Spiral grain in trees causes trouble to the wood industry, since boards sawn from trees with large grain angle have severe problems with form stability. Measurements of the grain angle under bark enable the optimisation of the refining process. The main objective of this thesis is to study the potential in estimating the grain angle by using microwaves. To do this, electromagnetic modelling and sensitivity analysis are combined. The dielectric properties of wood are different along and perpendicular to the wood fibres. This anisotropy is central for the estimation of the grain angle by means of microwaves. To estimate the grain angle, measurements are used together with electromagnetic modelling for the scattering from plane surfaces and cylinders. Measurement set-ups are proposed to determine the material parameters, such as the grain angle, for plane boards and cylindrical logs. For cylindrical logs both near-field and far-field measurements are investigated. In general, methods for determining material parameters exhibit large errors in the presence of noise. In this case, acceptable levels of these errors are achieved throug using few material parameters in the model: the grain angle and two dielectric parameters, characterising the electrical properties parallel and perpendicular to the fibres. From the case with plane boards, it is concluded that it is possible to make use of the anisotropy of wood to estimate the grain angle from the reflected electromagnetic field. This property forms then the basis of the proposed methods for the estimation of the grain angle in cylindrical logs. For the proposed methods, a priori knowledge of the moisture content or temperature of the wood is not needed. Furthermore, since the anisotropy persist also for frozen wood, the method is valid for temperatures below zero degrees Celsius. For the case with cylindrical logs, sensitivity analysis is applied to the near-field as well as the far-field methods, to analyse the parameter dependence with respect to the measurement model and the errors introduced by noise. In this sensitivity analysis, the Cram\'r-Rao bound is used, giving the best possible variance for estimating the parameters. The levels of the error bounds are high, indicating a problematic estimation problem. However, the feasibility of accurate estimation will be improved through higher signal-to-noise ratios, repeated measurements, and better antenna gain. The sensitivity analysis is also useful as an analytical tool to understand the difficulties and remedies related to the method used for determining material parameters, as well as a practical aid in the design of a measurement set-up. According to the thesis, grain angle estimation is possible with microwaves. The proposed methods are fast and suitable for further development for in-field use in the forest or in saw mills. / Träd med växtvridenhet orsakar problem i träindustrin eftersom brädor som sågats från träd med stor fibervinkel har problem med formstabiliteten och vrider sig då de torkas. Mätning av fibervinkeln under bark möjliggör optimering av förädlingsprocessen. I den här avhandlingen kombineras elektromagnetisk modellering och känslighetsanalys för att undersöka möjligheterna att bestämma fibervinkeln med mikrovågor. De elektriska egenskaperna hos trä är olika längs med och vinkelrätt mot fibrerna. Den här anisotropin är utgångspunkten för att bestämma fibervinkeln med hjälp av mikrovågor. För att skatta fibervinkeln används mätningar tillsammans med elektromagnetisk modellering för spridningen från plana ytor och cylindrar. Mätuppställningar föreslås för problemet att skatta materialparametrar, såsom fibervinkeln, i plana brädor och cylindriska stockar. För cylindriska stockar undersöks både närfälts- och fjärrfältsmätningar. I allmänhet har metoder för skattning av materialparametrar stora fel då systemet innehåller brus. Här erhålls acceptabla fel genom att använda få materialparametrar i modelleringen. De materialparametrar som används är fibervinkeln och två dielektriska parametrar som karakteriserar de elektriska egenskaperna längs med och vinkelrätt mot träfibern. Slutsatsen från fallet med plana brädor är att det är möjligt att använda anisotropin hos trä och dess påverkan på ett reflekterat elektromagnetiskt fält för att skatta fibervinkeln. Detta är grunden i de metoder som föreslås för cylindriska stockar. För samtliga metoder så gäller att varken fukthalt eller temperatur behöver vara kända på förhand. Eftersom anisotropin kvarstår också för fruset trä så är metoderna användbara även för temperaturer under noll grader Celsius. För fallet med cylindriska stockar används känslighetsanalys på både närfälts- och fjärrfältsmetoderna för att analysera parameterberoendet i uppmätt data samt felen som introduceras av brus. I den här känslighetsanalysen används Cram\'{e}r-Rao gränsen som ger den bästa möjliga variansen för skattning av parametrarna. Nivåerna på gränserna är höga vilket indikerar att det är ett svårt estimeringsproblem. Möjligheterna att skatta parametrarna noggrant förbättras genom bättre signal-brus förhållande, upprepade mätningar samt ökad antennstyrka. Känslighetsanalysen är också användbar som ett analytiskt verktyg för ökad förståelse för problem och möjligheter relaterade till metoden för att skatta parametrarna och som ett praktiskt stöd för design av en mätuppställning. Enligt avhandlingen är skattning av fibervinkel möjlig med mikrovågor. De föreslagna metoderna är snabba och lämpliga att utveckla vidare för användning i skogen eller i sågverk.

