Underwater navigation is a key technology for exploring the oceans and exploiting their resources. For autonomous underwater vehicles (AUVs) to explore the marine environment efficiently and securely, underwater simultaneous localization and mapping (SLAM) systems are often indispensable due to the lack of the global positioning system (GPS). In an underwater SLAM system, an AUV maps its surroundings and estimates its own pose at the same time. The pose of the AUV can be predicted by dead reckoning, but navigation errors accumulate over time. Therefore, sensors are needed to calibrate the state of the AUV. Among various sensors, the multibeam echosounder (MBES) is one of the most popular ones for underwater SLAM since it can acquire bathymetric point clouds with depth information of the surroundings. However, there are difficulties in data association for seabeds without distinct landmarks. Previous studies have focused more on traditional computer vision methods, which have limited performance on bathymetric data. In this thesis, a novel method based on deep learning is proposed to facilitate underwater perception. We conduct two experiments on place recognition and point cloud registration using data collected during a survey. The results show that, compared with the traditional methods, the proposed neural network is able to detect loop closures and register point clouds more efficiently. This work provides a better data association solution for designing underwater SLAM systems. / Undervattensnavigering är en viktig teknik för att utforska haven och utnyttja deras resurser. För att autonoma undervattensfordon (AUV) ska kunna utforska havsmiljön effektivt och säkert är underwater simultaneous localization and mapping (SLAM) system ofta oumbärliga på grund av bristen av det globala positioneringssystemet (GPS). I ett undervattens SLAM-system kartlägger ett AUV sin omgivning och uppskattar samtidigt sin egen position. AUV:s position kan förutsägas med hjälp av dödräkning, men navigeringsfel ackumuleras med tiden. Därför behövs sensorer för att kalibrera AUV:s tillstånd. Bland olika sensorer är multibeam ekolod (MBES) en av de mest populära för undervattens-SLAM eftersom den kan samla in batymetriska punktmoln med djupinformation om omgivningen. Det finns dock svårigheter med dataassociation för havsbottnar utan tydliga landmärken. Tidigare studier har fokuserat mer på traditionella datorvisionsmetoder som har begränsad prestanda för batymetriska data. I den här avhandlingen föreslås en ny metod baserad på djup inlärning för att underlätta undervattensuppfattning. Vi genomför två experiment på punktmolnregistrering med hjälp av data som samlats in under en undersökning. Resultaten visar att jämfört med de traditionella metoderna kan det föreslagna neurala nätverket upptäcka slingförslutningar och registrera punktmoln mer effektivt. Detta arbete ger en bättre lösning för dataassociation för utformning av undervattens SLAM-system.

This thesis explored the possibilities of using a Hidden Markov Model approach for multi-target localisation in an urban environment, with observations generated from Wi-Fi sensors. The area is modelled as a network of nodes and arcs, where the arcs represent sidewalks in the area and constitutes the hidden states in the model. The output of the model is the expected amount of people at each road segment throughout the day. In addition to this, two methods for analyzing the impact of events in the area are proposed. The first method is based on a time series analysis, and the second one is based on the updated transition matrix using the Baum-Welch algorithm. Both methods reveal which road segments are most heavily affected by a surge of traffic in the area, as well as potential bottleneck areas where congestion is likely to have occurred. / I det här examensarbetet har lokalisering av gångtrafikanter med hjälp av Hidden Markov Models utförts. Lokaliseringen är byggd på data från Wi-Fi sensorer i ett område i Stockholm. Området är modellerat som ett graf-baserat nätverk där linjerna mellan noderna representerar möjliga vägar för en person att befinna sig på. Resultatet för varje individ är aggregerat för att visa förväntat antal personer på varje segment över en hel dag. Två metoder för att analysera hur event påverkar området introduceras och beskrivs. Den första är baserad på tidsserieanalys och den andra är en maskinlärningsmetod som bygger på Baum-Welch algoritmen. Båda metoderna visar vilka segment som drabbas mest av en snabb ökning av trafik i området och var trängsel är troligt att förekomma.

