Aihearkisto: koulutus

Millaisiin tarkkuuksiin UAV-laserkeilauksella voidaan päästä?

Helsingin Kalasatamassa tehty kaupunkimallinnuskokeilu on valmis ja loppuraportti on ilmestynyt. Sen voi lukea linkistä.

Hankkeessa on muun muassa testattu monenmoisia ohjelmistoja eri tarkoituksiin ja ainakin tiedonsiirrot ja koordinaatisto-ongelmat näyttävät vaivaavat toimintaa edelleenkin – ihan kuin ne ovat vaivanneet alalla jo vuosikymmeniä.

Hankkeessa on on myös kokeiltu UAV-kuvausta ja UAV-laserskannausta kaupunkien täydennysmittauksiin, kun koko alueen ilmakuvausta tai ilmalaserskannausta ei koeta tarpeelliseksi joka vuonna.

Tässä vaiheessa lukija saattaa järkyttyä – ainakin me järkytyimme vuoden 2018 kokeen lopputuloksesta (s.59):

”Molempia pistepilviä vertailtiin kesällä 2017 mallinnettuun koko kaupungin kattavaan pistepilviaineistoon ja huomattiin, että laserkeilauspistepilvi sisältää virheitä korkeuksissa, kun taas kuvapistepilvi on hyvin täsmällinen aiemmin teetetyn aineiston korkeusarvojen kanssa. Aineistosta tuli kuitenkin käyttökelpoinen, kun pistepilvi korjattiin rekisteröimällä uudelleen käyttäen kuvapistepilveä referenssinä.”

Ottaen huomioon, että ilmalaserkeilaus alkoi syrjäyttää ilmakuvauksen 1990-luvulta alkaen tällaisessa kartoitustoiminnassa juuri paremman tarkkuutensa takia, niin aika mielenkiintoisesti ovat maailmankirjat taas kääntyneet.

Oikeasti myös UAV-laserskannauksella pystytään parempaan ja hyvän aineiston tarkkuus on selkeästi parempi kuin ilmakuvauksen, varsinkin peitteisellä alueella. Tästä löytyy myös ihan oikeaa tieteellistä tutkimusta, jollei myyjää halua uskoa.

Tervetuloa juttelemaan kanssamme aihepiiristä, jos sinulla on tarpeita tarkemman mittauksen suhteen. Toimitamme laitteistoja, mutta koulutamme sinut myös käyttämään laitteita ja saavuttamaan niillä vaadittuja mittaustuloksia.

Alla olevassa videossa esitellään Riegl miniVUX-1UAV integroituna DJI M600-droneen. Se kelpaa moneen tehtävään, mutta tarkkuudessa kuninkuusluokan skannereita ovat hiukan isommat ja painavammat VUX-sarjan skannerit, joiden alle vaaditaan myös isompi drone. VUX-skannerit sallivat myös isomman lentonopeuden, jos aika ja pinta-ala ovat rahaa.

Runkomittauskeskustelu jatkuu

Lämmitimme Lapin mittauspäivillä jo alustavasti runkomittausaihepiiriä ja ensi viikolla 27. maaliskuuta jatkamme samasta aihepiiristä Maanmittauspäivillä otsikolla: ” Runkomittaukset – katoavaa kansanperinnettäkö?”. Siellä laajennamme keskustelua myös kustannusvaikutuksiin, sillä kustannukset ovat tietysti usein se merkittävin motivaatio lähes kaikessa – myös mittauksessa ja rakentamisessa.

Rovaniemellä Tauno Suomisen esitys oli suunnattu pääosin opiskelijoille, joten hän kävi läpi oman mittausuransa kautta kohtaamisensa runkomittauksen kanssa. Hän on niitä harvoja suomalaisia, jotka ovat käyttäneet jo GPS-järjestelmän edeltäjää Navsatia (Navy Satellite Navigation System) ja nimenomaan rungon mittaamiseen. Navsat ei ole oikein edes tunnettu Suomessa, koska se oli vain NATO-maiden ja niiden liittolaisten käytössä.

Tauno on monien projektien mies Suomessa ja maailmalla, joten mittausrungon tarve on tullut hänelle esille jo uran alkuajoista alkaen. Ja kummasti nyt on palattu taas osin1980-luvun tilanteeseen Suomessa. Jälleen kerran jopa mittausalan kouluksen saaneille ihmisille joutuu perustelemaan jopa miksi runkomittausta tarvitaan.

Lähtökohtainen kysymys on siis tietysti mihin runkomittausta tarvitaan? Jos ei tarvita niin ei sitä tietenkään tehdä. Työmaiden tilanteista päätellen tarve ei ole kadonnut minnekään eikä korvaavaa järjestelmää ole kehitetty tilalle – odotamme tietysti mielenkiinnolla dynaamista koordinaatistoa. Nyt mittaukset kelluvat monin paikoin ilmassa ja riitoja riittää. Kuntien heikon tilanteen ovat havainneet myös muutamat rovaniemeläisopiskelijat kesätöissään.

Tauno listasi seuraavia käytännön syita rungon rakentamiseen:

  1. Sidotaan erilaiset maastomittaukset samaan järjestelmään. Varsinkin kun niin tuotetaan hyvinkin monenlaisella laitteistolla ja tarkkuudet vaihtelevat.
  2. Ollaan suunnittelun kanssa samassa järjestelmässä. Ei ole ollenkaan itsestäänselvää edelleenkään, että suunnittelijat toimivat samassa järjestelmässä.
  3. Olosuhteista riippumatta voidaan varmistaa mittausten homogeenisuus alueilla, joissa on heikot GNSS-olosuhteet, jyrkänteitä, pöheikköjä, katukuiluja jyms.
  4. Mittausten laaduntarkastus.
  5. Rakentamisen kontrollit

Esimerkkinä kohdasta 2 mainittakoon tuore Kuntaliiton työpaja, jossa oli esitys muun muassa talosuunnittelun maailmasta:

”Tutustuimme talosuunnittelun koordinaatistomaailmaan ja sen sovittamiseen maailmankoordinaatistoon. Periaatteessa suunnitteluohjelmistot tunnistavat paikkatietokoordinaatistot, mutta vielä on hieman matkaa käytössä olevien koordinaattijärjestelmien täydelliseen tukemiseen.”

Tätäkin selitystä ohjelmistojen koordinaatistojärjestelmistä on kuunneltu jo monta kymmentä vuotta ja matkaa on aina ”hieman”. Ihan kulman takan ollaan – ken uskoo enää?

Tämän hetken tilanne työmailla on siis kovin kirjava ihan niinkuin aikaisempinakin vuosikymmeninä, vaikka nimenomaan tieinfran puolella ongelmaa saatiin kuriin määrätietoisella tietotaidon kasvattamisella ja koulutuksella kuten Tauno alla kertoo.

Muutosta menneisyyteen on se, että tämän hetken tilanteessa roolijako näyttää olevan aika avoinna. Esimerkiksi pisteverkkojen osalta sekä Maanmittauslaitos että kunnat eivät tarvitse enää entisen kaltaista tiheää pisteverkkoa. Rakentaminen tarvitsee, joten runkopisteet jäävät käytännössä yhä enemmän heidän harteilleen. Sitten se on enää kysymys tietotaidosta ja resursseista, joita isolla osalla rakentajia ei ole.

Isot ja vaativat mittauskohteet ovat aina olleet varsin pienen erikoisosaajajoukon harteilla, mutta asiansa osaavien mittaajien joukko pitäisi olla niin laaja, että pienetkin kohteet sujuvat.

Myös vaativien ja isojen hankkeiden kohdalla tietotaidon puute on alkanut nyt näkyä kuten olemme omakohtaisesti havainneet mobiililaserkeilausprojektissa. Jos mittausprojektien laadunhallinta on pahasti hukassa ja joudutaan riitoihin, niin voittaja on se, jolla on tietotaitoa tehdä virheanalyysiä. Tai mikä pahinta, jäädään ihmettelemään eri mittausten eroja eikä kukaan osaa tehdä mitään asialle. RTK-mittauksen ja koneohjauksen aikakautena on hulluinta, että jopa osassa yliopistojamme ei enää ymmärretä rakentamisen toleranssin määritelmää, kuten tästäkin kotimaisesta tutkimuksesta näkyy.