The study was conducted in Jönköping County Chamber of fibrillation and is about change and improvement of process modeling technology. The process for treating patients with fibrillation is in the need to evolve and improve. In order to develop the care they needed a current state description which usually is made with the traditional process modeling tool. Many scientists and health professionals is in the opinion that this technology gives a too rigid image to describe the care processes. It also does not sufficiently take into account the human aspects. This reasoning suggests that the process modeling technology in healthcare is in the need to develop multiple perspectives. We have therefore studied Morgan’s organizational metaphors to find such perspectives. These have provided an input to the two approaches by which, if they are used for process modeling, could respond to the health care needs. The purpose of this paper is to examine the modeling of flows in health care, if based on Morgan's organizational metaphors, can describe and convey new approaches to the care process. By this we hope to develop a new technique to model health care processes, which in addition will contribute to make visible improvement in the organization. We have conducted a qualitative study where we from Gareth Morgan's organizational metaphors have created three models to be equal for each metaphor: Machine, Organism and the Brain. Based on a specific patient in the fibrillation process, we created different stories of the events. The stories visualized the characteristics important to describe in each model. We later on made a symbol corresponding list of these important components. The symbols were merged which then created the final model. To collect qualitative empirical data, we then tested the models in the organization that are in the process, Jönköping County Council. We held a workshop because we felt that this gave the best room for participants to have open discussions about how they perceive the models. They also pointed out the strengths and weaknesses. The participants consisted of various health care actors with mixed skills. One in every discipline; physicians, care developers, nurses and medical secretaries. The result was three models. One describes the process according to the machine metaphor, another to the organism metaphor and the third according to the brain metaphor. These were presented at the workshop and resulted in discussions and reflections which mirrored the intended metaphor. The discussions also led to that various problems and solutions related to the different metaphors became visible. All models have achieved its objective to produce the picture of organizational complexity in health care. We can therefore conclude that they also made a contribution, not only for those who work with the modeling tool, but also to those that will receive them. Least suited for modeling the process of care enforcement is the brain model. But it does fill a purpose as a tool for modeling the learning process in health care. This study demonstrates the importance of developing technology for process modeling in health care. The new approaches reflected on new problems and proposals for standardizations. Standardization is not only in need to focus on internal communication structure but also on the placement of functions and knowledge. / Studien genomfördes på Jönköpings läns Landstings avdelning för hjärtflimmer och hand-lar om förändring och förbättring av processmodelleringstekniken. Processen för att be-handla patienter med förmaksflimmer var i behov av att utvecklas och förbättras. För att utveckla vården behövde de en nulägesbeskrivning som vanligtvis görs med ett traditionellt processmodelleringsverktyg. Många forskare och sjukvårdare anser att denna teknik ger en alltför stel bild för att beskri-va vårdprocesser. Den tar heller inte tillräcklig hänsyn till de mänskliga aspekterna. Detta resonemang tyder på att processmodelleringstekniken i vården är i behov av att utveckla flera olika perspektiv. Vi har därför studerat Morgans organisationsmetaforer för att hitta sådana perspektiv. Dessa har bidragit till två modelleringsmetoder som, om de används för processmodellering, skulle kunna svara på det hälso- och sjukvården behöver.Syftet med uppsatsen är att undersöka om modelleringar av vårdprocesser, baserade på Morgans organisationsmetaforer, kan beskriva och förmedla nya synsätt. Genom detta hoppas vi kunna utveckla en ny teknik för att modellera processer i hälsovård, vilken dess-utom kan bidra till att synliggöra förbättringar i organisationen. Vi har genomfört en kvali-tativ studie där vi från Gareth Morgans organisationsmetaforer har skapat tre modeller som speglar avsedd metafor: Maskin, Organism och Hjärna.Baserat på en patient i flimmerprocessen har vi skapat olika berättelser om händelserna. Berättelserna synliggjorde komponenter som var viktiga för att beskriva varje modell. Efter det gjordes en symbolförteckning motsvarande dessa viktiga komponenter. Symbolerna sammanfogades och skapade den slutliga modellen. För att samla in kvalitativa empiriska data, testade vi sedan modellerna i den organisation som de beskrev, Jönköpings läns lands-ting. Vi höll en workshop då vi ansåg att det gav bäst utrymme för deltagarna att föra öpp-na diskussioner om hur de uppfattar modellerna. De påpekade också starka och svaga sidor hos dem. Deltagarna bestod av olika aktörer inom hälso- och sjukvård med blandad kom-petens. En i varje disciplin, läkare, vårdutvecklare, sjuksköterska och läkarsekreterare.Resultatet blev slutligen tre modeller. En beskrev processen enligt maskinmetaforen, en annan enligt organismmetaforen och den tredje enligt hjärnmetaforen. Dessa presenterades vid seminariet och resulterade i diskussioner och reflektioner som speglade avsedd metafor. Diskussionerna ledde också till att olika problem och lösningar i förhållande till olika meta-forer blev synliga.Alla modeller har uppnått målet att producera en bild av den organisatoriska komplexiteten i vården. Vi kan alltså dra slutsatsen att de också ger ett bidrag, inte bara för dem som arbe-tar med modelleringsverktyg, utan även för dem som ska ta emot dem. Minst lämpad för modellering av just vårdande var hjärnmodellen. Dock fyller den ett syfte som ett verktyg för modellering av inlärningsprocessen inom sjukvården.Denna studie visar på vikten av att utveckla teknik för processmodellering inom sjukvår-den. De nya modellerna pekar på nya problem och förslag till standardise-ring. Standardisering går från att fokusera på den interna kommunikationen struktur till placeringen av funktioner och kunskap.Studien genomfördes på Jönköpings läns Landstings avdelning för hjärtflimmer och hand-lar om förändring och förbättring av processmodelleringstekniken. Processen för att be-handla patienter med förmaksflimmer var i behov av att utvecklas och förbättras. För att utveckla vården behövde de en nulägesbeskrivning som vanligtvis görs med ett traditionellt processmodelleringsverktyg. Många forskare och sjukvårdare anser att denna teknik ger en alltför stel bild för att beskri-va vårdprocesser. Den tar heller inte tillräcklig hänsyn till de mänskliga aspekterna. Detta resonemang tyder på att processmodelleringstekniken i vården är i behov av att utveckla flera olika perspektiv. Vi har därför studerat Morgans organisationsmetaforer för att hitta sådana perspektiv. Dessa har bidragit till två modelleringsmetoder som, om de används för processmodellering, skulle kunna svara på det hälso- och