Sisältöperustainen lähestymistapa visuaalisen taiteen kokemiseen : visuaalisen taiteen kokemisesta

Artikkeli perustuu Sari Kuuvan väitöskirjaan Content-based approach to experiencing visual art (JY 2007).

Teaching mathematics and programming : new approaches with empirical evaluation

Programming and mathematics are core areas of computer science (CS) and consequently also important parts of CS education. Introductory instruction in these two topics is, however, not without problems. Studies show that CS students find programming difficult to learn and that teaching mathematical topics to CS novices is challenging. One reason for the latter is the disconnection between mathematics and programming found in many CS curricula, which results in students not seeing the relevance of the subject for their studies. In addition, reports indicate that students' mathematical capability and maturity levels are dropping. The challenges faced when teaching mathematics and programming at CS departments can also be traced back to gaps in students' prior education. In Finland the high school curriculum does not include CS as a subject; instead, focus is on learning to use the computer and its applications as tools. Similarly, many of the mathematics courses emphasize application of formulas, while logic, formalisms and proofs, which are important in CS, are avoided. Consequently, high school graduates are not well prepared for studies in CS. Motivated by these challenges, the goal of the present work is to describe new approaches to teaching mathematics and programming aimed at addressing these issues: Structured derivations is a logic-based approach to teaching mathematics, where formalisms and justifications are made explicit. The aim is to help students become better at communicating their reasoning using mathematical language and logical notation at the same time as they become more confident with formalisms. The Python programming language was originally designed with education in mind, and has a simple syntax compared to many other popular languages. The aim of using it in instruction is to address algorithms and their implementation in a way that allows focus to be put on learning algorithmic thinking and programming instead of on learning a complex syntax. Invariant based programming is a diagrammatic approach to developing programs that are correct by construction. The approach is based on elementary propositional and predicate logic, and makes explicit the underlying mathematical foundations of programming. The aim is also to show how mathematics in general, and logic in particular, can be used to create better programs.

Momentum-anomalia ja siihen perustuvat sijoitusstrategiat Yhdysvaltojen osakemarkkinoilla

Tutkielmassa lähestytään osakemarkkinoilla havaittua poikkeavuutta, momentum-anomaliaa, sekä sen ilmenemistä ja selittyvyyttä Yhdysvaltojen osakemarkkinoiden olosuhteissa. Lisäksi tutkielma sisältää lyhyen katsauksen kansainvälisesti ilmenevään momentumiin kuin myös sen muodostumiseen vaikuttaviin tekijöihin. Työn tutkimusongelmana on, selittyykö Yhdysvaltojen osakemarkkinoilla ilmenevä momentum-anomalia selkeämmin behaviorististen vai makrotaloudellisten riskitekijöiden muodostamien mallien avulla. Kuten aiempi tutkimus on havainnut, myös tässä tutkielmassa oletuksena on, että behavioristis-perusteiset tekijät omaavat suuremman selitysvoiman, kuin makrotaloudellisten riskitekijöiden -perusteiset mallit. Yksittäisiin tekijöihin keskittymisen ohella on tarkoitus havainnoida momentum-anomalian ilmentymisen riippuvuus markkinasuhdanteista, jolloin syntyviä momentumin tuottoja tarkastellaan sekä korkea-, että matalasuhdannemarkkinoiden olosuhteissa.

