Tilaanpa mobiilikeilausta – mitä pitikään muistaa

Kirjoittaja: Tom Steffansson

Termi mobiilikeilaus saa edelleen monet kiertämään menetelmän kaukaa. Syy lienee se, että ei tiedetä tarkkaan ottaen mitä se kätkee sisälleen. Liekkö sitä samaistetaan Googlen salamyhkäisiin katukuvauksiin saati, että nyt Apple keilaa katuja. Kokemukseni perusteella avaan hiukan asiaa madaltaakseni kynnystä mobiilikeilauksen hyödyntämiseen väylien tiedonkeruussa.

Keilausprojektin ei tarvitse olla satoja kilometrejä

Suurissa projekteissa kaikki määrittelyt on tehtävä tarkkaan laadunvarmistuksen ja kustannustehokkuuden vuoksi. Pienissä hankkeissa voidaan toimia enemmän ’nyrkkisäännöillä’ ja niissä loputon speksien viilaaminen ei välttämättä tuo erityistä lisäarvoa työlle. Tehdään hyvin, mutta suoristetaan hiukan linjoja, jotta asiassa päästään eteenpäin.

Ensikertalaisen tilaajan kannattaa kuitenkin panostaa tilauksen tarjouspyynnön määrittelyihin suht’ huolella välttääkseen pettymykset. Useastihan on käynyt niin, että saa mitä tilaa. Esimerkillä selvennystä tuohon: tilataan maastomalli tiestä, lopputuotteena vaikkapa perinteinen kolmioverkko tien pinnasta. Tilaaja saa mallin, mutta olisikohan kannattanut miettiä pidemmälle ja tilata myös lopputuotteita varten luokiteltu pistepilvikin? Sehän on joka tapauksessa olemassa. Pistepilvi sellaisenaan georeferoituna ilman erikoiskäsittelyä on jo sieventämätön lopputuote.

Pidemmälle viedyllä automaattisella luokittelulla pistepilvi jalostuu jo kummasti. Kun vielä ammattitaitoinen operaattori tarkastaa systemaattisesti luokittelun ja tekee tarvittavat manuaaliset korjausluokittelut, on lopputulos hintansa väärti. Pistepilvestä löytyy paljon hyödyllistä tietoa muun muassa tiealueen ilmajohdot, tien pinnasta tarkempaa tietoa kuten uraisuus, halkeamat/kuopat, sivukaltevuudet ja maaliviivat, sekä tien varsilla olevat liikennemerkit ja muut kalusteet, tien läheisyydessä olevien rakennusten julkisivut ja muuta mielenkiintoista. Talvipakkasilla kartantekijöillä ja suunnittelijoilla on kattava tieto kohteesta, kun sulan maan aikana laitettiin keilaustiimi asialle.

Keilaintyypit

Keilaimissa on pääasiassa kahta eri pääversiota: yksi- ja kaksikeilaimisia. Erikseen ovat keilaimet, jotka ovat tarkoitettu pelkästään vain tienpinnan kuntoanalysointia varten.

Kaksikeilainsysteemissä keilaimet osoittavat yläviistoon sivuille. Näin niiden peitto esim. pylväissä ja tolpissa on noin 270 astetta. Tien kalusteisiin ja ilmajohtoihin saadaan hyvin tasaisen peiton osumia. Jos ei ole puhtaasti tienpinnasta kyse ja vaikka olisikin, kaksikeilainjärjestelmällä, saadaan peittävämpi lopputulos homogeenisemman pistejakauman avulla.

Yhtä keilainta on ehkä mahdollista järjestelmästä riippuen kääntää vinottain ja ajaa edestakaisin, mutta se lisää työmäärää maastossa ja käsittelyssä.

Liikennemerkki- ja kaluste-inventointiin ei yksikeilainjärjestelmä oikein sovellu, koska se peittää käytännössä vain ajolinjasta kohtisuoraan sivuille näkyvät tahot. Myös kohtisuoraan tien ylittävät johdot saavat huonommin osumia, koska ovat lähes samansuuntaisia keilauksen pyyhkäisyjen kanssa.