sjukvården behöver.Syftet med uppsatsen är att undersöka om modelleringar av vårdprocesser, baserade på Morgans organisationsmetaforer, kan beskriva och förmedla nya synsätt. Genom detta hoppas vi kunna utveckla en ny teknik för att modellera processer i hälsovård, vilken dess-utom kan bidra till att synliggöra förbättringar i organisationen. Vi har genomfört en kvali-tativ studie där vi från Gareth Morgans organisationsmetaforer har skapat tre modeller som speglar avsedd metafor: Maskin, Organism och Hjärna.Baserat på en patient i flimmerprocessen har vi skapat olika berättelser om händelserna. Berättelserna synliggjorde komponenter som var viktiga för att beskriva varje modell. Efter det gjordes en symbolförteckning motsvarande dessa viktiga komponenter. Symbolerna sammanfogades och skapade den slutliga modellen. För att samla in kvalitativa empiriska data, testade vi sedan modellerna i den organisation som de beskrev, Jönköpings läns lands-ting. Vi höll en workshop då vi ansåg att det gav bäst utrymme för deltagarna att föra öpp-na diskussioner om hur de uppfattar modellerna. De påpekade också starka och svaga sidor hos dem. Deltagarna bestod av olika aktörer inom hälso- och sjukvård med blandad kom-petens. En i varje disciplin, läkare, vårdutvecklare, sjuksköterska och läkarsekreterare.Resultatet blev slutligen tre modeller. En beskrev processen enligt maskinmetaforen, en annan enligt organismmetaforen och den tredje enligt hjärnmetaforen. Dessa presenterades vid seminariet och resulterade i diskussioner och reflektioner som speglade avsedd metafor. Diskussionerna ledde också till att olika problem och lösningar i förhållande till olika meta-forer blev synliga.Alla modeller har uppnått målet att producera en bild av den organisatoriska komplexiteten i vården. Vi kan alltså dra slutsatsen att de också ger ett bidrag, inte bara för dem som arbe-tar med modelleringsverktyg, utan även för dem som ska ta emot dem. Minst lämpad för modellering av just vårdande var hjärnmodellen. Dock fyller den ett syfte som ett verktyg för modellering av inlärningsprocessen inom sjukvården.Denna studie visar på vikten av att utveckla teknik för processmodellering inom sjukvår-den. De nya modellerna pekar på nya problem och förslag till standardise-ring. Standardisering går från att fokusera på den interna kommunikationen struktur till placeringen av funktioner och kunskap.

The scope of this thesis is modelling and solving large-scale planning problems in the supply chain within the forest industry. Five research papers are included, the first three of which focus on the modelling, and the last two on the solution methods. All problems included are tactical multi-commodity problems expressed as mixed integer programming (MIP) models. The work has been done in collaboration with two Swedish companies within the forest industry. In Paper I, a problem concerning the supply chain of forest fuel for Sydved Energileveranser AB is modelled and solved. We study the problem of deciding when and where forest residues are to be converted into wood chips, and how the residues and chips are to be transported and stored in order to satisfy energy demand at heating plants. The company has long-term contracts with forest owners and saw mills. Decisions in the model include whether or not additional harvest areas and saw mills are to be contracted and which terminals to use. The planning horizon is one year and monthly time periods are used. Papers II--V are based on planning problems at Södra Cell AB. The planning horizon is normally one year. Papers II--III consider only one time period. In Paper II the supply chain from pulp mills to customers is modelled and the combined problem of deciding terminal locations and which ship routes to use is studied. Shipping vessels chartered on short or long term are used to transport products to terminals in Europe. From each terminal, the products are transported to customers by truck, train, or a combination of both. In addition, trains and trucks can be used for transports directly to customers from mills. In Paper III the entire supply chain, from harvest areas to customers, is considered. Decisions included are transportation of raw materials, production mix, the distribution of pulp products, and the selection of potential orders and their quantities at customers. The ship routes are considered as flow links. In Papers IV--V the problems in Papers II--III are combined into one model and several time periods are used. Lagrangian heuristics based on Lagrangian decomposition are used as solution methods in both papers. In Paper IV, the approach leads to subproblems for each time period, whereas in Paper V, another approach that results in subproblems for different parts of the supply chain is developed. All models are based on real data from the companies. The models are detailed and describe the problems accurately. The solution methods are developed such that the solution time is kept within practical limits. Results from Papers II--III have been used by Södra Cell AB to support the change of the terminal structure as well as in budget planning. / Denna avhandling presenterar matematiska modeller och lösningsmetoder för optimering av olika logistikproblem inom skogsindustrin. Vi studerar försörjningskedjor för skogsbränsle och massaproduker, och beaktar den årliga planeringen i syfte att optimera flödet. Det första problemet behandlar skogsbränsle och är ett samarbete med Sydved Energileveranser AB. Råmaterial i form av grenar och toppar från avverkningsplatser ska flisas och transporteras till värmeverk, eventuellt via terminaler. Det finns möjlighet att flisa både i skogen och på terminaler. Biprodukter från sågverk kan också användas som råmaterial. Vid behov kan utbudet av råmaterial utökas genom att fler avverkningsplatser och sågverk kontrakteras. Värmeverken har en efterfrågan, angiven i kWh per månad, som ska uppfyllas. Exempel på beslut som ska tas är var flisning ska ske, om nya avverkningsplatser ska kontrakteras, var lagring ska ske, samt hur och när skogsbränslet ska transporteras. Nästföljande problem behandlar massaprodukter och är ett samarbete med Södra Cell AB. Olika sorters massaved från skogen och biprodukter från sågverk utgör råmaterial för produktion av massaprodukter. Råmaterialet transporteras till massabruk för tillverkning enligt specificerade recept. De färdiga produkterna transporteras sedan med fartyg till terminaler i Europa. Från terminalerna transporteras produkterna vidare till pappersbruk, vilka är företagets slutkunder. Massaprodukterna transporteras i vissa fall med lastbil eller tåg direkt från massabruken till kunderna. Efterfrågan är angiven inom vissa gränser i olika order. Vissa order är fasta, vilket innebär att dess efterfrågan måste uppfyllas, medan andra order är fria. Exempel på beslut som ska tas är vilka bruk olika produkter ska produceras på, hur många och vilka terminaler som ska användas, samt hur transporterna ska utföras för att ge bästa resultat. Utifrån ovanstående beskrivningar har matematiska modeller formulerats. Ge-nom att lösa dessa kan vi få svar på logistik- och transportfrågorna och ett optimalt flöde kan hittas. För att lösa modellerna har kommersiell programvara använts. Heuristiker och mer avancerade optimeringsmetoder har också utvecklats i syfte att producera bra lösningar snabbare. / Article 4 was a manuscript entitled "Solving a multi-period supply chain problem for a pulp industry using Lagrangian heuristics based on time periods" at the time of the thesis defence.