Vaikutusperusteiset konseptit : EBO-, EBAO-, SOD- ja CA-käsiteanalyysi

Tutkimuksessa tarkastellaan vaikutusperusteisuuteen pohjautuvia uusia sotataitoa soveltavia konsepteja kuvaavia käsitteitä ja niiden sisältöä. Tutkimuksessa tuodaan myös esiin sellaisia syitä ja tekijöitä, jotka ovat johtaneet tai mahdollistaneet uusien konseptien synnyn ja kehittämisen. Asioita tarkastellaan nimenomaan vaikutusperusteisuuden näkökulmasta. Tarkastelun kohteena olevat käsitteet ovat EBO (Effect Based Operations), EBAO (Effect Based Approach to Operations), SOD (Systemic Operational Design) ja kokonaisvaltainen lähestymistapa, CA (Comprehensive Approach). Työn keskeisinä johtopäätöksinä esitetään seuraavat tutkimustulokset: Asevoimiin kohdistuneet rakenteelliset muutokset ovat johtaneet länsimaisissa asevoimissa joukkojen supistamiseen sekä uuden tyyppisen teknologisen toimintakyvyn ja toimintatapamallien luomiseen. Verkostokeskeinen sodankäynti ja erityisesti sen mahdollistama yhteinen tilannekuva toimivat vaikutusperusteisten konseptien mahdollistajana ja niiden ydinprosessien tukena erityisesti, kun asiaa tarkastellaan teknologiselta kannalta. Verkostosodankäynti, kuten nykypäivän talo-uselämäkin, nojaa nopeaan päätöksentekoon, kustannusten minimointiin ja teknologian luomiin mahdollisuuksiin verkottuneessa maailmassa. Taloudellisuusajattelu, tuhovaikutusten minimoinnit, omien tappioiden välttäminen ja niin edelleen, toistuvat eri yhteyksissä uusilla termeillä. Yhteinen nimittäjä on kustannustehokkuus. Mikään ei ole kuitenkaan perustavasti muuttunut. Kaikki se, mitä sodankäynti on ja on ollut, tulee säilymään.

EBAO/EBO keskustelu Yhdysvaltojen asevoimissa

Effects-Based Operations (EBO) sekä siitä kehittynyt Effects-Based Approach to Operations ovat nykyajan operatiivisen sekä strategisen tason suunnittelun avainkäsitteitä Natossa ja useissa sen kumppani valtioissa. Konsepti on levinnyt maailmalle alun perin Yhdysvaltojen asevoimista, mutta viimeaikaisten kokemusten perusteella Yhdysvallat on kuitenkin luopumassa konseptista. United States Joint Forces Command (USJFCOM) on antanut käskyn poistaa yhteisoperaatioiden suunnittelutason käytöstä sellaiset käsitteet, kuten EBO, System-of-Systems Analysis sekä Operational Net Assessment. Tutkimuksen tarkoituksena on selvittää julkisten yhdysvaltalaisten sotilaslähteiden sisältöanalyysin kautta, mitkä syyt ovat johtaneet EBO:sta luopumiseen sekä mitä sen tilalle ollaan kehittämässä. Tutkimuksen perusteella tultiin seuraaviin johtopäätöksiin: (1) Yhdysvaltojen asevoimat ovat luopumassa yhteisoperaatioiden tasolla EBO konseptista. (2) Vuodesta 2007 maavoimat eivät käytä EBO konseptia omassa suunnitteluprosessissaan. (3) EBO:sta luopumisen syyt ovat seuraavat: (a) EBO:sta on eri asiakirjoissa eri tulkintoja ja siitä käytetään eri käsitteitä, mikä aiheuttaa hämmennystä; (b) EBO:ssa käytettävä tehtävän määrittely on aiheuttanut sekaannusta; (c) EBO:n suunnitteluprosessi on liian tieteellinen ja monimutkainen. Ei ole mahdollista ennustaa tarkasti oman toiminnan mahdollisia vaikutuksia monimutkaisia avoinna olevia järjestelmiä vastaan. Tieteellisyys heikentää komentajien sotataidollista ajattelua ja ongelman määrittelyä; (d) Johtamistapa ei ole enää johtajakeskeistä, koska komentajat keskittyvät liikaa yksityiskohtiin ja oikean ongelmanratkaisuun keskittyminen häviää valtavaan informaatiovirtaan; (e) EBO pakottaa keskitettyyn johtamistapaan, mikä pienentää alaisten aloitekykyä eikä mahdollista nykyaikaisessa erittäin monimutkaisessa toimintaympäristössä nopeaa reagointia yllättäviin tilanteisiin. (4) Yhteisoperaatioiden tasolla tullaan EBO:n sijaan kehittämään Operational Design konseptia, jossa otetaan esimerkkiä maavoimilta sekä merijalkaväeltä. (5) Operational Design on filosofinen systemaattinen analyysimenetelmä, joka pyrkii koko operaation ajan tarkistamaan yhtymän keskittymistä oikeaan ongelmanratkaisuun. (6) Operational Design mahdollistaa komentajakeskeisen lähestymistavan ongelmiin ja sopii monimutkaisia avoimia järjestelmiä vastaan. Operational Design mahdollistaa sotataidollisen ajattelun ja sopii paremmin ennustamattomien ja yllättävien tilanteiden ratkaisemiseen.

