Muuttuvien tieolosuhteiden jatkuva seuranta raskasliikenteestä laserskannaustekniikkaa hyödyntämällä

ALASCA-pilotin (Automated Road Monitoring Pilot Using 2D Laser Scanning) tarkoituksena oli tuoda täysin uusi lähestymiskulma tieverkon ennakoivaan kunnossapitoon ja kunnossapidon laadun valvontaan. Pilotin visiona oli luoda monitorointijärjestelmä, joka havaitsee polanteet, (lumiset ja jäiset) urat, teiden reunoilla olevat lumivallit sohjo-ojat ja niiden puutteet, ojien syvyydet, ja tarpeet/poikkeamat tiestön kesähoidossa automaattisesti ja reaaliaikaisesti ilman kalliita erillismittauksia. ALASCA-pilotin varsinaisena tavoitteena oli pilotoida automaattiseen tiedonkeruuseen soveltuva 2D-laserskannaukseen pilottijärjestelmä, joka on helposti asennettavissa ajoneuvoon ja joka vastaa eri sidosryhmien tarpeisiin.

2D-laserskannauksella saadaan luotua poikkileikkaus tiestä (esim. metsän reunasta metsän reunaan), jolloin voidaan havaita em. asioita kuten polanteita ja uria sekä ojien syvyyksiä. Mm. ojien syvyyksiä ja tien reunoille jääviä lumivalleja automaattisesti mittaamalla tiedetään riskialueet, joissa vesi kertyy tierakenteisiin erityisesti keväällä lumien sulaessa. Päällysteen alle kertyvä vesi ja erityisesti tiellä ajava raskasliikenne johtavat yhdistelmänä tien vaurioihin erittäin suuressa määrin varsinkin tulevaisuudessa raskasliikenteen kasvaessa Lapissa. Automaattinen polanteisuuden ja urien tunnistaminen tuo vaikutuksia kunnossapitotoimenpiteiden käynnistämiseen ja urakoiden laadunvalvontaan. Kerätyn tiedon avulla voidaan myös toteuttaa varoituksia tienkäyttäjille, mikäli tiellä havaitaan vaarallisia uria tai polanteita. Laitteiston asentaminen säännöllisesti liikkuviin ajoneuvoihin, kuten raskasliikenteeseen, mahdollistaa tieverkosta saadun ajankohtaisen tiedon sen sijaan että toteutetaan laadunvalvontaa varten pelkästään pistemäisiä erillismittauksia.

ALASCA-pilotissa määriteltiin, suunniteltiin ja testattiin raskasajoneuvoon kiinnitettävä prototyyppi, joka mahdollistaa tieolosuhteiden reaaliaikaisen seurannan nykyisestä, säännöllisesti liikennöivästä raskasliikenteestä.

Prototyyppi pitää sisällään 2D-laserskannerin, prosessointiyksikön, antennit (matkapuhelinverkko, GPS, Wifi) sekä alumiiniset ja muoviset koteloinnit. Pilotissa vertailtiin erilaisia tiedonkeruuvaihtoehtoja ja päädyttiin ratkaisuun, jossa protojärjestelmä on yhtenäinen kokonaisuus, johon kytketään raskasajoneuvosta pelkkä virta. Järjestelmä kerää, prosessoi ja lähettää laserskannausdataa tiestöltä matkapuhelinverkon välityksellä. Lisäksi laite voi kommunikoida wifin kautta muihin laitteisiin, esim. kuskin tablet-tietokoneeseen. Protovaiheessa kerättävä parametri oli (polanne)uran syvyys.

Muotoiluprosessi aloitettiin luomalla ns. moodboardeja, joilla haettiin prototyypille visuaalista ilmettä. Designin osalta päädyttiin luonnonläheiseen, sudenkorentomaiseen muotoiluun. Protojärjestelmälle tehtiin designin hengen mukainen kotelointi 3D-tulostimella sekä sisäinen tuenta alumiinista. Nimeksi annettiin RoadFly.