Gravity is the main driving force for groundwater flow, and both landscape topography and geology distribute the effects of gravity on groundwater flow.  The groundwater table defines the distribution of the potential energy of the water. In humid regions where the bedrock permeability is relatively low and the soil depth is sufficiently shallow, the groundwater table closely follows the landscape topography and, thus, the topography controls the groundwater circulation in these regions. In this thesis, I investigate multi-scale topography-controlled groundwater flow, with the goal of systematizing the spatial distribution of groundwater flow and assessing geological parameters of importance for groundwater circulation.  Both exact solutions and numerical models are utilized for analyzing topography-controlled groundwater flow. The more complex numerical models are used to explore the importance of various simplifications of the exact solutions. The exact solutions are based on spectral representation of the topography and superpositioning of unit solutions to the groundwater flow field. This approach is an efficient way to analyze multi-scaled topography-controlled groundwater flow because the impact of individual topographic scales on the groundwater flow can be analyzed separately.  The results presented here indicate that topography is fractal and affects groundwater flow cells at wide range of spatial scales. We show that the fractal nature of the land surface produces fractal distributions of the subsurface flow patterns. This underlying similarity in hydrological processes also yields a single scale-independent distribution of subsurface water residence times which have been found in distributions of solute efflux from watersheds. Geological trends modify the topographic control of the groundwater circulation pattern and this thesis presents exact solutions explaining the impact of geological layering, depth-decaying and anisotropic hydraulic conductivity on the groundwater flow field. For instance, layers of Quaternary deposits and decaying permeability with depth both increase the importance of smaller topographic scales and creates groundwater flow fields where a larger portion of the water occupies smaller and shallower circulation cells, in comparison to homogeneous systems. / Gravitationen är den mest betydelsefulla drivkraften för grundvattenströmning. Topografin och geologin fördelar vattnets potentiella energi i landskapet. Grundvattenytans läge definierar vattnets potentiella energi, vilket är ett randvillkor för grundvattnets strömningsfält. I humida områden med en relativt tät berggrund och tillräckligt tunna jordlager, följer grundvattenytan landskapets topografi. Därav följer att grundvattenströmningen är styrd av topografin i dessa områden. I denna avhandling belyser jag den flerskaliga topografistyrda grundvattenströmningen. Min målsättning har varit att kvantitativt bestämma grundvattenströmningens rumsliga fördelning samt att undersöka hur olika geologiska parametrar påverkar grundvattencirkulationen. Jag har använt såväl numeriska modeller som analytiska lösningar, för att undersöka hur topografin styr grundvattenströmningen. De numeriska modellerna är mer komplexa än de analytiska lösningarna och kan därför användas för att undersöka betydelserna av olika förenklingar som finns i de analytiska lösningarna. De analytiska lösningarna är baserade på spektralanalys av topografin, samt superponering av enhetslösningar, där varje enhetslösning beskriver hur en specifik topografisk skala påverkar grundvattnets strömningsfält. Detta är ett effektivt tillvägagångssätt för att undersöka flerskaliga effekter av topografin, eftersom påverkan av varje enskild topografisk skala kan studeras separat. Resultaten som presenteras indikerar att topografin är fraktal och att den ger upphov till cirkulationsceller av varierande storlek som även dessa är av en fraktal natur. Denna grundläggande fördelning i grundvattnets strömningsfält ger upphov till att grundvattnets uppehållstid i marken följer ett självlikformigt mönster och kan förklara uppmätta tidsvariationer av lösta ämnens koncentrationer i vattendrag efter regn. Geologiska trender påverkar hur grundvattenströmningen styrs av topografin. De exakta lösningar som presenteras här, beskriver hur geologiska lager samt djupavtagande och anisotropisk hydraulisk konduktivitet påvekar grundvattnets strömning. Exempelvis är betydelsen av mindre topografiska skalor viktigare i områden med kvartära avlagringar och en berggrund med djupavtagande konduktivitet, än i områden med homogen bergrund utan kvartära avlagringar. Dessutom är en större andel strömmande vatten belägen närmare markytan i de förstnämnda områdena. / QC 20100802

Chemical sensing is believed to be the oldest sensory ability. The chemical senses, olfaction and gustation, developed to detect and analyze information in the form of air- or waterborne chemicals, to find food and mates, and to avoid danger. The organization of the olfactory system follows the same principles in almost all living animals, insects as well as mammals. Likely, the similarities are due to parallel evolution – the same type of organisation seems to have arisen more than once. Therefore, the olfactory system is often assumed to be close to optimally designed for its tasks.Paradoxically, the workings of the olfactory system are not yet well known,although several milestone discoveries have been made during the last decades. The most well-known is probably the disovery of the olfactory receptor gene family,announced in 1991 by Linda Buck and Richard Axel. For this and subsequent work, they were awarded a Nobel Prize Award in 2004. This achievement has been of immense value for both experimentalists and theorists, and forms the basis of the current understanding of olfaction. The olfactory system has long been a focus for scientific interest within several fields, both experimental and theoretical, and it has often been used asa model system. And ever since the field of computational neuroscience was founded, the functions of the olfactory system have been investigated through computational modelling. In this thesis, I present several approaches to biologically realistic computational models of parts of the olfactory system, with an emphasis on the earlier stages of the vertebrate olfactory system – olfactory receptor neurons (ORNs) and the olfactory bulb (OB). I have investigated the