TURKU TAKING STEPS TOWARDS FUTURE - technology supports physical activity

Physical activity (PA) is an important field of healthcare research internationally and within Finland. As technology devices and services penetrate deeper levels within society, the need for studying the usefulness for PA turns vital. We started this research work by reviewing literature consisting of two hundred research journals, all of which have found technology to significantly improve an individual’s ability to get motivation and achieve officially recommended levels of physical activity, like the 10000 steps a day, being tracked with the help of pedometers. Physical activity recommendations require sustained encouragement, consistent performance in order to achieve the long term benefits. We surveyed within the city of Turku, how the motivation levels and thirty three other criterions encompassing technology awareness, adoption and usage attitudes are impacted. Our aim was to know the factors responsible for achieving consistent growth in activity levels within the individuals and focus groups, as well as to determine the causes of failures and for collecting user experience feedback. The survey results were quite interesting and contain impeccable information for this field. While the focus groups confirmed the theory established by past studies within our literature review, it also establishes our research propositions that ict tools and services have provided and can further add higher benefits and value to individuals in tracking and maintain their activity levels consistently for longer time durations. This thesis includes two new models which dictate technology and physical activity adoption patterns based on four easy to evaluate criterions, thereby helping the healthcare providers to recommend improvements and address issues with an easy rule based approach. This research work provides vital clues on technology based healthcare objectives and achievement of standard PA recommendations by people within Turku and nearby regions.

