Machine learning for geospatial data : algorithms, software tools and case studies

Résumé Cette thèse est consacrée à l'analyse, la modélisation et la visualisation de données environnementales à référence spatiale à l'aide d'algorithmes d'apprentissage automatique (Machine Learning). L'apprentissage automatique peut être considéré au sens large comme une sous-catégorie de l'intelligence artificielle qui concerne particulièrement le développement de techniques et d'algorithmes permettant à une machine d'apprendre à partir de données. Dans cette thèse, les algorithmes d'apprentissage automatique sont adaptés pour être appliqués à des données environnementales et à la prédiction spatiale. Pourquoi l'apprentissage automatique ? Parce que la majorité des algorithmes d'apprentissage automatiques sont universels, adaptatifs, non-linéaires, robustes et efficaces pour la modélisation. Ils peuvent résoudre des problèmes de classification, de régression et de modélisation de densité de probabilités dans des espaces à haute dimension, composés de variables informatives spatialisées (« géo-features ») en plus des coordonnées géographiques. De plus, ils sont idéaux pour être implémentés en tant qu'outils d'aide à la décision pour des questions environnementales allant de la reconnaissance de pattern à la modélisation et la prédiction en passant par la cartographie automatique. Leur efficacité est comparable au modèles géostatistiques dans l'espace des coordonnées géographiques, mais ils sont indispensables pour des données à hautes dimensions incluant des géo-features. Les algorithmes d'apprentissage automatique les plus importants et les plus populaires sont présentés théoriquement et implémentés sous forme de logiciels pour les sciences environnementales. Les principaux algorithmes décrits sont le Perceptron multicouches (MultiLayer Perceptron, MLP) - l'algorithme le plus connu dans l'intelligence artificielle, le réseau de neurones de régression généralisée (General Regression Neural Networks, GRNN), le réseau de neurones probabiliste (Probabilistic Neural Networks, PNN), les cartes auto-organisées (SelfOrganized Maps, SOM), les modèles à mixture Gaussiennes (Gaussian Mixture Models, GMM), les réseaux à fonctions de base radiales (Radial Basis Functions Networks, RBF) et les réseaux à mixture de densité (Mixture Density Networks, MDN). Cette gamme d'algorithmes permet de couvrir des tâches variées telle que la classification, la régression ou l'estimation de densité de probabilité. L'analyse exploratoire des données (Exploratory Data Analysis, EDA) est le premier pas de toute analyse de données. Dans cette thèse les concepts d'analyse exploratoire de données spatiales (Exploratory Spatial Data Analysis, ESDA) sont traités selon l'approche traditionnelle de la géostatistique avec la variographie expérimentale et selon les principes de l'apprentissage automatique. La variographie expérimentale, qui étudie les relations entre pairs de points, est un outil de base pour l'analyse géostatistique de corrélations spatiales anisotropiques qui permet de détecter la présence de patterns spatiaux descriptible par une statistique. L'approche de l'apprentissage automatique pour l'ESDA est présentée à travers l'application de la méthode des k plus proches voisins qui est très simple et possède d'excellentes qualités d'interprétation et de visualisation. Une part importante de la thèse traite de sujets d'actualité comme la cartographie automatique de données spatiales. Le réseau de neurones de régression généralisée est proposé pour résoudre cette tâche efficacement. Les performances du GRNN sont démontrées par des données de Comparaison d'Interpolation Spatiale (SIC) de 2004 pour lesquelles le GRNN bat significativement toutes les autres méthodes, particulièrement lors de situations d'urgence. La thèse est composée de quatre chapitres : théorie, applications, outils logiciels et des exemples guidés. Une partie importante du travail consiste en une collection de logiciels : Machine Learning Office. Cette collection de logiciels a été développée durant les 15 dernières années et a été utilisée pour l'enseignement de nombreux cours, dont des workshops internationaux en Chine, France, Italie, Irlande et Suisse ainsi que dans des projets de recherche fondamentaux et appliqués. Les cas d'études considérés couvrent un vaste spectre de problèmes géoenvironnementaux réels à basse et haute dimensionnalité, tels que la pollution de l'air, du sol et de l'eau par des produits radioactifs et des métaux lourds, la classification de types de sols et d'unités hydrogéologiques, la cartographie des incertitudes pour l'aide à la décision et l'estimation de risques naturels (glissements de terrain, avalanches). Des outils complémentaires pour l'analyse exploratoire des données et la visualisation ont également été développés en prenant soin de créer une interface conviviale et facile à l'utilisation. Machine Learning for geospatial data: algorithms, software tools and case studies Abstract The thesis is devoted to the analysis, modeling and visualisation of spatial environmental data using machine learning algorithms. In a broad sense machine learning can be considered as a subfield of artificial intelligence. It mainly concerns with the development of techniques and algorithms that allow computers to learn from data. In this thesis machine learning algorithms are adapted to learn from spatial environmental data and to make spatial predictions. Why machine learning? In few words most of machine learning algorithms are universal, adaptive, nonlinear, robust and efficient modeling tools. They can find solutions for the classification, regression, and probability density modeling problems in high-dimensional geo-feature spaces, composed of geographical space and additional relevant spatially referenced features. They are well-suited to be implemented as predictive engines in decision support systems, for the purposes of environmental data mining including pattern recognition, modeling and predictions as well as automatic data mapping. They have competitive efficiency to the geostatistical models in low dimensional geographical spaces but are indispensable in high-dimensional geo-feature spaces. The most important and popular machine learning algorithms and models interesting for geo- and environmental sciences are presented in details: from theoretical description of the concepts to the software implementation. The main algorithms and models considered are the following: multi-layer perceptron (a workhorse of machine learning), general regression neural networks, probabilistic neural networks, self-organising (Kohonen) maps, Gaussian mixture models, radial basis functions networks, mixture density networks. This set of models covers machine learning tasks such as classification, regression, and density estimation. Exploratory data analysis (EDA) is initial and very important part of data analysis. In this thesis the concepts of exploratory spatial data analysis (ESDA) is considered using both traditional geostatistical approach such as_experimental variography and machine learning. Experimental variography is a basic tool for geostatistical analysis of anisotropic spatial correlations which helps to understand the presence of spatial patterns, at least described by two-point statistics. A machine learning approach for ESDA is presented by applying the k-nearest neighbors (k-NN) method which is simple and has very good interpretation and visualization properties. Important part of the thesis deals with a hot topic of nowadays, namely, an automatic mapping of geospatial data. General regression neural networks (GRNN) is proposed as efficient model to solve this task. Performance of the GRNN model is demonstrated on Spatial Interpolation Comparison (SIC) 2004 data where GRNN model significantly outperformed all other approaches, especially in case of emergency conditions. The thesis consists of four chapters and has the following structure: theory, applications, software tools, and how-to-do-it examples. An important part of the work is a collection of software tools - Machine Learning Office. Machine Learning Office tools were developed during last 15 years and was used both for many teaching courses, including international workshops in China, France, Italy, Ireland, Switzerland and for realizing fundamental and applied research projects. Case studies considered cover wide spectrum of the real-life low and high-dimensional geo- and environmental problems, such as air, soil and water pollution by radionuclides and heavy metals, soil types and hydro-geological units classification, decision-oriented mapping with uncertainties, natural hazards (landslides, avalanches) assessments and susceptibility mapping. Complementary tools useful for the exploratory data analysis and visualisation were developed as well. The software is user friendly and easy to use.