Mutta miten tässä eteenpäin? Tule kuuntelemaan Taunon esitys Maanmittauspäivillä ja juttelemaan hänen kanssaan esityksen jälkeen. Tai piipahda toimistollamme kuulemassa lisää. Yhteiskunnan mittakaavassa emme pysty asiaa ratkaisemaan vaan potkimme vain eri tahoja hereille. Käytännön tasolla tarjoamme myös runkomittauksen koulutusta, jos sinulta/organisaatioltasi puuttuu tietotaitoa ja haluat oppia. Käytännönläheisen koulutuksemme tavoitteena ovat onnistuneet projektit eli oppiminen tekemisen kautta suunnittelusta havaintojen keräämiseen, laskentaan, dokumentointiin ja laadunvalvontaan. Meillä ei tuijoteta powerpointteja vaan jokainen joutuu oppimaan tekemällä.

Runkomittaukset ja mittausperusta

Viime vuosina, koko ajan voimistuen, olemme saaneet jatkuvasti signaaleja runkomittausten tekemisen ja tarkoituksen tietotaidon heikkenemisestä. Pitkään alalla toimineina tuntuu suorastaan hämmentävältä, miten nopeasti käytännön rautainen tietotaito voi kadota.

Syy ilmiöön lienee pääosin RTK-GNSS-mittauksen kasvussa niin, että sillä on korvattu paljon muilla mittaustekniikoilla tehtyjä mittauksia. Samalla isoja, neitseelliseen maastoon sijoittuvia isoja infrahankkeita on ollut huomattavasti menneitä vuosikymmeniä vähemmän. Nyt on pitkästä aikaa suunnitteilla lähes 100 km pituinen Espoo – Salo -oikorata. Useampi iso ratahanke kuten Tampereen raitiotie ja pääkaupunkiseudun raidejokeri sijoittuvat puolestaan olemassa olevaan kaupunkiympäristöön, jossa on helppo liikkua, mutta luonnollisesti näissäkin projekteissa tarvitaan oma projektikohtainen mittausperusta taso- ja korkeuskiintopisteineen.

Valtakunnallista kiintopisteverkkoa, joihin rakennusprojektien mittausperusta siis ohjeiden mukaan sidotaan, pitää yllä Maanmittauslaitos. Tämän lisäksi kunnilla on oma alempien pisteiden kiintopisterekisterinsä, joka mittausmenetelmien muuttuessa näyttää erityisesti rapistuneen. Eikä ole Maanmittauslaitoksen alemman luokan pisteistössä hurraamista – pisteitä katoaa jatkuvasti eli ylläpito maksaa rahaa ja vie aikaa. Kuntien mittausosastojen kontolla oleva peruskartan ylläpito ja päivittäminen on tarkkuusvaatimuksiltaan sen verran löperöä tavaraa eli GIS-paikkatietoa, että tehtävä onnistuu RTK-GNSS-mittauksilla. Sama pätee kaupunkimallin vaatimuksiin. Koska maksajaa kiintöpisteverkolle ei siis ole, niin sen ylläpito ja merkitys on monessa kaupungissa jo unohdettu.

Tässä vaiheessa ongelmat astuvat mukaan kuvioon, sillä kuntien alueilla tehtävät rakennusprojektit tarvitsevat paikalliseen luotettavaan pisteverkkoon sidotun mittausperustan. Kaikki rakentamisen laatu- ja tarkkuusvaatimukset mittausten osalta on määritelty valtakunnallisen verkon suhteen, jolloin voidaan edes tarkistaa tulokset. Riidat syntyvät heti kun eri osapuolet tekevät mittauksensa joko omassa mittausperustassa (esimerkiksi eri puolilta kauempaa tuodut kiintopisteet) tai eivät käytä ollenkaan paikallista vaan globaalia mittausperustaa kuten RTK-GNSS-mittauksissa voidaan helposti tehdä. Sitten joka puolella ihmetellään esimerkiksi 5 -10 cm pykäliä teissä, joita katurakenteiden ja päällysteiden tekijät pyrkivät luonnollistesti tasoittamaan ”silmällä”. Aina he eivät kykene siihen. Muun muassa Helsingin uusissa kaupunginosissa on aikamoisia rakenteiden korkeusongelmia.

Huomioitavaa on, ettei meillä ole globaalin mittausperustan laadunvalvontajärjestelmää vaan se perustuu hierarkkiseen ylemmästä pisteistöstä alempaan määriteltyyn paikalliseen/ valtakunnalliseen järjestelmään.

Huolestuttavaa ei ole pelkästään toteuttajien tietotaidon katoaminen vaan myös tilaajien kasvava ymmärtämättömyys asiasta. Ennen tilaajillakin oli sentään tiukat laatujärjestelmänsä, joilla valvottiin toteutusta, mutta nyt myös tilaajienkin laadunvarmistus tuntuu olevan osin katoavaa kansanperinnettä.

Liikenneviraston ohjeistus aihepiiristä, sekä mittausohje että toimintaohje, on hyvin ajan tasalla tarvittavista vaatimuksista. Kuitenkin koulutuksellinen ja käytännön tietämättömyys aihepiiristä on kasvavassa määrin retuperällä. Tarttis tehrä jotain?

Jos aihepiiri kiinnostaa, niin tervetuloa Maanmittauspäiville 27.3. klo 14:30 kuuntelemaan DI Tauno Suominen esitystä ”Runkomittaukset – katoavaa kansanperinnettäkö”. Tauno on on ollut mukana sadoissa infrahankkeissa ja toiminut primus motorina ilmalaserkeilauksen käyttöönotossa Suomessa 20 vuotta sitten. Hän on TVH:n mies ja ylpeä siitä.

Luonnollisesti tarjoamme myös aihepiirin käytännön koulutusta, joten ole yhteydessä jos tarvitset tietoa.

Lisää luettavaa:

https://julkaisut.liikennevirasto.fi/pdf8/lo_2017-18_maastotiedot_mittausohje_web.pdf

https://julkaisut.liikennevirasto.fi/pdf8/lo_2017-19_maastotietojen_hankinta_web.pdf

1998 – 2018. 20 vuotta operatiivista ilmalaserkeilausta Suomessa

Ennen kuin vuosi vaihtuu ja suuntaamme katseet taas tulevaan, niin tehdäänpä pieni katsaus ajassa taaksepäin. 20 vuotta sitten Suomessa koettiin sellainen disruptiivinen muutos, jollaista poliitikot ja erilaiset visionäärit koko ajan haikailevat. Koska muutoksen aikaansaanutta organisaatiota eli Tielaitosta ei enää sellaisenaan ole, niin muistellaanpa hieman mitä tapahtui.

Valtatie 1:n uusi linjaus välille Lohja-Suomusjärvi oli päätetty rakentaa ja aikataulu oli tavanomaisen tiukka. Maastomalli piti luonnollisesti mitata suunnittelua varten ja silloinen Tielaitos ryhtyi toimeen heti päätöksen tultua. Kentällä hyöri 30 mittausryhmää, mutta työ sujui hitaasti. Paikan päällä todettiin maaston olevan todellakin niin hankalaa jyrkkine kallioseinämineen, tiheine pusikoineen ja suoalueineen, että mittausryhmät olisi pitänyt tuplata aikataulussa pysymiseen.

Mittausryhminen tuplaamisen sijaan saatiin lupa ja kunnollinen rahoitus T&K-projektiin ilmalaserkeilauksen kehittämiseksi infrasuunnittelun tarpeisiin. Itse mittaustekniikka oli tuohon aikaan pääosin vielä tutkimuksellisella tasolla ja globaalisti kaupallisessa käytössä olevat laitteistot pystyi laskemaan kymmenella sormella. Kunnollisia ohjelmistoja aineistojen käsittelyyn ei ollut.

Tielaitoksen konsultointiyksikössä tuolloin toiminut nykyinen kouluttajamme ja projektien vetäjämme DI Tauno Suominen oli käynyt Ruotsissa tutustumassa Saab Survey AB:n kehittämään TopEye-laitteistoon ja teknologiaan vuonna 1997 ja syksyllä 1998 tehtiin Tielaitoksen ensimmäinen keilaus Lohja-Suomusjärvi osuudella. Iso osa työstä jouduttiin uusimaan keväällä 1999, koska ensimmäisellä kerralla lentolinjat suunniteltiin perinteisen ilmakuvauksen opein. Oppimisläksynä oli, että uudet teknologiat vaativat koko prosessin uudelleen suunnittelun kun niistä halutaan hyötyä kunnolla.

Tauno on kirjoittanut jo aikoinaan useita artikkeleita, joissa kuvataan alkuaikojen tapahtumia. Jos aihepiiri kiinnostaa laajemmin, niin Valtatie 1:n tapahtumia kuvataan tässä Maankäytön artikkelissa ja Kerava-Lahti oikoradan rakentaminen mittauksen kannalta kerrotaan täällä.

