Tieto, viestintä ja automaatiotekniikan soveltaminen tieväylien päällystämistöissä

TUTKIMUSRAPORTTI Nro VTT R 09689 07 7.1.2008 Tietomallipohjainen automaatio tieverkon päällystämisen korjaus ja uudisrakentamistyössä (TIMARA) Tieto, viestintä ja automaatiotekniikan soveltaminen tieväylien päällystämistöissä Kirjoittajat: Luottamuksellisuus: Pekka Kilpeläinen Julkinen

1 (57) Raportin nimi Tieto, viestintä ja automaatiotekniikan soveltaminen tieväylien päällystämistöissä Asiakkaan nimi, yhteyshenkilö ja yhteystiedot Asiakkaan viite Projektin nimi Projektin numero/lyhytnimi Tietomallipohjainen automaatio tieverkon päällystämisen 539 /TIMARA korjaus ja uudisrakentamistyössä Raportin laatija(t) Sivujen/liitesivujen lukumäärä Pekka Kilpeläinen 57/ Avainsanat Raportin numero Tienrakennus, päällystäminen, langaton tiedonsiirto VTT R 09689 07 Tiivistelmä TIMARA projektissa tutustuttiin asfaltointiprosessiin ja erityisesti asfaltin valmistuksen, kuljetuksen ja levittämisen muodostamaan kokonaisuuteen sekä työmaakäyntien että asiantuntijoiden haastattelujen ja kirjallisuuden avulla. Lisäksi projektissa toteutettiin kokeellinen mittausosuus oikealla asfaltointityömaalla. Asfaltoinnissa käytettyihin koneisiin on saatavilla erilaisia kaupallisia automaatiojärjestelmiä mm. levittämiseen ja tiivistämiseen. Tämän takia TIMARA projektissa keskityttiin eri koneiden muodostaman koneryhmän hallintaan. Keskeiseksi tutkimusaiheeksi muodostui automaattinen tiedon kerääminen asfalttiaseman, kuorma autojen ja asfaltinlevittimien muodostamasta koneryhmästä. Tätä varten kehitettiin konsepti, jossa ideana on asentaa eri työkoneisiin sulautettuja mittausmoduuleita mittaamaan eri prosessisuureita. Mittausmoduulit lähettävät nämä tiedot palvelimelle, joka muodostaa reaaliaikaisesti päivittyvän näkymän asfaltointiprosessin toiminnasta. Ideana on yhdistää langattomalla tekniikalla työmaalla toimivat koneet samaan järjestelmään samaan tapaan kuin esimerkiksi koneet ja laitteet tehtaan sisällä. Järjestelmän tarkoitus on tarjota reaaliaikaista informaatiota koko prosessin toiminnasta sekä mahdollistaa automaattinen työsuorituksen dokumentointi. Kehitettyä konseptia testattiin käytännössä testijärjestelmällä, jolla voitiin paikantaa työmaalla liikkuvia työkoneita sekä mitata koneisiin liitetyillä antureilla prosessisuureita, mm. kuljetettavan asfalttimassan lämpötilaa. Mitatut tiedot voitiin esittää reaaliaikaisesti selainpohjaisen käyttöliittymän avulla. Testijärjestelmää testattiin kahden päivän ajan Tampereen läntisen ohitustien työmaalla. Testien tuloksien perusteella voidaan todeta, että automaattinen tiedonkeruu asfaltointiprosessista on teknisesti toteutettavissa ja langaton teknologia antaa mahdollisuuden mitata, siirtää ja jakaa tietoa työmaaoloissa hyvin reaaliaikaisesti. Luottamuksellisuus julkinen Oulu 21.12.2007 Allekirjoitukset Pekka Kilpeläinen, tutkija laatija VTT:n yhteystiedot Mikko Sallinen, vastuullinen johtaja, tarkastaja Jakelu (asiakkaat ja VTT) Projektin johtoryhmän jäsenet VTT:n nimen käyttäminen mainonnassa tai tämän raportin osittainen julkaiseminen on sallittu vain VTT:ltä saadun kirjallisen luvan perusteella.

2 (57) Alkusanat TIMARA projekti antoi tutkijoille mahdollisuuden tutustua asfaltointiprosessiin sekä asiantuntijoiden haastattelujen että työmaalle tehtyjen käyntien muodossa. Projektin lopussa tehtiin myös kokeellinen osuus Tampereen läntisen ohitustien työmaalla. Kaikki nämä olivat antoisia kokemuksia ja antoivat tutkijoille paljon käytännön tietoa, jota ei voi kirjoista opiskella. Projektin johtoryhmän muodostivat: Esa Haapa aho, Terrasolid Oy, (Puheenjohtaja) Anders Nordström, Destia Jukka Juola, Andament Oy Erkki Mäkinen, Tekla Oyj Markku Tervo, Tiehallinto Marko Kivimäki, TEKES Heikki Jämsä, Asfalttiliitto ry Anssi Lampinen, AL Engineering Oy Rauno Heikkilä, OY/RATE Mika Jaakkola, OY/RATE Mikko Sallinen, VTT Kalervo Nevala, VTT Kiitos johtoryhmän jäsenille hyvästä johtoryhmätyöskentelystä ja projektin ohjaamisesta. Projektin aikana kehitettiin myös testijärjestelmä, jonka toteuttamiseen osallistuivat VTT:ltä Jari Rehu, Tommi Parkkila, Esa Matti Sarjanoja, Matti Annala, Jari Hämeenaho ja Pekka Saavalainen. Työmaatesteihin osallistui lisäksi Juha Matti Halme Oulun yliopiston Rakentamisteknologian tutkimusryhmästä. Kiitos testijärjestelmän toteuttajille sekä työmaatesteihin osallistuneille. Työmaatestit toteutettiin Tampereen läntisen ohitustien työmaalla, jossa pääurakoitsijana toimi Destia. Kiitokset Heikki Keskiselle ja Sara Väänäselle sekä kuorma autonkuljettajille, levitysporukalle ja asfalttiaseman työntekijöille, jotka autoitte testien toteuttamisessa työmaalla. Oulu 21.12.2007 Pekka Kilpeläinen

3 (57) Sisällysluettelo Alkusanat 2 1 Johdanto 5 2 Päällystystyömaan toimintaprosessi 7 2.1 Kokonaistoimintaprosessi 7 2.2 Päällystystyön toimintaprosessi ja materiaalivirrat 7 2.2.1 Asfaltin valmistus 9 2.2.2 Kuljetus 10 2.2.3 Levitys 10 2.2.4 Asfaltin tiivistys 10 2.3 Vanhojen päällysteiden korjausmenetelmiä 11 2.3.1 Päällysteiden jyrsintä 11 2.3.2 Vanhan päällysteen uusiokäyttö 11 2.3.3 Koneautomaation sovelluskohteita korjausrakentamisessa 13 3 Päällystystyömaan tiedonsiirto 16 3.1 Yleisimpiä tiedonsiirtotarpeita 16 3.2 Pitkän ja lyhyen kantaman tiedonsiirto 16 3.2.1 Ajoneuvojen tunnistus 17 3.2.2 Materiaalien seuranta 17 3.2.3 Tiedon jakaminen koneryhmän koneiden välillä 18 3.2.4 Usean koneen ohjaaminen samalla automaatiojärjestelmällä 18 3.2.5 Koneen sisäinen tiedonsiirto 19 3.2.6 Ympäristössä olevien laitteiden ja palveluiden käyttö 19 3.3 Yhteenveto langattomista tiedonsiirtotekniikoista 20 4 Automaattinen tiedonkeruu päällystysprosessista 21 4.1 Lähtökohta 21 4.2 Asfaltointityömaan hallintajärjestelmän konsepti 23 4.2.1 Prosessinäkymä ja käyttäjät 23 4.2.2 Tapahtumat ja niiden tunnistus 23 4.2.3 Kuljetusketjun tehokkuuden mittaus 25 4.2.4 Kuorma autojen paikannus ja matka ajan ennustaminen 25 4.2.5 Asfaltin lämpötilan mittaaminen 26 4.2.6 Asfaltinlevittimen työsuorituksen mittaus 26 4.2.7 Kuormien rekisteröinti 27 4.2.8 Tiedonsiirto 27 5 Työmaakokeiden toteutus 28 5.1 Työmaakokeiden tavoitteet ja toteutus 28 5.2 Järjestelmän tekninen toteutus 30 5.2.1 Järjestelmän osat ja kommunikointi 30

