Automatic recognition of fish from video sequences

The problem of automatic recognition of the fish from the video sequences is discussed in this Master’s Thesis. This is a very urgent issue for many organizations engaged in fish farming in Finland and Russia because the process of automation control and counting of individual species is turning point in the industry. The difficulties and the specific features of the problem have been identified in order to find a solution and propose some recommendations for the components of the automated fish recognition system. Methods such as background subtraction, Kalman filtering and Viola-Jones method were implemented during this work for detection, tracking and estimation of fish parameters. Both the results of the experiments and the choice of the appropriate methods strongly depend on the quality and the type of a video which is used as an input data. Practical experiments have demonstrated that not all methods can produce good results for real data, whereas on synthetic data they operate satisfactorily.

Modular Double-Cascade Converter

Medium-voltage motor drives extend the power rating of AC motor drives in industrial applications. Multilevel converters are gaining an ever-stronger foothold in this field. This doctoral dissertation introduces a new topology to the family of modular multilevel converters: the modular double-cascade converter. The modularity of the converter is enabled by the application of multiwinding mediumfrequency isolation transformers. Owing to the innovative transformer link, the converter presents many advantageous properties at a concept level: modularity, high input and output power quality, small footprint, and wide variety of applications, among others. Further, the research demonstrates that the transformer link also plays a key role in the disadvantages of the topology. An extensive simulation study on the new converter is performed. The focus of the simulation study is on the development of control algorithms and the feasibility of the topology. In particular, the circuit and control concepts used in the grid interface, the coupling configurations of the load inverter, and the transformer link operation are thoroughly investigated. Experimental results provide proof-of-concept results on the operation principle of the converter. This work concludes a research collaboration project on multilevel converters between LUT and Vacon Plc. The project was active from 2009 until 2014.

Modelling Cutting States in Rough Turning of 34CrNiMo6 Steel

Rough turning is an important form of manufacturing cylinder-symmetric parts. Thus far, increasing the level of automation in rough turning has included process monitoring methods or adaptive turning control methods that aim to keep the process conditions constant. However, in order to improve process safety, quality and efficiency, an adaptive turning control should be transformed into an intelligent machining system optimizing cutting values to match process conditions or to actively seek to improve process conditions. In this study, primary and secondary chatter and chip formation are studied to understand how to measure the effect of these phenomena to the process conditions and how to avoid undesired cutting conditions. The concept of cutting state is used to address the combination of these phenomena and the current use of the power capacity of the lathe. The measures to the phenomena are not developed based on physical measures, but instead, the severity of the measures is modelled against expert opinion. Based on the concept of cutting state, an expert system style fuzzy control system capable of optimizing the cutting process was created. Important aspects of the system include the capability to adapt to several cutting phenomena appearing at once, even if the said phenomena would potentially require conflicting control action.

Simultaneous detection of the C282Y, H63D and S65C mutations in the hemochromatosis gene using quenched-FRET real-time PCR

Hereditary hemochromatosis (HH) is a common autosomal disorder of iron metabolism mainly affecting Caucasian populations. Three recurrent disease-associated mutations have been detected in the hemochromatosis gene (HFE): C282Y, H63D, and S65C. Although HH phenotype has been associated with all three mutations, C282Y is considered the most relevant mutation responsible for hemochromatosis. Clinical complications of HH include cirrhosis of the liver, congestive cardiac failure and cardiac arrhythmias, endocrine pancreatic disease, which can be prevented by early diagnosis and treatment. Therefore, a reliable genotyping method is required for presymptomatic diagnosis. We describe the simultaneous detection of the C282Y, H63D and S65C mutations in the hemochromatosis gene by real-time PCR followed by melting curve analysis using fluorescence resonance energy transfer (FRET) probes. The acceptor fluorophore may be replaced by a quencher, increasing multiplex possibilities. Real-time PCR results were compared to the results of sequencing and conventional PCR followed by restriction digestion and detection by agarose gel electrophoresis (PCR-RFLP). Genotypes from 80 individuals obtained both by the conventional PCR-RFLP method and quenched-FRET real-time PCR were in full agreement. Sequencing also confirmed the results obtained by the new method, which proved to be an accurate, rapid and cost-effective diagnostic assay. Our findings demonstrate the usefulness of real-time PCR for the simultaneous detection of mutations in the HFE gene, which allows a reduction of a significant amount of time in sample processing compared to the PCR-RFLP method, eliminates the use of toxic reagents, reduces the risk of contamination in the laboratory, and enables full process automation.