It is well documented that Augmented Reality (AR) enhances and supports learning. Earlier research compares AR applications with existing methods. Published research typically focuses on one AR in general. Nevertheless, there are different ways of using AR. This paper gives further insight into how to use AR as a learning tool as part of a museum experience. It focuses on AR through smartphones, where the world is measured through the phone’s sensors and the virtual content is displayed on the device’s screen. This thesis presents the results of a comparative study between two types of AR: In-world space and On-screen space. In-world space AR renders the virtual content registered onto the physical exhibition. On-screen space AR renders the virtual content on the screen of the phone and uses the physical space of the exhibition as an index retrieval point. The discussion emerging from this study aims to aid the development and design of AR applications at museum settings, by giving curators better understanding of design options in AR spaces. Qualitative results suggest that In-world space benefits learning. / Det är väldokumenterat att Augmented Reality (AR) förbättrar inlärning. Tidigare forskning jämför AR mot andra existerande metoder. Publicerad forskning fokuserar generellt på AR i allmänhet trots att det finns flera olika typer av AR. Den här rapporten ger vidare insikt i hur AR bör användas med ändamålet att vara ett inlärningsverktyg som en del av en museum-upplevelse. Den fokuserar på AR genom smartphones, där omvärlden beräknas med mobilens sensorer och virtuellt material renderas i relation till omvärlden på mobilens skärm. Den här studien presenterar resultat från en jämförelsestudie mellan två typer av AR: In-world space och On-screen space. In-world space AR renderar det virtuella materialet ovanpå och i relation till den fysiska utställningen. On-screen space AR renderar det virtuella materialet på mobilens skärm utan relation till omvärlden, men använder istället den fysiska omvärlden för att placera ut virtuella indexpunkter. Diskussionen från den här studien ger förhoppningsvis riktlinjer för utveckling och design av AR-applikationer på ett museum, genom att ge kuratorer och museum en bättre förståelse gällande designmöjligheter i en AR-miljö. Kvalitativa result tyder på att In-world space förbättrar inlärning mer än On-screen space.

Terrain referenced navigation is a method of navigation that uses measurements of altitude above ground to infer the position of the vehicle, mainly aerial or underwater. This method provides an alternative to the commonly used satellite-based navigation. Satellite-based navigation methods rely on positional information being sent from an external source, which can be jammed or tampered with, a problem terrain referenced navigation does not have. Both satellite-based and terrain based navigation methods often work in conjunction with inertial navigation systems, which are accurate for short periods of time but suffer from large errors due to accumulation of errors when used for longer missions. In this thesis, several state-of-the-art methods of terrain referenced navigation are studied and evaluated, with the main focus being the different estimation methods employed. Five of the studied estimators were implemented and tested on simulated flight data from a generic aerial vehicle, resulting in improved navigation accuracy compared to using inertial navigation on its own. For the terrain referenced navigation to work well, the ground needs to be relatively unique in order to contain useful information, thus making the estimation more uncertain when flying over flat regions. To deal with this, path planning was used to alter the flight path to increase the expected information gain. Using a grid based planning algorithm together with the original route yielded a modified path with more potential information. When following this new path, the terrain referenced navigation systems are shown to estimate the position more accurately compared to the original path. The study shows that terrain referenced navigation is a viable alternative to satellite based navigation. It also indicates that modifying the path to increase the expected information gain can result in better robustness and precision. / Terrängbaserad navigering är en navigeringsmetod där mätningar av höjd över mark används för att fastställa fordonets position, huvudsakligen från luften eller under vattnet. Denna metod är ett alternativ till den allmänt använda satellitbaserade navigeringen. Satellitbaserad navigering är beroende av att positionsinformation skickas från en extern källa, som kan störas eller manipuleras, vilket är ett problem som terrängbaserad navigering inte har. Både satellitbaserade och terrängbaserade navigeringsmetoder används ofta tillsammans med tröghetsnavigeringssystem, som är noggranna under kortare tid, men som lider av stora fel på grund av ackumulering av fel när de används under längre uppdrag. I denna rapport studeras och utvärderas flera moderna metoder för terrängbaserad navigering, med huvudfokus på de olika skattningsmetoder som används. Fem av de studerade skattningsmetoderna implementerades och testades på simulerade flygdata från ett generiskt flygfarkost, vilket resulterade i förbättrad navigeringsnoggrannhet jämfört med att använda tröghetsnavigering på egen hand. För att den terrängbaserade navigeringen ska fungera bra måste marken vara relativt unik för att innehålla användbar information, vilket gör uppskattningen mer osäker när man flyger över plana områden. För att hantera detta användes banplanering för att välja en flygbana som ger maximalt informations innehåll. Genom att använda en rutnätsbaserad planeringsalgoritm tillsammans med den ursprungliga rutten erhölls en modifierad bana med mer potentiell information. Genom att följa denna nya bana uppskattas positionen bättre av de terrängbaserade navigationssystemen jämfört med den ursprungliga banan. Studien visar att terrängbaserad navigering är ett gångbart alternativ till satellitbaserad navigering. Den visar också att en ändring av banan för att öka den förväntade informationsvinsten kan leda till bättre robusthet och precision.

