Categories
Pulssi Älykästä tuotantoa

Paikan­nus­tek­no­logiat ovat tulossa myös rakennustyömaille

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