A simple method to assess freezing of gait in Parkinson's disease patients

Freezing of gait (FOG) can be assessed by clinical and instrumental methods. Clinical examination has the advantage of being available to most clinicians; however, it requires experience and may not reveal FOG even for cases confirmed by the medical history. Instrumental methods have an advantage in that they may be used for ambulatory monitoring. The aim of the present study was to describe and evaluate a new instrumental method based on a force sensitive resistor and Pearson's correlation coefficient (Pcc) for the assessment of FOG. Nine patients with Parkinson's disease in the "on" state walked through a corridor, passed through a doorway and made a U-turn. We analyzed 24 FOG episodes by computing the Pcc between one "regular/normal" step and the rest of the steps. The Pcc reached ±1 for "normal" locomotion, while correlation diminished due to the lack of periodicity during FOG episodes. Gait was assessed in parallel with video. FOG episodes determined from the video were all detected with the proposed method. The computed duration of the FOG episodes was compared with those estimated from the video. The method was sensitive to various types of freezing; although no differences due to different types of freezing were detected. The study showed that Pcc analysis permitted the computerized detection of FOG in a simple manner analogous to human visual judgment, and its automation may be useful in clinical practice to provide a record of the history of FOG.

STATISTICAL ANALYSYS OF THE SCFE OF A BRAZILAN MINERAL COAL

The influence of some process variables on the productivity of the fractions (liquid yield times fraction percent) obtained from SCFE of a Brazilian mineral coal using isopropanol and ethanol as primary solvents is analyzed using statistical techniques. A full factorial 23 experimental design was adopted to investigate the effects of process variables (temperature, pressure and cosolvent concentration) on the extraction products. The extracts were analyzed by the Preparative Liquid Chromatography-8 fractions method (PLC-8), a reliable, non destructive solvent fractionation method, especially developed for coal-derived liquids. Empirical statistical modeling was carried out in order to reproduce the experimental data. Correlations obtained were always greater than 0.98. Four specific process criteria were used to allow process optimization. Results obtained show that it is not possible to maximize both extract productivity and purity (through the minimization of heavy fraction content) simultaneously by manipulating the mentioned process variables.

Strategiatietoisuus ja ilmentymät organisaation toiminnassa – Case Evli Pankki Oyj

Tutkielman tarkoituksena on tutkia strategiatietoisuutta eri organisaatiotasoilla ja sen ilmentymistä toiminnassa. Tutkielman tavoitteena on kartoittaa yksilön subjektiivista tietoisuutta strategiasta, sen muodostumista sekä miten tiedostaminen ilmenee päivittäisessä strategisessa toiminnassa. Tutkimusaihetta on innoittanut havainnot, että strategiaa ei aina laaja-alaisesti tiedosteta organisaatioiden operatiivisessa toiminnassa. Tutkielma asemoituu strategisen johtamisen tutkimuskenttään ja vastaa tutkimusaukkoon strategian jaetun ymmärryksen tasosta ylimmän johdon ulkopuolelta. Tutkimus on suoritettu kvalitatiivisena tapaustutkimuksena Evli Pankki Oyj:ssä, jonka empiirinen aineisto on kerätty teemahaastatteluin ja analysoitu Grounded Theory –menetelmällä. Teoreettisena ohjaavana viitekehyksenä on käytetty Strategy-as-Practice lähestymistapaa ja metodologisena taustaoletuksena sosiaalista konstruktionismia. Tutkielman tulokset esittävät strategiatietoisuuden olevan suhteellisen korkealla tasolla. Merkittävimmät strategiatietoisuutta muodostavat käytännöt ovat diskursiiviset ja vuorovaikutuksen mahdollistavat käytännöt. Tietoisuus ilmenee käytännön toiminnassa asiakaskeskeisyyden, itseohjautuvuuden ja merkityksentunnun kautta organisaation toimintaa kohtaan.

Roadmap for Service Charging Development

Corporate support functions are increasingly being concentrated into service centers. Service Management principles guide companies in the transition. Service Financial Management is an integral part in supporting the strategic positioning of the service center. The main goal of this thesis is to create a step-by-step plan to improve and automate the service charging processes for the finance service function of the case company. Automating the service transaction data collection for reporting is expected to improve efficiency, reliability and transparency. Interviews with finance service managers are held to define current processes and areas for improvement. These create the basis for the creation of a development roadmap that takes place in two phases. The first phase is to create an environment where automation is possible, and the second phase is the automation of each finance service. Benchmarking interviews are held with the service centers in three other companies to discover best practices. The service charging processes between the studied companies are found incompatible, and suggestions for process automation cannot be inferred. Some implications of Service Financial Management decisions to the strategy of the service center are identified. The bundling of services and charging them inside or outside of the goal-setting frame of the business unit can be used to support the strategic choice and customer acceptance of the service center.

