Introducing massively parallel computers into operational weather forecasting

Numerical weather prediction and climate simulation have been among the computationally most demanding applications of high performance computing eversince they were started in the 1950's. Since the 1980's, the most powerful computers have featured an ever larger number of processors. By the early 2000's, this number is often several thousand. An operational weather model must use all these processors in a highly coordinated fashion. The critical resource in running such models is not computation, but the amount of necessary communication between the processors. The communication capacity of parallel computers often fallsfar short of their computational power. The articles in this thesis cover fourteen years of research into how to harness thousands of processors on a single weather forecast or climate simulation, so that the application can benefit as much as possible from the power of parallel high performance computers. The resultsattained in these articles have already been widely applied, so that currently most of the organizations that carry out global weather forecasting or climate simulation anywhere in the world use methods introduced in them. Some further studies extend parallelization opportunities into other parts of the weather forecasting environment, in particular to data assimilation of satellite observations.

Procurement in Project Implementation

Tutkimus keskittyy hankintatoimen kehittämiseen osana laitosprojektien toteutusta. Työ pohjautuu empiiriseltä taustaltaan Pöyry Oyj:n projektiliiketoimintaan ja työn tarkastelunäkökulmaksi onvalittu projektihallinnosta vastaavan yrityksen näkökulma. Tutkimus on hyvin käytännönläheinen ¿ se lähtee hankinnan ja sen seurannan ongelmista ja pyrkii tarjoamaan niihin uudenlaisia ratkaisuja. Pohjimmiltaan tutkimus kuuluu teollisuustalouden piiriin, vaikka tietojärjestelmätieteellä on vahva tukirooli. Työn tavoitteet ja tulokset liittyvät teollisuustaloudelle ominaisesti yrityksen toiminnan kehittämiseen, käytetyt välineet ja ratkaisut puolestaan hyödyntävät tietojärjestelmätieteen antamia mahdollisuuksia. Tutkimuksessa on käytetty konstruktiivista tutkimusotetta, jonka mukaisesti on luotu innovatiivisia konstruktioita ratkaisemaan aitoja reaalimaailman ongelmia ja tätä kautta tuotettu kontribuutioita teollisuustaloudelle. Tavoitteena oli järjestää hankintatoimi ja sen seuranta suurissa laitosprojekteissa tehokkaammin. Tätä varten uudistettiin ensin projektihallinnon ja hankintatoimen toimintaohjeet vastaamaan paremmin nykyajan vaatimuksia. Toimintaohjeiden perusteella ryhdyttiin toteuttamaan hankintaohjelmistoa, joka pystyisi kattamaan kaikki toimintaohjeissa kuvatut piirteet. Lopulta hankintaohjelmisto toi mukanaan uusia piirteitä projektihallintoon ja hankintatoimeen ja nämä sisällytettiin toimintaohjeisiin. Tähän kehitystyöhön ryhdyttiin, jotta laitosprojektien projektihallinto ja hankintatoimi toimisivat paremmin, eli pienemmin kustannuksin tuottaen projekteissa tarvittavat tulokset nopeammin, tarkemmin ja laadukkaammin. Tutkimuksella on kolmenlaisia tuloksia: hankintatoimen parannetut metodit, hankintaohjelmiston pohjana olevat toiminta- ja laskentamallit sekä implementaationa hankintasovellus. Uudistetut projekti- ja hankintaohjeet kuvaavat hankintatoiminnan parannettuja metodeja. Hankintaohjelmistoasuunnitellessa ja kehitettäessä tehdyt kuvaukset sisältävät uusia malleja niin hankintaprosessille kuin hankinnan seuraamiseksi suurissa laitosprojekteissa. Itse ohjelmisto on tuloksena implementaatio, joka perustuu parannettuihin hankintametodeihin ja uusiin toiminta- ja laskentamalleihin. Uudistetut projekti- ja hankintaohjeet ovat olleet käytössä Pöyry Oyj:ssä vuodesta 1991. Vuosien varrella nämä toimintaohjeet ovat auttaneet ja tukeneet satojen laitosprojektientoteutusta ja ylläpitäneet Pöyry Oyj:n kilpailukykyä kansainvälisenä projektitalona. Hankintasovellus puolestaan on ollut käytössä useissa projekteissa ja sen on havaittu pienentävän hankintatoimen suoria työkustannuksia laitosprojekteissa. Sovelluksen katsotaan myös tuovan epäsuoria kustannussäästöjä parempien hankintapäätösten muodossa, mutta näiden säästöjen suuruutta ei pystytä luotettavasti arvioimaan.