Kamerat

Modernissa keilainjärjestelmässä on tyypillisesti panoraamakamera, jossa kuvien avulla saadaan automaattisesti värjättyä pistepilvi. Värjäyksestä on hyötyä visualisoinneissa ja aineiston käsittelyssä. Toki kamerakalibroinnin on oltava hyvä, jotta kuvien pikselit osuvat tarkasti laserpisteisiin. Vanhan asfaltin reunat saattavat joskus erottua RGB-värjäyksellä intensiteettivärjäystä paremmin tai joissain tilanteissa reuna erottuu parhaiten yhdistetyllä intensiteetti- ja RGB-värjäyksellä. Panoraamakuvia voidaan myös hyödyntää fotogrammetrisesti esim. liikennemerkkien inventoinnissa, käyttää sellaisenaan tiealueen tutkiskeluun ja tuottaa tienpinnan ortokuvia. Kuvilla on sijainti- ja asentotieto.

Tarjouspyynnön peruspilarit

Käyn läpi tarjouspyynnössä huomioitavia keskeisiä kohtia ja niihin vaikuttavia seikkoja. Osa on itsestäänselvyyksiä, mutta usein juuri ne saattavatkin tuottaa pettymyksen. Tällä tarkoitan sitä, että oletetaan saatavan jotain mitä ei saadakaan. Pistepilveä ja kuvia voidaan yhdessä ja erikseen hyödyntää lukuisiin eri tarkoituksiin.  

Korkeus- ja tasokoordinaattijärjestelmät

Vuosikausia ollaan jo käytännössä työskennelty ETRS TM35FIN tasokoordinaatti- ja N2000-korkeusjärjestelmässä. Pääosin aineisto halutaan kohdealueen GK-kaistaan. Tässä on oltava vielä tarkkana ovatko kysymyksessä lyhyet vai pitkät itäkoordinaatit. Tilaajalla ei saata olla työkaluja eri tietolähteiden muuntamiseen oikeisiin järjestelmiin. Tarjouspyynnössä on mainittava, että toimitetaan kontrollimittauksiin sovittamisesta raportti. Siitä selviää numeerisesti, miten hyvin xyz-sovitus on tehty. Tilaaja voi myös itse suorittaa satunnaisia tarkemittauksia sovitukseen käytettyjen kontrollipisteiden väliltä varmistaakseen työn tarkkuuden. Tilaaja voi myös itse suorittaa kaikki kontrollimittaukset operaattorin ohjeilla. Hyvä nyrkkisääntö kontrollimittauksissa on: mieluummin enemmän kuin vähemmän.

Ajokuvio:

Ajaminen on suoritettava liikennesääntöjen mukaan. Kahteen suuntaan ajaminen parantaa sisäistä kontrollia varsinkin huonoissa GNSS-olosuhteissa. Jos kuvia ei tarvita, voidaan keilausta suorittaa myös pimeällä. Paras lopputulos saavutetaan, kun keilaus suoritetaan kahteen eri suuntaan. Siten saadaan sisäisen kontrollin lisäksi parempi sisäluiskien peitto. Jos mobiiliskanneri on hyvin kalibroitu, yksi ajokertakin toimii tarkkuuden osalta hyvin.

Ajettaessa kahteen kertaan väyläosuus kannattaa luokitella päällekkäiset pisteet pois. Näin saadaan joka kohtaan laadukkaimmat laserpisteet eikä esiinny mikrokohinaa, jota voi aiheutua aavistuksen verran epätarkasta eri ajokertojen yhteensovittamisesta. Päällekkäisiä pisteitä ei pidä tuhota, koska ne tuovat apua peiteisissä kohteissa. Esimerkkinä tiensuuntainen eristetty ilmajohto, joka kulkee puiden lehvästön sisällä. Päällekkäiset pisteet saattavat antaa riittävän määrän lisäosuma johtoon sen tarkan muodon hahmottamiseksi. Niillä paikataan myös viereisellä kaistalla ajaneiden autojen aiheuttamia reikä pistepilvessä.

