Paikantamista hyödynnetään nykyisin rakennustyömailla hyvin vähän ja se on ns. tulevaisuuden teknologia, joka pitäisi sovittaa osaksi rakentamisen prosesseja. Paikannus sinällään ei ole uutta teknologiana, vaan sitä on käytetty jo pitkään eri sovelluksissa ja palveluissa.
Rakentamisen digitalisaatio mahdollistaa rinnakkaisten järjestelmien yhteiskäytön, jolloin paikantaminen voidaan sitoa osaksi rakentamisen prosesseja. Rakentamiseen soveltuvat paikannusteknologiat täytyy valita tarpeen mukaan, eikä yhtä ainoaa ratkaisua ole olemassa.
Paikantamista voidaan hyödyntää rakentamisessa esimerkiksi henkilöturvallisuuden parantamiseen, materiaalien ja laitteiden sijainnin selvittämiseen tai materiaalilogistiikan sujuvoittamiseen.
Tehokkaan ja aikataulutavoitteet saavuttavan rakennusprojektin edellytys on sujuva työmaalogistiikka. Työmaan aluesuunnitelma laaditaan turvallisuuden ja tuottavuuden varmistamiseksi, mutta hyvin laaditun suunnitelmankin toteutumista täytyisi kyetä seuraamaan ja tähän digitalisaation uudet työkalut tarjoavat mahdollisuuksia.
Työkalujen ja materiaalien paikantamisella voi olla myös merkittävä vaikutus yksittäisen työntekijän tehokkuuteen, mikäli paikannustiedot ovat nähtävissä esimerkiksi työntekijän mobiililaitteella. Useiden tutkimusten mukaan valtaosa rakennustyöntekijän työajasta kuluu työkalujen ja -koneiden, työssä tarvittavan rakennusmateriaalin tai informaation etsimiseen. Digitalisaation myötä kaikki tämä tieto voidaan tulevaisuudessa saattaa työntekijän ulottuville eri ohjelmistojen ja teknologioiden avulla, jolloin työntekijälle jää enemmän aikaa keskittyä varsinaiseen työtehtävään.
Paikannusteknologiat
Paikantamiseen löytyy erittäin paljon eri teknologioita, jotka eivät sovellu jokaiseen sovellukseen vaan teknologia täytyy valita tarpeen mukaan. Paikantaminen terminä tuli suuren yleisön tietoon GPS:n (Global Positioning System) yleistymisen myötä. Seuraavassa yleisimpien teknologioiden perustietoja.
GNSS (aiemmin GPS)
GNSS (Global Navigation Satellite System) perustuu satelliittipaikannukseen ja se toimii käytännössä maailmanlaajuisesti. Paikannus vaatii käytännössä näköyhteyden taivaalle satelliitteihin, joten GNSS:n käyttö sisätiloissa ja esimerkiksi korkeiden talojen välissä ei välttämättä toimi luotettavasti, jos ollenkaan.
GNSS-järjestelmää voidaan avustaa maa-asemilla, jolloin paikannuksen nopeus ja tarkkuus paranee. GNSS-paikannuksen avustukseen voidaan käyttää myös kännykkäverkkoa laitteen karkeaan paikannukseen, joka nopeuttaa itse GNSS-paikannusta.
GNSS-paikannus kuluttaa paljon energiaa, joten se ei sovellu paristokäyttöisiin sovelluksiin, joilta vaaditaan pitkä toiminta-aika.
UWB
UWB (Ultra-Wide Band) on paikannusteknologia, joka perustuu radiosignaalin kulkuaikaan, ei signaalin voimakkuuteen, jota perinteisesti käytetään. UWB-paikannus vaatii paikannettavalle alueelle useita vastaanottimia, eli ankkureita, jotka kaikki vastaanottavat signaalin paikannettavasta laitteesta ja näiden tietojen perusteella paikka voidaan laskea geometrisesti. Paikantaminen vaatii keskitettyä järjestelmää, joka tietää ankkurien paikat, kerää tiedot ankkureilta ja laskee lopullisen paikan. UWB-paikannus vaatii GNSS:n tavoin aktiivisen laitteen, joka tarvitsee virtalähteen ja sillä on tietty toiminta-aika. Jotkin nykyiset kännykät tukevat UWB-paikannusta, joten henkilöpaikannus ei välttämättä tarvitse erillistä paikannuslaitetta.