Workplace Aggressive Behaviors: Three Essays

Abstract¦This thesis examines through three essays the role of the social context and of people concern for justice in explaining workplace aggressive behaviors.¦In the first essay, I argue that a work group instrumental climate - a climate emphasizing respect of organizational procedures -deters employees to manifest counterproductive work behaviors through informal sanctions (i.e., socio-emotional disapproval) they anticipate from it for misbehaving. A contrario, a work group affective climate - a climate concerned about others' well-being - leads employees to infer less informal sanctions and thus indirectly facilitates counterproductive work behaviors. I additionally expect these indirect effects to be conditional on employees' level of conscientiousness and agreeableness. Cross-level structural equations on cross-sectional data obtained from 158 employees in 26 work groups supported my expectations. By promoting collective responsibility for the respect of organizational rules and by knowing what their work group considers threatening their well-being, leaders may be able to prevent counterproductive work behaviors.¦Adopting an organizational justice perspective, the second essay provides a theoretical explanation of why and how collective deviance can emerge in a collective. In interdependent situations, employees use justice perceptions to infer others' cooperative intent. Even if moral transgressions (e.g., injustice) are ambiguous, their repetition and configuration within a team can lead employees to assign blame and develop collective cynicism toward the transgressor. Over time, collective cynicism - a shared belief about the transgressor's intentional lack of integrity - progressively constrains the diversity of employees' response to blame and leads collective deviance to emerge. This essay contributes to workplace deviance research by offering a theoretical framework for investigations of the phenomenon at the collective level. It organizations effort to manage and prevent deviance should consider.¦In the third essay, I solve an apparent contradiction in the literature showing that justice concerns sometimes lead employees to react aggressively to injustice and sometimes to refrain from it. Drawing from just-world theory, a cross-sectional field study and an experiment provide evidence that retaliatory tendencies following injustice are moderated by personal and general just-world beliefs. Whereas a high personal just-world belief facilitates retaliatory reactions to injustice, a high general just-world belief attenuates such reactions. This essay uncovers a dark side of personal just-world belief and a bright one of general just-world belief, and participates to extend just-world theory to the working context.

