SINNE – Smart Information Network for Environmental Monitoring

Älykäs ympäristömittausverkko

Toimintalinja 2 (EAKR) | 01.12.2015 – 30.11.2018 | Keski-Pohjanmaa

Hanke loppunut
Tutustu hankkeeseen

Yleistiedot hankkeesta

Projektitiimi:

Projektipäällikkö: Timo Hongell

Professori: Ismo Hakala

Tutkija: Ilkka Kivelä

Projektin nettisivut

Tietoja hankkeesta:

Hankkeen rahoittaja: Keski-Suomen elinkeino-, liikenne- ja ympäristökeskus, Kokkolan kaupunki ja yritykset
EURA-tunnus: A71203
Toteuttajaorganisaatio: Jyväskylän yliopisto / Kokkolan yliopistokeskus Chydenius
Maakunta: Keski-Pohjanmaa
Aloituspäivä: 01.12.2015
Lopetuspäivä: 30.11.2018
Budjetti: 100000-500000 €
Toimintalinja: Toimintalinja 2 (EAKR)
Erityistavoite: Yritysten innovaatiotoiminnan vahvistaminen

Lyhyt selostus hankkeesta:

Yleinen huoli ympäristösaasteista on viime vuosien aikana kasvanut globaalisesti ajateltuna valtaisasti, ja samat asennemuutokset on havaittavissa myös paikallisessa mittakaavassa. Kaksi ihmisten jokapäiväiseen elämään eniten vaikuttavia asiaa ovat hengitettävän ilman laatu ja niin sanotusti ylimääräisenä kuultava ympäristömelu.

Tuotantolaitoksia ajatellen, nämä ongelmat ovat monesti oleellisia sekä rakennusten läheisyydessä, että laitosten sisällä. Alueen yrityksillä on monilta osin velvoitteita seurata oman tekemisensä ympäristövaikutuksia erilaisten ympäristöselvitysten avulla. Monissa tapauksissa nämä selvitykset tehdään yksinkertaisimmillaan laskennallisesti arvioiden ja käyttäen pitkien aikajaksojen keskiarvoja, jolloin todelliset tulokset saattavat erota merkittävästikin reaaliaikaisesti useammasta paikasta mitattujen arvojen kanssa.

Projektissa on tavoitteena demonstroida, pilotoida ja tutkia älykästä, skaalautuvaa (langatonta) ilmanlaatua ja melua mittaavaa järjestelmää, jonka reaaliaikainen toimivuus ja luotettava tiedonsiirto on kyettävä takaamaan erilaisissa muuttuvissa ja haasteellisissa olosuhteissa sekä verkon tietomäärän kasvaessa. Laitteiston monipuolisuuden lisäämiseksi on tavoitteena suunnitella ja toteuttaa taajuuskaistojen laskenta Kokkolan yliopistokeskuksen CinetNoise mittausjärjestelmään. Järjestelmässä integroidaan vallitsevat säätiedot, ilmanlaatumittaukset (PM10, PM2.5) ja melusensorit toimimaan samassa sovelluksessa. Projektissa toteutetaan mittauspilotteja erilaisissa ympäristöissä (tori, teollisuus-, ratapiha-alue) yhdessä sidosryhmien kanssa. Mittaustulokset on saatava yksinkertaisesti esitettävään muotoon ja projektin tavoitteena onkin luoda käyttöliittymä ja visuaalisesti helposti ymmärrettävä asteikko, jossa mittausjärjestelmän tulokset ovat reaaliaikaisesti näkyvillä kansalaisille.

Projektin tuloksena syntyy aluepohjainen ympäristömittausverkko yritysten ja viranomaiset käyttöön. Verkko on helposti liikuteltava langaton järjestelmä, joka yhdistää useat ympäristön tilaan vaikuttavat mittaukset (melu, sää, pienhiukkaset). Se tarjoaa suuntaa antavaa tietoa tarkempiin laboratoriomittauksiin (hajapäästöt).