Tauno allekirjoittaa vielä edelleenkin kirjoittamansa lukuunottamatta ilmakuvia sisältävien hybridiaineistojen tarvetta. Moderneilla keilaimilla tuotettu tiheä pistipilviaineisto ei tarvitse kuva-aineistoja rinnalleen tulkintaa ja mallinnusta varten ja mahdolliset ortokuvat voi tehdä suoraan pistepilvistä. Kustannuksellisesti kyseessä on suuri säästö menneeseen verrattuna, sillä ilmakuvaus tehdään useimmiten erillisillä lennoilla ja sääikkuna onnistuneeseen kuvaukseen on huomattavasti kapeampi kuin laserkeilauksessa.

Mainittakoon vielä tämän saman tuotekehitysprojektin aikaansaama TerraSolid Oy:n pistepilviaineistojen ohjelmistokehitys, jolla yhtiö onkin onnistuneesti valloittanut maailmaa. Tekniikan kehityksen varhaisessa vaiheessa suoraan tarpeeseen toteutettu ohjelmistokehitys
yhdessä asiakkaan kanssa antoi TerraSolidille avainaseman myös globaaleilla markkinoilla.

Training: geodetic monitoring using mobile laser scanning

During their training, the STARA surveyors have been facing increasingly more difficult projects as they progress on their learning path. Typically urban environments have more challenges than working on open roads, so basically they have practiced to deliver projects in their normal working environment. There are e.g. a few hundred kilometers of tunnels in Helsinki ( and who knows, maybe a 100 km tunnel between Helsinki and Tallinn in the future) and the second longest tunnel in the world, the Päijänne water tunnel also ends here.

Tunnels mean non-existing GNSS and have been a good exercise to geodetic monitoring of support walls. Founded on a hilly terrain, Helsinki has many old and new support walls and structures that require monitoring in case of deformation and other changes.

In the center of Helsinki, these walls are often located in urban canyons, but they can be seen from the road and therefore they can be measured also from a moving vehicle. The urban canyons create almost tunnel like experiences as far as GNSS is concerned which is why measuring tunnels is a good practice for this type of monitoring.

When geodetic monitoring is discussed, the accuracy requirements determine the methods and the used tools. With careful planning and right equiment, the RIEGL VMX-1HA, our calculations show that we can detect deformations as small as 5 mm on these uneven stone, which is adequate for this purpose.

During the training, The STARA surveyors have scanned 3 different support walls and are now carefully processing the data to suit the purposes. They will create the zero documentation which will be used again in 6 months time as a comparison for the future scans.

Below you can see screenshots from the raw data – the georeferenced mobile lidar data in different locations around Helsinki. The whole street with its infrastructure can be modeled from this data as well whenever needed.

Venelaserskannauksen tuloksia

Koulutuksen aikana veneestä tehty laserskannaus Riegl VMX-1HA-laserskannausjärjestelmällä osoittautui mielenkiintoiseksi monella tavalla, joten julkaisemme hiukan kuvia aineistosta. Koulutuksessa olevat mittaajat alkavat tässä vaiheessa olla jo hyvällä tasolla tekemisessä.

Aineistoon yhdistyy osin myös autosta maasta käsin tehty mobiililaserskannaus, joten näissä paikoissa pistepilvi on myös hyvin kattava ja rakenteet on mitattu kaikilta puolilta. Mittausaineiston tarkkuus on senttimetritasolla eli myös veneestä tehty mittaus täyttää suunnitteluaineiston pohjana käytettyjen aineistojen tarkkuusvaatimukset.

Lopputuloksessa ihailimme sitä, miten hyvin maalta ja merelta skannatut istuvat yhteen ilman mitään sen suurempia säätöjä.

Koska meren pinta on normaalia matalammalla, saimme mitattua paljon yleensä veden alla olevia rakenteita kuten pitkät pätkät kaijojen paaluja. Alla olevissa kahdessa kuvassa kaijan yläpinnan pistepilvi on piilotettu, jolloin näemme sen alla olevia paaluja. Kahden ristikkäisen skannerin järjestelmällä paaluja saatiin mitattu syvältä kaijan alta ja jopa rakenteen takaseinää näkyy.

Rannalta käsin mitattu aineisto istuu tosiaan erinomaisesti veneestä mitattuun aineistoon

Samalla kertaa tuli myös mitattua Viking Xpress -laivan toinen kylki. Pienen odottelun jälkeen laiva lähti Tallinnaan, jolloin saimme mitattua terminaalin merenpuoleiset rakenteet.

Tästä on hyvä jatkaa!

UAV/droonilaserskannauksen virheistä

Hienoa kun kissa nostetaan pyödälle eli tässä tapauksessa keskustellaan miehittämättömistä lennokeista eli drooneista tehtävästä laserskannauksesta. Ja kuvauksesta myös. Järjestelmien ja siten mittaustulosten välillä on suuria eroja.

Otsikolla ”Detox: Not every UAV lidar sensor is right for your project” varustetussa artikkelissa kerrotaan viime kuussa ILMF-konferenssissa pidetystä esityksestä, jossa Helimap System SA -niminen yritys oli vertaillut omiin tarkoituksiinsa kuvausjärjestelmää ja kahta Lidar-järjestelmää. Näistä jälkimmäinen sisälsi Riegl VQ-480-skannerin, jonka kevyemmät ja nopeammat VUX-sarjan skannerit ovat nykyään jo käytännössä syrjäyttäneet. Jopa tämä vanhempi laite päihitti tuotantotehokkuudessaan ja tarkkuudessaan kevyesti muut verrattavat järjestelmät.

On hienoa, jos käyttäjäkunta alkaa vihdoin keskustella laitteistojen eroista, jottei jokaisen tarvitse tehdä samoja hankintavirheitä. Autonomisten ajoneuvojen kiihkeän kehityksen myötä markkinoille purskahtaa koko ajan lisää ”Lidareita”, joita joita halutaan myös edullisina käyttää drone-kartoituksen tarpeisiin. Auton törmäyksenestoanturi ja mittauslaite ovat käytännössä varsin erilaisia laitteita, jolloin suuri osa noista uutuuksista ei sovi mittaustehtäviin. Edelläkävijät ovat tämän jo omissa kokeiluissaan huomanneet, mutta nyt suurempi yleisö seuraa perässä samoin testein.

Kirjoitus päättyy pohdintaan pääomakustannuksista eli kalliimmasta hankintahinnasta verrattuna siihen työmäärään, jota joudutaan uhraamaan heikkojen järjestelmien aineistoihin, jotka eivät välttämättä kelpaa edes työn vaatimuksiin. Huono mittaustulos maksaa.

Tämän vuoksi lähtökohtamme laitteitojen myyntidialogeissa on aina vaadittu työn tarkkuus. Ja juuri käytännön mittausten tarkkuuksien verifioinnissa meillä on pitkä kokemus – kättä on väännetty myös monen laitevalmistajan kanssa hyvien lopputulosten saavuttamiseksi.

Kerrataanpa vielä lopuksi mistä kaikenlaisen mobiilin eli liikkuvan mittausjärjestelmän virhebudjetti koostuu. Karkeasti ottaen

  • Komponttivirheet – IMU, laserskanneri, GNSS, boresight (IMUn ja skannerin keskinäinen kulman virhe) ,lever arms (komponenttien sijainti ja offsetit toisiinsa nähden) yms. Mukaanlukien myös mittausalustan tuottamat virheet.
  • Laiteintegrointi eli miten järjestelmä on rakennettu
  • Mittauksen suunnittelun/toteutuksen virheet
  • Käyttäjän muut virheet

Esimerkkinä alustaa myöten suunnitellusta UAV-kartoitusjärjestelmä kelpaa tarkastella Riegl RiCopteria.

Loppujen lopuksi kokonaisvirhe – mittauksen epävarmuus ilmoitetaan vain kohtisuoraan (kovaan) pintaan nähden hyvissä GNSS-olosuhteissa ja oletuksena on osaava käyttäjä. Tästä syystä todellinen koetinkivi kaikille järjestelmille ovat kenttäolosuhteet eli reaalimaailma.

Järjestelmäkalibroinnin tärkeydestä

Tauno Suominen mainitsi Maanmittauspäivien 2018 esityksessään Tampereen Hervannassa sijainneen takymetrien järjestelmäkalibrointiin tehdyn rakennusmittausten testikentän. Koska yrityksessämme on paljon muistoja tuohon kyseiseen, jo tuhoutuneeseen kenttään liittyen, niin kerrottakoon kentästä hieman lähemmin alla. Lisäksi Tampereella testattiin stereo-operaattoreita ja Ruskossa sijaitsi fotogrammetrinen testikenttä.

Silloisten TTY:n tutkijoiden nerokkaasti suunnittelemalla rakennusmittausten testikentällä oli peruskallioon mitattuja pisteitä, joiden välinen etäisyys oli tyypillisesti 50 -60 m ja joiden välillä oli huomattavia korkeuseroja.