Loss of Prestress, Camber, and Deflection of Non-Composite and Composite Structures Using Different Weight Concretes, HR-137, 1970

General equations are presented for predicting loss of prestress and camber of both composite and non- composite prestressed concrete structures. Continuous time functins of all parameters needed to solve the equations are given, and sample results included. Computed prestress loss and camber are compared with experimental data for normal weight and lightweight concrete. Methods are also presented for predicting the effect of non-prestressed tension steel in reducing time-dependent loss of prestress and camber, and for the determination of short-time deflections of uncracked and cracked prestressed members. Comparisons with experimental results are indicated for these partially prestressed methods.

Minerais, métaux, isotopes : recherches archéométriques sur les mines de plomb et d'argent en Valais, Suisse

RESUME Les nombreuses mines de plomb et d'argent du Valais témoignent d'une activité minière importante par le passé, sans toutefois dévoiler ni l'importance des minéralisations, ni l'ancienneté de l'exploitation. La présente recherche a pour but de comprendre pourquoi les grandes mines sont concentrées dans une région, et de déterminer la chronologie de leur exploitation. L'originalité de ce travail réside dans son interdisciplinarité, plus précisément dans l'application des méthodes minéralogiques pour résoudre une problématique historique. Afin d'évaluer les ressources minières en plomb et en argent du Valais, 57 mines et indices ont été repérés et échantillonnés. Les signatures isotopiques du Pb (74 analyses) et les compositions chimiques élémentaires (45 analyses) ont été déterminées. Les plus grandes exploitations se situent dans la nappe de Siviez-Mischabel, au Sud d'une ligne Vallée du Rhône / Val de Bagnes ainsi que dans le Lötschental. Elles sont liées, d'après leur signature isotopique de plomb, à des minéralisations d'âge calédonien (408 à 387 Ma) ou tardi-hercynien (333 à 286 Ma). À ces périodes, l'ancien continent est très lourd et subit une subsidence thermique. Des premières fractures d'extrême importance se forment. Comme il s'agit d'accidents tectoniques majeurs, des gisements de grande extension peuvent se former dans ce contexte. D'autres minéralisations se situent dans les domaines helvétiques (Massif des Aiguilles Rouges, Massif du Mont Blanc et couverture sédimentaire), couvrant une région au Nord de la Vallée du Rhône et du Val d'Entremont. D'âge post-hercynien à tardi-alpin (notons qu'il n'y a pas de minéralisations d'âge tertiaire), elles sont pour la plupart liées à des intrusions granitiques, sources de plomb juvénile. Les mines situées dans ces unités tectoniques sont nettement moins étendues que celles de la nappe de Siviez-Mischabel, ce qui permet de penser que les minéralisations correspondantes le sont également. Les périodes d'exploitation des mines peuvent être déterminées par quatre approches différentes l'archéologie minière, la lecture des textes historiques, l'étude des déchets métallurgiques et la comparaison de la signature isotopique du plomb, que l'on mesure dans un objet archéologique bien daté (monnaie, bijoux etc.), avec celles des minerais. Cette dernière méthode a été appliquée et développée dans le cadre de la présente recherche. Pour ce faire, 221 échantillons d'objet en plomb ou en argent datés entre l'Âge du Fer et le Moyen Age ont été analysés par la méthode des isotopes de plomb et comparés à environ 1800 signatures isotopiques de minerais des gisements les plus importants en Suisse et en Europe. Avant l'époque romaine et jusqu'au 1 er siècle de cette époque, le plomb provient principalement des mines de la péninsule ibérique alors en pleine activité. Un apport des mines d'Europe tempérée, notamment des Vosges, reste à confirmer. A partir du 1" siècle de notre ère, le plomb a principalement été importé en Suisse occidentale de grands centres de productions situées en Allemagne du Nord (région d'Eifel). Les mines de plomb valaisannes, notamment celles de Siviez, débutent leur exploitation en même temps, principalement pour couvrir les besoins locaux, mais également pour l'exportation jusque dans l'arc lémanique et, dans une moindre importance, au-delà. À partir du 4ème siècle, le besoin en plomb a été couvert par un apport des mines locales et par la refonte d'objets anciens. Ce changement d'approvisionnement est probablement lié aux tensions créées par les invasions germaniques durant la seconde moitié du 3' siècle ; le marché suisse n'est dès lors plus approvisionné par le nord, c'est-à-dire par la vallée du Rhin. Quant à l'argent, l'exploitation de ce métal est attestée à partir de la fin du La Tène, peu