Direct torque control of permanent magnet synchronous machines - analysis and implementation

Thedirect torque control (DTC) has become an accepted vector control method besidethe current vector control. The DTC was first applied to asynchronous machines,and has later been applied also to synchronous machines. This thesis analyses the application of the DTC to permanent magnet synchronous machines (PMSM). In order to take the full advantage of the DTC, the PMSM has to be properly dimensioned. Therefore the effect of the motor parameters is analysed taking the control principle into account. Based on the analysis, a parameter selection procedure is presented. The analysis and the selection procedure utilize nonlinear optimization methods. The key element of a direct torque controlled drive is the estimation of the stator flux linkage. Different estimation methods - a combination of current and voltage models and improved integration methods - are analysed. The effect of an incorrect measured rotor angle in the current model is analysed andan error detection and compensation method is presented. The dynamic performance of an earlier presented sensorless flux estimation method is made better by improving the dynamic performance of the low-pass filter used and by adapting the correction of the flux linkage to torque changes. A method for the estimation ofthe initial angle of the rotor is presented. The method is based on measuring the inductance of the machine in several directions and fitting the measurements into a model. The model is nonlinear with respect to the rotor angle and therefore a nonlinear least squares optimization method is needed in the procedure. A commonly used current vector control scheme is the minimum current control. In the DTC the stator flux linkage reference is usually kept constant. Achieving the minimum current requires the control of the reference. An on-line method to perform the minimization of the current by controlling the stator flux linkage reference is presented. Also, the control of the reference above the base speed is considered. A new estimation flux linkage is introduced for the estimation of the parameters of the machine model. In order to utilize the flux linkage estimates in off-line parameter estimation, the integration methods are improved. An adaptive correction is used in the same way as in the estimation of the controller stator flux linkage. The presented parameter estimation methods are then used in aself-commissioning scheme. The proposed methods are tested with a laboratory drive, which consists of a commercial inverter hardware with a modified software and several prototype PMSMs.

Strategy Implementation Bottlenecks: Identification, Analysis and Removal

This thesis investigates the strategy implementation process of enterprices; a process whichhas lacked the academic attentioon compared with a rich strategy formation research trdition. Strategy implementation is viewed as a process ensuring tha the strtegies of an organisation are realised fully and quickly, yet with constant consideration of changing circumstances. The aim of this sudy is to provide a framework for identifying, analysing and removing the strategy implementation bottleneck af an organization and thus for intesifying its strategy process.The study is opened by specifying the concept, tasks and key actors of strategy implementation process; especially arguments for the critical implementation role of the top management are provided. In order to facilitate the analysis nad synthetisation of the core findings of scattered doctrine, six characteristic approaches to strategy implementation phenomenon are identified and compared. The Bottleneck Framework is introduced as an instrument for arranging potential strategy realisation problems, prioritising an organisation's implementation obstacles and focusing the improvement measures accordingly. The SUCCESS Framework is introduced as a mnemonic of the seven critical factors to be taken into account when promoting sttrategy implementation. Both frameworks are empirically tested by applying them to real strategy implementation intesification process in an international, industrial, group-structured case enterprise.

Bioinspired electronic white cane implementation based on a LIDAR, a tri-axial accelerometer and a tactile belt

This work proposes the creation of a bioinspired electronic white cane for blind people using the whiskers principle for short-range navigation and exploration. Whiskers are coarse hairs of an animal's face that tells the animal that it has touched something using the nerves of the skin. In this work the raw data acquired from a low-size terrestrial LIDAR and a tri-axial accelerometer is converted into tactile information using several electromagnetic devices configured as a tactile belt. The LIDAR and the accelerometer are attached to the user’s forearm and connected with a wire to the control unit placed on the belt. Early validation experiments carried out in the laboratory are promising in terms of usability and description of the environment.

