Langattoman peltotiedustelijan maanalainen toimintaympäristö ja laitesuunnittelu

Tässä väitöskirjassa esitellään langattomien maanalaisten peltotiedustelijoiden järjestelmän tavoitteet ja rajoitukset. Tarkoitus oli kehittää käytännön viljelyyn sovellettava pellon seurantajärjestelmä, sillä reaaliaikaisen kosteus- ja lämpötilatiedon keruulaitteiden puuttuminen haittaa viljelytoimenpiteiden suunnittelua. Mittaus-aineistosta voi tehdä sekä havaintoja pellon ominaisuuksista että muutoksista niissä. Tulevaisuudessa tiedustelijalla saatetaan voida mitata ravinteita tai kemikaaleja. Kun peltotiedustelijan 869 MHz:n radioaalto saavuttaa vastaanottoantennin, on 1) maa-aines vaimentanut sitä; 2) osa aallosta heijastunut rajapinnoilta; 3) pellosta ulos taittuva aalto hajaantunut ja; 4) aallon intensiteetti alentunut etäisyyden kasvaessa. Maan sähkökenttäkäyttäytymistä kuvaava permittiivisyys on kompleksinen suure, jonka reaaliosa kuvaa varautumiskykyä (polarisoitumista) ja imaginaariosa häviöllisyyttä (sähkönjohtavuutta). Pellon pinnassa aalto on pallomainen, joten heijastumisen lisäksi hajaannuttaa taittuminen suurilla taitekulmilla sen tehoa. Tiedustelijan prototyyppiä varten kehitettiin maa-aineksessa toimivat antennit, joiden taajuuskaistat kattoivat ne aallonpituudet, jotka 869 MHz:n radioaalto saa kuivassa ja märässä mullassa, sillä aallon etenemisnopeus ja pituus muuttuvat maan kosteudesta riippuen. Vaimennusmallin testausmittauksiin tehtiin discone-antenni, ja tiedustelijaa varten piirilevytekniikalla pienikokoinen elliptinen monopoliantenni, jonka piirikortille ladottiin myös tiedustelijan elektroniikka. Multalaatikkoon upotettujen antennien säteilyominaisuudet määritettiin piirianalysaattorilla heijastusvaimennusmittauksin. Elektroniikkasuunnittelun tavoitteita oli pieni koko ja pitkä toimintaikä. Näihin päästiin komponenttivalinnoilla sekä ohjelmoinnin keinoin. Tiedustelija teki mittaukset ja lähetti tulokset 10 min välein ja sen keskivirrankulutus oli 4,2 uA käytettäessä 3 V:n paristoa, jonka 1800 mAh kapasiteetti riittäisi huonollakin hyötysuhteella yli 10 vuodeksi. Vuoden mittaisen 12 prototyypin käytön perusteella voidaan kantamaa parantaa yli nykyisen 200 m:n ilman käyttöiän lyhentymistä 1) nostamalla laitteen lähetystehoa ja pariston käyttöastetta lisäkomponenteilla; 2) parantamalla vastaanottoantennin vahvistusta; 3) pidentämällä lähetysten jaksoa; 4) ohjelmoimalla tiedustelija suodattamaan mittaustietoja ja; 5) koodaamalla useita tuloksia samaan lähetteeseen. Järjestelmän ja mittaustulosten käytettävyyttä voidaan parantaa paikantamalla tiedustelijoiden syvyydet aaltoilevan lämpötilan vaihe-erojen perusteella ja ohjelmoimalla tiedustelijaan opastava asennustoiminto. Lisäksi maahan asennetun tiedustelijan toimintaparametrit tai jopa koko ohjelmisto voidaan vaihtaa langattomasti. Vastaanottoasemat matkapuhelinmastoissa voisivat vastaanottaa viestejä parin kilometrin säteeltä. Koostettu aineisto maaperäsimulaattoreihin yhdistettynä antaisi kuvan alueellisesta tilanteesta ja viljelijän omille lohkoille sijoitetut tiedustelijat korjauspisteitä keskiarvosta.