après l'apparition de ce métal dans la région valaisanne. L'échantillonnage ne couvrant pas l'époque romaine, rien n'est connu pour cette période. A partir du 5" siècle, une exploitation d'argent est de nouveau attestée. Cependant, l'exploitation d'argent des mines locales ne gagne en importance qu'à partir du Moyen Âge avec les frappes monétaires, notamment les frappes carolingiennes et épiscopales valaisannes. Les sources d'argent sont différentes selon leur utilisation : à part quelques exceptions notamment vers la fin du La Tène et au tardo-antique, les bijoux et objets de cultes ont été souvent créés à partir d'argent refondu, contrairement aux monnaies pour lesquelles l'argent provient des mines locales. On note un approvisionnement différent de ce métal pour les objets, notamment les monnaies, selon leur lieu de fabrication : on peut clairement distinguer les objets valaisans de ceux du Plateau Suisse. SUMMARY The many lead and silver mines of the Valais testify of an important mining activity in the past, without however revealing neither the importance of the mineralizations, nor the era of the exploitation. The purpose of this research is to understand why the large mines are concentrated in one region, and to determine the history of their exploitation. The uniqueness of this work lies in its interdisciplinarity, more precisely in the application of mineralogical methods to solve historical problems. In order to evaluate the lead and silver mining resources of the Valais region, 57 mines and ore deposits were located and sampled. The isotope signatures of Pb (74 analyses) and the compositions of the chemical elements (45 analyses) were determined. The largest activities are in the Siviez-Mischabel area, located in the South of the boundary formed by the Rhone, Bagnes and Lotschental valleys. According to their lead isotope signatures, they are linked to mineralizations of the Caledonian (408 to 387 my) or tardi-Hercynian (333 to 286 my) orogenies. In those times, the old continent was very heavy and underwent a thermal subsidence. First fractures of great significance were formed. Through these major tectonic events, large extended ore deposits can be formed. Other mineralizations are found in the helvetic regions situated north of the Rhone and the Entremont valley (the Aiguilles Rouges basement, Mount Blanc basement and the covering sediment). Because they are from post-hercynien to tardi-alpine age (there are no mineralizations of tertiary age), they are mainly linked to granite intrusions, the sources of juvenile lead. The mines found in these tectonic units are significantly less extensive than those of the Siviez-Mischabel area, leading to the assumption that the respective mineralizations extend accordingly. The history of exploitation of the mines can be determined by four different sources: mining archaeology, historical texts, metallurgical waste, and the comparison of the isotope signature of the lead from accurately dated archaeological objects (currency, jewels etc), with those of the ores. This last approach was applied and developed within the framework of this research. The lead isotope signatures of 221 lead or silver objects from the Iron Age to the Middle Age were compared with approximately 1800 samples of ore of the most important ore deposits in Switzerland and Europe. Before the Roman time up to the 1st century, lead comes mainly from the mines of the Iberian Peninsula then in full activity. A contribution of the mines of Central Europe, in particular of the Vosges, remains to be confirmed. From the 1st century on, lead was mainly imported into Western Switzerland from Northern Germany (Eiffel region). The lead mines in the Valais region, in particular those of Siviez, begin their exploitation at the same time, mainly to meet the local needs, but also for export to the lemanic basin and of lesser importance, beyond. As from the 4th century, the need of lead was met by the production from local mines and the recycling of old objects. This change of supply is probably related to the tensions created by the Germanic invasions during second half of the 3rd century; as a consequence, the Swiss market is not supplied any more by the north, i.e. the Rhine valley. Silver production is confirmed starting from the end of La Tene, shortly after the appearance of this metal in the Valais region. Since no objects of Roman origin were analyzed, nothing is known for this period. From the 5th century on, silver production is again confirmed. However, significant silver production from local mines starts only in the Middle Age with the coinage, in particular Carolingian and Episcopal minting from the Valais region. The sources of silver differ according to their use: besides