today. Millions of molecules can be tested in silico with the aim to only select the most promising and test them experimentally. The topic of this thesis is ligand-based virtual screening tools which take existing active molecules as starting point for finding new drug candidates. One goal of this thesis was to build a model that gives the probability that two molecules are biologically similar as function of one or more chemical similarity scores. Another important goal was to evaluate how well different ligand-based virtual screening tools are able to distinguish active molecules from inactives. One more criterion set for the virtual screening tools was their applicability in scaffold-hopping, i.e. finding new active chemotypes. In the first part of the work, a link was defined between the abstract chemical similarity score given by a screening tool and the probability that the two molecules are biologically similar. These results help to decide objectively which virtual screening hits to test experimentally. The work also resulted in a new type of data fusion method when using two or more tools. In the second part, five ligand-based virtual screening tools were evaluated and their performance was found to be generally poor. Three reasons for this were proposed: false negatives in the benchmark sets, active molecules that do not share the binding mode, and activity cliffs. In the third part of the study, a novel visualization and quantification method is presented for evaluation of the scaffold-hopping ability of virtual screening tools.

Monialustaiset avoimen lähdekoodin ikkunointikirjastot

Tämän tutkimuksen tavoitteena oli löytää vastauksia siihen, mikä on tärkeimpien avoimen lähdekoodin kirjastojen toteutuksen tämän hetkinen taso. Työssä tutkittiin WxWidgetsin, GTK+:n ja Qt:n toteutuksen tasoa käytämällä hyväksi McCaben, Henry&Kafuran ja Chidamberin & Kemererin esittelemiä staattisia menetelmiä. Lisäksi ikkunointikirjastojen lähdekoodin käännetty koko mitattiin eri käyttöjärjestelmissä. Tutkimuksessa esitellään valittujen kirjastojen arkkitehtuuri ja vertaillaan esiteltävien kirjastojen arkkitehtuurisia ratkaisuja toisiinsa. Tämän jälkeen arvioidaan staattisten menetelmien tuottamien tuloksien merkitystä kahdesta näkökulmasta: mitä tulokset kertovat kirjastoista kun niitä verrataan toisiinsa ja mitä silloin kun niitä verrataan kyseisen kirjaston ja muiden kirjastojen arkkitehtuurisiin ratkaisuihin. Tutkimuksessa havaittiin Qt:n sisältävän kaikkein vähiten kirjaston ulkopuolisia riippuvuuksia. Tämän lisäksi sen huomattiin sisältävän muista kirjastoista puuttuvia ominaisuuksia. Osittain edellämainitusta syystä johtuen Qt:n ongelmakohdaksi havaittiin joidenkin sen osien suuri monimutkaisuus ja tästä seuraava mahdollinen vaikeasti ylläpidettävä lähdekoodi. GTK+:n lähdekoodi sisältää muita kirjastoja vähemmän sisäisiä riippuvuuksia samaan kirjastoon, on korkeammalla abstraktiotasolla ja kirjaston osat ovat siirrettävissä ja erotettavissa toisistaan. Joissakin kohdissa GTK+:n ja etenkin sen C++-rajapinnan GTKmm:n lähdekoodi on kuitenkin tarpeettoman monimutkaista. WxWidgetsin toteutuksen havaittiin Qt:n tavoin olevan hyvin itsenäinen kokonaisuus, WxWidgetsin lähdekoodin monimutkaisuus on useimmiten jotakin GTK+:n ja Qt:n väliltä. WxWidgets on Qt:a vähemmän itsenäinen mutta kuitenkin itsenäisempi kuin GTK+. Kuten muutkin kirjastot myös wxWidgetsillä on omat kohtansa, joissa sen lähdekoodi on tarpeettoman monimutkaista.