RoadFly laitettiin ensimmäiseksi testiin laboratorio-olosuhteissa. Järjestelmälle tehtiin jäätävä sade –testit Arctic Power laboratoriossa. Testissä suihkutetaan alijäähtynyttä vettä laitteen pinnalle tuulisissa, kylmissä olosuhteissa jolloin voidaan havaita jään kertyminen laitteeseen. Testien mukaan laitetta tulisi vielä testata enemmän ilman kotelointia, tai tehdä laitteelle minimaalinen kotelointi joka estäisi jään kertymisen. Jäätävyys aiheutti selkeitä haasteita mittaamiselle.

RoadFly testattiin syksyllä 2017 kuivalla/kostealla päällystetyllä tiellä sekä keväällä 2018 talvisella tieosuudella. Molemmissa tapauksissa tuotettiin referenssiaineistoa kalliimmilla mittausvälineillä kuten Trimblen skanneritakymetrillä, Roadscannersin RDSV-mittausajoneuvolla sekä Nordic GeoCenterin mobiililaserkeilaimilla. Kenttätestit tehtiin n. 30 km päässä Rovaniemen keskustasta, noin 2 km mittaisella tieosuudella. Tiestö oli vähäliikenteinen. RoadFly antoi samansuuntaisia mittauksia referenssiaineistoon, joten sitä voidaan hyödyntää tieolosuhteiden monitoroinnissa luotettavasti. Mittaukset eivät luonnollisesti ole kuitenkaan samaa tarkkuutta kuin kalliimmissa mittausjärjestelmissä, joilla mitataan tietä millitarkasti. Pieni lumipöly ei myöskään häirinnyt mittaustapahtumaa. Mittausajot myöskin korreloivat keskenään hyvin, joten mittausten toistettavuutta voidaan pitää luotettavina.

Pilotin aikana haastateltiin eri sidosryhmiä liittyen digitalisaatioon ja automaattiseen tiedonkeruuseen tiestöltä. Näiden pohjalta arvioitiin erilaisia liiketoiminnallisia tekijöitä RoadFly:n kaltaisten tuotteiden kaupallistamisessa. Kaupallistamisessa tulisi ottaa huomioon käyttödatan kerääminen, selkeä ja rajattu arvolupaus sekä System of Systems –näkökulma, jossa RoadFly:n kaltaista tuotetta voitaisiin hyödyntää osana laajempaa järjestelmäintegraatiota.

Datan visualisointi oli myöskin yksi tutkittavista osioista. Visualisoinnin tueksi tehtiin kysely tienpidon laadunvalvojille Lapin urakka-alueilla. Tavoitteena oli saada selville laadunvalvonnan kannalta merkittävimmät tekijät. Näiden pohjalta luotiin erilaisia visualisointinäkymiä, joita ei kuitenkaan vielä koodattu teknisen toteutuksen tasolle. Protojärjestelmän keräämää dataa kuitenkin visualisoitiin muualla kuin reaaliaikanäkymissä mm. mittausdatan vertailuun eri testiajoista.

RoadFly ei ole vielä valmis tuote kaupalliseen käyttöön. Kokeilu kuitenkin osoitti että nykyisestä liikenteestä voidaan kerätä luotettavaa laserskannattua tietoa, josta voidaan laskea käyttötarkoitusta vastaavat parametrit kuten tien urasyvyys. Jatkossa laitetta tulisi vielä testata kylmissä ja lumisissa olosuhteissa.

Hankkeesta on tehty englanninkielinen kokoelmajulkaisu, jossa esitetään kaikki tulokset. Hankkeesta on toteutettu referenssikuvaus Älykkään Elinympäristön Teknologiat –hankekokonaisuuden web-sivuille. Lisäksi hankkeesta on tehty roll-up –materiaalia. Tuloksia on esitetty Aurora Summit 2018 tapahtumassa Oloksella tammikuussa 2018 sekä muutamissa pienemmissä sidosryhmätilaisuuksissa.