Formal development and quantitative verification of dependable systems

-

Vaikutukseen perustuvat operaatiot merellisessä kriisinhallinnassa

Tutkimustyön tavoitteena on muodostaa selkeä käsitys vaikutukseen perustuvien operaatioiden teoriasta ja tutkia merellisen kriisinhallintaoperaation kehittämisperiaatteita vaikutukseen perustuvien operaatioiden kontekstissa. Kriisinhallintaoperaatioita tarkastellaan Euroopan unionin sotilaallisen kriisinhallinnan toimintaympäristössä ja merivoimakomponentin näkökulmasta. Vaikutusperusteisia operaatioita ei ole Suomessa systemaattisesti tutkittu. Euroopan turvallisuusympäristö on muuttumassa entistä haasteellisemmaksi. Uudet uhkat, joita Eurooppa kohtaa ovat entistä moninaisempia, näkymättömämpiä ja vaikeammin ennustettavissa. Merivoimilla on tulevaisuudessa keskeinen rooli ehkäistäessä levottomuuksien rantautuminen Eurooppaan. Asevoimien näkökulmasta tämän hetkinen kehitystrendi on vaikutukseen perustuvat operaatiot (Effects-Based Approach to Operations, EBAO) ja verkostokeskeinen sodankäynti (Network Centric Warfare, NCW). EBAO:n käytettävyyttä kriisinhallinnassa kehitetään voimakkaasti ja konsepti nähdään mahdollisena ratkaisuna moniin nykyaikaisen kriisinhallinnan haasteisiin ja ongelmiin. Virallisen määritelmän mukaan vaikutukseen perustuvat operaatiot ovat prosessi haluttujen strategisten vaikutusten tai lopputulosten tuottamiseksi vastustajassa. Se pitää sisällään täyden skaalan sotilaallisen voiman ja ei sotilaallisen voiman monipuolista ja kumulatiivista käyttöä taktisella, operatiivisella ja strategisella tasolla.1 Tutkimusongelmana on: Mitkä ovat vaikutusperusteisen operaatiomallin (Effects-Based Approach to Operations, EBAO) tarjoamat edut tai haitat EU:n merellisessä sotilaallisessa kriisinhallintaoperaatiossa? Tutkimusongelma ratkaistaan vastaamalla seuraaviin alaongelmiin: 1. Mikä on vaikutukseen perustuvien operaatioiden teorian sisältö sotilaallisen toiminnan näkökulmasta? 2. Mikä on vaikutukseen perustuvan operoinnin näkökulma monikansalliseen kriisinhallintaoperaatioon? 3. Mitä ovat (EU:n sotilaallisen kriisinhallinnan) mukaiset merelliset kriisinhallintaoperaatiot ja mitkä ovat Suomen intressit EU:n sotilaalliseen kriisinhallintaan? 4. Miten vaikutukseen perustuva toimintamalli ilmenee esimerkin mukaisessa merellisessä kriisinhallintaoperaatiossa? Tutkimus on luonteeltaan laadullinen tutkimus. Tutkimusmenetelmänä on käytetty sisällönanalyysia sekä käsiteanalyysia. Vaikutukseen perustuvia operaatioita käsittelevä lähdeaineisto perustuu suurelta osin 2000-luvun alussa Yhdysvalloissa aloitettuun tutkimukseen ja siitä saatuun aineistoon. Kriisinhallintaa koskeva aineisto koostuu pääosin virallisista asiakirjoista sekä aiheeseen liittyvistä uusimmista julkaisuista ja tutkimuksista. Ajankohtaisten julkaisujen ja asiakirjojen tietoa on täydennetty lehtiartikkeleiden ja internetistä saatavilla olevien tietojen avulla. Tutkimusta lähestytään taktiikan näkökulmasta. Tutkielman johtopäätöksinä ilmeni, että keskeisiä EBAO:n etuja merellisessä sotilaallisessa kriisinhallintaoperaatiossa ovat nopea reagointikyky sekä EBAO:n mukainen laajempi näkökulma, jossa huomioidaan liittolaiset, puolueettomat toimijat ja mahdolliset vastustajat entistä paremmin. EBAO on kehitysasteella oleva konsepti, jonka suurimpana potentiaalina pidetään pyrkimystä sotilaiden ja siviilien saumattomaan yhteistyöhön kriisinhallinnan moninaisessa toimintaympäristössä. Konsepti pitää kuitenkin sisällään monta epävarmuustekijää, kuten vaikutusten ja operatiivisen ympäristön ennustamisen. Nykyisellään EBAO ei välttämättä muuttaisi operaatioiden toteutusta konkreettisesti. EU on Suomen kannalta tärkeä foorumi kansainväliseen kriisinhallintaan osallistumiseksi. Kansainväliseen kriisinhallintaan osallistuminen on keskeinen osa Suomen ulko- ja turvallisuuspolitiikkaa. Kansainvälisen ulottuvuuden kehittäminen palvelee myös kansallisen puolustuksen kehittämistä. Suomen puolustusvoimien näkökulmasta on syytä muistaa, että Yhdysvaltojen kaltaisen sotilasmahdin tarpeisiin ja resursseihin suunnitellun konseptin tarkastelussa tulee olla hyvin kriittinen ja realistinen.

