VTT-vetoisessa ja EU:n Horizon2020-rahoittamassa 17 eurooppalaisen tutkimus- ja yrityskumppanin hankkeessa toteutettava ainutlaatuinen digitaalinen alusta on yhdistelmä kaukokartoitus- ja paikannustekniikoita. Se integroi dataa, joka kerätään satelliiteista, drooneista ja maanpäällisistä antureista. Siinä hyödynnetään Maan kaukokartoitus- ja GNSS-dataa (Global Navigation Satellite Systems) sekä datafuusiota ja käsittelyä, jotka perustuvat data-analytiikkaan ja koneoppimisalgoritmeihin. Kerättyä informaatiota voidaan käsitellä ja muuntaa loppukäyttäjän ja päätöksen tekijän käyttöön sovellettavaksi tiedoksi, joka mahdollistaa kaivosten ja niiden vaikutusten kattavan seurannan. Tämä puolestaan mahdollistaa mm. entistä tehokkaamman malmin etsinnän ja, samalla edistäen turvallisuutta kaivoksissa. Hanke on edennyt vaiheeseen, jossa alusta on tehty ja kenttätestit ovat lopuillaan.
Tuloksia päästään nyt viimeistelemään ja tietotuotteita hyödyntämään. Pyhäjärven pilotoinnit toteutettiin yhteistyössä Pyhäsalmen kaivoksen (data ja infrastruktuuri), Pyhäjärven Callion kaivoksen uusiokäytön (tilat ja palvelut) sekä Oulun yliopiston monitieteisen Callio Lab tutkimusympäristön (fasilitointi, tutkimus) kanssa.
Esimerkiksi Google Mapsilla navigoitaessa hyödynnettävää satellittiipaikannustietoa ei ole aiemmin ollut mahdollista käyttää maan alla, mutta nyt tuttu GPS-satelliittipaikannusjärjestelmä on tuotu maanalaiseen käyttöön simuloimalla. Myös dronet hyödyntävät satellittipaikantamista pysyäkseen lennossa. Nyt kokeiltiin, onnistuuko droonien lennättäminen simuloitujen GPS-signaalien avulla maan alla. Teknologiaa testattiin myös kännyköillä ja GPS-paikantimilla.
”GPS-paikkatietohan ei ole maanalaisissa kaivoksessa saatavilla, koska siinä on kiveä, jonka läpi signaali ei tule. Nyt saadaan sitten koordinaatit laitteisiin myös maan alle. Tämän mahdollistaa israelilaisen Galileo Satellite Navigationin kehittämä teknologia, minkä avulla GPS pystytään toisintamaan maan alla. Siinä toimivat ihan normaalisti kaikki GPS-sovellukset, mitä sinulla on jo valmiina kännykässä”, projektin vetäjä, VTT:n erikoistutkija Marko Paavola selitti.
Paavola oli Pyhäsalmella tehtyjen kokeiden tuloksiin erittäin tyytyväinen.
”Tulokset ovat tähän vaiheeseen erittäin hyvät. Demonstraattori on saatu tehtyä ja raportteja koottua. Jo viikon kokeilujen jälkeen demonstraattori saatiin toimimaan”, hän kiitteli.
Droonea olivat lennättämässä Radai Oy:n droonilentäjät ja kenttäoperaattorit Lauri Maalismaa ja Tuomas Koivurova.
”Oli mielenkiintoista. En ole koskaan ennen lennättänyt RC-lennokkia maan alla. Kone sekosi jossain kohtaa tunnelia ja meni seinään, mutta se sama kone lensi sen jälkeen vielä pari akullista. Itse koneeseen ei tullut mitään vikaa. Todennäköisesti tehtiin Suomen, ellei maailman, syvyysennätys siinä, kuinka syvällä maan alla lennätettiin dronea eli noin 400 metri(ss)ä. Ei mitenkään virallisesti, mutta epävirallisesti”, Maalismaa kertoi.
Testitilanteen ainutlaatuisuus teki lentäjiin vaikutuksen.