Ajosuunnitelman ohjeellisessa havainnekuvassa järjestyksessä ylhäältä alaspäin: moottoritie, normaali kaksikaistainen tie ja alemman luokan esim. soratie, jonka signalointi on hankalaa eikä siksi ehkä järkevää.

Ohjeellinen tarkkuusmäärittely

Paras tarkkuus: Signaalit 500 m välein ja korkeuskontrollit 100 m välein. Ylempien tieluokkien suunnitteluun ja teiden as-built -keilaukseen. Kontrollien mittaus takymetrillä sidottuna tien mittaperustaan. Paras korkeustarkkuus saavutetaan vaaitsemalla signaalit ja korkeuskontrollipisteet. Kaikissa tapauksissa tiheämmillä korkeuskontrolleilla parannetaan ja varmistetaan korkeustarkkuutta. Korkeuskontrollit ovat kätevää mitata keskeltä reunaviivaa tai reunassa olevien katkoviivojen päistä keskeltä. Näin saadaan vähintään tien sivusuunnassa samalla xy-tarkistuksia. Mikäli kontrollien tasosijainnit mitataan RTK:lla on suositeltavaa vaaita niille korkeudet.

Keskitarkkuus: Vain signaalit 0,2-1 km välein. Alempien tieluokkien suunnitteluun, kaupunkimallien täydennykseen ja vähemmän tarkkoihin infratehtäviin. Kontrollit takymetrillä tai huolellisella RTK-mittauksella.

Välttävä tarkkuus: Ei suoriteta kontrollimittauksia. Korjattu GNSS-tarkkuus riittää (parhaimmillaan = RTK-mittauksen tarkkuus), kun kysymyksessä ovat liikennemerkki-inventoinnit, tien kuntoinventoinnit ja vastaavat tehtävät missä ei tähdätä suunnittelutöihin.

Edellä esitin esimerkinomaisen hahmottelun keilaus- ja mittausjärjestelyistä. Kontrollimittausten tiheys on kiinni keilainjärjestelmän mittaustarkkuudesta. Tällöin on keskiössä GNSS- ja IMU-laitteiston tarkkuus. Määritettyjen tarkkuusvaatimusten perusteella keilausoperaattori suunnittelee asialliset kontrollimittaukset. Tarkan IMU-yksikön hyödyt tulevat esiin huonoissa GNSS-olosuhteissa, ääriesimerkkinä tunnelikeilaukset, joissa paikannus on IMU-yksikön ja ajoneuvon takapyörään asennettavan matkamittauslaitteiston (DMI) varassa.

Keilausolosuhteet

Paras keilausaika on luonnollisesti heti alkukeväästä, kun kasvustot ovat vielä lähtökuopissa. Pelkän tienpinnan ja muiden kohteiden ollessa kyseessä käy hyvin koko sulan maan aika. Kattavimman ja luotettavimman pistepilven ajoratojen ulkopuolelta saa, kun keilain on mahdollisimman korkealla, mielellään pakettiauton tai vastaavan korkuisen ajoneuvon katolla. Vilkasliikenteisillä osuuksilla minimoituu vastaan tulevan liikenteen aiheuttamat reiät viereisellä kaistalla kumpaankin suuntaan keilattaessa. Sama koskee myös moottoriteitä. Ohittava auto toisella kaistalla peittää lasersäteiden kohdalla tienpinnan. Kahteen kertaan ajettaessa on todennäköistä, että toisista ajoneuvoista aiheutuvia katvealueita jää hyvin vähän tai ei ollenkaan.