Engineering of Business Critical Web Applications

Research focus of this thesis is to explore options for building systems for business critical web applications. Business criticality here includes requirements for data protection and system availability. The focus is on open source software. Goals are to identify robust technologies and engineering practices to implement such systems. Research methods include experiments made with sample systems built around chosen software packages that represent certain technologies. The main research focused on finding a good method for database data replication, a key functionality for high-availability, database-driven web applications. Research included also finding engineering best practices from books written by administrators of high traffic web applications. Experiment with database replication showed, that block level synchronous replication offered by DRBD replication software offered considerably more robust data protection and high-availability functionality compared to leading open source database product MySQL, and its built-in asynchronous replication. For master-master database setups, block level replication is more recommended way to build high-availability into the system. Based on thesis research, building high-availability web applications is possible using a combination of open source software and engineering best practices for data protection, availability planning and scaling.

Liferay -portaalin kapasiteetin skaalaaminen

Liferay on avoimen lähdekoodin verkkoportaali, jonka avulla pienet ja keskisuuret yritykset voivat tarjota pilvityyppisiä verkkopalveluita asiakkailleen. Portaalin kapasiteetin eli portaalin ohjelmistoa ajavien tietokoneiden määrän kasvattaminen ja laskeminen ei ole käytännössä helppoa. Tämän diplomityön tarkoituksena on ollut kehittää ratkaisu, jonka avulla portaalin kapasiteettia voidaan monitoroida sekä nostaa ja laskea käytännöllisesti. Työssä on toteutettu verkko-ohjelmisto, joka toimii työkaluna tätä tarkoitusta varten. Tuloksena on ohjelmisto, jonka avulla verkkoportaalin ylläpitäjä kykenee tekemään tarkkoja johtopäätöksiä verkkoportaalia ajavien tietokoneiden kuormituksesta sekä käynnistämään ja sammuttamaan portaalin ohjelmiston etäältä. Tästä hyötynä on tarkempi verkkoportaalin kuormituksen mittaus, jonka pohjalta ylläpitäjä voi tehdä järkeviä johtopäätöksiä portaalin kapasiteetin nostamisesta ja laskemisesta. Mistä tuloksena verkkoportaalin tarjoama palvelu on varautunut käyttäjiensä kulutuksen huippuihin ja laskuihin.

Maksullisen verkkopalvelun konsepti mediayhtiölle

Mediayhtiöt miettivät keinoja joilla saataisiin lukijat maksamaan myös verkkopalveluihin julkaistavista sisällöistä. Tässä tutkimuksessa selvitettiin tilaajapohjaisen maksullisen verkkopalvelu-mallin soveltuvuutta Talentum Media Oy:lle sekä kehitettiin yritykselle maksavia asiakkaita houkuttelevan sisältötuotteen konsepti. Tutkimuksessa ei ilmennyt syitä, joiden takia yrityksen olisi syytä lykätä maksullisen verkkopalvelun kehittämistä. Perinteistä lehteä ja sen verkkopalvelua ei kannata nähdä toistensa kilpailijoina. Käyttäjät ovat yhä valmiimpia maksamaan sisällöstä verkossa, kun se on järjestelty houkutteleviksi kokonaisuuksiksi ja paketoitu oikein, sekä kun he säästävät aikaa tai vaivaa verkkopalvelun käytöllä. Verkkopalvelun muuntaminen maksulliseksi on kuitenkin suunniteltava erittäin tarkkaan, muuten käyttäjät saattavat siirtyä ilmaisiin palveluihin. Talentumin verkkopalveluiden käyttäjille tehdyn kyselytutkimuksen mukaan yrityksen verkkopalveluiden käyttäjät maksaisivat mieluiten verkkokoulutuksista, erityisraporteista ja tutkivasta journalismista, ammattikirjojen tiivistelmistä, opastavista tietopaketeista, pörssi- ja yritystiedosta sekä näköislehdistä. Tutkimuksessa kehitettiin maksullisen verkkopalvelun konsepti, joka tarjoaa lukijoille itsensä kehittämisen välineitä sekä informaatiota nopeasti ja vaivattomasti heidän haluamaansa aikaan ja valitsemallaan päätelaitteella. Konseptia seuraavan tuotekehityshankkeen tuloksena syntyvästä verkkopalvelusta odotetaan saatavan merkittävää lisäliikevaihtoa yrityksen online-toiminnoille.