4 (57) 5.2.2 Sulautetut mittausmoduulit 31 5.2.3 Kuorma auton anturointi 33 5.2.4 Asfaltinlevittimen anturointi 34 5.3 Flash ofdm tekniikan testaus 34 6 Tulokset työmaakokeista 37 6.1 Mittaukset kuorma autoista 37 6.1.1 Lämpötilan mittaus 37 6.1.2 Kippauspaikan rekisteröinti 40 6.1.3 Tiedonsiirron luotettavuus 43 6.2 Mittaukset asfaltinlevittimestä 43 6.2.1 Lämpötilan mittaus 43 6.2.2 Tiedonsiirron luotettavuus 46 6.3 Flash ofdm tiedonsiirron testaus 47 6.3.1 Ping testit 47 6.3.2 Tiedonsiirtonopeuden testaus 50 7 Tulosten tarkastelu 51 7.1 Lämpötilan mittaus 51 7.2 Muita havaintoja 52 7.3 Flash ofdm tiedonsiirron testaus 53 7.4 Jatkokehityskohteet 54 8 Yhteenveto 55 Lähdeviitteet 56

5 (57) 1 Johdanto TIMARA projektissa (Tietomallipohjainen automaatio tieverkon päällystämisen korjaus ja uudisrakentamistyössä) tutkittiin tieverkon päällystämistä ja vanhojen päällysteiden korjaamista laajasti alkaen tien kunnon mittauksesta ja korjaustoimien suunnittelusta ja päätyen varsinaiseen rakentamiseen ja korjaamiseen sekä laadunvarmistukseen. Projektin tutkimusosapuolet ovat Oulun Yliopiston Rakentamisteknologian tutkimusryhmä sekä VTT. Oulun Yliopiston Rakentamisteknologian tutkimusryhmän tutkimusosuus keskittyy suunnittelun lähtötietojen keräämiseen ja suunnittelumenetelmiin. VTT:n tutkimusosuus keskittyy automaatiotekniikan ja langattoman tiedonsiirtotekniikan hyödyntämiseen uusien teiden päällystämisessä sekä vanhojen teiden korjaamisessa. Tämän projektin aikana on voitu todeta, että tiedonsiirtotekniikan ja matkapuhelinverkkojen kehittyminen on oikeasti mahdollistanut langattoman laajakaistan. Tällä hetkellä langatonta laajakaistaa tarjotaan jopa useammalla eri tekniikalla ja hinnoittelumalli on siirtymässä yleisesti kiinteään kuukausimaksuun datan siirtomääriin perustuvan laskutuksen sijasta. Pakettipohjaisesta GPRS tekniikasta on muodostunut perustekniikka, joka on käytettävissä lähes koko maassa ja tämän laajennus EDGE suurimmissa kaupungeissa. 3G verkot toimivat suurimmissa kaupungeissa. 3G verkoissa HSDPA/HSUPA laajennukset, joita ollaan parhaillaan ottamassa käyttöön, nostavat tiedonsiirtokapasiteetin parhaimmillaan useisiin Mbs/s. Osa uusimmista matkapuhelimista tukee sekä GSM/GPRS/EDGE tekniikoita että 3Gverkkoja ja näiden lisäksi vielä lyhyen kantaman Bluetooth yhteyksiä ja lisenssivapaita WLAN verkkoja. WiMax teknologiaan (802.16) perustuvia paikallisia verkkoja on rakennettu ympäri Suomea toistaiseksi korvaamaan kiinteitä verkkoyhteyksiä haja asutusalueilla. Wimax teknologiasta on myös valmistunut mobiilikäytön mahdollistava standardi, joka lisää varmasti WiMaxtekniikan merkitystä tulevaisuudessa. Toistaiseksi arviot WiMax tekniikan yleistymisestä ja sen kilpailukyvystä esim. 3G verkkoihin verrattuna ovat ristiriitaisia. Huhtikuussa 2007 avattiin käyttöön myös Digitan rakentama @450 verkko. @450 verkko on NMT 450 järjestelmältä vapaaksi jääneellä 450 MHz taajuusalueella toimivat flash ofdmtekniikkaan perustuva tiedonsiirtoverkko. Verkon on tarkoitus kattaa koko Suomi vuoden 2009 loppuun mennessä ja se tarjoaa alkuvaiheessa 1 Mb/s /512 kb/s tiedonsiirtonopeuden. Projektin aikana päästiin kokeilemaan @450 verkon toimintaa käytännössä ja tehtyjen testien perusteella tekniikkaa voidaan pitää erittäin varteenotettavana liikkuvien ajoneuvojen internet yhteyden muodostamisessa. Flash ofdm tekniikkaan perustuvia verkkoja on Suomen lisäksi käytössä vain Slovakiassa, koska monissa maissa 450 MHz taajuusalue on varattu muuhun käyttöön. Tämä on tietynlainen ongelma, joka voi pitää esim. laitetarjonnan pienenä. Projektin aikana toinen tekniikan kehittymiseen liittyvä havainto on, että GPS paikannus on parin viime vuoden aikana lyönyt itsensä läpi kuluttajamarkkinoilla erityisesti autonavigaattoreissa ja viimeisen vuoden aikana myös matkapuhelimiin integroituna. Digitaalisen kartta aineiston kattavuus ja hyvä saatavuus sekä laitteiden halpenevat hinnat ovat vauhdittaneet tätä kehitystä. Suuret valmistusmäärät ovat laskeneet GPS sirujen hintoja. Käytännössä valmiiksi koteloitu GPS vastaanotin on hinnaltaan alle 50 ja GPS siru integroituna esim. matkapuhelimeen on huomattavasti edullisempi. Epätarkkuudestaan huolimatta edullisilla GPS paikantimilla on lukuisia käyttökohteita rakentamisessa