Switchable Lanthanide Luminescence for Detection of Biomolecules

Binary probes are oligonucleotide probe pairs that hybridize adjacently to a complementary target nucleic acid. In order to detect this hybridization, the two probes can be modified with, for example, fluorescent molecules, chemically reactive groups or nucleic acid enzymes. The benefit of this kind of binary probe based approach is that the hybridization elicits a detectable signal which is distinguishable from background noise even though unbound probes are not removed by washing before measurement. In addition, the requirement of two simultaneous binding events increases specificity. Similarly to binary oligonucleotide probes, also certain enzymes and fluorescent proteins can be divided into two parts and used in separation-free assays. Split enzyme and fluorescent protein reporters have practical applications among others as tools to investigate protein-protein interactions within living cells. In this study, a novel label technology, switchable lanthanide luminescence, was introduced and used successfully in model assays for nucleic acid and protein detection. This label technology is based on a luminescent lanthanide chelate divided into two inherently non-luminescent moieties, an ion carrier chelate and a light harvesting antenna ligand. These form a highly luminescent complex when brought into close proximity; i.e., the label moieties switch from a dark state to a luminescent state. This kind of mixed lanthanide complex has the same beneficial photophysical properties as the more typical lanthanide chelates and cryptates - sharp emission peaks, long emission lifetime enabling time-resolved measurement, and large Stokes’ shift, which minimize the background signal. Furthermore, the switchable lanthanide luminescence technique enables a homogeneous assay set-up. Here, switchable lanthanide luminescence label technology was first applied to sensitive, homogeneous, single-target nucleic acid and protein assays with picomolar detection limits and high signal to background ratios. Thereafter, a homogeneous four-plex nucleic acid array-based assay was developed. Finally, the label technology was shown to be effective in discrimination of single nucleotide mismatched targets from fully matched targets and the luminescent complex formation was analyzed more thoroughly. In conclusion, this study demonstrates that the switchable lanthanide luminescencebased label technology can be used in various homogeneous bioanalytical assays.

Vakavaraisuussääntelyn muutosten vaikutukset paikallispankille

Tutkielman tavoitteena on selvittää muuttuvan pankkisääntelyn vaikutukset vähittäispankkitoimintaa harjoittavalle paikallispankille vakavaraisuuden näkökulmasta. Vaikutuksia vakavaraisuuteen mitataan luottoriskin osalta, sen muodostaessa merkittävimmän osan kohdepankin vakavaraisuusvaatimuksesta. Tarkoituksena on selvittää käytössä olevan standardimenetelmän ja vaihtoehtoisen sisäisten luottoluokitusten menetelmän erot luottoriskin mittaamisessa ja vaikutukset vakavaraisuuteen sekä Basel II että Basel III-säännöksillä mitattuina. Tutkielmassa huomioidaan myös Basel III -säännöksen mukaiset uudet sääntelyinstrumentit ja analysoidaan niiden vaikutusta liiketoimintaan. Sekä Basel II että Basel III -säännöksellä mitattuna sisäisten luottoluokitusten menetelmä paransi kohdepankin vakavaraisuutta. Basel III -säännöksen suurimmat vaikutukset kohdistuivat kohdepankilla omien varojen laatuvaatimuksiin, jotka heikensivät vakavaraisuutta. Laatuvaatimuksista ja nousseista pääomavaatimuksista huolimatta kohdepankin vakavaraisuus säilyi hyvällä ja vaatimukset ylittävällä tasolla. Uusien sääntelyinstrumenttien vaatimukset täyttyivät nykyisellä taserakenteella vähimmäisomavaraisuusasteen ja pysyvän varainhankinnan vaatimuksen osalta. Maksuvalmiusvaatimuksen täyttämiseksi sijoitussalkkuun pitää tehdä muutoksia, minkä odotetaan vaikuttavan heikentävästi kohdepankin tulokseen.

Efficient Optimization Algorithms for Nonlinear Data Analysis

Identification of low-dimensional structures and main sources of variation from multivariate data are fundamental tasks in data analysis. Many methods aimed at these tasks involve solution of an optimization problem. Thus, the objective of this thesis is to develop computationally efficient and theoretically justified methods for solving such problems. Most of the thesis is based on a statistical model, where ridges of the density estimated from the data are considered as relevant features. Finding ridges, that are generalized maxima, necessitates development of advanced optimization methods. An efficient and convergent trust region Newton method for projecting a point onto a ridge of the underlying density is developed for this purpose. The method is utilized in a differential equation-based approach for tracing ridges and computing projection coordinates along them. The density estimation is done nonparametrically by using Gaussian kernels. This allows application of ridge-based methods with only mild assumptions on the underlying structure of the data. The statistical model and the ridge finding methods are adapted to two different applications. The first one is extraction of curvilinear structures from noisy data mixed with background clutter. The second one is a novel nonlinear generalization of principal component analysis (PCA) and its extension to time series data. The methods have a wide range of potential applications, where most of the earlier approaches are inadequate. Examples include identification of faults from seismic data and identification of filaments from cosmological data. Applicability of the nonlinear PCA to climate analysis and reconstruction of periodic patterns from noisy time series data are also demonstrated. Other contributions of the thesis include development of an efficient semidefinite optimization method for embedding graphs into the Euclidean space. The method produces structure-preserving embeddings that maximize interpoint distances. It is primarily developed for dimensionality reduction, but has also potential applications in graph theory and various areas of physics, chemistry and engineering. Asymptotic behaviour of ridges and maxima of Gaussian kernel densities is also investigated when the kernel bandwidth approaches infinity. The results are applied to the nonlinear PCA and to finding significant maxima of such densities, which is a typical problem in visual object tracking.