Sosiaalisen median ja metatiedon hyödyntäminen yrityksen toiminnassa

Toimeksiantajayrityksen toimintojen ja prosessien kehittämisen yhteydessä havaittu vaihtoehto sosiaalisen median työvälineiden hyödyntämisestä yrityksessä tarvitsi tarkempaa selvitystyötä ennen toteuttamista. Tämä diplomityö syntyi toteutetun selvitystyön raporttina. Diplomityössä käytettävä tieto kerätään laadullisen menetelmän keskeisillä tutkimusmetodeilla. Teoriatiedon keräämiseen käytetään alan lähdekirjallisuutta, lehtiartikkeleita ja verkkosivustoja. Diplomityön teoriaosuudessa tarkastellaan sosiaalista mediaa ja sen työvälineitä, joita ovat esimerkiksi keskustelupalsta, wiki, blogi, intranet ja tehokas tiedonhaku. Näiden lisäksi tarkastellaan tehokkaiden hakujen mahdollistavaa metatietoa ja toimeksiantajayrityksessä käytössä olevaa SharePoint-järjestelmää. Käytännönosuudessa selvitetään yrityksen nykytila ja esitellään ehdotelma, kuinka toimeksiantajayritys voi hyödyntää sosiaalisen median työvälineitä ja metatietoja olemassa olevalla SharePoint-järjestelmällä. Tulokset sisältävät vaihtoehtojen vertailua ja soveltuvimmalla välineellä toteutus ehdotuksen.

Testaushallintapalvelu SaaS-mallissa

Testaushallinta on ohjelmiston laadunvarmistusprosessin oleellinen osa, joka tarvitsee onnistuakseen työkalun. Testaushallintaohjelmiston tarjoaminen SaaS-palveluna luo mahdollisuuden tarjota tämän työkalun helposti ja kustannustehokkaasti, sekä valmiiksi määritellyin prosessein. Tässä työssä tutkitaan testaushallintaohjelmiston SaaS-palveluna tarjoamisen mahdollisuuksia ja rajoitteita pienen projektin näkökulmasta. SaaS-Palvelumallia tutkitaan osiensa muodostamana kokonaisuutena ja selvitetään mallin soveltumista testaushallintapalvelun tuottamiseen. Lisäksi tutkitaan tapaustutkimuksena kyselyn ja haastattelun avulla käyttäjien kokemuksia SaaS-palveluna toteutetun testaushallintaohjelmiston käyttämisestä. Tutkimuksen tulokset viittaavat siihen, ettei SaaS-malli luo erityisiä rajoitteita testaushallintaohjelmiston tarjoamiseen laadunvarmistusprojektin käyttöön ainakaan tutkitussa mittakaavassa. Palvelun toimintamallien suunnitteluun ja vastuiden jakoon on kiinnitettävä erityistä huomiota, jotta palvelu voidaan toimittaa loppukäyttäjien tarpeita mahdollisimman paljon huomioiden.

Design and Implementation of MUPE Server Context Tool for Eclipse IDE

The development of software tools begun as the first computers were built. The current generation of development environments offers a common interface to access multiple software tools and often also provide a possibility to build custom tools as extensions to the existing development environment. Eclipse is an open source development environment that offers good starting point for developing custom extensions. This thesis presents a software tool to aid the development of context-aware applications on Multi-User Publishing Environment (MUPE) platform. The tool is implemented as an Eclipse plug-in. The tool allows developer to include external server side contexts to their MUPE applications. The tool allows additional context sources to be added through the Eclipse's extension point mechanism. The thesis describes how the tool was designed and implemented. The implementation consists of tool core component part and an additional context source extension part. Tool core component is responsible for the actual context addition and also provides the needed user interface elements to the Eclipse workbench. Context source component provides the needed context source related information to the core component. As part of the work an update site feature was also implemented for distributing the tool through Eclipse update mechanism.