Kuvassa Heinosen Hannu pohtii selvästi jalustan pystyttämistä lumen peittämälle monikulmiopisteelle 1990-luvulla.

Tampereen kentällä pisteiden välinen etäisyys oli optimaalinen haluttaessa eliminoida ympäristön ja sään vaikutus optisen mittauksen virhetekijöistä. Vaakatasosta poikkeavat tähtäyskulmat ovat myös tyypillisiä käytännön rakennusmittauksissa, mutta valmistajat ilmoittavat laitteiden tiedoissa mittaustarkkuuden vain vaakatasossa tehtäville mittauksille. Näin Tampereella saatiin selville, millaisiin tarkkuuksiin laitteistoilla voidaan päästä käytännön mittaustilanteissa.

Kentän pisteet oli mitattu huolellisesti – kulmat sveitsiläisen Kernin parhaalla DKM-3 optisella teodoliitillä ja etäisyydet saman valmistajan Mekometer ME5000 elektronisella, erittäin tarkalla etäisyyden mittauslaitteella sekä korkeudet sveitsiläisen WILD Heerbruggin valmistamalla WILD N3 tarkkavaaituskojeella. Näin toteutettiin vanha periaate astetta tarkemmilla instrumenteillä tehdyistä referenssimittauksista kuin vertailtavat laitteistot, tyypillisesti takymetrit. Kentän suunnittelusta ja mittauksista tehtiin huolellinen dokumentointi.

Kuvassa näemme kalliotöppäreelle sijoitetun pisteen.

Testaajat saapuivat kentälle mittauslaitteistoineen mukaan lukien laitteiden jalustat, pakkokeskistyslaitteet ja prismat eli koko oma mittauskalusto. He mittasivat neljän täyden havaintosarjan mukaisesti havaintoja pisteeltä toiselle kaikkiin suuntiin (kaikilta pisteiltä kaikille pisteille, jolloin myös pisteiden väliset lävistäjät mitattiin) ja näiden verkkomaisten havaintojen perusteella laskettiin geodeettinen verkko. Verkkomainen pisteistö antoi mahdollisuuden laskea monikulmiojonoja eri pisteiden kautta, jolloin laitteiden mittaustarkkuuksia pystyttiin analysoimaan ja laitteiden ja koko kaluston kuin myös havaitsijoiden virheet paikallistamaan sekä kohdistamaan virheen aiheuttajaan, virhelähteeseen.

Moni mittaryhmä lähti varsin nöyränä pois kentältä, kun millimetrien tarkkuuksia mittaavilla laitteistoilla saatiin useiden senttien virheitä verkkomittauksissa. Pitkän päälle virhelähteiden selvittäminen ja sitä kautta mittaustulosten parantuminen vaikutti positiivisesti mittaajien ammattitaitoon ja mittausjärjestelmistä alettiin pitää parempaa huolta. Tauno Suomisen mukaan iso osa virhelähdettä olivat jalustat.

Heinosen Hannun kokemukset virhelähteistä liittyvät puolestaan isolta osin prismoihin. Takymetreissä käytettävät prismat olivat asennetut runkoihinsa joko nodaalipisteensä kohdalta tai nollapisteensä kohdalta. Nollapistekiinnitteisissä prismoissa prismalasi oli kiinnitetty niin, että mittaussäteen prisman sisällä kulkema poikittainen matka oli huomioitu kiinnityksessä tuomalla prisma mitattavan pisteen etupuolelle (takymetriin päin) jolloin prismavakio oli nolla. Nodaalikiinnitteisessä prismassa prismalasi on kiinnitetty prisman sisällä näkyvän hiontasärmien kuvajaisen kohdalta ja prismalle on laskettu matemaattinen korjausarvo, prismavakio esim. 35,73 mm. Tällaiseen prismaan mitattu matka on tuon matemaattisen prismavakion verran liian pitkä, joten tässä tapauksessa takymetrin prismavakioksi on asetettava -35,73mm.

Eri läpimitan ja eri pituuden omaavilla prismalaseilla on siis erilainen matemaattinen prismavakio, joka mittaajan on tiedettävä. Riippumatta siitä onko kyseessä nolla- vai nodaalikiinnitteinen prisma, jokaisessa prismassa on vielä yksilöllinen nollapistevirhe, jopa pari kolme milliä, joten kaikki prismat olisi kalibroitava yksilöllisesti ja aina yhdessä kyseisen mittauslaitteen kanssa.

Kaiken tuon lisäksi prismojen soveltuvuuteen kyseisen takymetrin kanssa käytettäväksi vaikuttaa prismalasin lasiseos. Nikonin sekä Zeissin osalta laitevalmistajan oli helppo tehdä uudet prismat, sillä optisen lasin valmistus tapahtui molemmissa yrityksissä konsernin sisällä. Japanilaiset takymetrien valmistajat käyttivät tuolloin tyypillisesti Nikonin lasitehtaan valmistamia optisen lasin lasiseoksia ja eurooppalaiset puolestaan Zeiss Schottin lasitehtaan valmistamia optisen lasin lasiseoksia. Näin ollen mekaanisen rakenteen lisäksi prismat voitiin tehdä laitteiston mittaussäteen kannalta optimaalisesta lasiseoksesta. Ja mittaustulokset parantuivat.

Testikentällä mitattaessa huomattiin melko nopeasti, että nollakiinnitteisillä prismoilla ei saatu tarkkoja lopputuloksia, joten testimittauksissa siirryttiin käyttämään nodaalikiinnitteisiä prismoja. Syy tähän on yksinkertainen ja yksiselitteinen. Tarkkoja havaintoja tehtäessä takymetrillä on kohdistettava tähtäys prisman sisällä näkyvään hiontasärmien muodostamaan kuvajaiseen eli nodaalipisteeseen, joka on aina tarkasti mitattavan pisteen päällä vaikka prisma ei olisikaan absoluuttisen tarkasti suunnattuna takymetriin.

Nollakiinnitteisessä prismassa tuo kyseinen kuvajaispiste, nodaalipiste, on aina hieman suunnaltaan poissa mittaussuunnassa mitattavaan pisteeseen nähden joko korkeussuunnassa tai sivusuunnassa ja useimmiten molemmissa. Tätä virheen eliminoimista testattiin useaan otteeseen Hervannassa ja todettiin, että nollakiinnitteinen prisma ei koskaan ollut suunnattuna riittävän tarkasti kohti takymetriä ellei mittaaja takymetrillä tähtäämällä prismaan antanut hienosäätöohjeita jalustalla pakkokeskisteisesti olevan prisman kohdistamiseksi kohti takymetriä. 5-10 minuutin ähellyksen jälkeen prisma oli saatu yleensä suunnatuksi riittävän hyvin, mutta näinhän ei voida normaalissa mittauksessa menetellä, joten nodaalikiinnitteiset prismat todettiin ainoiksi toimiviksi tuotteiksi.

Nikonin prismat olivat tuolloin nollakiinnitteisiä, joten Hannu suunnitteli ja piirsi piirustukset nodaaliprisman valmistamiseksi. Zeissilta löytyi Nikonin takymetrin aallonpituudelle sopiva lasiseos ja kun Zeiss hioi tarvittavat prismat, syntyi GTP1 nodaaliprisma ja Nikonin takymetrikalustosta tuli tarkka ja menestyksekäs laitteisto markkinoille.

Mikähän mahtaa olla nykyisten automaattisesti kohdistavien robottitakymetrien 360-prismojen todellinen mittaustarkkuus sivu-, korkeus- ja etäisyydenmittaussuunnassa – sentti taitaa olla jo vaikeasti saavutettavissa? Hervannan vanhaa testirataa tarvittaisiin tuon asian toteamiseksi.

Kuvassa Zeissin silloinen geodesian myyntipäällikkö Hansselman ja mittaajana Zeissin kehityspuolen tohtori.