The inflammatory stimulus of a natural latex biomembrane improves healing in mice

The aim of the present study was to compare healing obtained with biomembranes with the natural healing process (sham) using biochemical and immunohistological assays. C57BL/6 mice were divided into 4 groups of 15 mice each and received different subcutaneous implants: natural latex biomembrane (NLB), denatured latex (DL), expanded polytetrafluorethylene (ePTFE), or sham. On the 2nd, 7th, and 14th days post-treatment, 5 mice per group were sacrificed and biopsied for the following measurements: oxidative stress based on malondialdehyde (MDA), myeloperoxidase (MPO) and hydrogen peroxide by the method of ferrous oxidation-xylenol orange (FOX), as well as glutathione and total proteins; histological evaluation to enumerate inflammatory cells, fibroblasts, blood vessels, and collagen, and immunohistochemical staining for inducible nitric oxide synthase, interleukin-1β, vascular endothelial growth factor (VEGF), and transforming growth factor-β1 (TGF-β1). On day 2 post-treatment, NLB stimulated a dense inflammatory infiltrate mainly consisting of polymorphonuclear cells, as indicated by increased MPO (P < 0.05), but oxidative stress due to MDA was not observed until the 7th day (P < 0.05). The number of blood vessels was greater in NLB (P < 0.05) and DL (P < 0.05) mice compared to sham animals on day 14. NLB induced fibroplasia by day 14 (P < 0.05) with low expression of TGF-β1 and collagenesis. Thus, NLB significantly induced the inflammatory phase of healing mediated by oxidative stress, which appeared to influence the subsequent phases such as angiogenesis (with low expression of VEGF) and fibroplasia (independent of TGF-β1) without influencing collagenesis.

Expression analysis of miRNA and target mRNAs in esophageal cancer

We aimed to investigate miRNAs and related mRNAs through a network-based approach in order to learn the crucial role that they play in the biological processes of esophageal cancer. Esophageal squamous-cell carcinoma (ESCC) and adenocarcinoma (EAC)-related miRNA and gene expression data were downloaded from the Gene Expression Omnibus database, and differentially expressed miRNAs and genes were selected. Target genes of differentially expressed miRNAs were predicted and their regulatory networks were constructed. Differentially expressed miRNA analysis selected four miRNAs associated with EAC and ESCC, among which hsa-miR-21 and hsa-miR-202 were shared by both diseases. hsa-miR-202 was reported for the first time to be associated with esophageal cancer in the present study. Differentially expressed miRNA target genes were mainly involved in cancer-related and signal-transduction pathways. Functional categories of these target genes were related to transcriptional regulation. The results may indicate potential target miRNAs and genes for future investigations of esophageal cancer.