The Impact of Emissions Trading on the Price of Electricity in Nord Pool : Market Power and Price Determination in the Nordic Electricity Market

The objective of this thesis is to find out how dominant firms in a liberalised electricity market will react when they face an increase in the level of costs due to emissions trading, and how this will effect the price of electricity. The Nordic electricity market is chosen as the setting in which to examine the question, since recent studies on the subject suggest that interaction between electricity markets and emissions trading is very much dependent on conditions specific to each market area. There is reason to believe that imperfect competition prevails in the Nordic market, thus the issue is approached through the theory of oligopolistic competition. The generation capacity available at the market, marginal cost of electricity production and seasonal levels of demand form the data based on which the dominant firms are modelled using the Cournot model of competition. The calculations are made for two levels of demand, high and low, and with several values of demand elasticity. The producers are first modelled under no carbon costs and then by adding the cost of carbon dioxide at 20€/t to those technologies subject to carbon regulation. In all cases the situation under perfect competition is determined as a comparison point for the results of the Cournot game. The results imply that the potential for market power does exist on the Nordic market, but the possibility for exercising market power depends on the demand level. In season of high demand the dominant firms may raise the price significantly above competitive levels, and the situation is aggravated when the cost of carbon dioixide is accounted for. Under low demand leves there is no difference between perfect and imperfect competition. The results are highly dependent on the price elasticity of demand.

On Orlicz-Sobolev capacities

This thesis consists of three articles on Orlicz-Sobolev capacities. Capacity is a set function which gives information of the size of sets. Capacity is useful concept in the study of partial differential equations, and generalizations of exponential-type inequalities and Lebesgue point theory, and other topics related to weakly differentiable functions such as functions belonging to some Sobolev space or Orlicz-Sobolev space. In this thesis it is assumed that the defining function of the Orlicz-Sobolev space, the Young function, satisfies certain growth conditions. In the first article, the null sets of two different versions of Orlicz-Sobolev capacity are studied. Sufficient conditions are given so that these two versions of capacity have the same null sets. The importance of having information about null sets lies in the fact that the sets of capacity zero play similar role in the Orlicz-Sobolev space setting as the sets of measure zero do in the Lebesgue space and Orlicz space setting. The second article continues the work of the first article. In this article, it is shown that if a Young function satisfies certain conditions, then two versions of Orlicz-Sobolev capacity have the same null sets for its complementary Young function. In the third article the metric properties of Orlicz-Sobolev capacities are studied. It is usually difficult or impossible to calculate a capacity of a set. In applications it is often useful to have estimates for the Orlicz-Sobolev capacities of balls. Such estimates are obtained in this paper, when the Young function satisfies some growth conditions.