Eräs mielenkiintoisimpia kentän mittausten avulla havaittuja laiteongelmia oli Taunon ja Hannun Zeissin tarkkuustakymetrissa havaitsema vaakatason kallistuma, 10,8 cc. Valmistajan omalla kalibrointiradalla virhettä ei havaittu, eikä sitä vuosien mittaan olleet huomanneet muutkaan asiakkaat tai tutkijat sen enempää Saksassa kuin muualla maailmalla. Tauno oli itsenäisissä laskelmissaan tullut tämän kaltaiseen tulokseen ja epäilykseen laitteiston systemaattisesta virheestä. Tilanne varmistettiin toistotesteillä Hervannan kentällä ja lisäksi Hannu meni tekemään havaintoja Otaniemeen TKK:n isoon ja tarkkaan kollimaattoriin. Kun tiesi mitä etsiä, niin sieltähän se samainen virhe löytyi myös kollimaattoritestissä. Ei tosin normaaleilla kollimaattorihavainnoilla vaan pitkän pohdinnan jälkeen keksityllä tavalla. Tämän jälkeen kädessä olikin vankkaa keskustelunaihetta Saksaan vietäväksi. Pari kolme päivää tuota asiaa Hannu piirteli ja selvitteli Zeissin tohtoreille ja epäilyjen jälkeen tohtorit joutuivat toteamaan valmistusvirheen sekä korjaamaan sen. Lopputulemana Zeissilla todettiin virheen olleen ainakin 10 vuotta kaikissa laitteissa.

Eivät myöskään tuolloin tarkkoina mittauslaitteina tunnetut merkit kuten Nikon ja Wild/Leica, selvinneet puhtain paperein testikentästä. Molemmista edellä mainituista löytyi muun muassa mitoitusvirheitä prismakannattimien korkeuksista, jotka eivät vastanneet takymetrin akselikorkeuksia ja tehtaat korjasivat nuo virheet tuotannossaan välittömästi.

Kuvassa Zeissin tohtori ja Tauno Suominen. Kuvan mittaukset liittyvät pakkastestehin, joita Zeiss teki kentällä yli 25 asteen pakkasissa ylläkuvatun virheen jo selvittyä.

Tampereen vanhan kentän jäätyä rakennusten alle Tampereella toteutettiin myös uudempi testikenttä 2000-luvun alussa, standardien mukaan. Sen pisteet sijaitsivat keskinäisesti varsin samoilla korkeuksilla ja pisteiden välinen etäisyys oli jo tuplasti suurempi, jolloin vanhan kentän hyödyt jäivät saavuttamatta. Lisäksi pisteiden päällä on kiinteä pilari, jolle mittauslaite sijoitettiin. Näin mittausjärjestelmän kokonaistarkkuus ei selviä, sillä normaalimittauksessa käytetyn jalustan ja pakkokeskistyslaitteiden vaikutus jää huomioimatta.

Kehitys ei aina vie suoraviivaisesti eteenpäin ja Taunon ja Hannun mielestä ennen valmistettiin tarkempia optisia mittauslaitteita. Ne olivat kalliita ja kaupallinen paine/koventunut kilpailu on heikentänyt laatua. Kalleimmat mittauslaitteet jätetään nykyisin myös valmistamatta kalliiden tuotantokustannusten vuoksi, vaikkei niitä ennenkään tehty kuin muutama kappale erikoismittauksiin. Siitä huolimatta niitä haluttiin valmistaa yksittäisten laitteiden tuotantokustannuksista piittaamatta, koska valmistajat halusivat pitää yllä kokonaistuotantoa.

Tämän hetken mittaustrendien mukaan halvoilla laitteilla pitää mitata vain paljon havaintoja, jolloin mittauksen keskiarvo on automaagisesti oikea. Matemaattisesti ajateltunahan asia on näin, keskiarvo tarkentuu, mutta mittauksissa on yksi määrätty vakio, joka ei ole suurten lukujen keskiarvo vaan tarkasti määritetty metri. Tästä syystä emme ole vielä nähneet tämän keskiarvotusteorian toteutuneen kertaakaan halvoilla laitteilla tarkkuusmittauksissa.

Yhtenä johtopäätöksenä tuosta noin 15 vuotta kestäneestä takymetrien testaustoiminnasta voidaan todeta, että mittauskalustolle pitäisi tehdä jatkuvasti kenttätestauksia. Tuotannossa tapahtuu vääjäämättömästi aina virheitä, ne ovat joko alihankkijoiden mitoitusvirheitä tai materiaalivirheitä, jotka vaikuttavat kenttämittauksessa mittausten lopputuloksiin merkittävästi, mutta eivät välttämättä tule esille sisällä vakio-olosuhteissa tehdyissä pelkän mittalaitteen testeissä.

TVH/Tielaitos hyödynsi testikentän tuloksia kilpailutuksissaan, sillä vain kentän läpäisseet laitteistot saivat osallistua kilpailutuksiin. Koska mittaustulokset ovat myös riippuvaisia mittaajista, niin aikoinaan keskusteltiin myös mittaajien testauttamisesta. Ymmärrettävästi ammattiyhdistysliikkeet eivät innostuneet ajatuksesta eli ihmisten asettamisesta paremmuusjärjestykseen. Kenttätestissä, jota Hervannan verkko edusti parhaimmillaan, testattiin kuitenkin käytännössä koko kalusto mittaajineen.

Pistepilvien ja testauksen pyörteistä – ”jännittäviä” testiprojekteja tulossa

High-end -mittausjärjestelmien häkellyttävä tehokkuus

Viron toimituksen lähestyessä olemme jälleen pohtineet Riegl VQ-1560i –ilmalaserskannausjärjestelmän tehokkuutta. Tuntuu uskomattomalta, että voisimme esimerkiksi kasvillisuusanalyysin vaatimalla tarkkuudella skannata lentokoneella Suomen rautatieverkoston suunnilleen vuorokaudessa!

Virossa tavoitteet ovat erilaiset ja siellä mennään tietoisesti ilmakuvaus edellä, jolloin mahdollisia mittauspäivä vuodessa on vähemmän ja kansallista kartoitustyötä voidaan tehdä vain päiväsaikaan. Käytettäessä tätä skannausjärjestelmää tehokkaimmillaan työtä voitaisiin myös tehdä mittauksen kannalta muuten suotuisimpina ajankohtina (kevät ja syksy – ei lehtiä puissa) vaikka yötä päivää, jolloin kartoitustyötä voidaan tehdä enemmän. Kesällä voidaan luonnollisesti mitata erityyppisiä metsiä ja ympäristöä, koska metsäntutkimuksen kannalta saadaan tuolloin myös otollisia tuloksia. Maastoa kartoitettaessa ei kesällä saavuteta parhaita mahdollisia tuloksia, sillä sen verran paljon kasvillisuuden vaikutus näkyy tuloksissa. Mutta työ on mahdollista.

Mitä tällaisella mittausjärjestelmällä voisi siis saada aikaan Suomessa? Tosiaan, Riegl VQ-1560i – järjestelmällä koko rataverkostomme voidaan mitata matalalta lentokoneesta päivässä saavuttaen tarkkuuden, joka riittää esimerkiksi kasvillisuusanalyysin lähtökohdaksi. Ilmalaserskannauksella tehtynä kasvillisuusanalyysin tekeminen on varsin edullista, jolloin se voidaan tehdä vaikkapa kerran koko rautatieverkoston alueella. Ensimmäistä kertaa tosin näin nopeasti, sillä uuden laitteiston nopeus on suuri. Kasvillisuusanalyysejä tehdään esim. sähkölinjoilla ja rautateillä selvitettäessä potentiaalisia kaatuvia puita ja muita ongelmia.

Käytettäessä VQ-1560i-järjestelmää ja prosessointia hiukan eri tavalla, mittaustarkkuus on tietysti parempi ja jälki kelpaa esimerkiksi rakentamisen tai korjauksen suunnittelutyön pohjaksi. Haluttaessa tarkempaa ratageometriaa, enemmän yksityiskohtia ja mitata myös tunnelit, voisimme siirtyä junasta tehtävään mobiiliskannaukseen ja tällöinkin voimme edetä yli 100 km/h nopeudella käytettäessä tällä hetkellä maailman edistyneintä mobiiliskannauskalustoa, Riegl VMX-1HA:ta. Tie- ja rataympäristössä ilmasta tehty mittaus tuottaa vain osan tarvittavasta aineistosta kun taas maasta käsin tehtynä tarvitaan vähemmän täydennysmittauksia. Molemmilla menetelmillä on etunsa, joista voimme kertoa enemmän.

Kuten kuvasta huomataan, talojen alaosat jäävät ilmasta skannatessa helposti pois ja kaikkiin aukkokohtiin täytyy tehdä täydennysmittauksia maasta. Aineisto on mitattu Riegl VQ-1560-skannerilla noin 500 m korkeudelta.

Kustannuksiltaan lentokoneesta tehty ilmalaserskannaus eli ilmalaserkeilaus on isoissa kohteissa täysin ylivertaista verrattuna esimerkiksi lennokilla tehtävään työhön. Tietyissä tehtävissä helikopteri on puolestaan ylivertainen mittausalusta. Lennokit sopivat hyvin rajatuille alueille sekä täydennyskartoitukseen ja niillä on lyhyt vasteaika työn aloittamiseen. Oikeilla menetelmillä ja laitteistolla ajoneuvosta tehtävä mobiililaserskannaus päivittää jo suorastaan takymetrimittauksen tarkkuuden eli mitä laitamme lautaselle?