”Tämä nyt oli ensimmäinen lento, missä yritettiin liikkuvan laitteen paikka pitää pelkästään sillä maan alla olevalla GPS:llä. Ja se näytti olevan hyvin kehityskelpoinen teknologia käyttää. Jo tällä pienellä demonstroinnilla voi sanoa tästä paikannusteknologiasta, että näyttää toimivan. Me kävimmekin jo hirveän mielenkiintoisen keskustelun tämän yrityksen kanssa, joka toi tämän GPS-järjestelmän tänne. He olivat perehtyneet drone-elektroniikkaan paljon”, Koivurova sanoi.
Paikannusteknologialla, jota Pyhäsalmen kaivoksella käytettiin (Galileo), on ollut patentti jo vuodesta 2010, mutta nykyisenlaisena se on ollut toiminnassa vuoden. Eurooppalainen Galileo on yksi GNSS-järjestelmistä, jotka ovat maailmanlaajuisesti käyttöön otettuja järjestelmiä. Yhdysvaltojen kehittämä GPS on vastaava. Teknologiaa on käytetty monenlaisissa paikoissa linja-autoasemista ostoskeskuksiin. Nyt teknologiaa kokeiltiin ensimmäistä kertaa kaivoksessa.
”Meillä meni viikko teknologian sovittamisessa näihin olosuhteisiin. Saimme kaikki etapit laitettua kartalle ja kokeilimme lentoa. Se meni oikein hyvin”, Galileo Satellite Navigationin toimitusjohtaja Eli Ariel sanoi.
Teknologian on rakentanut tutkimus- ja kehityspäällikkö Sergey Tomilin.
“Tämä oli hyvin erilainen ympäristö meille, koska tavallisesti meillä on jonkinlainen yhteys taivaalle. Vaikka meillä ei olisi GPS:ää, meillä on muita satelliittisignaaleja. Kaivoksessa on totaalinen radiohiljaisuus. Siinä oli hieman haasteita, mutta selvitimme ne. Huomasimme, että meillä olisi voinut olla enemmän kalustoa ja tarvikkeita mukana. Jos jokin ei toimi, emme pääse hakemaan toimistolta niitä. Yleensä laite lopettaa toimimasta juuri silloin, kun sitä ei odottaisi”, Tomilin kertoi.
Ariel ja Tomilin selvittivät ensin, miten kaivoksessa ollaan ja mitä siellä on tärkeää paikantaa.
”Meillä ei ole kaivoksia Israelissa, joten niiden toimintalogiikka ei ollut meille tuttu. Oli hyvä, että tapasimme aiemmin Sofiassa Marko Paavolan kanssa. Aloimme ymmärtää enemmän kumppaneita ja he alkoivat ymmärtää enemmän meitä”, Ariel kertoi.
Ariel ja Tomilin pitävät asiakasymmärrystä erittäin tärkeänä, jotta teknologia vastaa aidosti asiakkaan tarpeisiin.
“Jos emme mene asiakkaan luo ja kysy heidän tarpeistaan, emme voi muokata teknologiaa heille. Samaa teimme tässä projektissa”, Tomilin sanoi.
”Eri paikoissa haasteet ovat erilaisia. Linja-autoasemalla tai lentoasemalla käyttäjällä on tarve löytää oikeaan paikkaan oikeaan aikaan, myös itselle vieraalla kielellä. Messukeskuksessa taas kävijä haluaa löytää osastot, minne on menossa. Linja-autoasemalla paikannusteknologiassa on haasteita, koska siellä ollaan monessa tasossa. Esimerkiksi pelastushenkilökunta tarvitsee tarkan paikannuksen siitä, missä apua tarvitseva on. Olemme myös menossa Amsterdamin Expoon, jossa kullakin tapahtumalla taas on oma karttansa. Siellä ei voi käyttää Wi-Fi:ä, koska se kaatuu helposti. Teknologiamme voi ratkaista ongelman”, Ariel jatkoi.
Paavola tuo erityisesti esille kaksi tärkeää hyötyä, mitä uusi maanalainen paikannusteknologia voi tuottaa.
”Ensimmäisenä tulevat turvallisuuskysymykset. Turvallisuussovellusten kautta voidaan paikantaa esimerkiksi henkilöiden sijainti kaivoksessa. Tuotanto-omaisuuden hallinnan parantaminen on toinen tärkeä tulos. Kaivoksissa voi tulla mittavia tappioita esimerkiksi siitä, että laitteita ja tavaroita menee hukkaan”, Paavola kertoi.