RFID
RFID (Radio Frequency Idenfication) ja varsinkin UHF-versio (Ultra-High Frequency) soveltuu paikantamiseen karkealla tasolla. RFID-teknologia eroaa kahdesta aiemmasta siten että itse paikannettava laite tai oikeammin RFID tägi (tarra tai mokkula) on passiivinen laite, joka saa energiansa lukijan lähettämästä energiapulssista, joten ne eivät sisällä paristoa ja niillä ei ole ns. rajoitettua toiminta-aikaa. RFID-paikannuksessa ei pystytä selvittämään tägin tarkkaa paikkaa vaan yleensä tiedetään, onko tägi lukualueella vai ei, tai montako tägiä on lähistöllä ja niiden tunnistetiedot. RFID:tä voidaan myös käyttää ns. portin kanssa, jolloin tiedetään kaikki portin läpi menneet tägit. RFID-tägejä käytetään esimerkiksi kappaletavarainventaariossa, jolloin RFID-lukijalla voidaan lukea kerralla koko varaston sisältö.
BLE
BLE (Bluetooth Low Energy) teknologiaa voidaan käyttää paikantamiseen tiedonsiirron lisäksi. BLE-laitteet lähettävät aktiivisesti beacon-signaalia (majakka), jolloin kaikki signaalin kuulevat laitteet tietävät ko. laitteen olevan lähistöllä. Tätä tietoa voidaan hyödyntää paikantamisessa. Paikannus ei kerro laitteen tarkkaa sijaintia, vaan sen, onko laite vastaanottimen kuuluvuusalueella. Tämä teknologia vaatii UWB:n tavoin ankkureita paikannettavalle alueelle ja keskitetyn järjestelmän paikannustiedon määrittämiseen. BLE on teknologiana erittäin vähän energiaa vaativa, joten se soveltuu myös pidempiaikaiseen paikantamiseen.
Mobiiliverkkopaikannus
Kännykkäverkkoa voidaan käyttää paikantamiseen kuten edellä mainittujakin teknologioita. Kännykkäverkon paikannus perustuu kännykän (tai paikannettavan laitteen) ja verkon tukiasemien keskinäiseen viestintään ja kolmiomittaukseen. Kolmiomittauksen perusteena käytetään signaalinvoimakkuutta. Paikannuksen tarkkuus riippuu tukiasemaverkoston tiheydestä ja maastoesteistä paikannusalueella. Kännykkäverkon paikannuksen käyttö vaatii yleensä sopimuksen operaattorin kanssa ja pääsyn paikannukseen liittyvään dataan.
Wifi
Wifi-paikannus perustuu signaalin voimakkuuteen ja yleensä myös paikannusalueen verkon kartoitukseen, jonka perusteella laitteen paikka määritetään. Wifi on teknologiana energiasyöppö eikä sovellu paristokäyttöisiin sovelluksiin.
Kameravalvonta ja hahmontunnistus
Paikannusta voidaan tehdä työmaa-alueella myös kamerajärjestelmien ja hahmontunnistuksen avulla. Kameralla voidaan kattaa laajoja alueita eikä kameravalvonta tarvitse ylimääräisiä paikannuslaitteita paikannettavien kohteiden seurantaan, joten se on kustannustehokas tapa.
Rakennustyömaan paikannustarpeet
Rakennustyömailla voidaan hyödyntää paikannusta eri tarkoituksiin. Henkilöpaikannus mahdollistaa esimerkiksi työmaalla olevien henkilöiden lukumäärän reaaliaikaisen seurannan. Materiaalien paikannus mahdollistaa jatkuvan inventaarion, jolloin materiaalien määrät ja sijainnit ovat tiedossa. Lisäksi työkalujen paikannus helpottaa niiden löytämistä ja vähentää etsiskelyä.
Rakennustyömaalla on lähes aina erilaisia riskejä ja vaara-alueita, jotka on tunnistettava ja kyettävä hallitsemaan. Vaaroja voivat aiheuttaa esimerkiksi nostot, työmaaliikenne ja putoamisriskin alueet. Tietyillä alueilla voi olla vaarallista vain tiettyinä aikoina (kuten nostotyön aikana nostoalueella), mutta muina aikoina työskentely ja liikkuminen on turvallista.