Tulevaisuus on asia erikseen mutta tällainen on asiain tila vuonna 2017 kun keskustellaan siviilipuolen laitteista. Tähän kustannustasoon ovat jo monet startupit meillä ja maailmalla törmänneet konkurssin kautta. Vaihtoehtoisesti uuden kehityksen voi kustantaa varakas patruuna, jonka avulla startupia voidaan pyörittää tappiollisesti vuositolkulla kehitystyön mahdollistamiseksi ja sateenkaaren päässä kimmaltaa ehkä se toivottu palkinto – uusi, globaalia maailmanvalloittaja. Vaihtoehtona on astetta spektakulaarisempi startup-konkurssi – käytännön mittaus ei näet ole ihan helppoa hommaa.

Päämiehemme Riegl Laser Measurements Systemsin havainnollinen esitys eri laserskannaustekniikoiden soveltuvuudesta erikokoisissa kohteissa.

Uudet testausprojektit – onko kysymyksenasettelussa järkeä?

Nyt on käynnissä monia kokeiluja uusien, edullisempien mittaustekniikoiden löytämiseksi väyläympäristössä. Näitä kokeiluja – kuten erästä nimeltä mainitsematonta tiepuolen projektia – näyttävät osin vetävän tekijät, joilla ei ole minkäänlaista tietoa insinöörigeodesiasta. Alan viimeinen varsinainen yliopistopuolen suomalainen professori Hannu Salmenperä eläköityi tosin jo ajat sitten. Itse kuitenkin kaipaamme aikaa, jolloin asiantuntijat vetivät näitä projekteja eikä Saarikoskea lainaten: ”yhteiskunta on kiertänyt täyden kehän vahvoista arvoista täydelliseen arvottomuuteen. Kun asiantuntijat on pantu viralta, jokainen on asiantuntija. Kukaan ei saa olla toista oikeammassa, joten totuutta ei voi olla.”

Paluuta menneeseen ei tosin ole, sillä tämän hetken asiantuntijuuden tila on osin sellainen, että tutkijat ovat yliopistojen ja tutkimuslaitosten kaupallistumiskehityksen tuloksena sidoksissa patentein, hallitusjäsenyyksin ja omistuksin omiin ratkaisuihinsa ja luonnollisesti yrityksissä työskentelevät käytännön työn suurimmat osaajat ovat sidoksissa työnantajansa tavoitteisiin. Ilmankos paluuta ”viattomuuden aikaan” haikaillaan monilla eri aloilla. Ei asia menneisyydessäkään ollut yksinkertainen, mutta monesti sen yhteisen hyvän ja edun hakeminen oli monilla asiantuntijoilla selkeä päämäärä oman edun sijaan.

Tässä tiedottomuuden tilassa vallalle on nyt päästetty trendikäs käsitys, jonka mukaan mitä halvempi mittauslaite, sen halvempi on myös työ. Meidän kokemuksemme mukaan se on usein täysin harhainen himmeli ja osoitettu vääräksi monessa käytännön hankkeessa. Oli kyseessä suuri tai pieni infrahanke, mittauksen lopputuloksen laadulla on merkitystä, jolloin mittauksen virheet eivät lisää rakennus-, käyttö ja korjauskustannuksia vaan ovat hallinnassa. Laatuun vaikuttaa valitun mittaustekniikan lisäksi myös mittauksen tekijöiden osaaminen ja jopa tilaajatahon osaaminen. Vai mitä mieltä olette silloista, jotka on rakennettu väärään korkoon viereiseen tiehen nähden? Tai vedenjakajalla rakennettuun kaivokseen, jonka veden valuma-alueet paljastuivat varsin erilaisiksi kuin alkuun arveltiin? Käytännön projekteissa todettu nyrkkisääntö ”säästetään 10 000 euroa mittauksissa (laadussa), aiheuttaa 100 000 euroa enemmän suunnittelukuluja ja 1 000 000 euroa enemmän rakennuskuluja” pitänee edelleenkin paikkansa. Pahimmillaan kustannukset ovat paljon suuremmat.

Toisekseen, jos kalliilla laitteella työn tehokkuudessa päästään ihan eri tasolle kuin halvalla laitteella – esim. 1 pv kenttämittausta vs. satoja päiviä – niin isoissa urakoissa kalliimpi laite tuo laiteinvestoinnin takaisin jopa yhden urakan aikana. Rakentamisessa aika on rahaa. Paitsi tietenkin työllistämistöissä.

Tehokkuudesta ja aikakysymyksestä saammekin aasinsillan skaalattavuuteen. Rahoittajat kysyvät nykyajan startup-yrityksiltä ensimmäiseksi, miten liikeidea skaalautuu globaaliksi ja maailma valloitetaan. Mittauspuolella tämä skaalattavuus tapahtuu seuraavasti: pienten pinta-alojen mittauksessa edulliset ja tehokkaat laitteet skaalautuvat perustamalla eri puolille haaraosastoja (tai verkostoitumalla), jotka sitten tekevät paikallisesti samanlaisia pieniä töitä. Isojen pinta-alojen ja kohteiden kohdalla – haluttaessa järjellinen mittausaika – käytettävän kaluston on oltava toisenlainen ja toisaalta niillä kartoitetaan sitten isompia aloja kerrallaan edullisesti ja pienemmällä työvoimalla.

Sinänsä on hienoa, kun uusia mahdollisuuksia testataan, mutta eipä unohdeta näistä testeistä maanmittauksen perusteita ja edistyneempääkin tasoa! Eikä suinkaan olisi haitaksi, jos testin järjestäjän puolella olisi teorian lisäksi kokemustakin käytännön mittaustöistä. Summa summarum: Suomessa tehtävät mittaustekniset kokeilut ja testit olisi aina syytä tehdä päämäärä edellä niin, että tilaaja määrittelee mittaustehtävissä halutun lopputuloksen reunaehtoineen, ei keinoja sen saavuttamiseen. Kohteessa tehdään myös referenssimittaukset astetta tarkemmalla mittausmenetelmällä haluttuun lopputulokseen nähden – olkoon se vaikka kuinka hidasta ja kallista – sillä muuten mittausmenetelmiä ei tarkkuuden suhteen voi oikeasti vertailla keskenään. Näin myös uudet ratkaisut ja kehittyvä teknologia voidaan huomioida ja niiden mahdollista kehittymistä voitaisiin seurata myös tilaajapuolella. Uudet ratkaisut vaativat näet monesti varsin rankkaa, vuosia kestävää kehittämistyötä ennen kypsymistä toimintakuntoon. Emme aliarvioi tarvittavaa työ- ja rahamäärää tai aikaa, sillä työntekijämme ovat menestyksellisesti olleet mukana kehittämässä uusia mittausmenetelmiä ja mittauslaitteita kotimaisissa ja kansainvälisissä kuvioissa jo muutaman vuosikymmenen ajan mm. Nikonin, Saabin ja Zeissin kanssa.

Kysymyksiä? Olepa yhteydessä p. 045 650 8585

Tänään ja huomenna Paikkatietomarkkinoilla!

Tervetuloa tutustumaan Nordic Geo Center Oy:n osastoon A7 Helsingin Messukeskukseen (Kokoustamo). Olemme paikalla tänään tiistaina 8. marraskuuta ja huomenna keskiviikkona 9. marraskuuta koko päivän. Tänä iltana ilta jatkuu muuten vielä hieman pidempään Linkkibuffetin merkeissä.

Luvassa on muun muassa tietoiskuja Rieglin ja Sokkian uutuuksista, skannausta Riegl VZ-400i-skannerilla sekä lennokkiskannerit Riegl RiCopter ja miniVUX nähtävissä osastollamme.

Meillä on myös näytteillä aineistoja tuoreista mobiiliskannausprojekteista Helsingissä ja Tampereella – muun muassa Tampereen raitiontien suunnittelun pohjana käytetty pistepilviaineisto. Eilen illalla raitiotie päätettiin muuten lopullisesti rakentaa ja olemme ylpeitä saatuamme tilaisuuden olla mukana projektissa asiakkaamme kanssa!

Aineistojen suhteen emme tietenkään rajoitu mobiilidataan, vaan esittelemme VZ-400i:llä skannattua sähköasemaa, Riegl VQ-1560i:lla tehtyjä ilmalaserskannauksia sekä VUX-1UAV:lla ja miniVUXIlla tehtyjä lennokkisskannauksia. Tule juttelemaan osastollemme ja valitse projektiisi tehokkain mittauslaite. Luonnollisesti koulutamme sinut käyttämään laitteitamme ja saamaan niistä parhaimman tehon irti.