”Tuolla alueella on lähiverkko toiminnassa. Jos joskus tulee puhelinverkkosovelluksia, niin silloin pystymme jakamaan ja seuraamaan työntekijän tai laitteen tai vaikkapa yksittäisen kaapelikelan sijaintia”, Oulun yliopiston Kerttu Saalasti Instituutin tutkimusjohtaja Ossi Kotavaara Alueellisen erinomaisuuden tutkimusryhmästä jatkoi.
Kun droonien lennättäminen todettiin onnistuneeksi, tehtiin seuraavaksi systemaattinen koeasetelma, jota erilaiset testiryhmät ovat voineet käydä kokeilemassa. Teknologia voi näiden testien tuloksena päätyä hyvinkin erilaisiin käyttötarkoituksiin.
”Tärkeä tavoite tässä hankkeessa on, että tulokset otetaan käyttöön. Siksi otamme jo hankkeen aikana yhteyttä mahdollisiin loppukäyttäjiin ja pyydämme palautetta. Pitää miettiä, mitkä ovat tarpeet teollisuudessa ja mihin niihin voidaan vastata”, Paavola sanoi.
”Tavoitteena on tehdä näiden testien pohjalta käyttäjälähtöisiä lopputuotteita. Siellä on monia erilaisia käyttäjiä, testiryhmiä ja kävijöitä, ja he voivat hyödyntää GPS-järjestelmää omissa toimissaan”, Kotavaara jatkoi.
Metso Outotecin älykkäiden tuotteiden ja prosessien johtaja Jani Kaartinen oli kokeissa mukana opintomatkalla.
”Emme varsinaisesti ole yrityskumppaneita juuri tässä hankkeessa, mutta olemme tehneet paljon yhteistyötä aiemmin erilaisissa Business Finlandin ja EU:n rahoittamissa hankkeissa. Vaikka emme toimi maan alla, tässä voisi olla teknologiaa, jota voisimme käyttää vaikkapa maanpäällisen rikastamon katon alla tapahtuvaan paikannukseen. Keskustelimme israelilaisen yrityksen kanssa teknologian paikannustarkkuudesta, mikä kiinnostaa meitä mahdollisen jatkokäytön näkökulmasta. Mahdollisesti sitä voi käyttää yhdessä jonkun muun, esimerkiksi kiinteän anturiteknologian kanssa”, Kaartinen visioi.
Testeissä nähdään myös muiden sovellusten yhteensopivuusmahdollisuuksia pilotoidun teknologian kanssa.
”Kokeilimme tätä omien matkapuhelimien kautta. On olemassa paljon valmiita sovelluksia, jotka voivat toimia tässä data- ja paikannusympäristössä ”, Kotavaara kertoi.
Hankkeessa syntyvän ohjelmistoalustan hyödyntämiseksi kaupallisesti tarvitaan yhteisesti suunniteltu liiketoimintamalli.
”Pitää löytää se kaupallistamis- ja hyödyntämispotentiaali. Selvitämme liiketoimintamalleja tuotteiden myyntiin. Kun on monta toimijaa ja tällainen ohjelmistoalusta, mihin toimitetaan datoja ja ratkaisuja, niin siinä on tietenkin se liiketoimintamalli sovittava. Arkkitehtuuri on lähtökohtaisesti toteutettu niin, että siinä pystyy toimimaan yhdessä ja erikseen. Esimerkiksi tämä nyt kokeiltu GPS-pohjainen alusta on israelilaisen yrityksen kaupallinen tuote, jonka kehittämispolulla on päästy vasta vauhtiin. Selvitämme kaikkien hankkeessa kehitettävien teknologioiden hyödyntämisreitit ja raportoimme ne loppuraportissa”, Paavola kertoi.
Kaupallistamista ajatellen alusta tehdään mahdollisimman helposti käytettäväksi niin, ettei firman sisällä tarvita erikseen analytiikkaosaamista.
”Tavoitteena on, että kaivosoperaattorit pystyvät käyttämään luonnollisella kielellä näitä sovelluksia. Eli käyttäjän ei tarvitse osata satelliiteista eikä big data -analytiikasta eikä keinoälystä mitään. Riittää, että hän sanoo ”näytä minulle louhoksen seinämän turvallisuus” ja se sovellus näyttää sen. Algoritmit pyörivät siellä taustalla”, Paavola sanoi.