Maaseutupolitiikan YTR. Itsearviointitutkimus 2010

Maaseutupolitiikan yhteistyöryhmä on pääosin poliittis-hallinnollisessa tilassa toimiva, uusi verkostomainen hallintasommitelma, jossa on mukana myös hallinnon ulkopuolisia toimijoita ja tahoja. Kokonaisuutta nimitetään tässä YTR-verkostoksi. Itsearvioinnin tarkoituksena oli argumentoida esiin YTR-verkoston toiminnan kriittiset kohdat. Arviointitutkimuksesta vastasi Helsingin yliopiston Ruralia-instituutti ja sen toteutti 25.8. – 31.12.2010 välisenä aikana tutkimusjohtaja, dosentti Torsti Hyyryläinen. Itsearviointiin osallistui valtioneuvoston viisivuotiseksi toimikaudeksi (2008-2013) nimeämän maaseutupolitiikan yhteistyöryhmän jäseniä ja varajäseniä. Kokoavana tuloksena esitetään seuraava analyysi: 1. YTR-verkoston tiedollinen kapasiteetti on vahva. 2. YTR-verkostolla on potentiaalisesti laajat suhderesurssit mutta ne ovat alihyödynnettyjä. 3. YTR-verkostolla on mobilisoitikapasiteettia mutta sen omat voimavarat ovat niukat. YTR-verkostolla on ollut keskeinen rooli maaseutupolitiikan muotoutumisessa ja kehittymisessä. Keskustelu maaseudun kehittämistä olisi Suomessa ollut oleellisesti vähäisempää, heikommin jäsenneltyä ja tietopääomaltaan suppeampaa ilman YTR-verkostoa. Verkostossa on monialaista asiantuntemusta, jonka perusteella se on kyennyt vastaamaan laajoihin maaseutupoliittisiin kommunikaatiotarpeisiin. Tästä yhtenä esimerkkinä on maaseutupoliittisen selonteon perusteellinen valmistelu ja monivaiheinen käsittely eduskunnassa vuonna 2010. Verkostosuhteiden hallinnan kehittäminen nousee arvioinnissa tärkeimmäksi YTR-verkoston toimintakyvyn, tuloksellisuuden ja vaikuttavuuden kehittämisen painopisteeksi. Verkosto näyttää saavuttaneen tärkeän kehitysvaiheen, josta ei päästä eteenpäin ilman sen kysymyksen pohdintaa, miten YTR-verkoston suhdekapasiteettia, eli suhteita keskeisiin sidosryhmiin voitaisiin kehittää. Valta on YTR-verkostossa komplisoiduinta ja ongelmallisinta juuri suhderesurssien alueilla. Se kiteytyy kysymykseen poliittisesta valmistelu- ja päätösvallasta, eli kenellä on legitiimi asema toisaalta muotoilla poliittiseen päätöksentekoon etenevät aloitteet ja lopulta tehdä poliittisesti sitovia päätöksiä koskien maaseutua ja sen kehittämistä. Medioiden vaikutusvallan huomioiminen on entistä tärkeämpää. Niiden suuntaan vahvemmin kommunikoimalla YTR-verkosto voi tulevaisuudessa lisätä vaikutusvaltaansa. Toistaiseksi lähes täysin käyttämätön potentiaali on sosiaalisen median verkostoissa, joihin YTR:n säikeet eivät vielä juurikaan ulotu. Suhdepääomassa on siis YTR:n voima ja samalla sen heikkous. Tämä johtopäätös on merkittävä erityisesti valtioneuvoston asettaman yhteistyöryhmän itsensä kannalta. Yhteistyöryhmän tulisi itse vapautua komiteamaisista työtavoista ja kehittää niitä monimuotoisemmiksi. Paikallaan on myös kysyä: mitä yhteistyöryhmän jäsenet ja jäsenyhteisöt ovat valmiita tekemään YTR:n suhderesurssien kehittämiseksi?

Helsingin seudun pääväylien toimivuuden tehostaminen

Tavoitteena on ollut selvittää Helsingin seudun pääväylien kapasiteetin riittävyys nykytilanteessa ja tulevaisuudessa, miten liikenteen ja kysynnän hallinnan keinoilla voidaan vaikuttaa kapasiteetin riittävyyteen ja mitkä ovat potentiaalisimmat keinot, missä lisäkaistojen tarve näyttää ilmeiseltä näistä keinoista ja joukkoliikenteen kehittämisestä huolimatta ja mitkä ajoneuvotyypit on tarkoituksenmukaista oikeuttaa lisäkaistojen käyttöön. Selvityksen tuloksena ehdotetaan lisäkaistojen rakentamista neljälle säteittäiselle pääväyläjaksolle vuoteen 2020 mennessä. Jaksot ovat kiireellisyysjärjestyksessä kt 51 (Länsiväylä) Piispansilta-Suomenoja (lännen suuntaan), vt 1 (Turunväylä) Tuomarila-Kehä II (molemmat suunnat), vt 3 (Hämeenlinnanväylä) Kaivoksela-Kannelmäki (molemmat suunnat) ja vt 4 (Lahdenväylä) Porvoonväylä- Kehä I (molemmat suunnat) + Porvoonväylän (vt 7) liittymäramppi Helsingin suuntaan. Lisäkaistojen yhteispituus on 12 km ja ne esitetään varattavaksi linja-autojen, kuorma-autojen ja pakettiautojen käyttöön ympärivuorokautisesti. Muilla, vuoteen 2035 ylikuormittuvaksi ennustetuilla pääväyläjaksoilla kapasiteetin riittävyys ehdotetaan varmistettavaksi ensisijaisesti liikenteen ja kysynnän hallinnan keinoin. Näitä ylikuormittuvaksi ennustettuja väyläjaksoja on yhteensä noin 70 ajoratakilometrin verran. Pääväylien liikenteen kasvua hillitään kehittämällä raideliikennettä ja liityntäpysäköintiä sekä liityntäpysäköinnin opastus- ja informaatiojärjestelmien avulla. Merkittävillä uusilla maankäytön kasvualueilla tieliikenteen kasvua hillitään kytkemällä maankäytön ja liikennejärjestelmän kehittäminen toisiinsa ja pyrkimällä liikennekysyntää vähentävään toiminnalliseen yhdyskuntarakenteeseen. Seudun pääväylille ehdotetaan vaihtuvia nopeusrajoituksia. Ruuhkatilanteissa nopeusrajoituksia lasketaan erityisesti liikenneturvallisuuden parantamiseksi, mutta rajoitusten alentaminen myös lieventää liikennevirran shokkiaaltoja ja parantaa siten kriittisesti kuormittuneen väylän välityskykyä. Ruuhkaliikenteen nopeuden alentuminen leikkaa myös tieliikennemelun huippuja. Ensimmäisiksi vaihtuvien nopeusrajoitusten toteutuskohteiksi esitetään Turunväylän (vt 1) ja Lahdenväylän (vt 4) ehdotettuja lisäkaistajaksoja. Vaihtuvaan nopeusrajoitusjärjestelmään ja liityntäpysäköinnin opastus- ja informaatiojärjestelmään ehdotetaan liitettäväksi myös ajoradan yläpuolisten varoitusmerkkien ja tekstiopasteiden yhdistelmiä, joiden avulla voidaan tiedottaa mm. liikenteen häiriöistä.