behaviour of the enzyme CaMKII, which is known to be critical for olfactory adaptation (suppression of constant odour stimuli) in the ORN, using a biochemical model. By constructing several OB models of different size, I have shown that the size of the OB network has an impact on its ability to process noisy information. Taking into account the reported variability of geometrical, electrical and receptor-dependent neuronal characteristics, I have been able to model the frequency response of a population of ORNs. I have used this model to find the key properties that govern most of the ORN population’s response, and investigated some of the possible implications of these key properties in subsequent studies of the ORN population and the OB – what we call the fuzzy concentration coding hypothesis. / Detektion av kemiska ämnen anses allmänt vara den äldsta sensoriska förmågan. De kemiska sinnena, lukt och smak, utvecklades för att upptäcka och analysera kemisk information i form av luft- eller vattenburna ämnen, för att hitta mat och partners, och för att undvika fara. Luktsystemet är organiserat efter samma principer hos nästan alla djurarter, insekter såväl som däggdjur. Troligen beror likheterna på parallell evolution – samma organisation verkar ha uppstått mer än en gång. Därför antas det ofta att luktsystemet är nära optimalt anpassat för sina arbetsuppgifter.Paradoxalt nog är luktsystemets arbetsprinciper ännu inte väl kända, även om flera banbrytande framsteg gjorts de senaste decennierna. Det mest välkända är nog upptäckten av genfamiljen av luktreceptorer, som tillkännagavs 1991 av Linda Buck och Rikard Axel. För detta och efterföljande arbete belönades de med Nobelpriset år 2004. Upptäckten har varit mycket värdefull för både experimentalister och teoretiker, och är grunden för vår nuvarande förståelse av luktsystemet. Luktsystemet har länge varit ett fokus för vetenskapligt intresse inom flera fält, experimentella såväl som teoretiska, och har ofta använts som ett modellsystem. Och ända sedan fältet beräkningsneurobiologi grundades har luktsystemet undersökts genom datormodellering. I denna avhandling presenterar jag flera ansatser till biologiskt realistiskaberäkningsmodeller av luktsystemet, med tonvikt på de tidigare delarna av ryggradsdjurens luktsystem – luktreceptorceller och luktbulben. Jag har undersökt beteendet hos enzymet CaMKII, som anses vara kritiskt viktigt för adaptation (undertryckning av ständigt närvarande luktstimuli) i luktsystemet, i en biokemisk modell. Genom att konstruera flera olika stora modeller av luktbulben har jag visat att storleken på luktbulbens cellnätverk påverkar dess förmåga att behandla brusig information. Genom att ta hänsyn till nervcellernas rapporterade variationer i geometriska, elektriska och receptor-beroende karaktärsdrag har jag lyckats modellera svarsfrekvenserna från en population av luktreceptorceller. Jag har använt denna modell för att hitta de nyckelprinciper som styr huvuddelen av luktreceptorneuron-populationens svar, ochundersökt några av de tänkbara konsekvenserna av dessa nyckelprinciper i efterföljande studier av luktreceptorneuron-populationen och luktbulben – det vi kallar ”fuzzy concentration coding”-hypotesen. / QC20100723

Rechargeable lithium-ion batteries have both the power and energy capabilities to be utilized in hybrid electric vehicles and other power demanding applications. However, there are obstacles primarily related to reliability in safety and lifetime. Additionally, there is still room for improvement in the battery performance. In this work, physics-based mathematical models have been successfully set-up and numerically solved to investigate performance, safety, and aging in lithium-ion battery systems. This modeling approach enabled a detailed analysis of the electrochemical processes related to these issues. As the models included many parameters and spatial resolution of several variables with time or frequency, strategies for investigation needed to be developed for most of the work. The accuracy of the investigation was consolidated by the utilization of parameters characterized from experimental work. The performance expressed in terms of polarization was determined for a power-optimized battery cell undergoing various operating conditions. A methodology that separated and quantified the contribution of each process to the polarization was set up, allowing the study of the contributions as a snapshot in time and as an average over a cycle. Mass transport in electrolyte was shown to be a crucial feature to improve especially if the battery is expected to undergo high current-loads for long periods of time. Safety-concerns when a battery cell is short-circuited were investigated for three types of short-circuit scenarios. All scenarios raised the temperature to the point where exothermic side reactions were initiated. The similarities between the scenarios in temperature increase were a result of the limiting current being reached. The differences, however small, were related to the placement of the short-circuit. Especially when the current collectors were not directly connected by the short circuit, an increased electronic resistance was observed which lowered both the generated current and heat. The aging of a battery cell was investigated by model analysis of electrodes harvested from fresh and aged cells. A methodology was used where a frequency-dependent model was fitted to three-electrode impedance experiments by tuning parameters associated to electrode degradation. For cycled cells, electrolyte decomposition products inhibiting the mass transport in the electrolyte and particle cracking in the positive electrode increased the impedance. A similar model was also set up for investigation of the lithium intercalation processes in PAN-based carbon fibers, showing it to have both good mass transport and kinetic capabilities. / Laddningsbara litiumjonbatterier har både ur energi- och effektsynpunkt möjligheten att kunna användas i elhybridfordon och inom andra effektkrävande tillämpningsområden. Batteriets säkerhet och livslängd är dock inte helt tillförlitliga. Dessutom finns det fortfarande utrymme för förbättringar av litiumjonbatteriets prestanda. I det här arbetet har matematiska modeller baserade på fysikaliska egenskaper framgångsrikt ställts upp och lösts numeriskt för att studera prestandan, säkerheten samt åldrandet hos litiumjonbatterisystem. Denna typ av modellering