6 (57) esimerkiksi työkoneiden ja työntekijöiden paikannuksessa ja erilaisissa tiedonkeruusovellutuksissa ja paikkatietoa hyväksi käyttävissä mobiilisovellutuksissa. VTT:n tutkimusosuuden keskeiseksi teemaksi nousivat päällystystyömaan tiedonsiirtotarpeet ja reaaliaikainen tiedonkeruu päällystysprosessin aikana. Langattomien tiedonsiirtoteknologioiden kehittyminen mahdollistaa kaikkien työmaalla toimivien työkoneiden liittämiseen työmaan hallintajärjestelmään. Tämä antaa tekniset välineet työmaalla toimivien koneiden parempaan kokonaistoiminnan hallintaan. Samoin työmaalla toimivat työntekijät voivat langattomilla päätelaitteilla käyttää mobiilisti erilaisia tietojärjestelmiä. Tämä mahdollistaa reaaliaikaisen tiedon saannin työmaan toiminnasta sekä tämän tiedon tehokkaan hyödyntämisen ja jakelun käyttäjille. Päällystystyömaalla toimii korjaus ja uudisrakentamisessa erilaisia koneryhmiä, jotka tekevät toisiinsa linkitettyjä työvaiheita. Koneryhmän voivat muodostaa esim. asfalttiasema, asfalttiautot ja asfaltinlevittimet. Usein asfaltin tiivistämisessä käytetään useampaa jyrää, jotka muodostavat koneryhmän. Päällystevaurioiden korjauksessa käytettävät koneet, esim. lämmitin ja remixer, muodostavat koneryhmän. Koneryhmän prosessissa toisen koneen työsuoritus on suoraan riippuvainen toisen koneen tai koneketjun työn etenemisestä. Esim. asfaltinlevittimen työ keskeytyy, jos asfalttiasemalta ei saada kuljetettua materiaalia levittimelle. Langaton tekniikka mahdollistaa koneryhmän eri koneiden yhdistämisen toisiinsa tai yhteisen hallintajärjestelmän alle. Tämä antaa mahdollisuuden tarjota eri koneiden käyttäjille tietoa reaaliaikaisesti eri koko koneryhmän toiminnasta ja optimoida ja synkronoida koko koneryhmän toimintaa. Rakentamisprosessin aikana tapahtuva tiedonkeruu voi tapahtua joko käyttäjien toimesta tai automaattisesti käyttäen hyväksi koneeseen asennettuja antureita. Käyttäjän toimesta tapahtuva tiedonkeruu on tyypillisesti erilaisten tapahtumien rekisteröintiä, esim. käyttäjä syöttää tiedon suorittamastaan työtehtävästä jonkin päätelaitteen avulla. Tämän tyyppisiä järjestelmiä on nykyään yleisesti käytössä yrityksissä, joissa tehdään liikkuvaa työtä. Jos tietoa joudutaan syöttämään harvoin, järjestelmän käyttäminen ei työllistä käyttäjää liikaa. Jatkuva tietojen kerääminen, esim. erilaisten prosessisuureiden mittaaminen, vaatii kuitenkin pitemmälle automatisoitua järjestelmää. Tässä projektissa yhtenä tutkimusaiheena oli automaattinen tiedonkeruu päällystämisprosessista. Automaattisella tiedonkeruulla tarkoitetaan erilaisten tilanteiden havaitsemista paikannuksen ja koneeseen kytkettyjen anturien perusteella ilman ihmisen interaktiota. Käytännössä automaattinen tiedonkeruu on hyvin haastava toteuttaa siten, että se kattaa koko prosessin. Ihmisen kykyä tunnistaa erilaisia tilanteita voi olla joissain tapauksissa mahdotonta jäljitellä antureilla ja ohjelmoiduilla säännöillä. Automaattinen tiedonkeruu onkin parhaimmillaan jatkuvia rutiininomaisia mittauksia (esim. asfalttimassan lämpötila) suoritettaessa. Automaattisella tiedonkeruulla voidaan myös mitata ja rekisteröidä sellaisia muuttujia, joita olisi hankala tai työläs kerätä käsin, esimerkiksi asfalttiautojen odotusaikoja tai koneiden käyttötunteja. Automaattinen ja käyttäjän toimesta tapahtuva tiedonkeruu eivät ole toisensa poissulkevia vaan osa tiedoista voidaan kerätä käyttäjän toimesta ja osa automaattisesti. Jotta kerätty tieto olisi hyödyllistä, sen tulee olla käyttäjän kannalta helposti hyödynnettävässä muodossa. Tietokantaan kerätty tieto on järjestetyssä muodossa, joten erilaisten raporttien generointi voidaan automatisoida. Tavallisia käyttökohteita on projektin etenemisen seuranta ja tilaajan vaatiman dokumentaation tuottaminen. Langaton tekniikka mahdollistaa tiedon siirtämisen työmaalta tietokantaan heti kun se syntyy. Kerätty tieto on siis mahdollista saada

7 (57) käyttöön jo työprosessin aikana eikä vasta jälkikäteen. Tämä mahdollistaa reagoinnin esimerkiksi laatupoikkeamiin jo työskentelyn aikana. Automaattista tiedonkeruuta ja langatonta tiedonsiirtoa voidaan käyttää hyväksi myös työprosessin hallinnassa ja päivän aikana tapahtuvassa tehtävien suunnittelussa ja synkronoinnissa. Esimerkiksi reaaliaikainen tilannetieto asfaltinlevittimien työn edistymisestä mahdollistaa kuljetuskaluston resurssoinnin eri levittimien välillä ja asfalttiaseman tuotannon sopeuttamiseen levittimien massan tarpeeseen. Vastaavasti asfaltinlevittimien työnopeus voidaan sovittaa kuorma autojen kuljetuskapasiteettiin, jos levittimien perämiehelle välitetään tieto tulossa olevista kuorma autoista. VTT:n tutkimusosuudessa tutkittiin tähän sisältyvää ongelmakenttää sekä kehitettiin konsepti järjestelmästä, jolla voitaisiin kerätä reaaliaikaista tietoa asfaltointiprosessin etenemisestä. Aihetta tutkittiin myös kokeellisesti. Tampereen läntisellä ohitustiellä järjestettiin syksyllä 2007 demonstraatio, jossa testattiin VTT:n kehittämää mittausjärjestelmää. Tavoitteena oli hankkia käytännön kokemuksia, joita voidaan käyttää hyväksi kehitetyn konseptin jatkokehityksessä. 2 Päällystystyömaan toimintaprosessi 2.1 Kokonaistoimintaprosessi Varsinainen päällystystyö on osa kokonaisuutta, joka alkaa suunnittelun lähtötietojen hankinnasta ja suunnitteluvaiheesta, kuva 1. Ennen päällystystyön aloittamista työmaalla joudutaan tekemään erilaisia valmistelevia töitä, esim. tekemään työmaamerkinnät asfaltinjyrsimille ja levittimelle. Päällystystyön aikana suoritetaan työtä ohjaavia laatumittauksia, esim. valvotaan asfalttimassan lämpötilaa, syntyvää pinnan laatua ja tiivistymistä. Päällystystyön jälkeen suoritetaan laatumittauksia, esim. tasaisuusmittauksia ja kantavuusmittauksia. VTT:n tutkimusosuudessa keskityttiin päällystystyöhön ja reaaliaikaiseen prosessin monitorointiin ja laadunvalvontaan. Päällystystyötä ja siihen liittyviä toimintaprosesseja käsitellään siinä laajuudessa kuin se on prosessin ymmärtämiseksi tarpeellista. Lähtötietojen hankinta Työmaamerkinnät ja Suunnittelu Päällystystyö Laatumittaukset mittaukset Työn aikainen laadunvalvonta Kuva 1. Päällystystyömaan kokonaistoimintaprosessi. 2.2 Päällystystyön toimintaprosessi ja materiaalivirrat Varsinainen päällystystyö on kokonaisuus, joka muodostuu asfaltin valmistuksesta, asfaltin kuljetuksesta levittimelle, asfaltin levittämisestä ja asfaltin tiivistämisestä. Nämä vaiheet ovat samat yleensä sekä korjaus että uudisrakentamisessa. Korjausrakentamisessa suoritetaan usein myös vanhan asfaltin poistaminen jyrsimällä ja sen kierrätys. Vanhan asfaltin kierrätys voidaan tehdä paikan päällä tähän kehitetyillä remixer laitteilla tai jyrsitty asfalttirouhe voidaan kuljettaa asfalttiasemalle hyödynnettäväksi uuden asfaltin raaka aineena. Asfaltoinnin jälkeen tehdään ajoratamerkinnät.