Embedded Service Bus for Internet of Things Interoperability

Internet of Things (IoT) technologies are developing rapidly, and therefore there exist several standards of interconnection protocols and platforms. The existence of heterogeneous protocols and platforms has become a critical challenge for IoT system developers. To mitigate this challenge, few alliances and organizations have taken the initiative to build a framework that helps to integrate application silos. Some of these frameworks focus only on a specific domain like home automation. However, the resource constraints in the large proportion of connected devices make it difficult to build an interoperable system using such frameworks. Therefore, a general purpose, lightweight interoperability framework that can be used for a range of devices is required. To tackle the heterogeneous nature, this work introduces an embedded, distributed and lightweight service bus, Lightweight IoT Service bus Architecture (LISA), which fits inside the network stack of a small real-time operating system for constrained nodes. LISA provides a uniform application programming interface for an IoT system on a range of devices with variable resource constraints. It hides platform and protocol variations underneath it, thus facilitating interoperability in IoT implementations. LISA is inspired by the Network on Terminal Architecture, a service centric open architecture by Nokia Research Center. Unlike many other interoperability frameworks, LISA is designed specifically for resource constrained nodes and it provides essential features of a service bus for easy service oriented architecture implementation. The presented architecture utilizes an intermediate computing layer, a Fog layer, between the small nodes and the cloud, thereby facilitating the federation of constrained nodes into subnetworks. As a result of a modular and distributed design, the part of LISA running in the Fog layer handles the heavy lifting to assist the lightweight portion of LISA inside the resource constrained nodes. Furthermore, LISA introduces a new networking paradigm, Node Centric Networking, to route messages across protocol boundaries to facilitate interoperability. This thesis presents a concept implementation of the architecture and creates a foundation for future extension towards a comprehensive interoperability framework for IoT.

Ulosottotoimen maksuvelvoitteen täytäntöönpanoprosessin nykytilan analysointi ja kehittäminen

Ulosottolaitoksen rakenneuudistushankkeessa selvitetään miten ulosottotyötä olisi mahdollista tehdä tehokkaammin. Toiminnan menoja on tulevina vuosina sopeutettava vähäisempiin määrärahoihin, johtuen hallinnonalan säästövelvoitteista. Tutkimuksen tavoitteena on selvittää Ulosottolaitoksen maksuvelvoitteen täytäntöönpanoprosessin työvoimakustannuksia ja tutkia miten työvoimakustannusvähennyksiin olisi mahdollista päästä. Työssä selvitetään prosessin työvaiheet, minkä jälkeen työvoimakustannuksia lasketaan aikaperusteisella toimintolaskentamenetelmällä. Laskennassa tarvittavaa materiaalia on kerätty haastatteluin, sekä Ulosottolaitoksen tilastotiedoista ja kirjallisuudesta. Tulokset osoittavat prosessin yleisimpien työtehtävien tekemisen aiheuttavan noin 24,3 miljoonaa euroa työvoimakustannuksia vuodessa. Palveluiden sähköistämisen ja työtehtävien automatisoinnin lisäämisellä sekä töiden uudelleenorganisoinnilla olisi mahdollista vähentää vuosityövoimakustannuksia noin 6,2 miljoonaa euroa. Osa työtehtävistä voitaisiin myös keskittää työkuorman tasaamiseksi. Jatkossa tulee selvittää ovatko muutokset mahdollista toteuttaa kokonaisuudessaan.

Content marketing performance measurement system in the context of customer acquisition

This thesis examines how content marketing is used in B2B customer acquisition and how content marketing performance measurement system is built and utilized in this context. Literature related to performance measurement, branding and buyer behavior is examined in the theoretical part in order to identify the elements influence on content marketing performance measurement design and usage. Qualitative case study is chosen in order to gain deep understanding of the phenomenon studied. The case company is a Finnish software vendor, which operates in B2B markets and has practiced content marketing for approximately two years. The in-depth interviews were conducted with three employees from marketing department. According to findings content marketing performance measurement system’s infrastructure is based on target market’s decision making processes, company’s own customer acquisition process, marketing automation tool and analytics solutions. The main roles of content marketing performance measurement system are measuring performance, strategy management and learning and improvement. Content marketing objectives in the context of customer acquisition are enhancing brand awareness, influencing brand attitude and lead generation. Both non-financial and financial outcomes are assessed by single phase specific metrics, phase specific overall KPIs and ratings related to lead’s involvement.