Ajonopeus

Maksimiajonopeus on myös hyvä määrittää jollain tarkkuudella, jos halutaan vaikuttaa pyyhkäisyjen tiheyteen. Jos keilain pyörii 250 kierrosta sekunnissa, on pyyhkäisyjen kohtisuora väli 50 km/h nopeudella noin 5 cm. 100 km/h nopeudella se on sitten tuplat, noin 10 cm. Pääsääntöisesti keilausajoneuvo liikkuu liikenteen mukana, mutta varsinkin vähäliikenteisillä osuuksilla tai ruuhka-ajan ulkopuolella ajonopeutta voidaan säätää sopivaksi. Etenkin lyhkäisillä pätkillä ei ole suurta haittaa liikenteelle, jos ajetaan vähän hitaammin ja passaillaan vaikka siltojen alituksiin ja risteysalueisiin, joissa on yleensä enemmän tai vähemmän kalusteita.

Keilaustaajuus

Keilaimesta riippuen se on vakio tai se voidaan määrittää. Esimerkiksi Trimblen MX9-keilaimessa

on valittavana taajuudet 300 KHz, 500 KHz, 750 KHz ja 1000 KHz. Keilaustaajuus vaikuttaa pyyhkäisyjen pistetiheyteen. Nämä seikat kannattaa huomioida tilausmäärittelyssä. Käytännössä ei kuitenkaan saavuteta tasalaatuista pyyhkäisytiheyttä, johtuen ajonopeuden vaihteluista. Siihen vaikuttaa muu liikenne, kiihdytykset, jarruttamiset, pysähdykset ja nopeusrajoitukset. Optimaalista on käyttää vakionopeuden säädintä aina kun mahdollista.

Lopputuotteita ja käyttökohteita

Kuten alussa mainitsin, kannattaa lopputuotteiden määrittelyssä olla tarkkana ja kirjata ne selkeästi spekseineen tarjouspyyntöön. Tilaaja voi toki itsekin jatkojalostaa keilausaineistoa, mikäli on osaamista ja ohjelmistot. Alla listaus tyypillisistä lopputuotteista. Mielikuvitusta voi käyttää mihin kaikkeen aineistoa voi hyödyntää.

• Tiealueen maastomallit
• Tienpinnan ortokuvat
• Tienpinnan kuntoanalyysit
• Luokiteltu pistepilvi: tienpinta, kalusteet, rakennusten julkisivut, puusto
• Päällystämisen massaoptimointi
• Päällystettävän tien geometrian hienosäätö
• Visualisoinnit
• Näkemäalueet raivauskarttoineen
• Erikoiskuljetusten reittisuunnittelu
• Sulkuviivoituksen mitoitus
• Katualueilta tarkka kaupunkimalli, voidaan yhdistää ilmakeilausaineiston kanssa

Keilauksessa syntyvät aineistot

Lopputuotteina pidän myös keilauksessa syntyviä vakioaineistoja. On huomioitavaa, että keilain ei erottele kohteita tiealueella. Keilain tekee passiivista työskentelyä. Se ampuu tasaisesti lasersäteitä ympärilleen ja jokaisesta kohteesta mihin lasersäde osuu, tulee takaisinheijastumat. Osumakohteet siis kuorruttuvat laserpisteillä. Näin ollen esim. tienpinnan ollessa kiinnostuksen kohteena, saadaan paljon muutakin käyttökelpoista tietoa tieympäristöstä.

Tilauksessa kannattaa eritellä kaikki toimitettavat aineistot. Tilaaja, joka ei suoraan itse pysty hyödyntämään koko aineistoarsenaalia, saattaa myöhemmin halutakin aineiston jatkojalostusta.