Design and implementation of FPGA-based LQ control of active magnetic bearings

The need for high performance, high precision, and energy saving in rotating machinery demands an alternative solution to traditional bearings. Because of the contactless operation principle, the rotating machines employing active magnetic bearings (AMBs) provide many advantages over the traditional ones. The advantages such as contamination-free operation, low maintenance costs, high rotational speeds, low parasitic losses, programmable stiffness and damping, and vibration insulation come at expense of high cost, and complex technical solution. All these properties make the use of AMBs appropriate primarily for specific and highly demanding applications. High performance and high precision control requires model-based control methods and accurate models of the flexible rotor. In turn, complex models lead to high-order controllers and feature considerable computational burden. Fortunately, in the last few years the advancements in signal processing devices provide new perspective on the real-time control of AMBs. The design and the real-time digital implementation of the high-order LQ controllers, which focus on fast execution times, are the subjects of this work. In particular, the control design and implementation in the field programmable gate array (FPGA) circuits are investigated. The optimal design is guided by the physical constraints of the system for selecting the optimal weighting matrices. The plant model is complemented by augmenting appropriate disturbance models. The compensation of the force-field nonlinearities is proposed for decreasing the uncertainty of the actuator. A disturbance-observer-based unbalance compensation for canceling the magnetic force vibrations or vibrations in the measured positions is presented. The theoretical studies are verified by the practical experiments utilizing a custom-built laboratory test rig. The test rig uses a prototyping control platform developed in the scope of this work. To sum up, the work makes a step in the direction of an embedded single-chip FPGA-based controller of AMBs.

Implementation of Signaling Gateway between Telephone Network and the Internet

Tässä diplomityössä perehdytään verkkoelementiltä, joka yhdistää H.323, MEGACO- ja ISUP-protokollia käyttävät tietoliikenneverkot toisiinsa, vaadittaviin ominaisuuksiin ja toiminnallisuuksiin. Tyypillisesti tällaista toiminnallisuutta tarvitaan IP- ja PSTN-verkkojen yhdistämisessä. Tarkastelu aloitetaan kuvaamalla PSTN-verkon signalointi ja rakenne, jatketaan kuvaamalla internet-protokollia käyttävä verkkoympäristö ja lopuksi perehdytään verkkoelementiltä vaadittaviin toiminnallisuuksiin, jotta PSTN ja MEGACO-pohjaiset verkot toimivat yhteen. Työn käytännöllisenä osuutena kuvataan osa viestisekvenssikaavioista, joita verkkoelementti toteuttaa puuttumatta kuitenkaan eri protokollien toimintaan viestien parametrien tasolla.

Design,implementation and use of an Internet kiosk as an an information system for CNC machinists

Tätä diplomityötä sponsoroi suuri Isobritannialainen lentokoneteollisuudessa toimiva yritys, joka huomasi että globaalin tuotantostrategian ollessa painopisteenä ja tietoteknisten järjestelmien kuten CAD/CAM ollessa merkittävänä osana tuotantoa, on löydettävä ymmärrys siitä, mitkä ovat tuotannon tietojärjestelmien tarpeet ja onko niiden kehittämisestä hyötyä yritykselle.Diplomityössä selitetään Internet teknologiaan perustuvan kioskin kehittämisestä tietotukijärjestelmäksi tuotanto-osastolle, jossa valmistetaan moottorin osia CNC-koneilla. Kioskeissa on piirteitä, jotka voisivat osoittautua hyödyllisiksi myös tuotantoympäristöissä ja siksi tässä työssä tutkitaan kioskiin perustuvaa lähestymistapaa tuotantoympäristöön sovellettuna.Diplomityö kuvaa informaatiokioskin kehittämistä alkaen alkuvaatimusten keruusta tietojärjestelmää varten, tietojärjestelmän suunnittelu- ja kehitysvaiheen sekä lopuksi analysoi kioskin onnistuneisuutta tuotantoympäristössä käytettävyystutkimuksen avulla, joka suoritettiin sen jälkeen kun kioski oli implementoitu tehtaassa.Johtopäätökset osoittavat, että kioski on hyvin implementoitavissa tuotantoympäristöön ja todistaa, että tuotantoinformaation jakelu sähköisessä muodossa on huomattavasti tehokkaampaa kuin paperilla. Käyttäjien kommentit osoittavat että kioski on sopiva heidän tietotarpeisiinsa ja siitä on hyötyä heidän työlleen. Kioski tarjoaa hyötyjä tuotantotason lisäksi myös johtotasolle.