Proximity Based Authentication in IoT

IoT consists of essentially thousands of tiny sensor nodes interconnected to the internet, each one of which executes the programmed functions under memory and power limita- tions. The sensor nodes are distributed mainly for gathering data in various situations. IoT envisions the future technologies such as e-health, smart city, auto-mobiles automa- tion, construction sites automation, and smart home. Secure communication of data under memory and energy constraints is major challenge in IoT. Authentication is the first and important phase of secure communication. This study presents a protocol to authenticate resource constraint devices in physical proximity by solely using the shared wireless communication interfaces. This model of authentication only relies on the abundance of ambient radio signals to authenticate in less than a second. To evaluate the designed protocol, SkyMotes are emulated in a network environment simulated by Contiki/COOJA. Results presented during this study proves that this approach is immune against passive and active attacks. An adversary located as near as two meters can be identified in less than a second with minimal expense of energy. Since, only radio device is used as required hardware for the authentication, this technique is scalable and interoperable to heterogeneous nature of IoT.

Virtuaalinen käyttöönottoympäristö automaatiojärjestelmälle

Valmistavan teollisuuden kiristyvät vaatimukset suunnittelusta markkinoille -ajassa (engl. time-to-market), laadussa, kustannustehokkuudessa ja turvallisuudessa luovat paineita uusien toimintatapojen etsimisessä. Usein laitteiston ohjausalgoritmeja ei ole mahdollista testata todellisen laitteiston kanssa, vaan ainoaksi ennakoivaksi vaihtoehdoksi jää todellisen laitteiston virtuaalinen mallintaminen. Eräs uusista toimintavoista on virtuaalinen käyttöönotto, jossa tuotantolinja tai laitteisto mallinnetaan ja sen käyttäytymistä simuloidaan ohjausalgoritmien parantamista ja todentamista varten. Tämän diplomityön tavoitteena oli toteuttaa virtuaalinen käyttöönottoympäristö, jolla laitteiston 3D-mallinnettua virtuaalista mallia voidaan ohjata reaaliajassa todellisen laitteiston ohjauslaitteistolla. Käyttöönottoympäristön toteuttamisen lopullisena tavoitteena on tutkia, millaisia hyötyjä sillä voidaan saavuttaa Outotec (Finland) Oy:n automaatiojärjestelmien suunnittelussa ja käyttöönotossa kiristyvien vaatimusten täyttämiseksi. Työssä toteutetulla käyttöönottoympäristöllä pystytään simuloimaan 3D-mallinnetun laitteiston osan toimintaa reaaliajassa. Todellisen laitteiston ominaisuuksista määritettyjä vaatimuksia ei kustannussyistä täytetty, sillä ennen sitä haluttiin varmistua valitun alustan ominaisuuksista, toimivuudesta ja soveltuvuudesta. Toteutuksen katsotaan kuitenkin täyttävän pehmeän reaaliaikaisuuden kriteerin noin 40 ms aikatasolla ja 80 ms reaktioajalla. Toteutettu virtuaalinen käyttöönottoympäristö osoittautui toimivaksi ja soveltuvaksi, sekä sen todettiin tuovan potentiaalisia hyötyjä Outotec (Finland) Oy:lle, esimerkiksi kosketusnäyttöjen visualisoinnin parannus, hybridikäyttöönottomahdollisuus sekä automaatio-ohjauksien kehittäminen. Työn perusteella arvioidaan onko Outotec:lla tarvetta jatkaa valitulla alustalla todellisen laitteiston aikavaatimukset täyttävään reaaliaika-toteutukseen, jota työssä esitellään.