Keilauksesta syntyviä vakioaineistoja ovat:

• ajoratatieto: sisältää ajoradan XYZ-tiedot, aikaleimat ja inertiatiedon
• GNSS-tarkkuustieto: tarkkuustieto voidaan pultata ajoratatietoon ja esittää graafisesti esimerkiksi xy- ja z-tarkkuus käyttäjän säätämällä asteikoilla, käyttää useiden ajokertojen alueella tarkimman ajokerran eristämiseksi
• pistepilvi
• panoraamakuvat, voi olla sivulle katsovien kameroidenkin kuvia
• kuvalista: sisältää kuvien aikaleimat, xyz-koordinaatit ja kuvien asentokulmat
• kameran kalibrointiedot: näiden parametrien avulla perspektiivinäkymässä kuvien pikselit täsmäävät laserpisteiden kanssa

Kannattaako keilata?

Markkinoimamme Trimblen MX50 ja MX9 -mobiilikeilaimet edustavat alan uusinta tekniikkaa. Keilausoperointi ja tietojen käsittely ovat hyvin tuotteistetut. Keilausdatan esiprosessoinnissa Trimblen POSPac ja TBC -ohjelmistot loistavat käytön helppoudella. Terra-sovelluksilla voidaan jatkaa lopputuotteiden prosessointia. Aikaisemmin vanhemman sukupolven laitteita ja ohjelmistoja käytettäessä kannattavuusraja saattoi alkaa vasta kaksinumeroisessa kilometrimäärässä. Nyt se on jo yksinumeroinen monissa tapauksissa. Jos katsotaan äärireunaa, se voi olla, vaikka sata metriä, jos halutaan tarkka kaupunkimalli lyhyeltä kadun pätkältä, joka sisältää kaiken: puut, rakennusten julkisivut, kadun kalusteet ja kadun pinnan.

Kannattaa kysyä tarjous takymetri-/RTK-mittauksesta ja mobiilikeilauksesta pienemmissäkin väyläkartoituksissa. Mobiilikeilaus saattaa olla kustannustehokas vaihtoehto, vaikka kartoittajaa ulkoilutettaisiinkin mittaamassa korkeuskontrollipisteet ja rumpujen juoksupinnat. On huomattavaa, että mobiilikeilaus tuottaa käytännössä väyläalueen osumakohteista jatkuvan pinnan, objektit ja muodot, joita ei perinteisellä mittausmenetelmillä voida kartoittaa. Näin mittausmenetelmänä se ei ole aivan vertailukelpoinen perinteisen mittauksen kanssa.

Ennen oli kulmaprisma, mittanauha, vaaituskone ja HP:n laskin, nyt on mobiilikeilain

Pistepilvitekniikan käyttö lisääntyy koko ajan väyläkartoituksissa. Mobiilikeilaus ei ole uusi keksintö. Ensimmäinen tuotteistettu keilainsysteemi tuli markkinoille joskus 2005 aikoihin ja siitä lähtien ala on kehittynyt voimakkaasti. Sitä on vain yleisesti pidetty isojen projektien kartoitusmenetelmänä. Totuuden nimessä on kuitenkin sanottava, että aineiston perusteellinen hyötykäyttö vaatii loppukäyttäjältä hiukan enemmän osaamiseen panostamista kuin millimetripaperille piirretyt poikkarit. Olen kuitenkin vakuuttunut, että panostaminen kannattaa.

Aikoinaan ilmakeilausprojekteissa sisällytin tarjoukseen aineiston lyhyen käyttökoulutuksen, se oli toimiva idea, kun asiakas perehdytettiin datan hyötykäyttöön. Palaute oli hyvä – vinkki keilausoperaattoreille!

Menetelmään kannattaa tutustua keilauttamalla lyhyehkö tien tai rautatien pätkä. Kohteeksi sopii vaikka pari kilometriä peruskunnostusta vaativa kohde tai sen as-built-kartoitus. Pienenkin käyttökokemuksen perusteella on helppo muodostaa käsitys menetelmän eduista ja kustannustehokkuudesta. Rautatieympäristöön pätevät lähes kaikki samat asiat kuin tiekeilaukseen, muutamia vähäisiä poikkeuksia lukuun ottamatta.

Hyvää keilauskautta!