gjorde det möjligt att detaljerat analysera hur de elektrokemiska processerna bidrar. Eftersom modellerna omfattade ett stort antal parametrar och har variabler som förändras i åtminstone en dimension med tid eller frekvens, krävdes det att tydliga strategier för arbetet ställdes upp. Modelleringsstudiens noggrannhet stärktes av att flertalet av de använda parametrarna hade bestämts experimentellt. Polarisationen som ett mått på prestanda bestämdes för ett effektoptimerat batteri under olika laster. En metodik som separerar och beräknar hur mycket varje process bidrar till polarisationen skapades och användes för att studera bidragen över tid eller över en hel lastcykel. Resultaten visade att masstransporten i elektrolyten påverkar till stor del och bör förbättras om batteriet förväntas belastas med hög ström under lång tid. Säkerheten i samband med kortslutning av en battericell undersöktes för tre olika fall av kortslutningar. Alla fall uppvisade en temperaturökning som skulle kunna bidra till att exoterma reaktioner startas och termisk rusning uppstår. Temperaturökningen var liknande i samtliga kortslutningsfall och berodde på att gränsströmmen nåddes inom cellen. Skillnaderna mellan kortslutningsfallen var inte så betydande men kunde härledas till kortslutningens placering. Framförallt fallet då strömtilledarna inte kontakterades av kortslutningen observerades en ökad elektronisk resistans som sänkte både strömmen och värmeproduktionen. Åldringen i en battericell undersöktes genom modellanalys av elektroder som tagits från nya eller åldrade celler. Som metod användes en frekvensberoende modell som anpassades till tre-elektrod-impedansmätningar genom förändring av parametrar som beskriver elektrodnedbrytning. Då cellerna cyklats, visade förändringen av dessa parametrar att impedansen ökar på grund av nedbrytningsprodukter från elektrolyten som hindrar masstransporten och att det aktiva materialet i positiva elektroden spricker. En liknande modell användes också till att undersöka PAN-baserade kolfibrers förmåga att interkalera litium och resultaten visade på att den har mycket goda elektrokemiska egenskaper. / <p>QC 20130520</p>

HYPE-modellen utvecklades som ett hjälpmedel för att uppfylla målet om att alla svenska vattendrag ska ha uppnått åtminstone god ekologisk status år 2015, enligt EU:s ramdirektiv för vatten. I HYPE-modellen delas avrinningsområdet in i markklasser, som definieras utifrån kombinationen av jordart och markanvändning/marktäckeklass. I modellen finns det många parametrar. Vissa av dem är generella för ett större område eller kan hämtas ifrån tidigare forskning, medan andra måste kalibreras för varje avrinningsområde. De parametrar som kalibreras beror i de flesta fall antingen av jordart eller av markanvändning eller marktäckeklass. Syftet i den här undersökningen var att kalibrera HYPE-modellen för ett mindre avrinningsområde samt undersöka avrinningsvägar och utvärdera den utförda kalibreringen. Det undersökta avrinningsområdet kallas Krycklan och ligger i Vindeln kommun i Västerbottens län. Det är ett avrinningsområde som huvudsakligen består av skog, men även innehåller inslag av jordbruksmark och myrmark. Kalibreringen gjordes i två steg, först för ett mindre delavrinningsområde och sedan för hela avrinningsområdet. Två avrinningskalibreringar gjordes för det mindre delavrinningsområdet. Kalibrering A utfördes med ansatsen att få en så hög anpassning som möjligt, med utgångspunkt i det statistiska måttet NSE, vilket är kvadratsumman av residualerna dividerat i den totala kvadratsumman. Kalibrering B gjordes i samråd med SMHI om rimlig storlek på parametervärdena, men gav ett sämre värde på NSE. För hela avrinningsområdet utfördes endast en kalibrering. Ett försök till modellering av kväve- och fosforhalter i avrinnande vatten gjordes även. Resultatet visade att det gick att få en kalibrering av modellen att följa uppmätt flöde väl, även på mikroskala. Skillnaden mellan kalibrering A och kalibrering B var att den första bättre fångade uppmätta flödestoppar, men gav ett för högt basflöde. För både blöta och torra år gick det att få en hög anpassning, men kalibreringen fungerade generellt sätt bättre för blöta år. Det var betydligt svårare för modellen att fånga variationen i kväve- och fosforkoncentrationer, men samband mellan modell och mätvärdena kunde ändå ses. / The HYPE-model was developed as an aid of achieving the goal of all Swedish watercourses should have reached at least well ecological status by the year of 2015, according to the EU Water Framework Directive. In the HYPE model, the catchment is divided into soil classes which are a combination of soil and land use. In the model, there are many parameters. Some of them are general for a larger area or can be obtained from previous research, while others must be calibrated for each catchment. The parameters to be calibrated depend in the most cases either on soil or land uses. The aim of this study was to calibrate and evaluate the HYPE model for a small catchment. The investigated catchment is called Krycklan and is located in the municipality of Vindeln in the province Västerbotten. The catchment consists mostly of forest, but there are also some agriculture and mire. The calibration was made in two steps, first on a small sub-basin and then to the entire basin. Two runoff calibrations were made for the smaller sub-basin. Calibration A was performed with the approach to obtain as high fit as possible, on the basis of the statistical measure NSE, which is the quadrate of the residuals divided in the quadrate of the total quadrate sum. Calibration B was made after consultation with SMHI (The Swedish Meteorological and Hydrological Institute) of the adequate size of the parameter values. For the entire basin only one calibration was performed. An attempt at modelling of nitrogen and phosphorus concentration in runoff was also made. The results showed that it was possible to get the model to follow the measured flow well, even at the micro scale. The difference between calibration A and calibration B was that the first one was better to catch the measured flow peaks, but resulted in too high base flow. For both wet and dry years it was possible to obtain a high fit, but the model generally got better for the wet years. There was much more difficult for the model to capture variation in nitrogen and phosphorus, but the connection between the model and the measurements could still be seen.

