Artikkelit

GeoConnexion ja Business Geomatics -lehdissä julkaistiin syksyllä 2020 Hannu Heinonen ja Rieglin mobiililaserskanneriyksikön vetäjän Harald Teufelsbauerin kirjoittamat samansisältöiset artikkelit englanniksi ja saksaksi. Voit lukea alkuperäiset artikkelit klikkaamalla linkkejä.  Alla taustoitamme artikkeleita suomeksi.

Artikkelien aiheena ovat hyvät tuloksemme monivuotisessa kehitysprojektissamme mitata perinteiset 2D-tieparametrit ja samalla mahdollistaa 3D laserskannausmittauksen tuomat uudet mahdollisuudet paremmin ja tarkemmin kuvata tien turvallisuuden kannalta tärkeitä tietoja, kuten: tien todellista uraisuutta, lätäköitymistä ja 3D tiegeometriaa. 3D-tiegeometria kertoo tien kaarresäteet, kallistukset ja mäkien aiheuttamat näkymäesteet ja tien pinnan aaltomaiset raskaan liikenteen aiheuttamat painumat.

Teiden kuntoa on viimeiset vuosikymmenet mitattu auton keulaan asennetulla leveällä mittauspalkilla, johon on tyypillisesti asennettu 17 kappaletta palkista tienpintaan mittaavia pistelasereita noin 20 cm päähän toisistaan. Palkin asentoa on määritetty kaltevuusanturilla ja auton kulkema matka on saatu auton pyörästä pituudenmittausanturilla. Näiden antureiden mittaustietojen ja pistelasereiden mittaustuloksena muodostuu 17 tien pituussuuntaista leikkausta eli noin 20 sentin välein olevaa 2D pituusprofiilia. Pistelaserien teoreettinen mittaustarkkuus on millin osia, mutta niillä siis mitataan vain pitkittäisprofiileja tien pinnasta joten esimerkiksi tien urien syvyyden tulos on riippuvainen siitä millä kohdalla tietä mittauspalkkiauto ajaa eli osuuko jonkun 20 cm välein asennetun pistelaserin mittaama pituusprofiili juuri uran syvimpään kohtaan. Jotta tulos olisi edes tilastollisesti vertailtavissa, ajoneuvon ajolinjan paikka tien leveyssuunnassa on tarkasti ohjeistettu ja sen täytyy olla tarkasti tietyllä kohtaa tietä.

Koska mittaus ei tapahdu 3D mittauksena, näillä aineistoilla on helposti tien kulkusuunnassa suuret pituusvirheet tien mäkisyydestä ja auton kulkeman matkanmittauksen epätarkkuudesta johtuen. Tuotetun aineiston vieminen karttakoordinaatistoon on erittäin ongelmallista ja epätarkkaa koska karttatuotannossa perustana on aina oltava 3D (2D+1D) mittaustieto valtakunnan koordinaatistossa ja Pistelasertiemittauksesta nuo molemmat tiedot puuttuvat tai ovat vain likimääräisiä. Tästä syystä pistelasertekniikalla tuotettu tien mittaustieto on todettu varsin hyödyttömiksi muihin käyttötarkoituksiin. Alla olevassa kuvassa näemme esimerkiksi perinteisin menetelmin – ilmakuvasta tai mittausajoneuvosta – tuotettua tien keskilinjageometriaa, jossa on suuri ongelmia sekä XY-tasossa, mutta erityisesti korkeussuunnassa.

 

Tiegeometria

Kaiken kaikkiaan viimeiset vuosikymmenet tunnutaan keskittyneen tienpinnan hienorakenteeseen kun taas isoon kuvaan tiestä vallitsevalla mittaustekniikalla ei päästä käsiksi. Näinpä meidätkin on koemielessä laitettu mittaamaan niin huonokuntoisia teitä, ettei niiden kunnon arvioimiseen edes tarvitsisi mittauksia. Koko tien rakenne on romahtanut ja korjaus vaatii paljon mittavampia toimenpiteitä kuin pelkkä uudelleen päällystys. Sinänsä huolellisesti tehty mobiili laserskannaus kannattaa tässäkin tilanteessa, sillä tien korjaussuunnitelmaa varten tarvitaan ajantasainen lähtötieto maastosta.

Vallitseva käsitys on ollut ettei mobiililaserskannauksella pystytä tuottamaan pistelasertekniikan kanssa vertailukelpoisia tuloksia. Käsitys onkin ollut aivan oikea ja perusteltu. RIEGL ja Nordic Geo Center päättivät syksyllä 2013 lähteä murtamaan tätä käsitystä ja kehittämään RIEGL VMX-mobiililaserskannaus laitteistoa niin, että tarvittavaan mittaustarkkuuteen päästäisiin. Testaukset aloitettiin silloisella, 2012 esitellyllä, kompaktilla VMX-450 mobiiliskannerilla, jossa samaan runkoon oli kiinteästi integroitu 2 ristikkäistä RIEGL VQ-450 laserskanneria ja Applanixin AP 50 GNSS-Inertiayksikkö. Tarvittiin kuitenkin tarkemmat laserit ja tarkempi inertia, jotka saatiin uuteen 2016 julkistettuun VMX-1HA Mobiiliskanneriin.