Laserskannaus & fotogrammetria rautateillä

Laserskannauksen ja fotogrammetrian (kuvamittauksen) eroa ihmetellään usein, joten viime vuonna ilmestynyt Ranskan rautateiden (SNCF) vertailu lennokkilaserskannauksen ja lennokkikuvauksen aineistojen eroista ja yhtäläisyyksistä on hyvä lähtökohta tarkastella aihepiiriä. Itseasiassa tarkastelussa on mukana vielä satelliittikuvat (Pleiades eli Seulaset satelliittien multispektrikuvat) kolmantena verrokkina.

Ranskan rautateillä on 30 000 kilometria raiteita valvottavana ja hoidettavana, joten aina on syytä etsiä uusia ja tehokkaampia keinoja kunnossapitoon. Tässä tutkimuksessa keskityttiin erityisesti kasvillisuuden valvontaan, sillä radalle kaatuvat puut aiheuttavat paljon myöhästymisiä. Ranskassa myöhästymisiä on vuosittain 350 000 minuuttia ja jokainen näistä minuuteista maksaa – parhaimmillaan jopa miljoonia euroja.

Vertailun lennokkiskannerina toimi RIEGL VUX-1UAV – tosin testiajankohtana vielä autogyron kyydissä. Maaliskuussa 2016 Ranskassa lennettiin rautateita jo RIEGL RiCopterilla.

Mitä testissä havaittiin? No mikään mittausjärjestelmä ei tietenkään ole täydellinen, joten laserskannaus ja kuvaus täydentävät toisiaan. Satelliittikuvat sopivat suuriin linjoihin eli niiden avulla voi seuloa potentiaalisia ongelmakohtia, joita mennään sitten mittaamaan tarkemmin lennokilla. Satelliittikuvista ei saatu havaittua riittävällä tarkkuudella kasvillisuuden tuottamia ongelmia.

satellite

Hieman sanastoa:

  • Délimitation des emprises = Raidealueen rajaus
  • Géometrie = Geometria
  • Classification végétation sur voie = Raiteen päällä olevan kasvillisuuden luokittelu
  • Classification végétation emprise et abords = Raidealueella ja sen vieressä olevan kasvillisuuden luokittelu
  • Déblai/remblai = Penkat/ojat
  • Pentes = Kaltevat pinnat (esim. luiskat)
  • Hauteur de végétation = Kasvillisuuden korkeus

Testissä kolmea menetelmää käytettiin yksittäisinä komponentteina, jolloin laserskannaus (Lidar) antaa aika selkeästi täydellisintä aineistoa. Alla lopputuotteiden vertailussa tarkastellaan matalalta kuvattuja (photogrammétrique) ja laserskannattuja (Lidar) aineistoja:

lidar_foto

Kasvillisuuden osalta tilanne on tietysti jo lähtökohtaisesti selvä, sillä yli sadan vuoden yrityksen jälkeen kuvauksella ei edelleenkään pystytytä tunkeutumaan kasvillisuuden läpi. Maanpinnan muodon eli topografian kohdalla eroja näiden menetelmien välillä on myös havaittavissa. Ranskalaisten tarkastusmittausten perusteella kuvista tuotettu DTM oli ”sileämpi”. Lisäksi alla oleva kuva kertoo kuvapistepilvestä puuttuvan myös yksityiskohtia kuten ohuita pystyrakenteita.

vertailu

Maanpinnan siloittuminen voidaan parhaiten havaita pistepilvestä otetusta pystyleikkauksista kuten on tehty seuraavassa kuvassa (Lidar vasemmalla):

profiilit

Jälleen kerran laserskannaus näyttää etunsa varsin selkeästi. Kuten me itse korostamme, etu saadaan sekä oikean tyyppisillä laitteistoilla sekä osaavalla mittaustavalla/käsittelyllä. Kaikki laserskannerit eivät näet tuota samanlaatuista aineistoa ja hyvänkin aineiston saa huonoksi väärällä prosessoinnilla. Tervetuloa koulutukseen!

Linkki vertailuun: Le contrôle de la végétation dans les emprises ferroviaires: une approche multi-scalaire

Amon & Viguier 2016. Complementary use of ground based kinematic and UAV borne high precision laser scanning for railway monitoring using RiCOPTER & VUX – SYS. AUVSI, Brussels, March 22nd, 2016

PS Ranskan rautatietyhtillä on jo käytössään RIEGL VMX-450 mobiililaserskannausjärjestelmä, jota tuossa Amonin ja Viguierin esityksessä käytetään verrokkina lennokkiskannaukseen.

Koulutusta & kukitusta

Eilen saimme näin upean kukkakimpun kiitoksena viimeisimmästä isosta koulutuksestamme. Samalla kukitettiin tietysti myös kurssilla koulutetut, jotka jaksoivat sitkeästi puurtaa aineistojen käsittelyn parissa. Tästä heidän on hyvä jatkaa uusien mittaustekniikoiden parissa, joita Helsingin kokoisessa kaupungissa joudutaan säännöllisesti ottamaan käyttöön.

kukkia_pieniAsiakkaan eli Helsingin kaupungin työntekijöiden kanssa käytiin pitkä yhteinen taival perehtyen mobiililaserskannaukseen ja erityisesti pistepilviaineistojen käsittelyyn suunnittelun tarpeisiin. Tämän kurssin aikana ei tutkailtu vaan mahdollisuuksia vaan tehtiin ihan käytännön työtä päivästä toiseen. Lopputuloksena luotiin suunnittelijoille kelpaavaa aineistoa Helsingin katujen mittausaineistoista. Ja samalla opittiin tukku uusia asioita.

koulutus2

Aineistoja mitattiin kahdella eri laitteistolla.

Koulutuksen sisältö käsitteli perusasioita mobiilimittausprojektin suunnittelusta alkaen. Suunnittelun ja käytännön toteutuksen lopputulosta pääsee parhaiten arvioimaan prosessoimalla aineistoja, jolloin esimerkiksi liikenteen määrän, mittauslaitteiston, ajotavan, sään ja valaistuksen vaikutus tulee parhaiten esille. Mittausolosuhteiden vaikutuksen näkyminen aineistossa auttaa siten seuraavien mittausten suunnittelussa. Jos joku ihmettelee tuota valaistuksen vaikutusta, niin todettakoon sen vaikuttavan ainoastaan mahdolliseen valokuvaukseen. Laserkeilaimen käyttö on valaistuksesta riippumatonta ja kohteen logistisen vaativuuden mukaan mittausta voidaan tehdä vaikka keskellä yötä.

trajectory

Tässä ajoneuvon tai oikeammin mittauslaitteiston IMU:n liikerataa visualisoituna.

Pääosa koulutuksen ajasta käytettiin itse mittausaineistojen prosessointiin suunnittelijan tarpeisiin käyttökelpoiseksi materiaaliksi.

koulutus

Kurssin aikana ei säälitty ketään, vaan jokainen joutui tekemään töitä itsenäisesti. Eteen tulevia ongelmia käsiteltiin ja niihin etsittiin ratkaisumalleja myös yhdessä.

Lopputuloksena oli upeaa huomata, miten kaikki koulutettavamme selvisivät ongelmanratkaisuun perustuvasta koulutuksestamme hyvin. Työmaalla tai työpöydän ääressä eri tyyppisiä ongelmia joutuu kuitenkin ratkomaan koko ajan, joten koulutuksissa on turha käsitellä vain helppoja tapauksia. Mobiilimittaus ajoneuvosta tai vaikkapa miehittämättömästä lennokista on kaupunkiolosuhteissa haastavaa puuhaa, jos halutaan tuottaa laadullisesti erinomaista mittausaineistoa.

Mittausvirheet maksavat

Julkisuudessa vähemmän puhuttu aihepiiri ovat suunnittelu- ja mittausvirheet. Nehän ratkotaan useimmiten paikan päällä työmailla ja saadaan jollain tavoin kuntoon. Budjeteissa tällaiset korjaustyöt menevät helposti eri ”momentille”, jolloin ne eivät selkeästi näy kokonaiskustannusten tarkastelussa.

Meidänkin asiakkaamme kohtaavat lähes päivittäin tilanteita, jossa merkittäessä suunnitelmaa maastoon huomataan, että jossain mättää. Usein on kysymys väärästä koordinaatistosta tai sitten suunnitelman pohjana käytetty pohjatieto on vanhentunutta tai epätarkkaa. Erityisesti kaupunkiympäristö muuttuu nopeaa tahtia, joten siksi tuoreiden mittausten käyttäminen suunnitelmien pohjana säästää rahaa.