Level Set Methods in Image Processing

This thesis gives an overview of the use of the level set methods in the field of image science. The similar fast marching method is discussed for comparison, also the narrow band and the particle level set methods are introduced. The level set method is a numerical scheme for representing, deforming and recovering structures in an arbitrary dimensions. It approximates and tracks the moving interfaces, dynamic curves and surfaces. The level set method does not define how and why some boundary is advancing the way it is but simply represents and tracks the boundary. The principal idea of the level set method is to represent the N dimensional boundary in the N+l dimensions. This gives the generality to represent even the complex boundaries. The level set methods can be powerful tools to represent dynamic boundaries, but they can require lot of computing power. Specially the basic level set method have considerable computational burden. This burden can be alleviated with more sophisticated versions of the level set algorithm like the narrow band level set method or with the programmable hardware implementation. Also the parallel approach can be used in suitable applications. It is concluded that these methods can be used in a quite broad range of image applications, like computer vision and graphics, scientific visualization and also to solve problems in computational physics. Level set methods and methods derived and inspired by it will be in the front line of image processing also in the future.

Code Generator for Key Management Protocols - Design and Implementation

Key management has a fundamental role in secure communications. Designing and testing of key management protocols is tricky. These protocols must work flawlessly despite of any abuse. The main objective of this work was to design and implement a tool that helps to specify the protocol and makes it possible to test the protocol while it is still under development. This tool generates compile-ready java code from a key management protocol model. A modelling method for these protocols, which uses Unified Modeling Language (UML) was also developed. The protocol is modelled, exported as an XMI and read by the code generator tool. The code generator generates java code that is immediately executable with a test software after compilation.

Tobacco control policies in hospitals before and after the implementation of a national smoking ban in Catalonia, Spain

Background: Diverse projects and guidelines to assist hospitals towards the attainment of comprehensive smoke-free policies have been developed. In 2006, Spain government passed a new smoking ban that reinforce tobacco control policies and banned completely smoking in hospitals. This study assesses the progression of tobacco control policies in the Catalan Network of Smokefree Hospitals before and after a comprehensive national smoking ban. Methods: We used the Self-Audit Questionnaire of the European Network for Smoke-free Hospitals to score the compliance of 9 policy standards (global score = 102). We used two crosssectional surveys to evaluate tobacco control policies before (2005) and after the implementation of a national smoking ban (2007) in 32 hospitals of Catalonia, Spain. We compared the means of the overall score in 2005 and 2007 according to the type of hospital, the number of beds, the prevalence of tobacco consumption, and the number of years as a smoke-free hospital. Results: The mean of the implementation score of tobacco control policies was 52.4 (95% CI:45.4-59.5) in 2005 and 71.6 (95% CI: 67.0-76.2) in 2007 with an increase of 36.7% (p < 0.01). The hospitals with greater improvement were general hospitals (48% increase; p < 0.01), hospitals with > 300 beds (41.1% increase; p < 0.01), hospitals with employees' tobacco consumption prevalence 35-39% (72.2% increase; p < 0.05) and hospitals that had recently implemented smoke-free policies (74.2% increase; p < 0.01). Conclusion: The national smoking ban appears to increase tobacco control activities in hospitals combined with other non-bylaw initiatives such as the Smoke-free Hospital Network.

Tobacco control policies in hospitals before and after the implementation of a national smoking ban in Catalonia, Spain

Background: Diverse projects and guidelines to assist hospitals towards the attainment of comprehensive smoke-free policies have been developed. In 2006, Spain government passed a new smoking ban that reinforce tobacco control policies and banned completely smoking in hospitals. This study assesses the progression of tobacco control policies in the Catalan Network of Smokefree Hospitals before and after a comprehensive national smoking ban. Methods: We used the Self-Audit Questionnaire of the European Network for Smoke-free Hospitals to score the compliance of 9 policy standards (global score = 102). We used two crosssectional surveys to evaluate tobacco control policies before (2005) and after the implementation of a national smoking ban (2007) in 32 hospitals of Catalonia, Spain. We compared the means of the overall score in 2005 and 2007 according to the type of hospital, the number of beds, the prevalence of tobacco consumption, and the number of years as a smoke-free hospital. Results: The mean of the implementation score of tobacco control policies was 52.4 (95% CI:45.4-59.5) in 2005 and 71.6 (95% CI: 67.0-76.2) in 2007 with an increase of 36.7% (p < 0.01). The hospitals with greater improvement were general hospitals (48% increase; p < 0.01), hospitals with > 300 beds (41.1% increase; p < 0.01), hospitals with employees' tobacco consumption prevalence 35-39% (72.2% increase; p < 0.05) and hospitals that had recently implemented smoke-free policies (74.2% increase; p < 0.01). Conclusion: The national smoking ban appears to increase tobacco control activities in hospitals combined with other non-bylaw initiatives such as the Smoke-free Hospital Network.