E-portfoliojärjestelmien vertailu rajapintojen näkökulmasta

Työssä tutustutaan erilaisiin e-portfoliojärjestelmiin, niiden ominaisuuksiin ja toiminnallisuuksiin sekä vertaillaan valittuja e-portfoliojärjestelmiä keskenään yhteensopivuuden ja -toimivuuden näkökulmasta yliopistomaailmassa. Tavoitteena on valita e-portfoliojärjestelmistä monipuolisin ja opiskelijaystävällisin järjestelmä. Järjestelmän tulee tukea opiskelijan elinikäistä oppimista. E-portfolio on sähköisessä muodossa oleva omien töiden kokoelma ja sitä hallitaan e-portfoliojärjestelmällä. E-portfoliojärjestelmissä tärkeässä roolissa ovat portfoliospesifikaatiot, jotka mahdollistavat e-portfolion siirtämisen sellaisenaan toiseen järjestelmään rajapintojen kautta. Työssä ei keskitytä henkilökohtaiseen oppimisympäristöön, joka on käsitteenä laajempi kuin e-portfolio. Työssä vertailtiin avoimeen lähdekoodiin perustuvia, web-pohjaisia e-portfoliojärjestelmiä ja tutkittiin niiden tarjoamaa mahdollisuutta portfolioiden siirtoon ja tuomiseen. Lisäksi tarkasteltiin järjestelmien integroituvuutta muihin järjestelmiin, kuten virtuaalisiin oppimisympäristöihin. Vertailun tuloksena monipuolisin ja opiskelijaystävällisin e-portfoliojärjestelmä on Mahara ja yleisin portfoliospesifikaatio Leap2A.

Search Engine Optimization Methods & Search Engine Indexing for CMS Applications

Search engine optimization & marketing is a set of processes widely used on websites to improve search engine rankings which generate quality web traffic and increase ROI. Content is the most important part of any website. CMS web development is now become very essential for most of organizations and online businesses to develop their online system and websites. Every online business using a CMS wants to get users (customers) to make profit and ROI. This thesis comprises a brief study of existing SEO methods, tools and techniques and how they can be implemented to optimize a content base website. In results, the study provides recommendations about how to use SEO methods; tools and techniques to optimize CMS based websites on major search engines. This study compares popular CMS systems like Drupal, WordPress and Joomla SEO features and how implementing SEO can be improved on these CMS systems. Having knowledge of search engine indexing and search engine working is essential for a successful SEO campaign. This work is a complete guideline for web developers or SEO experts who want to optimize a CMS based website on all major search engines.

Toimintaohjeiston laatiminen HSY:n jätehuollon elinkaarimallinnuspalveluiden hankkimiseksi

Elinkaariarviointi on menetelmä, missä tuotejärjestelmän aikaiset syötteet ja tuotteet koostetaan yhteen ja tuloksena saadaan sen ympäristökuormitus. Elinkaariarviointi on päätöksentekoa tukeva työkalu. Jätelain kokonaisuudistuksen myötä elinkaariarvioinnin käyttö tullee lisääntymään kuntavastuullisessa jätehuollossa. Helsingin seudun ympäristöpalvelut -kuntayhtymä HSY:n jätehuollon tavoitteena on rakentaa elinkaarimalli, jonka avulla voidaan selvittää koko toiminnan aiheuttama ympäristökuormitus ja taloudelliset vaikutukset. HSY:n jätehuolto on päättänyt toteuttaa elinkaarimallin rakentamisen konsulttityönä. Työn tavoitteena on ollut laatia toimintaohjeisto HSY:n jätehuollon elinkaarimallinnuspalveluiden hankkimiseksi. Elinkaarimalli voidaan tehdä kaupallista ohjelmistoa käyttämällä. Tähän selvitykseen on valittu arvioitavaksi kolme elinkaariarvioinnin työkalua: EASEWASTE, WRATE ja GaBi 4.4. Ohjelmistojen ominaisuuksia on arvioitu kirjallisuuden ja haastattelun perusteella. Työssä on laadittu kriteeristö näiden ohjelmistojen arviointiin. Kirjallisuuden perusteella on selvitetty elinkaariarvioinnin soveltamiskohteet kuntavastuullisessa jätehuollossa. HSY:n jätehuollon elinkaariarvioinnin soveltamiskohteet ja mallinnustarpeet on tunnistettu haastattelemalla HSY:n jätehuollon asiantuntijoita. HSY:n jätehuollolle rakennettavan mallin päivittämistä, käyttöä ja kehittämistä tulisi hallita HSY:n jätehuollon toimesta. Kaikki työssä arvioidut ohjelmistot soveltuvat HSY:n jätehuollon tunnistamien mallinnustarpeiden laskentaan. Elinkaarimallinnuspalveluiden toimintaohjeistolla pyritään varmistamaan HSY:n jätehuollon tarpeisiin soveltuvan mallin hankinta ja jatkotoimenpiteiden suunnittelu.