some exceptions in particular towards the end of La Tene and the tardi-Roman, the jewels and objects of worships were often created from recycled silver, contrary to the coins the silver for which comes from the local mines. A different source of silver is observed according to the location of coin manufacture: Objects originating from the Valais region are clearly distinguished from those from the Plateau Suisse. ZUSAMMENFASSUNG Die grosse Zahl von Blei- und Silberminen im Wallis ist Zeugnis einer bedeutenden Bergbautätigkeit, es fehlen aber Hinweise über ihren Umfang und den Zeitraum ihrer Ausbeutung. Die vorliegende Arbeit sucht zu ergründen, warum grosse Minen sich in einer eng begrenzten Region häufen und in welchem Zeitraum sie genutzt wurden. Die Besonderheit der Studie liegt in ihrer Interdisziplinarität, genauer in der Anwendung von mineralogischen Methoden zur Beantwortung historischer Fragestellungen. Zur Beurteilung der Lagerstätten wurden von 57 Minen und Aufschlüssen Proben entnommen oder Nachweise erbracht und mittels 74 Isotopen-Analysen von Blei und 45 chemischen Gesamtanalysen ausgewertet. Die wichtigsten Vorkommen liegen in der Siviez- Mischabel- Decke südlich der Linie Rhonetal- Val de Bagnes, sowie im Lötschental. Die Bleiisotopen- Alter weisen ihre Entstehung der kaledonischen (408 - 387 Mio. J.) oder der spät- herzynischen (333 - 286 Mio. J.) Gebirgsbildungsphase zu. In dieser Periode ist die kompakte Landmasse sehr schwer und erfairt eine thermische Absenkung. Es bilden sich tektonische Brüche von kontinentaler Ausdehnung. Die grossen tektonischen Bewegungen ermöglichen die Bildung von ausgedehnten Lagerstätten. Andere Vorkommen finden sich im Bereich der Helvetischen Alpen (Aiguilles Rouges Massiv, Mont-Blanc-Massiv und Sediment-Decken) im Gebiet nördlich des Rhonetales bis zum Val d'Entremont. Altersmässig sind sie der nach-hercynischen bis zur spät-alpidischen Orogenese zuzuweisen (auffällig ist das Fehlen von Vorkommen im Tertiär) und haben sich meist in der Folge von Granit- Intrusion, dem Ursprung von primärem Blei ausgebildet. Die Bergwerke in diesem Bereich sind deutlich weniger ausgedehnt als jene in der Siviez-Mischabel-Decke und entsprechen wahrscheinlich dem geringen Umfang der zugehörigen Vorkommen. Die Nutzungsperioden der Minen können mit vier verschiedenen Methoden bestimmt werden: Minenarchäologie, Historische Quellen, Auswertung von metallischen Abfällen (Schlacken) und Vergleich der Bleiisotopen-Zusammensetzung von Erzen mit jener von zeitlich gut datierbaren archäologischen Gegenständen (Münzen, Schmuckstücke). Die letztere Methode wurde im Rahmen der vorliegenden Forschungsarbeit entwickelt und angewendet. Zu diesem Zweck wurden an 221 Proben von Blei- oder Silberobjekten, die in die Periode zwischen Eisenzeit und Mittelalter eingestuft werden können, Bleiisotopen- Analysen durchgeführt und mit ca. 1800 Proben aus den wichtigsten Lagerstätten der Schweiz und Europas verglichen. Vor der Römerzeit und bis ins 1. Jahrh. stammt das Blei vornehmlich aus den in jener Zeit in voller Ausbeutung begriffenen Minen der Iberischen Halbinsel. Der Beitrag von Mitteleuropa, besonders der Vogesen, muss noch bestätigt werden. Ab dem 1. Jahrh. nach Chr. wurde die Westschweiz hauptschlich mit Blei aus den grossen Produktionszentren Norddeutschlands, vorwiegend der Eifel, versorgt. In dieser Periode setzt die Ausbeutung der Bleiminen des Wallis, besonders von Siviez, ein. Sie dienen der Deckung des örtlichen Bedarfs aber auch der Ausfuhr in das Gebiet des Genfersees und in einem bescheidenen Rahmen sogar darüber hinaus. Ab dem 4. Jahrhundert wurden vermehrt alte Objekte eingeschmolzen. Dieser Wechsel der Versorgungsquellen war vermutlich eine Folge der Wölkerwanderung in der zweiten Hälfte des 3. Jahrhunderts. Ab diesem Zeitpunkt war Helvetien der Zugang zu den Versorgungsquellen des Nordens, besonders des Rheinlandes, verwehrt. Der Abbau von Silber ist ab dem Ende des La Tène nachgewiesen, nur wenig nach dem Auftreten dieses Metalls im Wallis. Über die Römerzeit können wegen dem Fehlen entsprechender Proben keine Aussagen gemacht werden. Eine erneute Abbauperiode ist ab dem 5. Jahrhundert nachgewiesen. Die Produktion der örtlichen Minen erreicht aber erst im Mittelalter eine gewisse Bedeutung mit der Prägung von Mnzen durch die Karolinger und die Walliser Bischöfe. Die Herkunft des Silbers ist abhängig von dessen Verwendung. Mit wenigen Ausnahmen in der Zeit des La Tène und der späteren Römerzeit wurde für Kunst- und Kult- Gegenstände rezykliertes Silber verwendet, für Münzprägungen neues Silber aus den örtlichen Minen. Von Einfluss auf die Herkunft war auch der Produktionsstandort: Die Objekte aus dem Wallis unterscheiden sich deutlich von jenen des Mittellandes.