Esimerkiksi kirjoittajan omaa taloyhtiötä rakennettaessa suunnitelman väärä korkeusjärjestelmä (oikeastaan sen liian myöhäinen havaitseminen) johti pienpumppaamon rakentamiseen yhden rakennuksen kellariin ja siellähän se nyt sitten pumppaa maailman tappiin tai kunnes sähkö loppuu. Me asukkaat kiitämme ja maksamme…Rakennustyön aikana maksoimme muuten myös tukun rahaa alueen pohjatutkimustietojen huonosta tulkinnasta…

On myös tilanteita, joissa sekä mittaajan ammattitaito että valvojan kontolli pettävät. Tästä esimerkkinä tuore tapaus Saksasta, mitä on käsitelty sekä lehtien palstoilla että liittovaltion liikennevirastossa (Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur). Näin isojen virheiden kohdalla etsitään myös maksajaa kustannuksille ja halutaan estää vastaavat virheet jatkossa.

Itse virhe on varsin yksinkertainen: A2-moottoritien silta rakennettiin 45 cm väärään paikkaan. Tämä virhe kumuloitui niin, että moottoritiehen piti tehdä muutoksia 600 metrin matkalla ja myös 3 seuraavaa siltaa piti muuttaa. Kustannukset tälle 45 cm virheelle olivat 600 000 euroa. Itse rakennustyö tapahtui vuosien 2008 – 2012 välisenä aikana.

A2-moottoritien silta Hammin lähellä Saksassa. Kuva: Spiegel.

A2-moottoritien silta Hammin lähellä Saksassa. Kuva: Spiegel.

Virheen ollessa tätä kokoluokkaa sen syytä alettiin tietysti tutkia ja lopputuloksena paikallinen teistä vastaava virasto muutti ohjeistustaan.

Raportin mukaan tapahtumat olivat seuraavat: kun 1. silta oli jo rakennettu ja 3 seuraavan rakentaminen aloitettu, niin eräs rakennusurakoitsija huomasi, ettivät hänelle annetut mittaustulokset vastaa toteutumaa paikan päällä. Paikallisen tieviranomaisen mittausyksikkö teki kontrollimittaukset ja vahvisti mittaustulokset.

Kolme kuukautta myöhemmin toinen paikalla toiminut rakennusurakoitsija havaitsi, että sekä 1. rakennusrakoitsijan mittaukset että kontrollimittaukset tehneen viraston mittausyksikön tulokset olivat väärät. Uudet kontrollimittaukset vahvistivat, että tilanne oli tosiaan näin. Onkos tässä nyt kyseessä tupla vai triplavirhe…

Jälkitutkimuksissa havaittiin, että paikallisen tieviraston valvonta oli pettänyt. Lopputuloksena sen organisaatiota ja toimintapoja oli muutettava ja kaikkien osapuolten on jatkossa noudatettava 4 silmän eli 2 ihmisen sääntöä: kaikki kriittisen tärkeät päätökset vaativat 2 ihmisen osallistumisen päätöksentekoon.

Lähteet:

Historian havinaa Siilinjärvellä

Viikolla toimitimme RIEGL VZ-1000 -maalaserkeilaimen Siilinjärven apatiittikaivokselle ja koulutimme kaivosmittaajia skannerin käyttäjiksi. Kaivoksilla koulutus tapahtuu aina hieman poikkeavissa olosuhteissa turvajärjestelyjen ollessa tiukat, mutta tälläkin kertaa pääsimme kurkkaamaan Suomen suurimman avolouhoksen toimintaan. Kaivoksesta voit lukea lisää täältä.

Riegl VZ-1000 -skannerin koulutus käynnissä.

Riegl VZ-1000 -skannerin koulutus käynnissä.

Kilpailullisista syistä emme normaalisti julkista asiakkaitamme, mutta tällä kertaa käyntiin liittyi monia muistoja – poiketaan siis säännöistä. Heinosen Hannu on nimittäin pitkän työuransa aikana käynyt Siilijärvellä lukuisia kertoja toimittamassa maanmittauslaitteita, jopa kaikkein ensimmäisen Wildin vaaituskojeen ja teodoliitin kaivoksen syntymän aikoihin 70-luvun puolivälissä. Tällöin Outokumpu Oy:n Outokummun kaivokselta Kemiralle töihin siirtynyt kaivosmittaaja Jussi Okulov toimi hankkijana. Vaaituskojetta esiteltiin Siilinjärvellä, jossa nykyistä louhosta ei oltu edes aloitettu.

Laitteet, laitemerkit, mittaajat ja jopa kaivoksen omistajat ovat vuosien aikana vaihtuneet ja saimme iloksemme vilkaista arkistossa olevia, käytöstä jo pois jääneitä mittauslaitteita. Niiden perusteella voi todeta, että Siilinjärvellä on kautta vuosikymmenten käytetty aikakautensa laadukkaimpia tuotteita. Esimerkkinä mainittakoon Wild TC1-takymetri, joka oli varustettu GRE1-tallentimelle. 70-luvun lopussa tämä kokonaisuus maksoi yli 220 000 markkaa ja se oli lähes tuplasti kallliimpi kuin upouusi kaksio Helsingin Kalliossa.

Wild TC1

Wild TC1

Maailman ensimmäisen elektronisen takymetrin kehitti saksalainen Zeiss 1960-luvulla ja 1970-luvulla takymetrikauppa lähti käyntiin Suomessa myös muiden laitevalmistajien julkaistessa omia takymetrejään. Tuolloin maanmittausalan johtavat merkit Suomessa olivat Wild, Zeiss ja Kern. Ruotsalaisen Geodimeterin takymetri esiteltiin myös 70-luvulla ja japanilainen Sokkia nousi ensimmäisenä maihin Euroopassa juuri Suomessa 1972. Suurimpina maahantuojina toimivat A. Ilmonen Oy, Lindell Oy ja Wulff Oy.

Tuolla samaisella 1970-luvulla Johannes Riegl patentoi ensimmäiset keksintönsä, jätti Wienin teknillisen yliopiston professuurin ja perusti yhtiön Ala-Itavallan Horniin. Nykyään Riegl Laser Measurements Systems on maailman johtavia ja innovatiivisimpia laserkeilainvalmistajia, mistä näimme hyvän osoituksen syyskuussa Intergeo-messuilla. Siellä esiteltiin suositun VZ-400 -maalaserskannerin kiinalainen kopio – kiinalaiset osoittavat perinteisesti kunnioitusta tekijälle kopioimalla tuotteen ja nykymaailmassa kopiointi aloitetaan hyviksi havaituista/suosituista tuotteista 😉

Maailman muuttuessa kiihtyvää tahtia on ilo huomata pysyvyyttä muutoksien keskellä.

Mobiilimittaus- ja mallinnuskurssin päättäjäiset

Perjantaina 9. lokakuuta saimme vihdoin pitkän mobiilimittaajan ja mallintajan kurssin päätökseen Parikkalassa. Yhteinen polku oli varsin pitkä, sillä aloitimme tammikuussa ja kesätaukoa lukuunottamatta mobiililaserskannauksen parissa on näin pakerrettu monta kuukautta.

Omista lähtökohdista lähtevä ongelmanratkaisukeskeinen koulutus on toiminut hyvin ja olemme tyytyväisiä oppimistuloksiin. Kehittyvällä alalla kukaan ei voi jäädä paukuttamaan henkseleitään vaan tietotaitoa on kehitettävä koko ajan. Jos haluaa puuhailla uusimpien tekniikoiden parissa, niin oman ymmärtämyksen kehitys on kaiken lähtökohta.

Kurssien päätteeksi vierailimme porukalla läheisessä Honkakylän kauppamuseossa, jossa tutustuimme menneen ajan maalaiskaupaupan valikoimaan. Museo on varsin huima kokemus, sillä kokoelmat ovat aikoinaan myymättä jääneistä tavaroita ja yleisilme on 1940-50-luvuilta. Kiitos Mikko Kososelle mielenkiintoisesta esittelystä!

Laitteet, softa, tietotaito

On pelottavaa löytää internetistä kaikenlaisia neuvoja – viimeksi tuli vastaan ohje mobiiliskannaukseen maan päällä ja ilmassa. Toisaalta tällainen neuvo on varsin tyypillinen mobiilimittauksen osalta.

realearth

Varsin kehnolta vaikuttaa tämäntapainen järjestelmä, kun noin tasaisesti ja hitaasti suositellaan liikkumaan. Halvalla ei saa hyvää?

Jos kiinnostaa tietää miten mobiiliskannauksen voi tehdä paremmin, niin tervetuloa Nordic Geo Center Oy:n koulutukseen 😀 Klikkaa lisätietoa koulutuksista.