Karelia-amk:n energia- ja ympäristötekniikan koulutusohjelman uudessa opetussuunnitelmassa opiskelijat voivat suunnata osan opinnoistaan joko ympäristötekniikkaan tai energiatekniikkaan. Kolmannen vuoden opiskelijoille suunnatulla Ympäristön mittaustekniikka -opintojaksolla on toteutettu yhteistyötä Suomen ympäristökeskus SYKEn kanssa nyt ensimmäistä kertaa syksyn 2024 aikana.
SYKEn mekatroniikan laboratorio sijaitsee Joensuussa. Siellä toteutetaan suunnittelu- ja työpajapalveluja metrologiatutkimuksia varten. Metrologia tarkoittaa mittaustiedettä. SYKEllä on käynnissä Suomen akatemian rahoittama hanke Autonomous Measurement Platforms for Environmental Data (AutoDataInfra), jonka tavoitteena on muun muassa parantaa kenttäolosuhteissa käytettävien kannettavien ympäristömittauslaitteiden ja autonomisten eli itsenäisesti tai etäohjattavasti maastossa toimivien mittausalustojen tuottamien mittaustulosten luotettavuutta. Yhtenä tärkeänä näkökulmana hankkeessa on sidosryhmäyhteistyö.
Kenttätyöskentelyä Tohmajärvellä
Opintojakson ja hankkeen välistä yhteistyötä lähdettiin viemään eteenpäin Karelian lehtoreiden ja SYKEn laboratorioinsinöörien kanssa osana AutoDataInfra-hanketta. Mekatroniikan laboratorion laitteistoon kuuluvan EnviStation nimisen kenttälaboratorion suunnitteli ja toteutti Karelian energia- ja ympäristötekniikan silloinen opiskelija ja nykyinen SYKEn laboratorioinsinööri Tuomas Hirvonen opinnäytetyössään. EnviStation on tärkeä osa opintojaksolla toteuttavaa tiedonkeruuta ja sille haluttiin löytää sellainen tutkimuskohde, jonka avulla pystyttäisiin keräämään tarpeellista lisätietoa vesistöhankkeiden suunnitteluun. Sijoituspaikaksi EnviStationille valikoitui Tohmajärven Luosojoki, jossa on ollut käynnissä joen kunnostukseen liittyvä suunnitteluhanke ja se nivoutuu osaksi laajempaa Tohmajärven kunnostushanketta.
Olimme opiskelijoiden ja sykeläisten kanssa maastossa syyskuussa kahteen otteeseen. SYKEn työntekijät olivat suunnitelleet mielenkiintoisen ohjelman kenttäpäiville. Opiskelijat pääsivät pienryhmissä kokeilemaan uudenlaisia ympäristön mittaamiseen hyödynnettäviä laitteistoja, joita ei meidän korkeakoulustamme löydy.
EnviStation kenttälaboratorio asennettiin opiskelijoiden toimesta Luosojoen varteen. Kenttälaboratorio otti automaattisesti vesinäytteitä joesta ja analysoi niiden tulokset syyskuusta aina marraskuun puoliväliin saakka. Sensorit pystyvät analysoimaan autonomisesti muun muassa nitraattia, nitriittiä, kemiallista hapenkulutusta COD, biologista hapenkulutusta BOD, liuennutta orgaanista hiiltä DOC sekä orgaanisen hiilen kokonaismäärää TOC.
Näytteistä kertynyttä dataa on voitu seurata reaaliaikaisesti pilvipalvelun kautta. Tämän lisäksi tutkimusajanjakson aikana otetaan myös perinteisin menetelmin rinnakkaisia vesinäytteitä analysoitavaksi laboratorioon. Opiskelijat toteuttavat saaduista tuloksista analyysin osana Mittausdatan analysointi ja visualisointi -opintojaksoa. EnviStation on varustettu aurinkopaneeleilla ja akustolla, joten sitä voidaan hyödyntää myös hyvin syrjäisissä kohteissa. Tällä kertaa saimme kenttälaboratorion liitettyä suoraan verkkovirtaan, joka mahdollisti tutkimuksen jatkamisen pidemmälle syksyyn.
Opiskelijat ovat jo aiemmin opinnoissaan toteuttaneet virtaamamittauksia perinteisesti hyödynnettävällä siivikkomenetelmällä. Tällä kertaa Luosojoen virtaamamittaus tehtiin ADCPllä (Acoustic Doppler Current Profiler), joka samalla määrittää myös uoman profiilin. Menetelmä perustuu kaikuluotaukseen. Mittaustapa on perinteiseen siivikkomenetelmään verrattuna nopea ja tarkkuustasoltaan samassa mittaluokassa.
Dronekuvaus ympäristötiedon keräämisen välineenä
Samalla maastokerralla toteutettiin myös dronekuvaus Tohmajärven Vääränlahdella. Dronelle määritettiin kolme lentoreittiä, joista jokaisella otettiin laaja joukko kuvia. Dronen ottamista kuvista toteutettiin ortomosaiikkikuva tekoälyä hyödyntävän ohjelman avulla. Ortokuvasta pystytään esimerkiksi arvioimaan Vääränlahden vesikasvien lajijakaumaa ja runsautta.
Dronejen kuvauskäyttö on yleistynyt myös ammatillisessa käytössä ja niitä voidaan hyödyntää monella tapaa myös ympäristötiedon keräämisessä. Kuvien avulla voidaan esimerkiksi analysoida vesistöissä kasvillisuutta, linnustoa, kartoittaa ja seurata toimintoja tai toteuttaa esimerkiksi vesistökunnostussuunnitelua tai erilaisia tarkastuksia.
Toisena maastopäivänä SYKEn raskaamman kaluston dronea hyödynnettiin vesistöympäristössä tapahtuvaan mittaukseen. Droneen kiinnitetyllä näytteenottimella haettiin Jukajärven syvänteestä vesinäyte kahdesta eri syvyydestä. Vesinäytteestä analysoitiin paikan päällä happipitoisuus. Vertailun vuoksi opiskelijat kävivät hakemassa myös perinteiset vesinäytteet veneillä ja Limnos-näytteenottimilla.
Jukajärvellä toteutettiin myös autonomisen tutkimuslautan avulla kaikuluotaus, jolla määritettiin pohjanprofiili sekä vesitilanne syvänteessä, josta vesinäytteet dronella otettiin. Lautalle määritettiin reitti, jonka se itsenäisesti suoritti. Lauttaa ja sen etenemistä seurattiin rannalta käsin. SYKEn laboratorioinsinöörit ovat itse suunnitelleet ja toteuttaneet tutkimuslautan.
Opintojakso on ollut opiskelijoille erinomainen katsaus ympäristönmittauksessa hyödynnettävään uudenlaiseen tekniikkaan. Samalla on tullut selväksi, että tällaisia laitteistoja joutuu usein suunnittelemaan ja rakentamaan itse alusta alkaen. Osaaminen automaatiosta ja koodauksen perusymmärrys sekä hyvät kädentaidot auttavat asiassa eteenpäin. Tietysti osaamista tarvitaan myös ympäristötiedon analysoinnista, mutta projektien toteuttamisessa on monipuolinen insinööriosaaminen tarpeen.
Yhteistyö Suomen ympäristökeskuksen mekatroniikan laboratorion ja AutoDataInfra-hankkeen kanssa mahdollisti aivan uudenlaisen osaamisen kartuttamisen opiskelijoille. Organisaatiorajat ylittävä työelämäyhteistyö on juuri tällaista parhaimmillaan.
Kirjoittaja:
Anniina Kontiokorpi, lehtori, Karelia-ammattikorkeakoulu