8 (57) Kuvassa 2 on esitetty asfaltoinnin toimintaprosessi pääpiirteissään. Prosessikuvaus on esitetty Life Cycle Inventory of Asphalt Pavements raportissa ja Asfalttilehdessä [Stripple 2000, Jämsä 2005]. Prosessikuvaus on tehty asfalttipäällysteiden elinkaarilaskelmia silmällä pitäen, joten se ei sisällä esim. laadunvarmistukseen liittyviä toimenpiteitä. Se antaa kuitenkin varsin hyvän kokonaiskuvan päällystysprosessin toiminnasta ja materiaalivirroista. Kuva 2. Päällystämisen työprosessi uuden päällysteen rakentamisessa ja päällysteen kunnossapidossa (editoitu). [Jämsä 2005]

9 (57) 2.2.1 Asfaltin valmistus Asfaltin valmistus tapahtuu joko kiinteällä tai liikuteltavalla asfalttiasemalla. Tässä projektissa käytiin tutustumassa Lievestuoreella sijaitsevan liikuteltavan asfalttiaseman toimintaan. Kuvassa 3 Lievestuoreen asemaa vastaava mobiili asfalttiasema. Tampereella tehdyissä työmaatesteissä käytössä oli ns. puoliliikuteltava asema. Tämä asema oli varustettu siiloilla, joihin kuumaa asfalttimassaa voitiin varastoida. Kuva 3. Liikuteltava asfalttiasema, kuva Amomatic Oy (www.amomatic.com). Asfaltin valmistuksessa käytettäviä materiaaleja ovat kiviaines, bitumi ja täyteaineet, esim. lentotuhka. Lisäksi asfalttiin voidaan lisätä mm. väriaineita ja kuitua sekä vanhaa murskattua asfalttia. Asfalttiasemalle pitää asfaltin raaka aineiden lisäksi kuljettaa myös polttoainetta. Bitumia ja polttoainetta tilataan yleensä liikutettavalle asfalttiasemalle edellisenä päivänä seuraavan päivän tarvetta vastaava määrä, koska asfalttiasemalla suurempien määrien varastointiin ei ole säiliöitä. Bitumin ja polttoaineen tilauksesta vastaa aseman hoitaja, joka tekee tilauksen saatuaan päällystystyömaan työnjohtajalta arvion seuraavan päivän asfalttimassan tarpeesta. Asfaltin valmistus tapahtuu pitkälle automatisoidusti etukäteen määriteltyjen reseptien mukaisesti. Kiviaines lastataan pyörökuormaajalla kylmäsyöttölaitteen siiloihin, joista se siirretään hihnakuljettimilla kuivausrumpuun. Kuivausrummusta kuivattu kuuma kiviaines siirretään kuumaelevaattorilla seulaan, jossa se seulotaan raekoon mukaan eri siiloihin. Siiloista kiviaines annostellaan yhdessä bitumin ja täyteaineiden kanssa sekoittimeen punnituslaitteiden kautta valitun reseptin mukaisesti ja sekoitetaan tarvittava aika. Reseptiä voi vaihtaa jokaiseen erään erikseen sillä edellytyksellä, että siiloissa valmiina olevaa kiviainesta ei tarvitse vaihtaa. Tavallisesti käytetään vain yhtä tai muutamaa reseptiä, mutta joissain tapauksissa reseptejä voi olla käytössä jopa useita kymmeniä. Mobiililla

10 (57) asfalttiasemalla yhden 3 3.5 tonnin asfalttierän valmistukseen kuluu noin 50 sekuntia. Kuorma auton kuljetuskapasiteetti on tavallisesti n. 20 tonnia, joten yhden autokuormallisen valmistamiseen mene aikaa n. 5 6 min ja valmista asfalttimassaa saadaan noin 200 tonnia tunnissa. Liikuteltavalla asfalttiasemalle ei ole siiloja valmiin asfalttimassan varastointia varten vaan asfalttierän valmistuessa se lasketaan suoraan odottavan kuorma auton lavalle. 2.2.2 Kuljetus Asfaltin kuljetus tapahtuu kuorma autoilla, joissa on lavan päällä peite asfaltin jäähtymisen hidastamiseksi. Asfalttiasemalta lähtevän massan lämpötila on n. 160 200 ºC riippuen päällystemateriaalista. Kuorman suojaus vähentää asfaltin jäähtymistä huomattavasti. Asfalttiaseman paikka pyritään myös valitsemaan siten, että kuljetusmatka pysyy kohtuullisena, tyypillisesti alle 50 km. Kuorma punnitaan asemalla joko asfalttiaseman järjestelmällä tai erillisellä ajoneuvovaa alla. Kuljettaja välittää tiedon kuorman massamäärästä levittimen perämiehelle. Levittimellä kuorma auto kippaa massan levittimen kaukaloon levittimen työntäessä autoa samanaikaisesti eteenpäin. Yhden kuorman purkuun kuluu aikaa yleensä n. 8 12 min. 2.2.3 Levitys Asfaltin levittimen miehistöön kuuluvat levityskoneen kuljettaja, perämies ja sekä kaksi kolamiestä. Levittimen kuljettaja ajaa levitintä asetun langan mukaan. Perämies huolehtii levityspalkista, eli käytännössä säätää asfalttikerroksen paksuutta, kallistusta ja palkin leveyttä. Oleellista levitystyössä on massan paksuus, sivukaltevuus sekä pituussuuntainen tasaisuus. Perämiehen tehtävänä on myös tarkkailla pinnan laatua silmämääräisesti. Levitysnopeus on tavallisesti 4 6 m/min ja se pyritään sovittamaan asfalttiaseman toimintaan ja asfaltin kuljetuksiin. Tässä pyritään siihen, että levitintä ei tarvitsisi pysäyttää, syntyvän pinnan laatu täyttää vaatimukset ja työ sujuu kuitenkin mahdollisimman tehokkaasti. Työn aikana levittimen perämies seuraa massamenekkiä ja levitettyä pinta alaa sekä arvioi massan tarpeen. Arviointi on luonnollisesti hankalampaa kohteissa, joissa levitysleveys vaihtelee paljon ja tien pohja on epätasainen. 2.2.4 Asfaltin tiivistys Asfaltin levittimelle tuotavan massa lämpötilan tulisi olla n. +120 150 ºC riippuen päällysteen laadusta. Asfaltin tiivistäminen tulee aloittaa mahdollisimman nopeasti, jotta asfaltin lämpötila ei ehdi jäähtyä liikaa. Tiivistäminen tapahtuu täryjyrällä. Jyriä käytetään tarpeen mukaan useampaa, esim. 2 3 kpl. Viimeinen jyrä on ns. jälkijyrä. Työssä on tärkeää ajojärjestys ja vaadittujen ylityskertojen tuleminen täyteen. Jyräys tehdään jyräyskaavion mukaisesti. Liian vähä tiivistäminen johtaa huokoiseen rakenteeseen kun taas liian paljon tiivistäminen johtaa bitumin nousemiseen asfaltin pintaan. Käytännössä tiivistys tehdään luottaen jyräkuskin kokemukseen. Jyräyksen aikana voidaan välillä myös tehdä tyhjätilan mittauksia DOR mittalaitteella (Density On the Run), joka on radioaktiiviseen säteilyyn perustuva liikuteltava tiiveyden mittalaite. Koska mittalaite on kohtuullisen pienikokoinen ja helposti liikuteltava, se soveltuu työaikaiseen laadunvalvontaan. Markkinoilla on myös Transtechin valmistama elektromagneettinen mittalaite, jonka eduksi mainitaan mm. radioaktiivisuuteen perustuvia mittalaitteita nopeampi toiminta.