Käytetyn voiteluöljyn regenerointilaitoksen prosessivesien karakterisointi

Käytetyn voiteluöljyn regeneroinnissa muodostuu prosessivettä useista lähteistä. Tehokas päästöjenhallinta on yksi tärkeimmistä tavoitteista regenerointilaitoksen operoinnissa ja sen takia sitä tulee kehittää jatkuvasti entistä paremmaksi. Tavoitteisiin pääsemiseksi on oleellista tunnistaa vesienkäsittelyprosessin laadullinen massatase ja laadunvaihtelut ajotilanteiden mukaan. Työssä tutkitaan ja analysoidaan veden sisältämiä epäpuhtauksia sekä kirjallisuuslähteiden perusteella, että standardimenetelmillä ja modifioiduilla menetelmillä, joilla on akkreditointi. Analyysituloksista muodostetaan laadullinen massatase, josta nähdään epäpuhtauksien ja niitä kuvaavien parametrien kuormitukset kussakin prosessivesivirrassa. Tulosten perusteella arvioidaan nykyisen vesienkäsittelyn tehokkuutta, sen säätömahdollisuuksia ja kehitystarvetta. Tarkastelun ulkopuolelle kuitenkin jätetään vesienkäsittelystä ulosjohdettavan prosessiveden puhdistuslaitos. Tutkimusten perusteella regenerointilaitoksessa muodostuvien prosessivesien epäpuhtaudet koostuvat öljystä, BTEX-yhdisteistä, fenoliyhdisteistä, liuottimista, polttoaineiden ja voiteluöljyjen lisäaineista, typpi- ja rikkiyhdisteistä, metalliyhdisteistä sekä kiintoaineesta. Öljy jakautuu kevyisiin (C5-C10), keskiraskaisiin (C10-21) ja raskaisiin (C21-40) jakeisiin. Vesienkäsittelyssä suurin osa öljystä ja epäpuhtauksista saadaan erottumaan vedestä, jolloin puhdistuslaitokselle päätyy jäämäpitoisuudet öljyä, haihtuvia yhdisteitä sekä muita epäpuhtauksia. Puhdistuslaitosta kuormittavat eniten liuenneet orgaaniset yhdisteet sekä korkeaa kemiallista hapenkulutusta aiheuttavat epäorgaaniset yhdisteet (suolat), joiden erottamista prosessivesistä on syytä tulevaisuudessa kehittää.

Implementing an open data system and showing its benefits

Open data refers to publishing data on the web in machine-readable formats for public access. Using open data, innovative applications can be developed to facilitate people‟s lives. In this thesis, based on the open data cases (discussed in the literature review), Open Data Lappeenranta is suggested, which publishes open data related to opening hours of shops and stores in Lappeenranta City. To prove the possibility of creating Open Data Lappeenranta, the implementation of an open data system is presented in this thesis, which publishes specific data related to shops and stores (including their opening hours) on the web in standard format (JSON). The published open data is used to develop web and mobile applications to demonstrate the benefits of open data in practice. Also, the open data system provides manual and automatic interfaces which make it possible for shops and stores to maintain their own data in the system. Finally in this thesis, the completed version of Open Data Lappeenranta is proposed, which publishes open data related to other fields and businesses in Lappeenranta beyond only stores‟ data.