Avaluació del programa de mediació penal d’adults del Departament de Justícia de Catalunya

Des de 1999, el Departament de Justícia aplica el Programa de mediació penal amb infractors adults i víctimes. Aquest Programa, emmarcat en la perspectiva de l’anomenada Justícia Restaurativa, cerca resoldre el conflicte produït pel delicte implicant totes les parts i concedint un paper clau a la víctima, sobre la restitució de la qual gira el procés mediador. La recerca que es presenta fa una avaluació del funcionament d’aquest Programa amb l’objectiu de constatar si la mediació penal pot satisfer algunes de les necessitats de les víctimes de delictes. La valoració que en fan les víctimes que han participat en l’estudi d’avaluació és positiva. Els principals beneficis que destaquen són la reparació material, rebre les disculpes de l’infractor, poder explicar la seva vivència i sentir-se escoltades, i poder participar en la resolució del seu propi procediment i en la resolució final del conflicte.

Evaluación del programa de mediación penal de adultos del Departamento de Justicia de la Generalitat de Cataluña

Desde 1999, el Departamento de Justicia de la Generalitat de Cataluña aplica el Programa de mediación penal con infractores adultos y víctimas. Este Programa, enmarcado en la perspectiva de la llamada Justicia Restaurativa, busca resolver el conflicto producido por el delito implicando a todas las partes y concediendo un papel clave a la víctima, sobre la restitución de la cual gira el proceso mediador. La investigación que se presenta hace una evaluación del funcionamiento de este Programa con el objetivo de constatar si la mediación penal puede satisfacer algunas de las necesidades de las víctimas de delitos. La valoración que hacen las víctimas que han participado en el estudio de evaluación es positiva. Los principales beneficios que destacan son la reparación material, recibir las disculpas del infractor, poder explicar su vivencia y sentirse escuchadas, y poder participar en la resolución de su propio procedimiento y en la resolución final del conflicto.

Comparison of an EMG-based and a stress-based method to predict shoulder muscle forces.

The estimation of muscle forces in musculoskeletal shoulder models is still controversial. Two different methods are widely used to solve the indeterminacy of the system: electromyography (EMG)-based methods and stress-based methods. The goal of this work was to evaluate the influence of these two methods on the prediction of muscle forces, glenohumeral load and joint stability after total shoulder arthroplasty. An EMG-based and a stress-based method were implemented into the same musculoskeletal shoulder model. The model replicated the glenohumeral joint after total shoulder arthroplasty. It contained the scapula, the humerus, the joint prosthesis, the rotator cuff muscles supraspinatus, subscapularis and infraspinatus and the middle, anterior and posterior deltoid muscles. A movement of abduction was simulated in the plane of the scapula. The EMG-based method replicated muscular activity of experimentally measured EMG. The stress-based method minimised a cost function based on muscle stresses. We compared muscle forces, joint reaction force, articular contact pressure and translation of the humeral head. The stress-based method predicted a lower force of the rotator cuff muscles. This was partly counter-balanced by a higher force of the middle part of the deltoid muscle. As a consequence, the stress-based method predicted a lower joint load (16% reduced) and a higher superior-inferior translation of the humeral head (increased by 1.2 mm). The EMG-based method has the advantage of replicating the observed cocontraction of stabilising muscles of the rotator cuff. This method is, however, limited to available EMG measurements. The stress-based method has thus an advantage of flexibility, but may overestimate glenohumeral subluxation.

Automatic Decision-Oriented Mapping of Pollution Data

The paper deals with the development and application of the methodology for automatic mapping of pollution/contamination data. General Regression Neural Network (GRNN) is considered in detail and is proposed as an efficient tool to solve this problem. The automatic tuning of isotropic and an anisotropic GRNN model using cross-validation procedure is presented. Results are compared with k-nearest-neighbours interpolation algorithm using independent validation data set. Quality of mapping is controlled by the analysis of raw data and the residuals using variography. Maps of probabilities of exceeding a given decision level and ?thick? isoline visualization of the uncertainties are presented as examples of decision-oriented mapping. Real case study is based on mapping of radioactively contaminated territories.