11 (57) 2.3 Vanhojen päällysteiden korjausmenetelmiä Vanhojen teiden päällysteiden korjaus eroaa uusien teiden korjauksesta siten, että usein joudutaan ennen uudelleen päällystämistä tasaamaan ja korjaamaan vanhaan päällysteeseen tulleita vaurioita. Osassa korjauskohteita on myös mahdollista kierrättää vanhaa päällystettä, jolloin voidaan säästää materiaalikuluissa. Vanhojen teiden korjauksessa käytetään useita eri korjausmenetelmiä kohteesta ja korjaustarpeesta riippuen. Seuraavassa on katsaus joihinkin yleisimpiin menetelmiin sekä muutamiin erikoismenetelmiin. 2.3.1 Päällysteiden jyrsintä Vanhan päällysteen jyrsinnän tavoitteena on urien poistaminen ja tien uudelleen profilointi. Jyrsintä on nopea ja edullinen menetelmä tien profiilin parantamiseen. Syntynyt jyrsintärouhe kerätään talteen ja se voidaan kierrättää uusiomassan raaka aineeksi. Hienojyrsintää lukuun ottamatta jyrsinnän jälkeen levitetään jyrsitylle pinnalla uusi päällystekerros. Hienojyrsinnässä urautuneen päällysteen pinta jyrsitään urien pohjan tasoon asfaltin jyrsimellä. Jyrsintä kattaa tien tai kadun koko pinta alan. Jyrsintäjäljestä pyritään saamaan niin tasainen, että se liikennekelpoinen ilman uuden massan lisäystä. Hienojyrsintä on edullinen ja nopea menetelmä, jolla tien uudelleen päällystämistä voidaan siirtää vuosia eteenpäin. Jyrsinnän syvyys vaihtelee urasyvyyden mukaan. Maksimi jyrsintäsyvyys on n. 30 mm, jottei tien kantavuus heikkenisi liikaa. Tasausjyrsinnässä tien päällyste jyrsitään tien urien tasoon asti. Jyrsitylle alustalle levitetään uusi päällyste, joka tiivistetään. Jyrsinnän pinnanlaadulle ei aseteta yhtä kovia vaatimuksia kuin hienojyrsinnässä. Jyrsinnän syvyys vaihtelee urasyvyyden mukaan. Laatikkojyrsinnässä päällysteen alusta tasataan jyrsimällä ajokaistalle yhtenäinen laatikko, jonka syvyys määräytyy uuden päällystemassan maksimiraekoon tai urien pohjan perusteella. Laatikkoon levitetään uusi päällyste, joka tiivistetään. Kohteen korkotaso ei muutu laatikkojyrsinnässä. Reunajyrsinnässä päällyste jyrsitään keskiuran ja tien reunaviivan väliseltä alueelta. Käsitelty alusta päällystetään uudella massalla. Menetelmää käytetään kohteissa, joissa on tarvetta lisätä päällysteen sivukaltevuutta suorilla tieosuuksilla. 2.3.2 Vanhan päällysteen uusiokäyttö Vanhaa päällystettä voidaan uusiokäyttää joko käyttämällä sitä asfalttiasemalla massan raakaaineena tai in situ menetelmillä kierrättämällä se jo itse työkohteessa. Erilaisia menetelmiä ja niihin kehitettyjä erikoiskoneita on useita. Useimmiten menetelmät sisältävät vanhan päällysteen kuumennuksen, jyrsinnän, jyrsityn materiaalin kierrätyksen esim. sekoittamalla se uuteen materiaaliin sekä uusiomateriaalin levityksen ja tiivistyksen. MPKJ menetelmässä (Massapintaus kuumajyrsitylle pinnalle) vanha päällyste lämmitetään n. 100 ºC lämpötilaan ja jyrsitään irti. Tämän jälkeen jyrsittyä vanhaa massaa käytetään tien pinnan tasoittamiseen. Pinta tiivistetään kumipyöräjyrällä ja kuuman pinnan päälle levitetään uusi päällystekerros välittömästi. Menetelmää varten on kehitetty erikoiskoneita, joissa on yhdistettynä jyrsintä, tasaus vanhalla materiaalilla sekä uuden päällystekerroksen levitys

12 (57) samaan koneeseen. Menetelmä soveltuu uraisuuden poistamiseen riittävän kantavuuden omaavilla teillä. Uutta massaa tarvitaan 60 70 kg/m 2. [Tielaitos 1997] Novaflex menetelmä on Lemminkäisen MPKJ menetelmää vastaava menetelmä. Menetelmässä vanha päällyste kuumennetaan infrapunalämmittimellä. Päällyste kuumajyrsitään Novaflex laitteella ja jyrsintä ulotetaan ajourien pohjaan eli n. 10 20 mm, jolloin jyrsitystä pohjasta saadaan suora. Novaflex laite levittää jyrsinrouheen tasatuksi alustaksi. Tämän jälkeen toisella levittimellä levitetään välittömästi kuumalle pinnalla uusi kulutuskerros. Kuumennuksen ansiosta kerrosten rajapinnat tarttuvat hyvin toisiinsa. Massapintausmenetelmään verrattuna massaa kuluu 30 50% vähemmän. Päällystämisen ei tarvitse välttämättä ulottua tien reunaan asti, jolloin hyväkuntoisia piennaralueita ei tarvitse päällystää. Suurimmat pituussuuntaiset epätasaisuudet on korjattava etukäteen. Menetelmä ei sovellu pieniin ja ahtaisiin kohteisiin, kohteen koon tulee olla mielellään yli 2000 m 2. [Lemminkäinen Oy] Remix menetelmissä vanha päällyste kuumennetaan ja jyrsitään irti. Jyrsinrouheeseen voidaan lisätä lisäsideainetta tai elvytintä. Jyrsinrouhe sekoitetaan uuteen massaan. Massa levitetään tavalliseen tapaan. Uuden massan tarve on 10 20 kg/m 2. Remix+ menetelmässä käytetään levityskalustoa, joka mahdollistaa levityksen kahdessa kerroksessa, uusiomassa tulee alle ja sen päälle tulee kulutuskerros uudella massalla, jolloin uuden massan tarve on n. 30 40 kg/m 2. Remix+ menetelmällä saadaan kulutusta paremmin kestävä pintalaatta. Näiden menetelmien etu on, että vanha asfaltti tulee hyödynnettyä tarkasti. Remix menetelmät ovat yleisesti käytettyjä korjausmenetelmiä ja ne soveltuvat teille, joilla ei ole kantavuuspuutteita tai suuria epätasaisuuksia. Aivan pienimmille teille ja taajamiin menetelmät eivät sovellu lämmittimien ja koneiden suuren koon vuoksi. Uraremix menetelmässä käsitellään vain urat 1.2 m leveydeltä. Remo/Uraremo menetelmät ovat vastaavia pab päällysteille tarkoitettuja menetelmiä. [Tielaitos 1997] ART menetelmä (Asphalt Recyclement Travelplant) on NCC:n käytössä oleva menetelmä. ART menetelmässä vanhalle päällysteelle levitetään karkeaa kiviainesta tasaiseksi matoksi. Tämän jälkeen päällyste kylmäjyrsitään haluttuun leveyteen ja syvyyteen asfaltinjyrsimillä. Jyrsinnän jäljiltä jyrsinrouhe ja lisätty uusi kiviaines jäävät kaistalle. ART laite muodostuu asfaltin sekoitusrummusta ja koneen peräpäässä olevasta normaalista asfaltinlevittimestä. ART laitteen etupäässä jyrsitty asfalttirouhe ja uusi kiviaines kerätään karhelle kaistan keskelle, josta se nostetaan kuljettimella sekoitusrumpuun. Kiviaineksen määrää mitataan kuljettimessa olevalla vaakalaitteistolla. Sekoitusrummussa kiviaines ensin sekoitetaan ja kuumennetaan. Kuumennettuun kiviainekseen lisätään kuuma bitumi rummun loppuosassa. Asfalttimassa siirretään kuljettimella siiloon, josta se annostellaan levittimelle. Rummussa tapahtuvan sekoittamisen ansiosta massasta saadaan hyvin tasalaatuista ja kaikki rouhittu päällyste voidaan hyödyntää. Koneen suuren koon vuoksi menetelmä ei sovellu pienille teille.