Järjestelmällä saadaan merkittävä parannus ilmanlaadun ja meluarvojen reaaliaikaiseen seurantaan ja valvontaan ja valmis järjestelmä pystyy tunnistamaan eri taajuudet ja kertomaan melulähteen suunnan. Ympäristötietoisuuden lisääntyminen kansalaisten keskuudessa avoimen sovelluksen kautta lisääntyy ja viranomaisten sekä yritysten tietoisuus uusista mittausmenetelmistä ja niiden tuomista mahdollisuuksista kasvaa.

 

Tulokset

Projektissa kehitettiin melun- ja pienhiukkasten mittauslaitteistoa.

Projektin aikana Kokkolan Sataman, Kokkolan Suurteollisuuden alueille sekä Kokkolan torille asennettiin pilottiverkot ympäristömelun sekä, pölyn ja pienhiukkasten reaaliaikaiseen mittaamiseen.

Mittausjärjestelmän tuottamat arvot näyttiin asiakkaille ja yhteistyökumppaneille reaaliaikaisesti internetissä toimivan karttasovelluksen avulla.

Projektin aikana kehitetyllä järjestelmällä saatiin kerättyä valtavasti aineistoa kohdealueiden ympäristömelusta ja pienhiukkasten määrästä. Saatujen mittausten perusteella pystyttiin määrittelemään kohdealueille vallitsevat melutasot sekä havainnoimaan alueiden pölyämistä. Mittaustuloksien analyysien perusteella pystyttiin tekemään vertailuita kohdealueelta tehdyn melumallin paikkaansa pitävyyttä. Hiukkasmittauksien analyysit paljastivat suurimmat pölyämissuunnat mittauskohteisiin. Hankkeen aikana havaitut haasteet auttoivat välittömästi kehittämään mittauslaitteistoa optimaalisemmin toimivaksi haasteellisiin olosuhteisiin.

Reaaliaikaisesti nähtävillä olevat mittaukset mahdollistivat sidosryhmien omaan toimintaansa puuttumisen tai tarkastustoimenpiteiden aloittamisen, mikäli nousua meluamisessa tai pölyämisessä havaittiin.

Ympäristöviranomaisten kanssa on keskusteltu mahdollisuudesta muuttaa KIP-alueen yritysten ympäristölupamäärittelyiden ajoittaisiin melumittauksiin mahdollisena vaihtoehtona lisäksi SINNE-projektissa kehitettyä aluepohjaista jatkuva-aikaista melumittausta, jolla saadaan paljon kattavammat tiedot alueen meluamisesta. Neuvottelut viranomaisten ja yritysten kanssa ovat vielä tämän asian osalta meneillään. Valvontaviranomainen on kuitenkin osoittanut suuren kiinnostuksen ja puolestaan antanut ns. vihreää valoa uudelle mittaustekniikalle. Mikäli laitteiston käytettävyys tullaan hyväksymään vaihtoehtoisena mittaustapana ympäristölupien määrittelyssä, projektilla on ollut valtava vaikutus ympäristömittausmenetelmien- ja uusien mittaustapojen kehitykseen.

Projektin pölymittauksista kirjoitetaan kansainvälinen journal-tason julkaisu, jota ei vielä projektin päättyessä ollut julkaistu. Julkaisun työotsikkona on ”Wireless Environmental Measurement Network – Dust Sensor Application”. Julkaisussa käydään läpi projektissa kehitetyn pölymittauslaitteiston, suunnittelu-, kalibrointi-, sekä kehitystoimenpiteet yksityiskohtaisesti läpi. Lisäksi artikkelissa käsitellään järjestelmällä saatuja mittaustuloksia sekä pohditaan järjestelmän käytöstä saatuja kokemuksia. Artikkelissa huomioidaan myös laitteiston käytössä ilmenneitä haasteita ja niihin kehitettyjä ratkaisumalleja. Myöhemmässä vaiheessa projektin mittaustuloksia ja järjestelmästä saatuja tietoja ja kokemuksia tullaan hyödyntämään myös muissa tieteellisissä julkaisuissa.