Using MILP to plan holidays and working hours under an annualised hours agreement

Annualising work hours (AH) is a means of achievement flexibility in the use of human resources to face the seasonal nature of demand. In Corominas et al. (1) two MILP models are used to solve the problem of planning staff working hours with annual horizon. The costs due to overtime and to the employment of temporary workers are minimised, and the distribution of working time over the course of the year for each worker and the distribution of working time provided by temporary workers are regularised.In the aforementioned paper, the following is assumed: (i) the holiday weeks are fixed a priori and (ii) the workers are from different categories who are able to perform specific type of task have se same efficiency; moreover, the values of the binary variables (and others) in the second model are fixed to those in the first model (thus, in the second model these will intervene as constants and not as variables, resulting in an LP model).In the present paper, these assumptions are relaxed and a more general problem is solved. The computational experiment leads to the conclusion that MILP is a technique suited to dealing with the problem.

Teaching, sustainability and environment in UPC buildings

Universities must motivate future professionals so that they are able to apply their experience over and beyond the scientific and technological context. These professionals should also be trained so that they are aware of the current position as regards the economy and limited energy resources, and they must be creative, knowledgeable and committed if they are to rethink the current model.The Departments of Architectural Technology II and Applied Physics, in collaboration with the Interdisciplinary Centre of Technology, Innovation and Education for Sustainability (CITIES), believed that students could be given the opportunity to specialise in the area of sustainable development by means of their final theses [2]. With this objective in mind, a line of theses called Energy Assessments was created as part of the Plan for Resource Consumption Efficiency (PECR). The line was based on a learning strategy that focused on the student.The teaching staff was able to observe that, in terms of cognitive aspects, the students improved their knowledge of environmental issues and the associated skills, and that they were more able to solve problems in the area of sustainability and had greater concerns about this subject matter after having completed their theses.

Computational and Experimental Analysis of Flow Field in the Diffusers of Centrifugal Compressors

Centrifugal compressors are widely used for example in process industry, oil and gas industry, in small gas turbines and turbochargers. In order to achieve lower consumption of energy and operation costs the efficiency of the compressor needs to be improve. In the present work different pinches and low solidity vaned diffusers were utilized in order to improve the efficiency of a medium size centrifugal compressor. In this study, pinch means the decrement of the diffuser flow passage height. First different geometries were analyzed using computational fluid dynamics. The flow solver Finflo was used to solve the flow field. Finflo is a Navier-Stokes solver. The solver is capable to solve compressible, incompressible, steady and unsteady flow fields. Chien's k-e turbulence model was used. One of the numerically investigated pinched diffuser and one low solidity vaned diffuser were studied experimentally. The overall performance of the compressor and the static pressure distribution before and after the diffuser were measured. The flow entering and leaving the diffuser was measured using a three-hole Cobra-probe and Kiel-probes. The pinch and the low solidity vaned diffuser increased the efficiency of the compressor. Highest isentropic efficiency increment obtained was 3\% of the design isentropic efficiency of the original geometry. It was noticed in the numerical results that the pinch made to the hub and the shroud wall was most beneficial to the operation of the compressor. Also the pinch made to the hub was better than the pinchmade to the shroud. The pinch did not affect the operation range of the compressor, but the low solidity vaned diffuser slightly decreased the operation range.The unsteady phenomena in the vaneless diffuser were studied experimentally andnumerically. The unsteady static pressure was measured at the diffuser inlet and outlet, and time-accurate numerical simulation was conducted. The unsteady static pressure showed that most of the pressure variations lay at the passing frequency of every second blade. The pressure variations did not vanish in the diffuser and were visible at the diffuser outlet. However, the amplitude of the pressure variations decreased in the diffuser. The time-accurate calculations showed quite a good agreement with the measured data. Agreement was very good at the design operation point, even though the computational grid was not dense enough inthe volute and in the exit cone. The time-accurate calculation over-predicted the amplitude of the pressure variations at high flow.

Heuristic procedures for solving the General Assembly Line Balancing Problem with Setups (GALBPS)

The General Assembly Line Balancing Problem with Setups (GALBPS) was recently defined in the literature. It adds sequence-dependent setup time considerations to the classical Simple Assembly Line Balancing Problem (SALBP) as follows: whenever a task is assigned next to another at the same workstation, a setup time must be added to compute the global workstation time, thereby providing the task sequence inside each workstation. This paper proposes over 50 priority-rule-based heuristic procedures to solve GALBPS, many of which are an improvement upon heuristic procedures published to date.