The main objective of this thesis was to develop appropriate strategies and find factors that affect the usability of parameterized designs. This was accomplished by investigate the user-interface and how it is designed to meet the user's information needs. The thesis also embraces the basic theories in terms of investigation, cognitive design principles and human behavior patterns in the interaction with the machine. The approach has led to an explorative investigation in this subject area. The thesis also had the purpose to achieve more efficient ways for development of motor chainsaws at Husqvarna AB's department Global Cutting Equipment. That can be achieved through reduce costs of development per sold unit. To reduce cost depends to what extend the program is helping the user to achieve goals during the design execution. The thesis also includes an investigation of the factors that affect the design of such a program. To explore appropriate strategies was a theoretical design process implemented in the study. From the perspective of technology has the author utilized knowledge in engineering design and programming. The program approach utilized was Visual Basic languish in Visual Studio enviroment for the user-interface and a Catia V5 CAD-platform for the chainsaw design. The result is a program which could use reconfigured parameters as needed to create customized designs correctly and effectively. This thesis has also resulted in appropriate principles for the design of a user-friendly interface that were up for the task to be a supporting tool through the execution. It has also been established appropriate tools and methods for analysis and optimization of the program. The author feels that the results of methods and principles in this study were of high reliability and can therefore be applied to other projects, even if the results only are valid for this specific case. / Huvudsyftet med detta examensarbete har varit att utveckla lämpliga strategier och finna faktorer vilka påverkar användarvänligheten för en parametriserad design. Detta åstadkomms genom att undersöka hur användarformulärets gränssnitt ska utformas för att möta användarens informationsbehov. Examensarbetet omfattar även grundteorier vad gäller undersökningsmetoder, kognitiva designprinciper och människans beteendemönster i interaktion med maskin. Tillvägagångsättet har inneburit en explorativ undersökning i detta ämnesområdet. Examensarbetet har även haft syftet att åstadkomma effektivare utvecklingsprocess av motorsågskedjor för Husqvarna AB’s avdelning Global Cutting Equipment. Detta kan åstadkommas genom minskade kostnader i utveckling per såld enhet. Att reducera kostnader påverkas av vilken omfattning programmet hjälper användaren att uppnå mål under exekveringen. Examensarbetet inkluderar även en undersökning av faktorer vilka påverkar designen i ett sådant program. För att undersöka lämpliga strategier i genomförandet har en teoretisk designprocess använts. Ur tekniskt perspektiv har författaren även använt kunskaper inom konstruktionsdesign och programmering. De använda programmen i genomförandet har varit Visual Basic språk i Visual Studio miljö för användarformuläret och en CAD-plattform i Catia V5 för kedjekonstruktionen. Resultat är ett program vilken skulle kunna omkonstruera designen korrekt och effektivt med parametrar efter behov. Arbetet har även resulterat i lämpliga principer för designen av ett användarvänligt gränssnitt vilken kan klara uppgiften att vara ett hjälpande verktyg under exekveringen. Det har även fastställts en del lämpliga verktyg eller metoder för analys och optimering av programmet. Författaren upplever även att resultaten av metoder och principer i denna studie, var av hög reliabilitet och kan därför appliceras på andra projekt, även om resultaten bara är giltiga för denna specifika studie.