 

Ratkaisun kuvaus

Hankkeen älykäs ympäristömittausverkko toteutettiin yhteistyöorganisaatioiden toiveiden mukaisesti mittaamaan erityisesti melua sekä hiukkaspitoisuuksia erityisesti KIP-alueelta sekä Kokkolan torilta. Laajalle alueelle asennettu mittausverkko koostui useista eri mitta-antureista, tiedot taustajärjestelmään, mm. matkapuhelinverkon välityksellä lähettävistä, SINK-noodeista sekä osaan kohteista asennetuista sääasemista, jotka kertovat alueen eri puolilta paikalliset sääolosuhteet. . Mittausverkon virransaanti toteutettiin mahdollisuuksien mukaan yleisen verkkovirran puitteissa, mutta muutamassa kohteessa sähkön saanti mahdollistettiin aurinkopaneeleiden ja akkujen sekä polttokennojärjestelmän avulla. Järjestelmään tuotiin lisäksi Ilmatieteen laitoksen virallisen mittausaseman tuottamat säätila- ja hiukkasmääräarvot .

SINNE-projektille kehitettiin karttapohjainen käyttöliittymä, jossa pystytään esittämään kaikki erilaiset projektissa mitatut asiat samassa sovelluksessa. Erityisesti projektin kannalta oleellisia mitattuja suureita olivat melussa desibeliarvot, ilmanlaadussa mitattu pölyämismäärä (kaasumaisia aineita pidetty projektin kannalta oleellisiksi mittauskohteiksi, joten ne päätettiin jättää pois projektista) sekä massa-arvio määrästä. Säätilat vaikuttavat suuresti saataviin arvoihin, joten sääasemien avulla mitattuja järjestelmään integroituja asioita olivat tuulen suunta ja nopeus, lämpötila sekä ilmankosteus. Näitä kaikkia tietoja yhdistämällä voitiin laskennallisesti havaita muutoksia alueen melussa ja pölyämisessä. Tuulen suuntatietoja hyödyntäen voitiin projektissa kehitetyn ns. pölypiikin tunnistusalgoritmin perusteella saada selville mistä suunnasta ja milloin mittauskohteeseen on mahdollisesti pölyä tullut.

Mittaustulokset pyrittiin sovelluksen karttapohjaisessa päänäkymässä määrittelemään yksinkertaisesti esitettävään muotoon. Meluarvojen esityksessä esimerkiksi käyttöön otettiin ns. liikennevalot, jotka väreillään kertovat melutasosta. Käyttöliittymässä on mahdollista tarkastella historiatietoja mittauksista graafisten kuvaajien avulla. Pölyämisen epätasainen jakautuminen aiheuttaa vaihtelevuutta mittauksissa, jonka takia mittalaitteet mahdollistavat suuntaa antavat arvot kohteiden hiukkasmääristä ja pölyämisen massamäärästä. Tästä johtuen projektissa kehitetyllä laitteistolla ei pystytä antamaan varmasti oikeaksi todistettavaa lukuarvoa pölyämisen määrästä. Laitteisto puolestaan pystyy kertomaan mahdolliset pölyämistapaukset ja niiden kestot.

Melumittaukset:
Kokkolan yliopistokeskus Chydeniuksessa on usean vuoden ajan tehty tutkimusta älykkäiden mittausten kanssa ja erityisesti ympäristömelun mittauksessa on ennen SINNE-projektia saavutettu hyviä tuloksia. Tämä mahdollisti hyvät lähtökohdat melumittauksien suorittamiseen. CiNetNoise melumittausalustaa kehitettiin niin, että sillä voitiin toteuttaa jatkuva-aikaista ympäristömelun tarkkailua. CinetNoise mittausjärjestelmällä voidaan mitata desibeliarvoja ja taustajärjestelmästä saatavien mittaustietojen avulla voidaan laskea mm. päivä- ja yömelujen ekvivalenttitasot. Mittausten säätietojen ja melumittausten yhdistäminen antaa uudenlaisen lähestymistavan ympäristömelun tarkkailuun. Pitkäkestoisesti mitattuja melutasoja verrattiin mittausalueelta aikaisemmin tehtyyn melumallinnukseen, jonka todettiin pitävän hyvin paikkaansa mittauskohteissa. Pilottien kautta projektin melumittauksille ollaan saatu hyvä varmuus ja tarkkuus. CinetNoise melumittaussensorit on saatu vastaamaan 2-luokan kaupallisia mittalaitteita.