Monipolttoainekattilan päästöjen tarkkailu ja raportointi

Suurten polttolaitosten päästöjen tarkkailu- ja raportointivaatimukset ovat uudistuneet viime vuosina paljon. Suurimpia muutosten aiheuttajia ovat Valtioneuvoston asetus 1017/2002 ja standardi EN-14181. Tässä työssä kuvataan uudet vaatimukset täyttävän päästöjen tarkkailu- ja raportointijärjestelmän rakentaminen monipolttoainekattilalle. Aluksi esitellään mitä uusia vaatimuksia päästöjen tarkkailulle ja raportoinnille on tullut viime aikoina. Lisäksi selvitetään vaatimusten mahdolliset ristiriidat ja ristiriitatilanteiden ratkaisutavat. Seuraavaksi esitellään vaatimukset täyttävän järjestelmän määritelmät. Erityisestiselvitetään kattilan erityispiirteiden vaatimia ratkaisuja. Lopuksi esitellään päästöjen tarkkailu- ja raportointijärjestelmän käyttökokemuksia ja parantamismahdollisuuksia. Kaikki tarkastelut tehdään ensisijaisesti toiminnanharjoittajan näkökulmasta. Järjestelmä toteutettiin Stora Enso Oyj:n Heinolan Flutingtehtaan voimalaitoksen pääkattilalle, jossa käytetään laajaa polttoainevalikoimaa. Toteutuspaikan valinta tehtiin sillä perusteella, että uudet päästöjen tarkkailu- ja raportointivaatimukset ovat erityisen haasteellisia monipolttoainekattiloiden tapauksessa. Työssä selvitetään järjestelmän soveltamismahdollisuuksia myös kahdella muulla Stora Enson tehtaalla. Käyttöönottovaiheen johtopäätöksenä todettiin päästöjen tarkkailu- ja raportointijärjestelmän täyttävän sille asetetut vaatimukset. Lisäksi havaittiin, että toiminnanharjoittajan kannattaa panostaa erityisesti järjestelmän joustavuuteen, luotettavuuteen, helppokäyttöisyyteen ja vikasietoisuuteen. Toiminnanharjoittaja pystyy määrittelyvaiheessa vaikuttamaan järjestelmän ominaisuuksiin helpommin ja edullisemmin kuin käyttöönoton jälkeen. Toiminnanharjoittajalta vaadittu työtuntimäärä arvioitiin Heinolan Flutingtehtaan tapauksen perusteella. Lopuksi selvitettiin mahdollisia tulevaisuuden kehityskohteita vastaavissa järjestelmissä.

Sähkökäytön valintaperiaatteet ja monimoottorikäytöt malmin laaduntasauksessa

Sähkökäytön valintaan vaikuttavat useat eri tekijät. Sähkökäytön valinnan perusteena voidaan käyttää tietoa prosessin tai toimilaitteen fysikaalisesta käyttäytymisestä. Valinnan perusteena voi olla myös riittävän suorituskyvyn tarve prosessissa. Tässä työssä tutustutaan sähkökäytön valintaan vaikuttaviin tekijöihinja sähkökäytön mitoitukseen. Työssä on keskitytty yleisempien pienjännitemoottorityyppien ja niiden säätöjen käsittelyyn. Useissa prosesseissa vaaditaan monen moottorin käyttöä saman kuorman liikuttamisessa. Monimoottorikäyttöjen ohjauksen tuntemus auttaa ongelmatilanteiden ratkaisussa ja antaa perusteet monimoottorikäytön valinnalle. Tässä työssä käsitellään monimoottorikäyttöjen pyörimisnopeuserojen ja vääntömomenttien epätasaisuuteen liittyviä ongelmia.

Distributed Energy Production in the North-West Region of Russia

The energy system of Russia is the world's fourth largest measured by installed power. The largest are that of the the United States of America, China and Japan. After 1990, the electricity consumption decreased as a result of the Russian industry crisis. The vivid economic growth during the latest few years explains the new increase in the demand for energy resources within the State. In 2005 the consumption of electricity achieved the maximum level of 1990 and continues to growth. In the 1980's, the renewal of power facilities was already very slow and practically stopped in the 1990's. At present, the energy system can be very much characterized as outdated, inefficient and uneconomic because of the old equipment, non-effective structure and large losses in the transmission lines. The aim of Russia's energy reform, which was started in 2001, is to achieve a market based energy policy by 2011. This would thus remove the significantly state-controlled monopoly in Russia's energy policy. The reform will stimulateto decrease losses, improve the energy system and employ energy-saving technologies. The Russian energy system today is still based on the use of fossil fuels, and it almost totally ignores the efficient use of renewable sources such as wind, solar, small hydro and biomass, despite of their significant resources in Russia. The main target of this project is to consider opportunities to apply renewable energy production in the North-West Federal Region of Russia to partly solve the above mentioned problems in the energy system.