Växande städer leder till att naturmark omvandlas till stadsmiljöer. Det skapar mer hårdgjorda ytor och därmed ökade volymer dagvatten som behöver hanteras. Modellering av dagvattennätet används ofta för att bedöma kapaciteten och risk för översvämningar. Avrinningsområdets storlek är en avgörande parameter för att bedöma hur mycket vatten som kommer till en viss ledning. Traditionellt har automatisk bestämning av avrinningsområden gjorts enbart utifrån topografin. I områden med dagvattennät styr däremot ledningarnas sträckning i första hand hur vattnet rinner, och de följer inte nödvändigtvis terrängen. ArcHydro Tools, som är ett tilläggsprogram till ArcMap, har utvecklats för att beräkna topografiska avrinningsområden. Genom att programmera en tilläggsfunktion i Python har processen i ArcHydro Tools anpassats för att kunna ta hänsyn till dagvattennätet. Dagvattennätet approximerades som vattendrag. Tryckledningar och tunnlar tillåter inte något inflöde av vatten. Därför beskrevs dessa som ändpunkter i ledningsnätet, varifrån vattnet inte rann vidare. Funktionen som skapades i det här examensarbetet tillät att vattnet stannade i dessa punkter, till skillnad från i den ursprungliga metoden. Den utgick istället från att vattnet rann till kanten av det undersökta området, vilket i de här fallen skulle ha resulterat i felaktigt avgränsade avrinningsområden. Tilläggsfunktionen anpassades för att användas som övriga funktioner i ArcMap och testades på data över Lidingö stad. Resultatet visade att det var möjligt att utnyttja topografiskt baserade metoder för bestämning av avrinningsområden så att avgränsningen istället skedde med utgångspunkt i dagvattennätet. Det är ett steg mot att effektivisera processen för bestämning av avrinningsområden för användning vid hydrologisk modellering av dagvattennätet. Behovet av manuell bearbetning minskas. Ett försök att i ArcMap implementera en funktion för efterbehandling av avrinningsområden gjordes också. Funktionen letar upp avrinningsområden som bedöms som för små och lägger ihop dem med ett närliggande område. Avrinningsområden som beräknats med den modifierade metoden har senare använts vid modellering av dagvattennätet i Molkom, Värmland. / Growing populations result in expanding cities. An increase in the amount of impervious surfaces in the area will follow and thereby generate more storm water. The capacity of the drainage system can be evaluated using hydraulic modelling. The model highly depends on the catchment areas, which will determine the water volume each pipe section receive. Watershed delineation is usually done based on the topography. However, if a storm water drainage system is present, it may route the water in a different direction than the slope indicates. ArcHydro Tools is an extension to ArcMap and is commonly used to delineate catchment areas. The method heavily relies on topography during this process. A function has been developed during the course of this project to allow for the drainage system to be the primary source of information for watershed delineation. This function made sure that outlets in the model were to be evaluated as such, even if they happen to be located in the middle of the area of interest. The water is therefore not necessarily routed to the edge of the elevation model, but can be allowed to stay at the appropriate position. In order to do this, the drainage system was represented as a stream network. The new method was applied to test data supplied by Lidingö city, Stockholm, Sweden, and included elevation data and information about the drainage system. The result implies that it is indeed possible to use the drainage system as a base for delineation of catchment areas. A more efficient method of calculating catchment areas will reduce the required amount of manual processing, thereby saving time and resources. Another function, for finishing up the resulting catchment areas, is proposed but not fully implemented. The whole process was used to delineate catchment areas for Molkom, County of Värmland, Sweden. The resulting watersheds were later successfully used for modelling the storm water drains in the area.

Bornsjön är Stockholms viktigaste reservvattentäkt och kan tillgodose staden med dricksvatten i flera månader om Mälaren skulle slås ut. Det är därför viktigt att Bornsjön håller en god vattenkvalitet. Under de senaste åren har vattenkvaliteten avseende totalfosfor i Bornsjön försämrats. Hög belastning av fosfor kan leda till övergödning i en sjö. När en sjö är övergödd uppstår ökad syreförbrukning som kan leda till syrebrist. Vid syrebrist frigörs fosfor från sediment och det blir större näringstillgång som bidrar till mer övergödning. Övergödning beror ofta på utsläpp från punktkällor, till exempel från avloppsvattenutsläpp, men kan även bero på diffusa utsläpp från jordbruksmark och skog inom avrinningsområdet. Syftet med examensarbetet var att förstå vilka fosforprocesser som är viktiga för Bornsjönsom ekosystem och med den dynamiska massbalansmodellen LakeMab utvärdera olika realistiska åtgärder för att minska belastningen av totalfosfor. Marken runt Bornsjön ägs av Stockholm Vatten och med resultaten från detta arbete ska Stockholm Vatten få olika förslag på vilka åtgärder som bör prioriteras. Resultat från andra kända modeller har även jämförts med LakeMabs resultat. Studien visade att det är möjligt att reglera belastningen av totalfosfor på Bornsjön genom till exempel införande av vallodling, minskning av åkerareal och genom minskade utsläpp från enskilda avlopp. Dessa olika åtgärder kan kombineras för ökad effekt. Det är även möjligt att sänka totalfosforkoncentrationen i sjön genom att sänka sjöns pH-värde. Detta är dock en åtgärd som inte rekommenderas på grund av att en förändring av det naturliga pH-värdet påverkar ekosystemet. För att i framtiden kunna göra liknande studier med mer tillförlitliga resultat bör provtagningsprogrammet i dikena utökas, speciellt vid kraftig nederbörd då fosforläckaget från marken är större. / Lake Bornsjön is Stockholm’s most important reserve water source and can supply the city with drinking water for several months in case Mälaren would be polluted. Thus it is important to maintain the water quality of Bornsjön. In the last years the quality of the drinking water has in reference to total phosphorus in Bornsjön degraded. High load of phosphorus leads to eutrophication in lakes. When a lake is eutrophicated the respiration increases, which may lead to a lack of oxygen in the water. At reduced conditions of oxygen, phosphorus will be released from the sediments which lead to an increased eutrophication. Eutrophication is often the result of anthropogenic point sources, for example waste water treatment plants, but can also be due to diffuse sources like agricultural and forests within the catchment area. The purpose with this Master degree project was to understand which phosphorus processesare important for Bornsjön as an ecosystem and with the dynamic mass balance model LakeMab evaluate different realistic actions to decrease the load of total phosphorus. Most of the catchment area around Bornsjön is owned by Stockholm Vatten and the aim of this project is to recommend Stockholm Vatten which actions should be prioritized. Also, results from other models have been compared with the results from LakeMab. This study showed that it is possible to regulate the load of total phosphorus to Bornsjön, for example with ley farming, less agricultural area and decreased load from individual sewage systems. These different actions can be combined for an increased effect. It is even possible to lower the concentration of the total phosphorus in the lake by decreasing its pH-value. However, this action is not recommended because a change of the natural pH will affect the ecosystem. To make similar studies in the future with more reliable results it is important to extend the sample scheme for the ditches, especially at occasions with high precipitation which leads to increased phosphorus leakage from the soil.