Proactive environmental systems:the next generation of environmental monitoring

In this article we envision factors and trends that shape the next generation of environmental monitoring systems. One key factor in this respect is the combined effect of end-user needs and the general development of IT services and their availability. Currently, an environmental (monitoring) system is assumed to be reactive. It delivers measurement data and computational results only if the user explicitly asks for it either by query or subscription. There is a temptation to automate this by simply pushing data to end-users. This, however, leads easily to an "advertisement strategy", where data is pushed to end-users regardless of users' needs. Under this strategy, the mere amount of received data obfuscates the individual messages; any "automatic" service, regardless of its fitness, overruns a system that requires the user's initiative. The foreseeable problem is that, unless there is no overall management, each new environmental service is going to compete for end-users' attention and, thus, inadvertently hinder the use of existing services. As the main contribution we investigate the nature of proactive environmental systems, and how they should be designed to avoid the aforementioned problem. We also discuss how semantics, participatory sensing, uncertainty management, and situational awareness link to proactive environmental systems. We illustrate our proposals with some real-life examples

Selainpohjainen sateliittikuvien esittämisjärjestelmä

Satelliittikuvien ja muun kaukokartoitustiedon operatiivisesta käytöstä on hyötyä usealla eri alalla. Tässä diplomityössä on tutkittu selainpohjaisen satelliittikuvien esittämisjärjestelmän rakentamismahdollisuuksia. Kaukokartoituskuvia hyödyntävät asiakkaat saattavat toimia liikkuvassa kohteessa, jolloin huomioon täytyy ottaa myös kapeakaistaisen langattoman tiedonsiirtoyhteyden aiheuttamat rajoitukset. Selainpohjaisuudella pyritään järjestelmän yksinkertaistamiseen asiakaspuolella. Jos järjestelmä onnistutaan rakentamaan täysin selainpohjaiseksi, asiakaskoneeseen ei tarvitse asentaa muita ohjelmistoja kuin selain. Järjestelmän arkkitehtuurivaihtoehtoja ja toteutustekniikoita on vertailtu. Selain voi pelkästään esittää palvelimen tuottamia kuvia tai selain voi sisältää osan järjestelmän älykkyydestä ja käsitellä palvelimelta haettuja kuvia. Mitä enemmän toiminnallisuutta asiakaskoneella toimiva ohjelma sisältää, sitä vähemmän tiedonsiirtokaistaa joudutaan kuormittamaan. Työssä on pohdittu myös matkaviestintekniikoiden ja tiedonsiirtoverkkojen kehittymisen vaikutuksia selainpohjaisen järjestelmän hyödynnettävyyteen. Työssä on rakennettu prototyyppi selainpohjaisesta satelliittikuvien esittämisjärjestelmästä. Järjestelmän rakentamisen haasteena on selaintekniikoiden, oman kompressiomenetelmän, kuvankäsittelyn ja GIS-ominaisuuksien (Geographic Information System) yhdistäminen. Prototyypin rakennustekniikaksi valittiin Java

Ympäristötiedon välittäminen tukemaan päätöksentekoa muuttuvissa ympäristöolosuhteissa

This thesis studied improvements in the timely delivery of relevant near real-time environmental information to support decision making in dynamic environments. Especially, the focus was on orchestration of the data processing tasks, presentation of the information to end-users, and data collection from the field where the users are operating. It was found that three system design principles can be used to improve the information delivery: 1) organising the synergies in data access and information processing as a component called Data operator, 2) including automatic analyses of the situation to support the interpretation of the information, and 3) harnessing of end-users and end-user devices as opportunistic and participatory sensors to collect data from the local conditions in order to complement other data sources. The research was conducted by studying two application cases: ice navigation and water quality monitoring. In the ice navigation case, we developed a system to deliver in-situ and remote sensing data as well as forecasts by computational models about the meteorological, oceanographic and ice conditions to ice-going ships, a route optimisation method to support the decision making and information presentation, and a method for using ships and ship radars as a sensor network. In the water quality monitoring case, citizens were harnessed as observers of water turbidity and the algae situation in order to complement other data sources, and citizen observations were compared with expert observations. Open data and open interfaces are important elements for accessing data, but they are not adequate to guarantee the optimal use of environmental data in near real-time applications. The whole processing chain from data sources to end-user awareness should be considered in order to take full advantage of the data. It is concluded that the three design principles are not limited to the application cases of this study, but are applicable to other domains of environmental monitoring as well, for example air quality, disaster and built environment monitoring. The amount of environmental data is growing exponentially, and new methods are needed to include these data in decision making in society.Tässä väitöskirjassa tutkittiin oikea-aikaisen ympäristötiedon välittämistä tukemaan päätöksentekoa muuttuvissa ympäristöolosuhteissa. Työssä keskityttiin koko prosessointiketjun tiedonkäsittelytehtävien hallintaan, tiedon esittämiseen loppukäyttäjille sekä tiedon keräämiseen paikallisista olosuhteista. Tutkimuksessa havaittiin, että soveltamalla kolmea periaatetta järjestelmän suunnittelussa tiedon välittämistä käyttäjälle voidaan parantaa: 1) organisoimalla synergiset tiedonkäsittelytehtävät komponentiksi nimeltä Dataoperaattori, 2) vähentämällä välitettävän ja esitettävän tiedon monimutkaisuutta automaattisella tilanteen analyysillä ja 3) valjastamalla loppukäyttäjät laitteineen keräämään muita tietolähteitä tukevaa tietoa paikallisista olosuhteista. Työssä tutkittiin kahta sovellusta liittyen jäänavigointiin ja vedenlaadun seurantaan. Jäänavigointia varten toteutettiin järjestelmä välittämään satelliittikuvia, maanpäällisiä havaintoja, sekä sää-, jää- ja meritilanteen malliennusteita jäissä kulkeville laivoille, reitinoptimointimenetelmä helpottamaan moniulotteisen tiedon esittämistä käyttäjille ja menetelmä laivojen ja laivatutkien valjastamiseksi antureiksi keräämään tietoa jäätilanteesta. Vedenlaadun seurantaan kehitettiin järjestelmä kansalaisten vedenlaatuhavaintojen keräämiseksi järvi- ja merialueilta täydentämään muita tietolähteitä, ja kansalaisten tekemiä havaintoja verrattiin ammattilaisten havaintoihin. Avoin data ja avoimet rajapinnat ovat tärkeitä elementtejä ympäristötiedon hyödyntämisessä, mutta tiedon optimaalinen käyttö päätöksenteossa muuttuvissa ympäristöolosuhteissa vaatii koko prosessointiketjun suunnittelua tietolähteiltä käyttäjälle esitettäväksi. Työssä esitetyt kolme periaatetta eivät rajoitu tutkittuihin sovelluksiin, vaan ovat sovellettavissa laajemmin ympäristömonitoroinnissa, esimerkiksi ilmanlaadun, luonnononnettomuuksien tai rakennetun ympäristön monitoroinnissa. Ympäristötiedon määrä kasvaa jatkuvasti ja uusia menetelmiä tarvitaan tiedon koko potentiaalin hyödyntämiseksi yhteiskunnassa