Ensihoitopalvelun kysynnän ja kapasiteetin hallinta ennakoitavissa palvelutarpeen muutoksissa

Ensihoidossa kysynnän ja kapasiteetin hallinta on toiminnan kriittinen tekijä. Potilaiden hoidontarve asettaa ensihoitopalvelulle varsin tiukat ajalliset ja laadulliset suorituskykyvaatimukset, joista poikkeaminen vaikuttaa suoraan hoidon tuloksiin. Tässä työssä tarkasteltiin ensihoitopalvelun kysynnän ja kapasiteetin hallintaa ennakoitavissa palvelutarpeen muutoksissa. Työn tavoitteena oli kehittää kohdeorganisaation ensihoitopalveluun toimintamalli, jonka avulla se voi nykyistä paremmin tunnistaa normaalista poikkeavat palvelutarpeen muutokset, arvioida niiden vaikutukset ja tarpeet sekä suunnitella ja toteuttaa toiminnan turvallisesti ja tehokkaasti. Työ tehtiin laadullisena toimintatutkimuksena. Empirian osalta työssä perehdyttiin ensihoidon palvelutuotannon vaatimuksiin sekä kohdeorganisaation toimintaan, tarpeisiin ja menetelmiin. Teoriassa tukeuduttiin pääasiassa palvelun kysynnän ja kapasiteetin hallinnan teoriaan. Toimintamallin kehittämisessä hyödynnettiin kohdeorganisaation kokemusta ja asiantuntemusta ratkaisumallien arvioinnissa. Työn tuloksena määriteltiin toimintamalli, jonka avulla kohdeorganisaatio voi systemaattisesti tunnistaa ja analysoida normaalivaihtelusta poikkeavia palvelutarpeen muutoksia, määritellä kysynnän ja kapasiteetin, suunnitella ja toteuttaa toiminnan sekä arvioida ja kehittää menettelyä systemaattisesti.

Cascade hydropower capacity increase profitability analysis with optimisation modelling

The electricity market and climate are both undergoing a change. The changes impact hydropower and provoke an interest for hydropower capacity increases. In this thesis a new methodology was developed utilising short-term hydropower optimisation and planning software for better capacity increase profitability analysis accuracy. In the methodology income increases are calculated in month long periods while varying average discharge and electricity price volatility. The monthly incomes are used for constructing year scenarios, and from different types of year scenarios a long-term profitability analysis can be made. Average price development is included utilising a multiplier. The method was applied on Oulujoki hydropower plants. It was found that the capacity additions that were analysed for Oulujoki were not profitable. However, the methodology was found versatile and useful. The result showed that short periods of peaking prices play major role in the profitability of capacity increases. Adding more discharge capacity to hydropower plants that initially bypassed water more often showed the best improvements both in income and power generation profile flexibility.