TBI stands for Traumatic Brain Injury and refers to damage to the brain resulting from an external physical force, such as a blow, jolt, or penetrating injury to the head. Common causes of TBI include falls, motor vehicle accidents, sports injuries, and violence and has been linked to thousands of deaths and injuries in the US and the EU alike. This thesis was aimed to localise certain TBI to a specific part of the brain by exerting similar loading conditions on an Finite Element Method (FEM) of the rat brain as physical experiments conducted on living rats. By comparing the strain in 7 vital parts of the brain to injury diagnosis conducted in the physical experiments, an effort was made to link localised strain to injury diagnosis. The results indicate that strain in the thalamus and hypothalamus are linked with a loss of consciousness while strain in the hypothalamus coupled with the neocortex correlates greatly with activity-based behaviour changes. Lastly, injury associated with emotional changes are believed to stem from large strains in the neocortex. There is a theory suggesting that the structure of myeline, which provides support in motion and movement patterns of biological systems in humans and animals (known as biomechanical kinematics), could have an impact. However, more studies are needed to confirm and determine the exact cause. / TBI, från engelskans Traumatic Brain Injury, står för Traumatisk Hjärn Skada och syftar på en skada i hjärnan till följd av enyttre fysisk kraft, såsom ett slag, stöt eller genomträngande skada i huvudet. Vanliga orsaker till TBI inkluderar fall, motorfordonsolyckor, sportskador och våld och har kopplats till tusentals dödsfall och skadade i både USA och EU. Denna rapport syftar till att försöka lokalisera viss TBI till en specifik del av hjärnan genom att utöva liknandebelastningsförhållanden på en finit elementmetod (FEM) modell av råtthjärnan som fysiska experimentutförs på levande råttor. Genom att jämföra belastningen i 7 vitala delar av hjärnan med skadediagnos som utfördes i de fysiska experimenten gjordes en ansträngning för att koppla lokaliserad belastning till skadediagnos. Resultaten indikerar att skada i thalamus och hypotalamus är kopplade till en förlust av medvetande medan belastning i hypotalamus i kombination med neocortex korrelerar kraftigtmed aktivitetsbaserade beteendeförändringar. Slutligen är skador i samband med känslomässiga förändringartros härröra från skada i neocortex. Det finns teori som tyder på attstruktur av myelin, som ger stöd i rörelse och rörelsemönster av biologiskasystem hos människor och djur (känd som biomekanisk kinematik), kan ha en inverkan.Det behövs dock fler studier för att bekräfta och fastställa den exakta orsaken.