13 (57) Kuva 4. ART laite etupäästä kuvattuna tiellä E75 Haukiputaalla. Kuva 5. ART laite peräpäästä kuvattuna tiellä E75 Haukiputaalla. 2.3.3 Koneautomaation sovelluskohteita korjausrakentamisessa Päällysteiden korjaustöissä käytetään yleisesti erikoiskoneita, joissa useita eri toimintoja on yhdistetty samaan koneeseen (Remixer, ART). Tyypillisiä toimintoja ovat esim. jyrsintä, jyrsityn materiaalin uusiokäyttö esim. lisäämällä siihen lisäaineita ja uutta kiviainesta tai sekoittamalla se uuteen asfalttiin sekä lopuksi massan levitys. Näissä koneissa on monia toimintoja, joissa voidaan hyödyntää automatiikkaa. Automaatiota voidaan soveltaa ns. täsmäparantamisessa ja täsmäkorjauksessa. Tien kunto kartoitetaan ensin mittaamalla se autoon asennetulla mittauskalustolla. Tien pintavaurioista saadaan mittaustietoa esim. laserskannauksella. Pintavaurioiden mittaukseen on kehitetty myös digitaaliseen viivakameraan ja automaattiseen kuvantulkintaan perustuva autoon

14 (57) asennettava laitteisto [Äijö 2005]. Päällysteen alapuolisia kerroksia voidaan mitata autoon kiinnitetyllä maatutkalaitteistolla. Maatutkalaitteistoista on kehitetty 3D tutkalaitteita, joilla vanhan tiekerrokset saadaan mitattua entistä tarkemmin [Saarenketo 2006]. Ajoneuvoihin kiinnitetyillä mittalaitteilla tehtyjä mittauksia voidaan täydentää esim. laboratorionäytteillä. Suunnittelija analysoi mittausdatan ja muodostaa sen perusteella korjaussuunnitelman tien eri osille. Jos korjaussuunnitelma on paikkaan sidottu esim. GPS paikannuksen tai matkan mittauksen perusteella, sitä voidaan käyttää työkoneen automaattiseen ohjaukseen. Esimerkiksi tien pohjan vahvistuksessa käytettävällä stabilointijyrsimelle voidaan määrittää jyrsintä ja stabilointiparametrit tien eri kohdissa [Kilpeläinen 2004]. Päällystämistöissä automaatiota voidaan soveltaa jyrsintään ja materiaalien levitykseen erityisesti työvaiheissa, joissa tarkoituksena on korjata tien geometriaa. Laatikkojyrsinnän tapaisissa työvaiheissa, joissa jyrsitty laatikko täytetään uudella massalla, ei automaation hyödyntämisellä saavuteta suurta etua. Monimutkaisemmissa kohteissa, joissa korjataan esim. tien sivukaltevuutta ja pituussuuntaisia heittoja, voidaan suunnitteluvaiheessa määrittää kohdat, joista materiaalia jyrsitään ja kohdat, joihin materiaalia lisätään. Näin voidaan esim. optimoida tarvittavan uuden massan määrää. Tien geometrian korjauksessa ongelmaksi kuitenkin muodostuu koneen ja sen työkalun, esim. jyrsimen terän, korkeuden paikannus riittävällä tarkkuudella. Päällystystöissä on se perustavaa laatua oleva ero esim. tiehöylällä tapahtuvaan pinnan muotoiluun, että lopullinen pinta tehdään yhdellä vedolla välttäen turhia pysähdyksiä. Korjausten tekeminen tai koneen peruuttaminen eivät ole mahdollisia. GPS paikannuksella puhutaan parhaimmillaankin senttimetrien tarkkuudesta dynaamisessa mittauksessa kun vaatimus korkeuden osalta on n. ±5 mm. ATS takymetrillä päästään vaadittavaan millimetrien tarkkuuteen, mutta ATStakymetrin huono puoli on sen vaatima jatkuva näköyhteys ja mittalaitteen siirron aiheuttamat tauot. Vanhoilla teillä puusto ja rakennukset tekevät takymetrin käytön epäkäytännölliseksi. Sitä vastoin uusilla teillä, esim. moottoritietyömaalla, takymetripaikannus on erittäin luotettava ja tarkka paikannustekniikka [Kilpeläinen, Nevala, Tukeva et. al 2004]. Em. seikkojen takia korkeuden refenressitasona joudutaan käyttämään vanhaa tien pintaa. Korkeus tien pinnasta voidaan mitata esim. mekaanisella suksella, jonka nivelet on anturoitu. Kosketuksettomasti mittaus voidaan toteuttaa ultraääniantureilla tai laseriin perustuvilla etäisyysantureilla tai skannerilla. Jos ajoneuvomittauksilla saatu mittausaineisto on riittävän tarkkaa, suunnitelmat on tehty tarkasti ja koneen paikannuksessa käytetään riittävän tarkkaa GPS laitetta 2D paikannukseen, päästään tälläkin menetelmällä hyvään korkeuden ohjaustarkkuuteen. Tien korjauksessa käytettävissä koneissa on usein toimintoja, joita tulee voida säätää koneen kulkunopeuden mukaisesti. Nämä toiminnot soveltuvat hyvin automatisoitaviksi. Esimerkkejä tällaisista toiminnoista ovat mm. asfalttimassaa liikuttavat kuljettimet. Kierrätettävän materiaalin hetkellinen määrä vaihtelee tavallisesti koneen kulkunopeuden, jyrsintäsyvyyden ja jyrsintäleveyden mukaisesti. Riippuen koneesta kierrätettävä materiaali voidaan kerätä esim. sekoitusrumpuun, punnita ja lisätä sideainetta mitatun painon perusteella. Stabilointijyrsimen tapauksessa käsiteltävää materiaalia ei voi punnita, joten materiaalin massa arvioidaan sen tilavuuden ja oletetun tiheyden perusteella. Sideaineiden syötössä suunniteltu sideainemäärä, esim. bitumi % stabiloinnissa, ei muutu kovin usein eri kohdissa tietä. Jos käytössä on tarkka tieto vanhojen kerrosten sideainemääristä, voidaan bituminkin lisäys suunnitella nykyistä tarkemmin. Bitumi on kallis raaka aine, joten tarkemmalla suunnittelulla voidaan saada aikaan kustannussäästöjä. Differentiaali GPS:n n. 0.5 m tarkkuus 2D paikannuksessa riittää sideaineiden täsmäsyöttöön etukäteen tehdyn suunnitelman mukaisesti.