Hankkeessa tehostetaan myös malminetsintää droneihin integroitujen geofysikaalisten anturien avulla sekä kehitetään hyperspektri- ja Raman-mittauksia mineralogian tarkempaan määrittämiseen kenttäolosuhteissa. Alusta integroi tiedot saatavilla olevien satelliittien, kuten Copernicus- ja Sentinel-järjestelmien sekä maailmanlaajuisten satelliittien, kuvista ja tutkista saatuun dataan.
”Tutkimme myös synteettisen apertuurin tutkaa kaivosympäristöjen monitoroinnissa. Lisäksi teemme kaksi testausta satelliittipohjaisesta veden laadun ja metallipitoisuuksien arvioinnista. Siinä hyödynnetään muutaman satelliitin monikanavaista analyysiä. Partnerimme DARES TECHNOLOGY toteuttaa tämän analyysin”, Kotavaara kertoi.
Goldeneyessä kehitettävää, montaa datalähdettä yhdistävää ohjelmistoalustaa ei ole olemassa vielä missään. Kyseessä on potentiaalisesti globaalisti merkittävä teknologia, joka säästää paljon resursseja mm. malminetsinnässä, kaivosympäristöjen turvallisuuden ja ympäristön seurannassa, tuotannossa (esimerkiksi räjäytysten suunnittelussa) ja jopa tulosten raportoinnissa (louhitun malmin määrä).
”Siinä vähennetään selvästi kustannuksia, kun voidaan satelliittien avulla nähdä, mistä kannattaa lähteä sitä malmia etsimään. Ja sitten voidaan vielä droneilla selvittää sitä, mikä voisi olla hyvä paikka tarkemmille tutkimuksille, jolloin säästyy todella paljon aikaa”, Paavola kertoi.
Tulosten skaalausmahdollisuudet ovat erittäin todennäköisiä.
”Jos kaukokartoituspuolella saa jonkun ratkaisun toteutettua, ja pystytään validoimaan pilottialueiden ympäristöissä, niin sehän käytännössä on sitten globaali ratkaisu, jossa voidaan hyödyntää samaa analytiikkaa menemättä paikan päälle. Ainakin jos olosuhteet ovat samanlaiset. Menetelmän kalibrointiin kerättyjen näytteiden avulla pystytään todentamaan tämä. Ja jos kaukokartoitus vedenlaadun mittauksessa toimii Pyhäsalmella ja luonnonvesissä, niin on kiinnostavaa, pystyykö sen laajentamaan koko pohjoiselle pallonpuoliskolle. Jos näytteenottaja menee ja ottaa vesinäytteen yhdestä pisteestä ja voidaankin kerralla pyyhkäistä tuhansia neliökilometrejä analytiikalla läpi, niin avaahan se aivan uudenlaisia mahdollisuuksia”, Kotavaara visioi.
Uutta teknologiaa kokeillessa syntyy myös mielenkiintoisia sattumalöydöksiä.
”Meillä oli mielenkiintoinen demoefekti tässä: löysimme pilottimme yhteydessä myös yhden vanhan tulivuoren, josta ei ole aiemmin huomattu etsiä malmeja. Pystyimme yhdistelemään useamman satelliitin tietoja tässä. Välittömästi pääsimme katsomaan, onko siellä mitään arvokasta”, Paavola kertoi.
Hankkeen aikana GoldenEye-alustaa pilotoidaan viidellä kaivosalueella eri puolilla Eurooppaa; Suomessa, Saksassa, Bulgariassa, Kosovossa ja Romaniassa. Pyhäsalmen kaivoksessa Suomessa keskitytään kaivosten ympäristövaikutusten ja vakauden tutkimukseen sekä maanalaisten kaivosten turvallisuuden kehittämiseen mahdollistamalla entistä tarkempi seuranta. Pyhäsalmen kaivos on testipaikoista ainoa, jota käytetään maanpäällisten testien lisäksi testipaikkana maanalaisille paikannuskokeille. Pyhäsalmella tehdään myös maanpäällisiä kokeita satelliittidatan hyödyntämisestä.