Vehicles losing their GPS signal is a considerable issue for autonomous vehicles and can be a danger to people in their vicinity. To circumvent this issue, a particle filter localization technique using pre-generated offline Open Street Map (OSM) maps was investigated in a software simulation of Scania’s heavy-duty trucks. The localization technique runs in real-time and provides a way to localize the vehicle safely if the starting position is known. Access to global localization was limited, and the particle filter still succeeded in localizing the vehicle in the vicinity of the correct road segment by creating a graph of the map information and matching the trajectory to the vehicle’s sensor data. The mean error of the Particle filter localization technique in optimal conditions is 16m, which is 20% less than an optimally tuned dead reckoning solution. The mean error is about 50% larger compared to a Global Positioning System. The final product shows potential for expansion but requires more investigation to allow for real-world deployment. / Att fordon kan mista sin GPS-signal är ett stort problem för autonoma fordon och kan vara en fara för människor i dess närhet. För att undvika detta problem föreslås en icke-global lokaliseringsteknik som använder Open Street Maps-kartor (OSM) och ett partikelfilter för att lokalisera fordonet i en mjukvarusimulation. Implementering körs i realtid och anger fordonets position med en tillräcklig träffsäkerhet för att det inte ska utgöra någon fara om dess startposition är känd. Globala lokaliseringsmöjligheter var begränsade, och partikelfiltret lyckades lokalisera fordonet till rätt vägsegment genom att konstruera en graf över den kartinformation den läst in och para ihop fordonets nuvarande färdväg med denna. Resultatet ger en lösning som optimalt har ett medelfel på 16m, vilket är 20% mindre än medelfelet jämfört med optimiserad dödräkning. Lösningen har ca 50% större medelfel än positionering med GPS. Slutresultatet visar en potential att användas i verkliga situationer, men kräver mer undersökningar.

Autonomous driving technology is continuously evolving at an accelerated pace. The road environment is always uncertain, which requires an evasive manoeuvre that an autonomous vehicle can take. This evasive behaviour to avoid accidents in a critical situation is analogous to autonomous racing that operates at the limits of stable vehicle handling. In autonomous racing, the vehicle must operate in highly nonlinear operating conditions such as high-speed manoeuvre on sharp turns, avoiding obstacles and slippery road conditions. These dynamically changing racing situations require advanced path planning systems with obstacle avoidance executed in real-time. Therefore, the motion planning problem for autonomous racing is analogous to safe and reliable autonomous vehicle operation in critical situations. This thesis project evaluates the application of traction adaptive motion planning to autonomous racing on different road surfaces for a small-scale test vehicle in real-time. The evaluation is based on a state-of-the-art algorithm that uses a combination of optimization, trajectory rollout, and constraint adaption framework called "Sampling Augmented Real-Time Iteration (SAARTI)". SAARTI allows motion planning and control with respect to time-varying vehicle actuation capabilities while taking locally adaptive traction into account for different parts of the track as a constraint. Initially, the SAARTI framework is adapted to work with the SmallVehicles-for-Autonomy (SVEA) system; then, the whole system is simulated in a ROS (Robot Operating System) based SVEA simulator with a Hardware-in-the-loop setup. Later, the same setup is used for the real time experiments that are carried out using the SVEA vehicles, and the different critical scenarios are tested on the SVEA vehicle. The emphasis was given to the experimental results; therefore, the results also consider computationally intensive localization inputs while the motion planner was implemented in real-time instead of a simulation setup. The experimental results showed the impact of planning motions according to an approximately correct friction estimate when the friction parameter was close to the actual value. The results indicated that the traction variation had indeed affected the lap time and trajectory taken by the test vehicle. The lap time is affected significantly when the coefficient of friction value is far away from the real friction coefficient. It is observed that the lap time increased significantly at higher values of friction coefficient, when involving more excessive over-estimation of the traction, leading to the oscillatory motion and lane exits. Furthermore, the non-adaptive case scenario result shows that the test vehicle performed better when given friction parameter inputs to the algorithm approximately equal to the real friction value. / Teknik för autonom körning har utvecklats i snabb takt de senaste åren. Trafikmiljön innehåller många källor till osäkerhet, vilket ibland kräver