15 (57) Muita mahdollisia automatisoitavia kohteita on esim. koneen automaattinen ohjaaminen, joka voidaan toteuttaa esim. RTK GPS paikannuksella annetun linjan mukaisesti. Konenäköä hyödyntämällä myös esim. ajoratamaalauksien käyttö koneen automaattiseen ohjaukseen voisi olla mahdollista. ART koneessa käytetään jo nykyään mekaanisia antureita, joiden perusteella ART kone seuraa edellä menneen jyrsimen jättämää jyrsintäreunaa. Jyrsintäreunan seuranta voitaisiin toteuttaa myös kosketuksettomasti käyttäen esim. laser skanneria jyrsintäreunan tunnistamiseen. Usein korjausrakentamisessa käytetyt koneet ovat varsin suuria ja hitaasti liikkuvia, joten langattomalla kauko ohjauksella voisi olla runsaasti käyttökohteita. Joissakin tapauksessa yksi kuljettaja voisi jopa ohjata useampaa konetta (esim. jyrsimiä ARTmenetelmässä) yhtä aikaa. Myös koneiden ajo lavetille olisi usein paremman näkyvyyden takia helpompaa langattoman kauko ohjaimen avulla. Muihin asfaltoinnissa käytössä oleviin tavallisimpiin koneisiin on jo olemassa kaupallisia automaatiojärjestelmiä. Esim. tiivistämisessä käyttäviin jyriin on valmistajista ainakin Dynapackilla, Hammilla ja Ammannilla on olemassa kuljettavaa avustavia tiivistymistä mittaavia järjestelmiä. Asfaltin tiivistyksessä käytettävät järjestelmät perustuvat tavallisesti GPS paikannuksen avulla tapahtuvaan ylityskertojen rekisteröintiin. Sitomattomien kerrosten tiivistämisessä käytettävät järjestelmät perustuvat kiihtyvyysanturiin ja maan aiheuttaman vasteen mittaamiseen. Asfaltinlevittimiin kaupallisia 3D ohjausjärjestelmiä on esim. Vögelellä Navitronic järjestelmä. Järjestelmät eivät ole ainakaan Suomessa kovin laajasti käytössä johtuen ilmeisesti järjestelmien kalliista hinnasta.

16 (57) 3 Päällystystyömaan tiedonsiirto Päällystystyömaalla ja työmaalla yleensäkin tyypillisin tiedonsiirtotarve on ihmisten välinen kommunikaatio. Nykyään työmaalla käytettävä tietotekniikka ja tiedonsiirtoteknologia palvelevat pääasiallisesti tarvetta jakaa tietoa kahden ihmisen kesken tai useammalle ihmiselle kerralla. Seuraavassa pohditaan myös muita mahdollisia, mutta nykyisin vielä vähäisessä käytössä olevia tiedonsiirtotarpeita, kuten koneiden välistä langatonta tiedonsiirtoa. 3.1 Yleisimpiä tiedonsiirtotarpeita Seuraavassa on esitetty joitain yleisimpiä tiedonsiirtotarpeita työmaakäytössä ja koneenohjaussovellutuksissa: Asynkroninen tapahtumien rekisteröinti: Tapahtumat ovat asynkronisesti asetettujen sääntöjen täyttyessä lähetettäviä viestejä. Niiden tietosisältö voi olla esim. tapahtuman tunnus, aikaleima, tapahtuman paikkatieto ja tapahtumaan liittyvä anturitieto. Esimerkkejä tapahtumista voivat olla esim. auton lähtö asfalttiasemalta ja saapuminen levittimelle. Näiden kahden tapahtuman perusteella voidaan jo laskea esim. kuorma auton matka aika levittimelle. Jatkuva synkroninen tiedonsiirto: Tässä tapauksessa tapahtumia, esim. antureilta saatavia mittaustietoja, lähetetään jatkuvasti asetetulla lähetystaajuudella. Tyypillinen käyttökohde voi olla esim. kuorma auton paikan lähetys määräajoin. Aineistohaku: Aineistohaussa on kyse suuremman tietomäärän siirtämisestä. Kyseeseen tulevat esimerkiksi tiedostojen siirrot ja tietokantahaut. Tämän tyyppisiä tehtäviä ovat esim. suunnittelutiedon hakeminen tietokannasta työkoneen ohjausjärjestelmälle tai työmaalla tuotetun laatumittausraportin tietojen tallennus tietokantaan. Kovaa reaaliaikaisuutta vaativa tiedonsiirto: Kovaa reaaliaikaisuutta ja deterministisyyttä vaativalla tiedonsiirrolla tarkoitetaan tiedonsiirtoa, jossa tiedonsiirron asetettu tiukat aikarajat ja aikarajan ylitys katsotaan vakavaksi virhetilanteeksi. Tämän tyyppistä tiedonsiirtoa tarvitaan esim. koneiden kauko ohjauksessa ja esimerkiksi usean koneen säätöjärjestelmien välisessä kommunikoinnissa. Globaalin internet verkon kautta tapahtuvaa tiedonsiirtoa ei voida useinkaan pitää riittävän reaaliaikaisena, joten kovaa reaaliaikaisuutta vaativat tiedonsiirto tapahtuu paikallisissa ja usein suljetuissa verkoissa. 3.2 Pitkän ja lyhyen kantaman tiedonsiirto Periaatteessa tiedonsiirto työmaalla voidaan jaotella globaalin internet verkon kautta tapahtuvaksi pitkän kantaman tiedonsiirroksi ja paikalliseksi lyhyen kantaman tiedonsiirroksi. Näistä em. on nykyään yleisempää. Tavallinen tiedonsiirtotarve työmaalla on yrityksen tietojärjestelmien mobiilikäyttö. Tietojärjestelmä voi olla esim. tietokantapalvelin, jonne syötetään työmaalla tehtyjen laadunvalvontamittausten tulokset. Palvelin voi muodostaa

17 (57) työmaan toimintaa palvelevan tukijärjestelmän. Tähän tukijärjestelmään voivat olla ihmisten lisäksi yhteydessä työmaalla toimivat työkoneet. Pitkän kantaman tiedonsiirtotarpeet ja internetyhteyden muodostaminen voidaan teknisesti ratkaista koko maassa toimivien matkapuhelinverkkojen tai esim. @450 verkon avulla. Työmaalle voidaan myös muodostaa ns. hotspotteja, joissa kiinteällä kaapeloinnilla toteutettu verkkoyhteys jaetaan esim. WLAN tai tulevaisuudessa WiMax tekniikoilla. Hotspot voi sijaita esim. asfalttiasemalla, varikolla tai muussa sellaisessa paikassa, jossa käyttäjät, ajoneuvot ja työkoneet käyvät päivän aikana. Näin esimerkiksi suurempien tiedostojen siirrot voidaan tehdä hotspotin alueella käyttäen nopeampaa ja mahdollisesti edullisempaa tiedonsiirtotekniikkaa. Lyhyen kantaman tiedonsiirto on luonteeltaan paikallista ja usein suljetussa verkossa tai vain kahden pisteen välillä tapahtuvaa. Työmaakäytössä lyhyen kantaman langattomien tiedonsiirtotekniikoiden käyttö on vielä hyvin harvinaista. Yleisin käyttökohde lienee langaton kauko ohjaus, jota käytetään esim. lämmitinlaitteiden kauko ohjauksessa. Lyhyen kantaman tiedonsiirto voi toimia myös pitkän kantaman tiedonsiirron täydentäjänä, jolla voidaan parantaa tiedonsiirron luotettavuutta tai varmistaa tiedon perillemeno esim. mobiiliverkkojen katvealueella. Seuraavassa esitetään joitakin ideoita, miten lyhyen kantaman tiedonsiirtotekniikoita voitaisiin hyödyntää asfaltoinnissa. 3.2.1 Ajoneuvojen tunnistus Lyhyen kantaman radiolinkkiä voidaan käyttää ajoneuvojen tunnistukseen siten, että ajoneuvoon asennetaan lähetin, joka lähettää ajoneuvon tunnistetietoja tullessaan riittävän lähelle vastaanotinta. Vaatimuksena on, että lähettimen ja vastaanottimen välillä voidaan muodostaa tiedonsiirtoyhteys automaattisesti ja riittävän nopeasti, käytännössä muutamassa sekunnissa. Ajoneuvon tunnistusta eivät saa häiritä samalla alueella toimivat muut tunnistimella varustetut ajoneuvot. Käytännössä tunnistusta voitaisiin asfaltoinnissa hyödyntää esim. siten, että auton tullessa asfalttiasemalle siilon alle, se tunnistetaan automaattisesti ja autoon lastattu kuorma voitaisiin kirjata automaattisesti asfalttiaseman järjestelmään. Vastaavasti auton tullessa levittimelle se voitaisiin kippaustapahtuman aikana tunnistaa ja näin kirjata kuorma toimitetuksi. Tässä sovellutuksessa voidaan puhua myös tilanteen tai tapahtuman tunnistamisesta. 3.2.2 Materiaalien seuranta Käytännössä tienrakennuksessa siirretään irtonaisia materiaaleja, kuten mursketta tai kuumaa asfalttimassaa. Materiaaliin ei siis ole mahdollista liittää tunnisteita, esim. viivakoodeja tai RFID tageja. On kuitenkin mahdollista siirtää tieto materiaalin määrästä sitä kuljettavaan ajoneuvoon esim. asfalttiaseman järjestelmästä tai ajoneuvovaa alta. Tämä tieto on mahdollista purkaa vastaanottopäässä. Kuorman mukaan annetaan ikään kuin virtuaalinen tagi tai kuorma kirja. Tieto kuormasta saadaan vietyä kuorman mukana myös sellaiseen paikkaan, jossa ollaan GSM verkon kantaman ulkopuolella. Tällöin lyhyen kantaman radiolinkki voi toimia pitkän kantaman tiedonsiirron varajärjestelmänä.