Laajan ja monimutkaisen työmaa-alueen valvonta on haastavaa, eikä useakaan työnjohtaja voi olla selvillä jokaisen työntekijän liikkumisesta. Tämän lisäksi myös ulkopuolisia, luvattomia henkilöitä voi liikkua työmaa-alueella. Henkilöpaikannuksen avulla on mahdollista ehkäistä ja ennakoida riskitilanteita, sekä reagoida nopeasti riskitilanteen sattuessa.
Tuottavuuden takaamiseksi tulisi työmaan hankintojen tapahtua oikea-aikaisesti. Jo pientarvikkeiden puute voi pysäyttää käynnissä olevan työvaiheen ja sekoittaa aikataulut. Materiaalien paikannuksen ja jatkuvan inventaarion avulla hankintoja on mahdollista ennakoida entistä paremmin ja näin voidaan saavuttaa kustannussäästöjä aikatauluviiveiden vähentyessä.
Paikannusteknologioiden soveltuvuus eri käyttötarpeisiin
Eri paikannusteknologioilla on omat hyvät ja huonot puolensa, jotka määrittävät niiden soveltuvuuden eri käyttötarkoituksiin.
Ajoneuvojen ja ihmisten paikantamiseen voidaan käyttää GNSS-pohjaisia järjestelmiä, UWB-teknologiaa tai kamerajärjestelmiä. Ajoneuvoissa on yleensä käytettävissä sähköä, jolloin järjestelmän virrankulutus ei rajoita käyttöä. Ihmisten paikannus voidaan tehdä käyttämällä työkännyköitä, jolloin paikannuslaite on aina mukana. Kännyköistä löytyy GNSS- ja joissakin malleissa myös UWB-teknologiat paikantamista varten.
Hahmontunnistusta käyttäen voidaan kamerakuvasta löytää esimerkiksi henkilöt tai ajoneuvot ja käyttämällä aluerajauksia on mahdollista saada esimerkiksi hälytys, jos vaara-alueella on liikettä. Kameravalvontaa ja hahmontunnistusta voidaan soveltaa myös inventaarion tekemiseen mutta sitä rajoittaa hahmontunnistuksen tarkkuus sekä erilaisten tunnistettavien kohteiden suuri määrä ja mahdollisesti samanlainen ulkonäkö, jolloin tunnistustarkkuus voi olla huono ja järjestelmän tarkkuus pieni.
Inventaarion teko voidaan automatisoida käyttämällä RFID-tunnisteita, jolloin voidaan esimerkiksi lukijaporttien avulla nähdä mitä materiaalia on saapunut työmaa-alueelle. Käsilukijoiden avulla voidaan myös tehdä varasto- tai tilakohtaisia inventaarioita, jolloin materiaalimäärät ja niiden paikat saadaan tietoon. Työkalujen ja -koneiden paikannukseen voidaan käyttää RFID-teknologiaa sekä BLE- tai UWB-pohjaisia ratkaisuja, jolloin paikannustieto saadaan automaattisesti.
Paikannuksen tulevaisuus työmailla
Vaikka rakennusala mielletään hyvinkin konservatiiviseksi, ei sekään voi välttyä digitalisaation tuomilta muutoksilta. Samalla kun rakentamisen prosessit kehittyvät, on luonnollista ottaa käyttöön uusia teknologioita ja integroida niitä osaksi prosesseja. Oppilaitokset ja korkeakoulut, kuten Karelia-amk, näyttelevät tärkeää roolia uusien teknologioiden ja toimintatapojen kouluttamisessa tulevaisuuden rakentamisen ammattilaisille.
Tämä artikkeli on tehty Karelian rakennustekniikan RAVI – Rakentamisen vihreä siirtymä ja Karelian talotekniikan Digital Twin – Kiinteistö- ja talotekniikan kestävät palvelut ja osaaminen -hankkeissa saatujen tulosten pohjalta.
Kirjoittajat:
Ossi Laakkonen, projektipäällikkö, Karelia-ammattikorkeakoulu
Riku Hirvonen, projektisuunnittelija, Karelia-ammattikorkeakoulu