Hiukkasmittaukset:
Hiukkasmittaukset olivat uusi tutkimusalue projektin yliopistokeskuksen projektin henkilöille. Pölymittauslaitteistoa lähdettiin kehittämään tavoitteena pystyä ilmaisemaan mahdolliset pölyämistapaukset ja tavoitteellisesti antaa arviota pölyn määrästä. Projektin alkuvaiheessa suoritettiin KIP-alueella kahteen otteeseen passiivikeräinmittaukset, joiden perusteella pystyttiin ostopalveluna analysoimaan minkälaisesta materiaalista koostuvaa ja kuinka paljon alueella olevaa pölyä mahdollisesti on. Pölymittaukset asennettiin KIP-alueelle sovittuihin kohteisiin ja niitä huollettiin ja lisättiin tarpeen mukaan. Pian selvisi, että sensorien likaantuminen aiheuttaa ongelmatilanteita mittauskohteissa. Tästä johtuen antureita jouduttiin aika ajoin vaihtamaan ja puhdistamaan. Tämä likaantuminen näkyi mittaustulosten hiljalleen nousevana trendinä, jolle projektissa kehitettiin kompensaatiomenetelmä poistamaan sen vaikutus tuloksien vertailussa. Projektissa kehitettiin ns. pölypiikin tunnistusalgoritmi, jonka perusteella saada selville mistä suunnasta ja milloin mittauskohteeseen on mahdollisesti pölyä tullut. Pitkällä aikavälillä analysoituna algoritmi kertoo kohdealueen pääasialliset pölylähteet pölyämispiikkien painottumisella tiettyyn suuntaan ajan kuluessa.

Hyvät käytännöt

Projektissa kehitetty aluepohjainen melumittautapa mahdollistaa uudentyyppisen tehokkaammaksi ja kattavammaksi osoitetun käytänteen melumittaamiseen.

Ohjausryhmän sekä projektiryhmän antamat asiantuntijatiedot projektin edetessä toimivat hyvinä välineinä viedä projektia tehokkaasti eteenpäin halutulla tavalla.

Hyvän käytännön siirtotapa

Ympäristöviranomaisten kanssa on keskusteltu mahdollisuudesta muuttaa KIP-alueen yritysten ympäristölupamäärittelyiden ajoittaisiin melumittauksiin mahdollisena vaihtoehtona lisäksi SINNE-projektissa kehitettyä aluepohjaista jatkuva-aikaista melumittausta, jolla saadaan paljon kattavammat tiedot alueen meluamisesta. Neuvottelut viranomaisten ja yritysten kanssa ovat vielä tämän asian osalta meneillään. Valvontaviranomainen on kuitenkin osoittanut suuren kiinnostuksen ja puolestaan antanut ns. vihreää valoa uudelle mittaustekniikalle. Mikäli laitteiston käytettävyys tullaan hyväksymään vaihtoehtoisena mittaustapana ympäristölupien määrittelyssä, projektilla on ollut valtava vaikutus ympäristömittausmenetelmien- ja uusien mittaustapojen kehitykseen.

Vastaavanlaisesti uusissa projekteissa on sidosryhmät pidettävä projektin alusta alkaen vahvasti mukana osana projektin eteenpäin viemistä. Tällä tavalla saadaan kaikkien osapuolien tietämys ja tavoitteet projektista pysymään samoilla linjoilla ja projekti etenee tehokkaammin eteenpäin.