undanmanövrar av det autonoma fordonet. Undanmanövrar i kritiska situationer är analoga med autonom racing i det avseendet att fordonet opererar nära gränsen av dess fysiska förmåga. I autonom racing måste fordonet fungera i hög grad olinjära driftsförhållanden som höghastighetsmanöver i skarpa svängar, undvika hinder och halt väglag. Dessa dynamiska föränderliga racingsituationer kräver avancerad vägplaneringssystem med undvikande av hinder exekveras i realtid. Därför är rörelseplaneringsproblemet för autonom racing är analogt med det för säkra undanmanövrer i kritiska situationer. Detta examensarbete utvärderar tillämpningen av dragkraft adaptiv till autonom racing på olika väglag för ett småskaligt testfordon i realtid. Utvärderingen baseras på en algoritm som kallas "Sampling Augmented Real Time Iteration (SAARTI)" som tillåter rörelse planering och kontroll med avseende på tidsvarierande fordonsdynamik, på så vis tar algoritmen hänsyn till lokalt varierande väglag. Arbetet började med att integrera SAARTI-ramverket med testplattformen Small-Vehicles-for-Autonomy (SVEA). Därefter utfördes hardware-in-the-loop simuleringar i ROS (Robot Operating System), och därefter utfördes fysiska tester med SVEA plattformen. Under experimenten kördes SAARTI-algoritmen parallellt med en beräkningsintensiv SLAM-algoritm för lokalisering. De experimentella resultaten visade att adaptiv rörelseplanering kan avhjälpa problemet med lokalt varierande väglag, givet att den uppskattade friktionsparametern är approximativt korrekt. Varvtiden påverkas negativt när friktionsskattningen avviker från den verkliga friktionskoefficienten. Vidare observerades att varvtiden ökade vid höga värden på den skattade friktionsparametern, vilket gav upphov till mer aggressiva manövrer, vilket i sin tur gav upphov till oscillerande rörelser och avåkningar.

As resource-constrained autonomous vehicles are used for more and more applications, their ability to achieve the lowest possible localization error without expending more power than needed is crucial. Despite this, the parameter settings of the localization systems, both for the platform and the application, are often set arbitrarily. In this thesis, we propose a model-based controller that adapts the parameters of the localization system during run-time by observing conditions in the environment. The test-bed used for experiments consists of maplab, a visual-inertial localization framework, that we execute on the Nvdia Jetson AGX platform. The results show that the linear velocity is the single most important environmental attribute to base the decision of when to update the parameters upon. We also found that while it was not possible to find a direct connection between certain parameters and environmental conditions, a connection could be found between sets of configuration parameters and conditions. Based on these conclusions, we compare model-based controller setups based on three different models: Finite Impulse Response (FIR), AutoRegressive eXogenous input (ARX) and Multi-Layer Perceptron (MLP). The FIR-based controller performed the best. This FIR-based controller is able to select configurations at the appropriate times to keep the error lower than it would be to randomly guess which set of configuration parameters is best. The proposed solution requires offline profiling before it can be implemented on new localization systems, but it can help to reduce the error and power consumption and thus enable more uses of resource-constrained devices. / Användningen av autonoma fordon med begränsade resurser ökar allt mer, vilket i sin tur ökar vikten av att dessa kan lokalisera med lägsta möjliga fel utan att förbruka mer effekt. Trots detta bestäms parametrarna för både hårdvara och i algoritmerna ofta godtyckligt för dessa lokaliseringssystem. I detta examensarbete presenterar vi en lösning till detta, i form av en modellbaserad regulator som anpassar parametrarna baserat på vad den detekterar i omgivningen. Vår testuppställning består av maplab, ett lokaliseringsramverk, som vi exekverar på Nvida Jetson AGX plattformen. Resultaten visar att den linjära hastigheten är den viktigaste miljövariabeln att detektera och använda för att anpassa parametrarna i lokaliseringssystemet. Resultaten visar även att det går att hitta kopplingar mellan konfigurationer och miljövariabler, även om det inte går att hitta mellan specifika konfigurationsparameterar och miljövariabler. Den regulator som presterar bäst visar sig vara en som är baserad på en Finite Impulse Response modell, med en optimeringshorisont på 5 sekunder. Denna presterar bättre än både AutoRegressive eXogenous input baserad regulator och en Multi-Layer Perceptron baserad regulator. Finite Impulse Response regulatorn åstadkommer ett fel som är lägre än slumpmässig gissning, på data den inte sett förut. Lösningen som uppvisas i detta projekt kräver optimering offline för att fungera, men om det utförs kan den reducera både lokaliseringsfelet och effektförbrukningen och genom det skapa nya användningsområden för resursbegränsade enheter.