Pankkien vakavaraisuussääntelyn vaikutus startup-yritysten rahoitukseen

Tutkielman tavoitteena on määrittää, miten pankkien vakavaraisuussääntelyn muuttuminen on vaikuttanut startup-yritysten lainan hintaan ja ehtoihin, sekä tarkastella startup-yritysten muiden rahoitusmahdollisuuksien kehittymistä. Startup-yritysten eri rahoituslähteiden kasvu kootaan lähteiden vuositilastoista. Pankkien vakavaraisuussääntelyä tarkastellaan vertailemalla lainsäädännön tilaa eri vuosina. Sääntelyn vaikutuksia arvioidaan suorittamalla laskuesimerkkejä tietynlaisten pankkien ja startup-yritysten tilanteessa. Lähtöarvot kootaan lainsäädännöstä, tilastoista, tieteellisistä julkaisuista tai asiantuntijahaastattelujen pohjalta. Startup-yritysten luottoluokitukset määritetään käyttämällä Suomen Asiakastieto Oy:n luokitusmallia. Tuloksena tutkielma luo kattavan kuvan pankkien vakavaraisuussääntelyn kehittymisestä ja startup-yritysten rahoituslähteistä. Pankkisektorin ulkopuolinen rahoitus startupeille on kasvanut 2,5 %:n vuosivauhtia vuodesta 2008, josta vertaislainat ovat olleet suuressa roolissa. Lähes 72 % pankkien vähittäislainojen markkinoista on siirtynyt sisäisten luokitusten menetelmään vastuiden riskipainojen laskennassa. Siirtymä uuteen menetelmään aiheuttaa korkopaineita viidesosalle startupeista. 58 %:lle startupeista muutos ei ole ongelma. 42 % startupeista ei voi pienentää potentiaalisen lainan korkoaan edes lainan kokoisella vakuudella. Pääomavaatimusten kasvu ja pankkien siirtyminen uusiin laskentamenetelmiin voi nostaa startup-yrityksen lainan korkoa jopa 15 %.

Public-private partnership investments in dry ports – Russian logistics markets and risks