Tarkkuutta tarvittiin kuitenkin vielä lisää, joten 2018 lopulla julkistettiin kokonaan uudenlaiseen, vielä tukevampaan runkoon perustuva kompakti VMX-2HA mobiililaser. Tätä alustaa modifioitiin edelleen jäykemmäksi ja uusin versio julkistettiin Intergeo 2019 messuilla syyskuussa Saksassa, Stuttgartissa. Viikkoa ennen virallista julkistamista ensimmäinen uuden sarjan laite asennettiin Nordic Geo Centerin mobiiliskannausautoksi tilaamaan erikoisvarusteiseen BMW X5 M50DA maasturiin. RIEGLin tehtaan lähistöllä ajetun testiajon ja tulosanalyysin jälkeen matka jatkui Ruotsiin Linköpingiin, jossa osallistuimme Ruotsin tielaitoksen tutkimuskeskuksen VTI:n järjestämään tiemittauksen (PTM-mittaus) testiin. Parametrien laskentaan käytetyn ohjelmiston vanhentuneista ja puutteellista laskenta-algoritmeista huolimatta näimme, että tulokset olivat erinomaiset. Lähtöaineisto on siis riittävän hyvää tieparametrien laskentaan. Näin 6-7 vuotta kestänyt kehitystyö on saatu haluttuun onnistuneeseen lopputulokseen.

Yhteenvetona tästä kaikesta koetusta on todettava, että perinteisten tien PTM-mittaustulosten saavuttaminen mobiililaserskannaustekniikalla ei ole ollut helppoa. Nordic Geo Centerin koko tiimin ja erityisesti Tauno Suomisen ja Hannu Heinosen sitkeä, vuosien mittainen, yhteistyö yhdessä RIEGLin asiantuntijoiden kanssa mahdollisti sellaisen kokonaisratkaisun (mobiiliskannerilaitteisto, auto ja ajotapa) löytymisen, jolla tuohon tarkkuuteen nyt päästään.

Laserskannaamalla voimme mitata tiheän pistepilviaineiston koko tien pinnasta mukaanlukien tien luiskat, liikennemerkit ja kaikki tiealueella sijaitseva tierakenteet. Hyvälaatuisesta aineistosta on mahdollista laskea lähes kaikki perinteiset tieparametrit vertailukelpoisin tuloksin vanhaan nähden ja samalla tuottaa mittausaineistoa myös muuhun käyttöön. Aineisto on nyt tarkasti valtakunnan koordinaatistossa, mitä vanhat aineistot eivät olleet ja siten toistettavuus on myös parempi. Mittaustekniikan muutoksesta johtuen mittausajoneuvon ei tarvitse ajaa tietyllä kohtaa tietä, vaan kaistakohtainen ajolinja muun liikenteen tahdissa on riittävä. Aineistojen tuottaminen muun liikenteen seassa on siten paljon helpompaa, emme häiritse muuta tietiikennettä, pidämme kiinni hyvistä toimintatavoista liikenteessä ja lopputuloksena on laadukas 3D mitausaineisto valtakunnan koordinaatistossa.

Rungoltaan ja perustuksiltaan kunnossa olevasta tiestä kannattaa mitata laserskannaamalla sellainen aineisto, jota voidaan käyttää ensin kunnon arviointiin (=perinteiset tieparametrit) ja sen jälkeen samasta aineistosta voidaan tarvittaessa laskea korjaus – tai päällystyssuunnitelmaa. Tarkalla koordinaattitiedolla varustettu aineisto mahdollistaa tienpinnan jyrsimissuunnitelman lisäksi tieosuuden tiegeometrian parantamisen uudella päällysteellä niissa puitteissa, kuin se on mahdollista korjaamatta tien muita perusrakenteita. Rautateillä vastaavanlainen käytäntö on jo pitkään ollut arkitodellisuutta, sillä radan korjaamisen lisäksi ratageometria on korjattava ennalleen junien tasaisen kulun mahdollistamiseksi.

Riegl Laser Measurement Systems GmbH on ollut mukana tukemassa työtämme laitevalmistajan osuudessa, sillä tuloksiimme ei pääse ihan millaisella tahansa laitteistolla. Järjestelmä täytyy olla miettynä alusta loppuun eli yksittäisistä komponenteista niiden yhdistämiseen keskenään. Tienpinnan alle millimetrin ja sijannin muutaman senttimetrin mittaustarkkuuteen ja toistettavuuteen vaaditaan varsin jämäkästi rakennettu laitteisto ja mittausalustana toimiva autokin vaikuttaa tulokseen. Nyt toimitaan tämänhetkisen laserskannausteknologian parhaimman tarkkuuden äärirajoilla kun taas suurin osa kaupallisessa tuotannossa olevista laitteistoista edustaa heikompaa laitekategoriaa. Vertailkaapa mittaustuloksia pelkästään sijainnin suhteen huonoissa GNSS-olosuhteissa kuten metsän reunalla kulkevilla tieosuuksilla – erot tulevat esille.

Artikkelit: Going to the Finnish Line (GeoConnexion) ja Objektiv erfassen (Business Geomatics)

Ota yhteyttä