Lämminvesivaraajan ohjaus automaatiolla aurinkosähköä tuottavassa kotitaloudessa

Hajautettu sähköntuotanto aurinkopaneeleilla on Suomessa kasvussa. Kotitalouksiin asennettujen aurinkopaneelijärjestelmien määrä kasvaa jatkuvasti, mutta suuri osa tuotetusta sähköenergiasta syötetään sähköverkkoon. Tämä johtuu aurinkosähkön tuotannon painottumisesta kesäpäiviin, jolloin kotitalouksien kulutus on pienimmillään. Suurin hyöty itse tuotetusta energiasta saadaan kuitenkin käyttämällä se tuotantokohteessa, jolla minimoidaan energiansiirto sähköverkon ja kotitalouden rajapinnassa. Siirtämällä kotitalouden suurimpia kuormia aurinkosähkön mukaan ohjatuksi, voidaan saavuttaa merkittäviä parannuksia tuotetun sähkön omakäyttöasteessa. Helpoimmillaan tämä onnistuu kellokytkimellä, joka ajoittaa kulutuksen parhaimman tuotannon ajalle. Tämä ei kuitenkaan poista ongelmaa tilanteissa, jossa aurinkosähkön tuotanto on häiriintynyt esimerkiksi pilvisyyden takia aamupäivällä ja huipputuotanto saavutetaan vasta iltapäivän puolella. Saatavilla on jo useita järjestelmiä, jotka ohjaavat kodin laitteita tuotannon mukaisesti. Suuri osa näistä järjestelmistä on kuitenkin suunniteltu toimimaan vain tuotetun energiamäärän mukaisesti, ottamatta huomioon kotitaloudessa olevaa muuta, automaation piiriin kuulumatonta kulutusta. Tässä kandidaatin työssä vertaillaan sähköenergian eri mittaustapoja ja niiden vaikutusta siirretyn energian laskennalliseen määrään. Lisäksi työssä tutkitaan lämminvesivaraajan kuormanohjausta käyttäen termostaatti-, kellokytkin- ja logiikkaohjausta. Työssä esitelty logiikkaohjaus hyödyntää siirretyn energian mittausta sähköverkon ja kotitalouden rajapinnassa, ottaen automaattisesti huomioon myös talouden muun kulutuksen. Työssä esitellään myös esimerkkilaitteisto, jolla suunniteltu logiikka voidaan toteuttaa.

Sähkönmyyntiyhtiöiden riskienhallinnan haasteet ja kehittäminen

Diplomityön tavoitteena on esitellä sähkökaupan ja erityisesti sähköyhtiöiden kokemia sähkönmyynnin riskejä sekä kuvata sähkönmyyntiin liittyvää riskienhallinnan problematiikkaa. Tarkastelun näkökulmana on tietojärjestelmien ja saatavissa olevan tiedon hyödyntäminen energiayhtiöiden riskienhallinnassa. Toinen päätavoitteista on tutkia, kuinka saatavilla olevaa tiedon hyödyntämistä voidaan kehittää sähkönmyynnin hinnoittelussa sekä suojausten suunnittelussa. Työ toteutettiin työskentelemällä asiantuntijana energia-alaan keskittyneessä ohjelmistoyrityksessä sekä haastattelemalla yhdeksän suomalaisen sähkönmyyntiyhtiön henkilöitä riskienhallinnan haasteiden sekä tietojärjestelmien näkökulmasta. Saatavilla olevien tietojen nykyistä parempi hyödyntäminen ja automatisointi voivat auttaa pienentämään yhtiöiden riskitasoa ja parantaa menestymisen edellytyksiä sähkönmyynnin vähittäismarkkinoilla. Lisäksi kulloiseenkin markkinatilanteeseen sopivat sähkön hankintahinnan suojausstrategiat sekä monipuoliset dynaamiset hinnoittelumallit auttavat pienentämään yhtiön kokemia riskejä tai niiden vaikutuksia. Näiden hyödyntäminen vaatii laajaa ymmärrystä sähkö- ja johdannaismarkkinoiden toiminnasta sekä usein myös nykyisten tietojärjestelmien kehittämistä. Tulevaisuudessa yhä yleistyvä hajautettu tuotanto sekä kysynnän jousto asettavat tietojärjestelmille uusia vaatimuksia, jotka toteutuessaan mahdollistavat uudenlaisten palveluiden käyttöönoton sekä voivat tuoda tilaa myös alan uusille toimijoille. Työssä käsitellään energiayhtiöiden kokemia riskejä sähkönmyynnin näkökulmasta, esitellään alan yleisimmät riskit sekä keinot ja työkalut niiltä suojautumiseen. Työn lopuksi tarkastellaan sähkönmyynnin ja –hankinnan oleellisimpia prosesseja riskienhallinnan kehittämisen näkökulmasta.