Onko malli siirretty?

Kehittymisen paikat

Ennen hanketta:

Hankkeella pyritään etsimään sopivia menetelmiä ympäristömittausten tekemiseen, jotka voitaisiin hyväksyttää ympäristöviranomaisten toimesta mm. ympäristölupien melu-/ilmanlaatumittausten tuloksiksi.

Ennen hankkeen alkua kerättiin taustatietoa aihealueeseen liittyen sekä käytiin mahdollisten yhteistyökumppaneiden kanssa keskusteluita projektin sisällöstä.

Hankkeen aikana:

Hankkeen aikana ympäristömittausverkolle suoritettiin kaupallisilla laitteilla vertailumittauksia, joilla järjestelmän mittausarvot ja toiminta voitiin osoittaa olevan vaatimukset täyttäviä.

Projektiryhmän kanssa olisi hyvä vielä useamminkin pitää tapaamisia eri mittauspaikkojen saurannan sekä projektin mittausten tulkitsemisen osalta.

Hankkeen jälkeen:

Hankkeen jälkeen Kokkolan yliopistokeskus Chydenius teki laitteistojen ylläpidosta tarjouksen KIP-alueen toimijoille. Ympäristöviranomaisten kanssa on keskusteltu mahdollisuudesta muuttaa KIP-alueen yritysten ympäristölupamäärittelyiden ajoittaisiin melumittauksiin mahdollisena vaihtoehtona lisäksi SINNE-projektissa kehitettyä aluepohjaista jatkuva-aikaista melumittausta, jolla saadaan paljon kattavammat tiedot alueen meluamisesta. Neuvottelut viranomaisten ja yritysten kanssa ovat vielä tämän asian osalta meneillään. Valvontaviranomainen on kuitenkin osoittanut suuren kiinnostuksen ja puolestaan antanut ns. vihreää valoa uudelle mittaustekniikalle.

Tämän projektin pilottitapausten kautta syntyviä mahdollisia jatkotoimenpiteitä tullaan toteuttamaan toisten asiaan sopivien projektien kautta.

Projektin melumittauksiin kohdistuneen kiinnostuksen johdosta ollaan valmistelemassa hanketta, jolla ääniin perustuen mitataan ja havainnoidaan alueiden tiettyjä eläin- ja lintulajeja (LAULU-projekti).

Toimintatavat

SINNE-hankkeen keskeisiä toimenpiteitä olivat tarvekartoitus, tutkimustyön kehittäminen ja mittausjärjestelmän demonstroinnit eri kohteissa. Tarvekartoitusvaiheen ja selvitysten perusteella päätettin projektin mihin tutkimustyö projektissa keskittyy melun ja pienhiukkasten osalta.

Eri tahojen merkitys

Projektitiimi

Projektipäällikkö ja projektitiimi vastaavat projektin toiminnasta, projektisuunnitelman mukaisesta projektin toteuttamisesta, projektin talouden seurannasta ja raportoinnista, sekä asiantuntijatehtävistä eri työpaketeissa.

Hankkeen toteuttajaorganisaatio

Jyväskylän yliopisto / Kokkolan yliopistokeskus Chydeniuksen IT-yksikön henkilökunta suorittaa projektin työ- ja tutkimustehtävät.

Kumppanit

Projektin kumppaneiden kanssa yhteistyössä kehitetään mittausjärjestelmää ja sitä pilotoidaan kumppaneiden määrittelemissä mittauskohteissa.

Rahoittaja

EAKR, Kokkolan kaupunki, mahdollistavat hankkeen toteuttamisen.

Ohjausryhma

Ohjausryhmän tarkoitus on antaa mahdollisimman laaja-alainen asiantuntemus projektin johtamisen tueksi. Sen keskeisenä tehtävä on seurata, että hanke toteutetaan projektisuunnitelman ja rahoituspäätöksen mukaisesti.