Trepčan kaivoskompleksissa Kosovossa tehdään samantyyppisiä kokeita kuin Pyhäsalmella. Saksan ja Bulgarian pilottikaivokset puolestaan keskittyvät mineralogiseen kartoitukseen ja mineraalien etsinnän kehittämiseen. Romaniassa taas tavoitteena on kasvattaa kaivostoiminnan kannattavuutta tehostamalla suunnittelua ja tarkentamalla mineraaliennusteita.
Pyhäsalmen kaivoksen infrastruktuuri, Pyhäjärven Callion kaivoksen uusiokäyttöä ja pilotointeja rakentava kehitystyö sekä Oulun yliopiston monitieteinen Callio Lab tutkimusympäristö yhteistyössä luovat mahdollisuuden maanalaisten pilottien toteutukselle. Pyhäjärven Callion kehitysjohtaja Sakari Nokela näkee, että kaivosteollisuudessa kuten muissakin teollisuuslaitoksissa käytetään ja pilotoidaan nykyään paljon etäohjausta ja paikantamista, joka vaatii erittäin lyhyttä viivettä, tarkkaa ihmisten ja koneiden sijaintiedonkeruuta sekä tarpeiden mukaan joustavia ryhmäkommunikaatio ratkaisuja.
”Paikannusteknologioita tarvitaan tulevaisuudessa esimerkiksi reaaliaikaiseen tilannetietoisuuteen ja liikenteen ohjaukseen Pyhäsalmen kaivoksessa testiradoilla. Lisäksi kehittämisponnistuksia tarvitaan Pyhäjärven Callion tukipalveluiden osalta digitaalisten palveluissa kuten kaivoskoneiden operaattorien kouluttamisessa, myös etänä. Esimerkiksi tunneleissa lentävä drone lisää turvallisuutta, parantaa kerätyn tiedon tarkkuutta sekä tekee työskentelystä haasteellisissa olosuhteissa kustannustehokkaampaa. Robotti ei hätkähdä vaarallisiakaan kunnossapito- tai ylläpitotehtäviä – tarkalla ja ajantasaisella paikannuksella voidaan parantaa tehokkuutta esimerkiksi erilaisissa ensiapu- ja pelastustehtävissä.” Nokela totesi.
Oulun yliopiston Kerttu Saalasti Instituutti ja sen monitieteinen Alueellinen erinomaisuus (REx)- tutkimusryhmä isännöi ja tukee kenttäkokeiden suunnittelua ja toteutusta Pyhäsalmen kaivosalueella. Kenttäkokeita järjestetään maanalaisessa kaivoksessa, avolouhoksissa ja rikastushiekka-alueella. REx- tutkimusryhmä osallistuu myös testattujen tekniikoiden ja tulosten arviointiin ja tieteelliseen raportointiin.
Goldeneye-hankkeen kesto on kolme vuotta ja EY:n rahoitus on 8,35 M€. Goldeneye-konsortioon kuuluu suuri teollisuuskumppani, seitsemän pk-yritystä, neljä akateemista/tutkimuskeskusta ja neljä loppukäyttäjää. Tukena on myös vahva geotieteiden asiantuntijaneuvosto. Hanketta koordinoi suomalainen VTT.
Beak Consultants, AKG sh.p.k, Cuprumin, Dares Technologies, Earth observing system, Galileo Satellite Navigation, OPT/NET, Radai, Sandvik Mining and Construction, Sinergise, Sitemark, Cluj-Napocan teknillinen yliopisto, Timegate Instruments, Oulun yliopisto ja Sofian yliopisto.
Teksti: Minna Kilpeläinen, viestintäasiantuntija, Oulun yliopiston Kerttu Saalasti Instituutti
Tutkittua tietoa ja havaintoja yrittäjämäisellä sydämellä.
Kerttu Saalasti Instituutin blogissa kirjoitetaan instituutin tutkimusryhmien aiheista, yrittäjyyskoulutuksesta sekä instituutin yleisistä aiheista. Kirjoittajina alojen tutkijat, asiantuntijat ja verkostojen jäsenet.
Aiheitamme ovat: mikroyrittäjyys, tulevaisuuden tuotantoteknologiat, alueellinen erinomaisuus, mikroyrittäjyyskoulutus