18 (57) 3.2.3 Tiedon jakaminen koneryhmän koneiden välillä Lähellä toisiaan toimivat koneryhmän koneet voidaan yhdistää toisiinsa langattomalla tekniikalla. Eri koneiden antureilta saatavia tietoja voidaan siirtää koneiden välillä, jolloin kaikilla koneilla voi olla käytössään tieto koko koneryhmän työn etenemisestä. Esimerkki tästä on useamman jyrän toimiminen yhteistyössä samassa kohteessa. Tavoitetiiveyden seurannassa voidaan käyttää hyväksi GPS paikannusta, jonka perusteella määritetään jyrän ylityskertojen määrä päällysteen eri kohdissa. Useamman jyrän tapauksessa kaikkien jyrien kuljettajien on hyvä tietää kokonaistilanne. Tätä on kokeiltu CIRC projektissa yhdistämällä jyrät toisiinsa WLAN tekniikalla [Peyret 2000]. Tiivistämisen kannalta tärkeä muuttuja on myös asfaltin lämpötila. Tätä voidaan mitata levittimeen asennettavalla lämpökameralla ja lämpökameran kuva voitaisiin välittää langattomasti jyriin. Vanhojen teiden korjauksessa käytetään usein tien pinnan lämmittämistä ennen jyrsintää. Lämmittimen jälkeen tulee esimerkiksi remixer kone, joka suorittaa pinnan jyrsinnän ja uuden pinnan levittämisen Työn kannalta on edullisinta, että lämmitin etenee tasaisesti samaa nopeutta perässä tulevan remixer koneen kanssa. Etäisyyden tulisi pysyä mahdollisimman pienenä, jotta tien pinta ei ehdi jäähtyä liikaa. Kuitenkin lämmityslaitteen ja remixer koneen välissä pitää olla tilaa, jotta uutta massaa tuovat kuorma autot mahtuvat purkamaan kuormansa. Jos lämmitin pysähtyy samaan paikkaan liian pitkäksi aikaa, tien pinta voi palaa. Käytännössä lämmittimen käyttäjä voi olla ylityöllistetty ohjatessaan kaukosäätimellä lämmitintä ja varoessaan samalla esimerkiksi liikennemerkkejä, jolloin takana tulevan koneen nopeuden seuranta unohtuu. Tässä tapauksessa hyödyllinen toiminto voisi olla perässä tulevan jyrsintää tekevän koneen liikenopeuden välittäminen lämmityslaitteen ohjaajalle. 3.2.4 Usean koneen ohjaaminen samalla automaatiojärjestelmällä Vanhojen teiden korjausrakentamisessa käytetään usein yhdistelmäkoneita, jossa yhteen koneeseen on yhdistetty useita eri toimintoja, esim. jyrsintä, vanhan massan uusiokäyttö ja massan levitys pinnoitteeksi. Tämän tyyppisiä koneita ovat esim. Remixer ja ART koneet. Näiden koneiden käytön eräs perusongelma on suuri koko. Usein koneita ei voi käyttää taajamissa tai pienemmillä teillä ja niiden siirto vaatii erikoiskalustoa. Langaton tekniikka mahdollistaisi useamman yksittäisen koneen yhdistämisen toimimaan yhtenä koneena. Näin voitaisiin rakentaa helpommin siirrettäviä koneita, jotka sopivat kääntymään ja toimimaan ahtaammilla työmailla. Osittain voitaisiin käyttää jo nykyisin olemassa olevia konetyyppejä, esim. jyrsimiä ja levittimiä, mutta näihin täytyisi kehittää täysin uudenlaisia lisävarusteita, esim. massan kuljettimia ja erillisiä sekoituslaitteita uusiomassan valmistukseen. Koneiden paikannus toistensa suhteen voidaan toteuttaa esim. RTK GPS järjestelmän avulla. Jos koneiden välillä jatkuva näköyhteys, potentiaalisia paikannustekniikoita ovat myös optiset menetelmät, esim. konenäköjärjestelmät. Myös lyhyen kantaman tiedonsiirtotekniikoissa paikannusominaisuudet ovat kehittymässä, esimerkkinä Nanotron Technologies GmbH:n nanoloc tekniikka. Toistaiseksi luvatut paikannustarkkuudet ovat kuitenkin metrien luokkaa.

19 (57) 3.2.5 Koneen sisäinen tiedonsiirto Langattomilla lyhyen kantaman tiedonsiirtotekniikoilla on luonnollisesti käyttökohteita myös koneiden ja automaatiojärjestelmin sisäisessä tiedonsiirrossa. Langaton kauko ohjaus on yleisimmin käytössä oleva sovellutus, mutta muita käyttökohteita ovat mm. kohteet, joihin on hankala vetää kaapeleita, esim. pyörivät koneenosat. Työkoneissa potentiaalisia käyttökohteita ovat myös erilaiset lisälaitteet tai laitteet ja anturit, jotka irrotetaan usein esim. kuljetusta varten. 3.2.6 Ympäristössä olevien laitteiden ja palveluiden käyttö Lyhyen kantaman tiedonsiirtolinkkiä voidaan käyttää myös koneen tai ajoneuvon ympäristössä olevien laitteiden tai palvelujen käyttöön. Käyttötapa voi perustua laitteen käyttöliittymän lataamiseen ajoneuvon päätteelle automaattisesti ajoneuvon tullessa lähelle toiminnon tarjoavaa laitetta. Tämä mahdollistaa erilaisten toimintojen käytön suoraan ajoneuvon ohjaamosta. Esimerkki tämän tyyppisestä käyttökohteesta on ajoneuvovaaka tai asfalttiasemalla siilon toimintojen käyttö kuorma auton lastauksessa ohjaamosta käsin. Muita mahdollisia käyttökohteita voisivat olla esim. kulunvalvontaan liittyvät toiminnot, kuten sähköllä toimivien ovien tai porttien avaus.