The investments have always been considered as an essential backbone and so-called ‘locomotive’ for the competitive economies. However, in various countries, the state has been put under tight budget constraints for the investments in capital intensive projects. In response to this situation, the cooperation between public and private sector has grown based on public-private mechanism. The promotion of favorable arrangement for collaboration between public and private sectors for the provision of policies, services, and infrastructure in Russia can help to address the problems of dry ports development that neither municipalities nor the private sector can solve alone. Especially, the stimulation of public-private collaboration is significant under the exposure to externalities that affect the magnitude of the risks during all phases of project realization. In these circumstances, the risk in the projects also is becoming increasingly a part of joint research and risk management practice, which is viewed as a key approach, aiming to take active actions on existing global and specific factors of uncertainties. Meanwhile, a relatively little progress has been made on the inclusion of the resilience aspects into the planning process of a dry ports construction that would instruct the capacity planner, on how to mitigate the occurrence of disruptions that may lead to million dollars of losses due to the deviation of the future cash flows from the expected financial flows on the project. The current experience shows that the existing methodological base is developed fragmentary within separate steps of supply chain risk management (SCRM) processes: risk identification, risk evaluation, risk mitigation, risk monitoring and control phases. The lack of the systematic approach hinders the solution of the problem of risk management processes of dry port implementation. Therefore, management of various risks during the investments phases of dry port projects still presents a considerable challenge from the practical and theoretical points of view. In this regard, the given research became a logical continuation of fundamental research, existing in the financial models and theories (e.g., capital asset pricing model and real option theory), as well as provided a complementation for the portfolio theory. The goal of the current study is in the design of methods and models for the facilitation of dry port implementation through the mechanism of public-private partnership on the national market that implies the necessity to mitigate, first and foremost, the shortage of the investments and consequences of risks. The problem of the research was formulated on the ground of the identified contradictions. They rose as a continuation of the trade-off between the opportunities that the investors can gain from the development of terminal business in Russia (i.e. dry port implementation) and risks. As a rule, the higher the investment risk, the greater should be their expected return. However, investors have a different tolerance for the risks. That is why it would be advisable to find an optimum investment. In the given study, the optimum relates to the search for the efficient portfolio, which can provide satisfaction to the investor, depending on its degree of risk aversion. There are many theories and methods in finance, concerning investment choices. Nevertheless, the appropriateness and effectiveness of particular methods should be considered with the allowance of the specifics of the investment projects. For example, the investments in dry ports imply not only the lump sum of financial inflows, but also the long-term payback periods. As a result, capital intensity and longevity of their construction determine the necessity from investors to ensure the return on investment (profitability), along with the rapid return on investment (liquidity), without precluding the fact that the stochastic nature of the project environment is hardly described by the formula-based approach. The current theoretical base for the economic appraisals of the dry port projects more often perceives net present value (NPV) as a technique superior to other decision-making criteria. For example, the portfolio theory, which considers different risk preference of an investor and structures of utility, defines net present value as a better criterion of project appraisal than discounted payback period (DPP). Meanwhile, in business practice, the DPP is more popular. Knowing that the NPV is based on the assumptions of certainty of project life, it cannot be an accurate appraisal approach alone to determine whether or not the project should be accepted for the approval in the environment that is not without of uncertainties. In order to reflect the period or the project’s useful life that is exposed to risks due to changes in political, operational, and financial factors, the second capital budgeting criterion – discounted payback period is profoundly important, particularly for the Russian environment. Those statements represent contradictions that exist in the theory and practice of the applied science. Therefore, it would be desirable to relax the assumptions of portfolio theory and regard DPP as not fewer relevant appraisal approach for the assessment of the investment and risk measure. At the same time, the rationality of the use of both project performance criteria depends on the methods and models, with the help of which these appraisal approaches are calculated in feasibility studies. The deterministic methods cannot ensure the required precision of the results, while the stochastic models guarantee the sufficient level of the accuracy and reliability of the obtained results, providing that the risks are properly identified, evaluated, and mitigated. Otherwise, the project performance indicators may not be confirmed during the phase of project realization. For instance, the economic and political instability can result in the undoing of hard-earned gains, leading to the need for the attraction of the additional finances for the project. The sources of the alternative investments, as well as supportive mitigation strategies, can be studied during the initial phases of project development. During this period, the effectiveness of the investments undertakings can also be improved by the inclusion of the various investors, e.g. Russian Railways’ enterprises and other private companies in the dry port projects. However, the evaluation of the effectiveness of the participation of different investors in the project lack the methods and models that would permit doing the particular feasibility study, foreseeing the quantitative characteristics of risks and their mitigation strategies, which can meet the tolerance of the investors to the risks. For this reason, the research proposes a combination of Monte Carlo method, discounted cash flow technique, the theory of real options, and portfolio theory via a system dynamics simulation approach. The use of this methodology allows for comprehensive risk management process of dry port development to cover all aspects of risk identification, risk evaluation, risk mitigation, risk monitoring, and control phases. A designed system dynamics model can be recommended for the decision-makers on the dry port projects that are financed via a public-private partnership. It permits investors to make a decision appraisal based on random variables of net present value and discounted payback period, depending on different risks factors, e.g. revenue risks, land acquisition risks, traffic volume risks, construction hazards, and political risks. In this case, the statistical mean is used for the explication of the expected value of the DPP and NPV; the standard deviation is proposed as a characteristic of risks, while the elasticity coefficient is applied for rating of risks. Additionally, the risk of failure of project investments and guaranteed recoupment of capital investment can be considered with the help of the model. On the whole, the application of these modern methods of simulation creates preconditions for the controlling of the process of dry port development, i.e. making managerial changes and identifying the most stable parameters that contribute to the optimal alternative scenarios of the project realization in the uncertain environment. System dynamics model allows analyzing the interactions in the most complex mechanism of risk management process of the dry ports development and making proposals for the improvement of the effectiveness of the investments via an estimation of different risk management strategies. For the comparison and ranking of these alternatives in their order of preference to the investor, the proposed indicators of the efficiency of the investments, concerning the NPV, DPP, and coefficient of variation, can be used. Thus, rational investors, who averse to taking increased risks unless they are compensated by the commensurate increase in the expected utility of a risky prospect of dry port development, can be guided by the deduced marginal utility of investments. It is computed on the ground of the results from the system dynamics model. In conclusion, the outlined theoretical and practical implications for the management of risks, which are the key characteristics of public-private partnerships, can help analysts and planning managers in budget decision-making, substantially alleviating the effect from various risks and avoiding unnecessary cost overruns in dry port projects.