Text in Afrikaans / Afrikanisering en universiteitsonderwys: 'n histories-opvoedkundige deurskouing en evaluering In hierdie studie is 'n beskrywing van en verklaring vir die ontstaan, ontwikkeling en betekenis van die begrip afrikanisering gegee. Daar is bevind dat die begrip afrikanisering 'n emosiebelaaide en polities sensitiewe begrip is wat saam met verbandhoudende begrippe soos Afrika-persoonlikheid, Negritude, Afrosentrisme, Ethiopianisme, lokalisering en swartbewussyn 'n ge"integreerde deel vorm van die strewe om nie net politieke onafhanklikheid vir Afrika-kolonies en Afrikane te verkry en te handhaaf nie, maar om hierdie onafhanklikheid ook op sosio-ekonomiese en kulturele gebiede te verseker. Die standpunte van verskeie pleitbesorgers van afrikanisering is ontleed en na aanleiding daarvan is 'n vergelyking tussen vroeere afrikaniseringspogings in Brits Wes-Afrika en die in Suid-Afrika getref. Nadat 'n aantal implikasies van afrikanisering vir Suid-Afrikaanse universiteite aangedui is, is enkele toekomsperspektiewe rakende die afrikanisering van universiteite in Suid-Afrika geformuleer. / Africanisation and university education: an historical-educational explication and evaluation In this study a description of and explanation for the origin, development and meaning of the concept africanisation is given. It can be concluded that the concept africanisation is emotive and politically sensitive and together with related concepts such as African personality, Negritude, Afrocentrism, Ethiopianism, localisation and Black consciousness it forms an integrated part of the aspiration not only to gain and maintain political independence for African colonies and Africans, but also to secure this identity in the socio-economic and cultural fields. The views of various advocates/proponents of africanisation were analysed and based on this analysis a comparison between the earlier africanisation attempts in British West Africa and those in South Africa was drawn. After some implications of africanisation for South African universities were indicated, a number of future perspectives with regard to the africanisation of universities in South Africa were formulated. / Educational Studies / D. Ed. (Historiese Opvoedkunde)

Text in Afrikaans / Afrikanisering en universiteitsonderwys: 'n histories-opvoedkundige deurskouing en evaluering In hierdie studie is 'n beskrywing van en verklaring vir die ontstaan, ontwikkeling en betekenis van die begrip afrikanisering gegee. Daar is bevind dat die begrip afrikanisering 'n emosiebelaaide en polities sensitiewe begrip is wat saam met verbandhoudende begrippe soos Afrika-persoonlikheid, Negritude, Afrosentrisme, Ethiopianisme, lokalisering en swartbewussyn 'n ge"integreerde deel vorm van die strewe om nie net politieke onafhanklikheid vir Afrika-kolonies en Afrikane te verkry en te handhaaf nie, maar om hierdie onafhanklikheid ook op sosio-ekonomiese en kulturele gebiede te verseker. Die standpunte van verskeie pleitbesorgers van afrikanisering is ontleed en na aanleiding daarvan is 'n vergelyking tussen vroeere afrikaniseringspogings in Brits Wes-Afrika en die in Suid-Afrika getref. Nadat 'n aantal implikasies van afrikanisering vir Suid-Afrikaanse universiteite aangedui is, is enkele toekomsperspektiewe rakende die afrikanisering van universiteite in Suid-Afrika geformuleer. / Africanisation and university education: an historical-educational explication and evaluation In this study a description of and explanation for the origin, development and meaning of the concept africanisation is given. It can be concluded that the concept africanisation is emotive and politically sensitive and together with related concepts such as African personality, Negritude, Afrocentrism, Ethiopianism, localisation and Black consciousness it forms an integrated part of the aspiration not only to gain and maintain political independence for African colonies and Africans, but also to secure this identity in the socio-economic and cultural fields. The views of various advocates/proponents of africanisation were analysed and based on this analysis a comparison between the earlier africanisation attempts in British West Africa and those in South Africa was drawn. After some implications of africanisation for South African universities were indicated, a number of future perspectives with regard to the africanisation of universities in South Africa were formulated. / Educational Studies / D. Ed. (Historiese Opvoedkunde)