Implementation of Customer Relationship Management Strategy in Pulp Company

Työn tarkoituksena oli löytää Asiakkuuksienhallintastrategian käyttöönoton ongelmakohtia asiakkuuksienhallintaan erikoistuneen konsulttiyrityksen asiakasyrityksen taholta. Lisäksi työssä etsitään ratkaisuja asiakkuusteorian viemiseksi käytäntöön. Työn anti on asiakkuusstrategian käytäntöön panon ongelmakohtien paikallistaminen, prosessin vaiheiden kuvaaminen sekä asiakkuuksienhallinnan tutkiminen lähtökohtana asiakkaalle tuotettu arvo. Asiakkuusstrategian implementoinnin ongelmakohtien ja kriittisten menestystekijöiden kuvaus ja vertailu käsitellään empiirisessä osassa suhteuttaen teoriaosuuden materiaaliin. CRM Group:n kannalta työ mahdollistaa osaltaan asiakasprojektien kehitystyön.Kirjallisuusosan pohjalta implementoinnin kannalta kriittisiksi menestystekijöiksi nousivat tietoteknisten ratkaisujen sulauttaminen osaksi asiakkuusstrategiaa tukevia toimintoja, aidon synergian löytäminen asiakas – toimittaja –suhteeseen sekä asiakkuusstrategiaa kehittävän organisaation sisäinen resursointi ja henkilöstön sitouttaminen.

The design and implementation of a standards-based mobile messaging platform - case WAP Push Proxy Gateway

Tässä diplomityössä perehdytään WAP:in Push -viitekehykseen. WAP-standardit määrittelevät kuinka Internet-tyyppisiä palveluita, joita voidaan käyttää erilaisia mobiileja päätelaiteitteita käyttäen, toteutetaan tehokkaalla ja verkkoteknologiasta riippumattomalla tavalla. WAP pohjautuu Internet:iin, mutta huomioi pienten päätelaitteiden ja mobiiliverkkojen rajoitukset ja erikoisominaisuudet. WAP Push viitekehys määrittelee verkon aloittaman palvelusisällön toimittamisen. Työn teoriaosassa käydään läpi yleinen WAP-arkkitehtuuri ja WAP-protokollapino käyttäen vertailukohtina lanka-Internetin arkkitehtuuria ja protokollapinoa. Edellistä perustana käyttäen tutustaan WAP Push -viitekehykseen. Käytännönosassa kuvataan WAP Push -välityspalvelimen suunnittelu ja kehitystyö. WAP Push -välityspalvelin on keskeinen verkkoelementti WAP Push -viitekehyksessä. WAP Push -välityspalvelin yhdistää Internetin ja mobiiliverkon tavalla, joka piilottaa teknologiaeroavaisuudet Internetissä olevalta palveluntuottajalta.

Network Device Driver Design and Implementation for Symbian Operating System

Tämä diplomityö esittää Symbianin käyttöjärjestelmän verkkoarkkitehtuuriin perustuvan paikallisverkkokortin (LAN) käyttöönottoa. Pääajatus oli keskitetty langattoman LAN— kortin (WLAN) ajureiden käyttöönottoon. Jokainen Symbianin käyttöjärjestelmän verkkoarkkitehtuurin komponentti oli huolellisesti tutkittu, painottaen mahdollista langattoman yhteyden uudelleenkäyttöä. Myös olemassaolevan Ethernetkortin ajureiden uudelleenkäyttö oli huolellisesti otettu huomioon. Diplomityöprojektin aikana esimerkki WLAN-kortin ajurin lähdekoodista oli esitetty. Tämä ajuri on kirjoitettu NOKIA DTN-20 WLAN-korttia varten. Havaittiin myös, että suurin osa Symbianin käyttöjärjestelmän verkkoarkkitehtuurista voidaan käyttää myös WLAN-pohjaisessa yhteydessä ilman muutoksia.. Esitetty ajuri käyttää myös tiettyjä olemassaolevan Ethernetkortin ajureita, esim. Logical Device Driver (LDD):tä.