Maatutkat tulevat tietyömaille – Teiden kunnossapito ja levennys mullistuvat digitaalisen 3D-kuvantamisen myötä

Tutkasignaalit, jotka kartoittavat tiestön pintarakenteet mutta tuottavat myös maanalaisista infrarakenteista 3D-kuvaa, on otettu myös Suomessa maarakennuksen työvälineeksi. Lasertutkamenetelmillä säästetään suunnittelussa ja kaivutöissä mutta myös kunnossapidossa, koska erilaisten vahinkojen määrä maarakennuskohteissa eritoten teiden levennyksessä vähenee.

Maanpäällisessä maailmassa tieinfran kunnossapidossa käytetty työkalu on Cyclomedian Street Smart -palvelu, joka edustaa 3D-renderöintiä tekevää teknologiasukupolvea. 3D Cycloramassa LiDAR-järjestelmä luo pistepilven, dataa, joka renderöidään paikkatiedon kanssa täsmättynä.

Ohjelma esittää virtuaalisessa 3D-maailmassa juuri saman kohteen kuin kuvauspaikassa, mutta niin kutsuttuna lisättynä todellisuutena.

Cyclomedian Street Smart on tehnyt sopimuksia useiden kaupunkien, mm. Kuopion kanssa yhtenäisestä tielinjojen kolmiulotteisesta mallintamisesta. Kuvaus tapahtui kesällä 2021.

LiDAR-laserin pistepilven tiedoilla on monenlaista käyttöä. 3D-muodossa löytyy eritasoisia visualisointeja. Joissakin 3D-mallinnusprojekteissa käytetään polkupyöriin liitetyillä kameroilla kerättyä dataa. Ratkaisu on kevyt.

Myös sähköä johtamattomat materiaalit kuvaan

Virtuaaliset kaupungit, kuten Tampere ja Jyväskylä ovat ottamassa maanalaisen infran kuvantamisen valikoimaansa tai ainakin selvittävät asiaa.

Virtuaalinen Espoo kaavailee maanalaista maailmaa kuvantavan tutkakaluston hankintaa jo noin viiden vuoden aikaikkunalla.

Valmiin infran kunnossapidon tarpeet täyttyvät tavallisella laserluotauksella. Näin paljastuvat esimerkiksi rappeumat ilmassa sijaitsevissa infrarakenteissa ja komponenteissa. Pintatason kuvantamisen lisäksi nyt on tullut käyttöön raskaammissa operaatioissa maanpinnan alaiset rakenteet yli 10 metriin asti kuvantavat maatutkat.

Tutkasignaali on voimakkaampi kuin maanpäällisissä 3D-kuvauksissa ja täsmällisesti käytettynä maatutka heijastaa kaiken mahdollisen maanalaisen infran materiaalit; erotellen eri metallit ja muut materiaalit toisistaan.

– Maatutka on investointina kalliimpi kuin esimerkiksi kaapelinhakulaite, mutta maatutkalla löytää maasta myös sähköä johtamattomista materiaaleista tehtyjä kohteita, kertoo Vesa Jokinen Helsingin Laatulaite Oy:stä.

Kohteet, joissa syystä tai toisesta ei tiedetä, mitä maanpinta kätkee alleen, tarvitsevat kuvantamiseen järeää maatutkakalustoa.

Kallista mutta kannattavaa

Tutkasignaalin käyttö yleistyy erityisissä tierakennuskohteissa, joissa esim. epäillään tuntemattomia kaapelointeja. Maanalaisten rakenteiden pistepilvikuvaus ja 3D-mallinnus on jo todettu hyödylliseksi.

Tien rakenteelliset kerrokset läpivalaistaan teknologialla, joka kuitenkin on vielä hintavaa.

Yhdysvalloissa Kaliforniassa jo vuosia käytössä ollut maanalaisten kohteiden, kuten kaapelointien ja IT-putkien 3D-pistepilvimallintaminen on tuottanut miljoonissa dollareissa laskettavan hyödyn, kertoo rakennusprojekteja konsultoinut GEOFF ZEISS Minneapolisista. Zeiss korostaa, että datan 3D-renderöinnissä maanalaisista kohteista piirtyy tarkka 3D-kuva laitteen ruudulle.

Suomessakin käytetyn US Radarin maatutka toimii hyvin kolmella eri taajuusalueella. Tavallisimmat käytetyt taajuudet sivuavat sähkömagneettisessa spektrissä ultravioletin ja röntgenin taajuusaluerajaa.

Viime vuosina mittaus on saatu aiempaa teknologiaa tarkemmaksi sekä syvyysalueeltaan laajemmaksi. GSSi:n SIR-30-maatutkalaitteisto toimii erikoisen korkealla 400MHz:n maavasteantennilla. Norjalainen 3D-Radarin 3D-maatutkalaitteistojen kehityksen ydin ovat monikanava-antennit.

Maatutkalla tapahtuvaa maanalaisten kohteiden, kuten muoviputkien, betonirumpujen, kaapeleiden, viemäreiden ja säiliöiden pistedata yhdistetään GPS-paikkakoordinaattien kanssa.

Paikkatiedon Suomessa tulee täsmätä vielä Maanmittauslaitoksen Paikannuspalvelun DGNSS-korjausdatan koodipaikannuksen kanssa ennen kuin tieto on kvalifioitu suunnittelijoiden käytettäväksi.

Apuna teiden leventämisessä

– Maatutkan avulla tapahtuvaa kuvantamista käytämme apuna teiden leventämisessä, sanoo projektipäällikkönä Kreaten Väylärakentamisen yksikössä toimiva rakenne- ja rakennustuotantotekniikan diplomi-insinööri Olli Sihvola, joka käyttää tutkaluotausta tiehankkeissa kartoitusapuna maanalaisten rakenteiden maatutkausta.

Sihvon mukaan viimeksi Turun kehätien uudistuksessa sekä Seinäjoki-Lapua-välisellä tieosuudella on ollut käytössä kolmiulotteinen maanalaisten rakenteiden tutkakuvantaminen.

Maatutkainformaatio on ensiarvoisen tärkeä siinä suhteessa, että näin saadaan selville kohteen tierakenteiden vahvuudet rakenteista, alkaen asfalttikerroksen paksuudesta päätyen maan alla kulkevaan infraan: putkiin ja kaapeleihin.

Maatutka-aineistosta on mahdollista havaita kattavasti maanalaiset eri rakenteet. Kaapelien ja putkien havaitseminen 3D-aineistosta riippuu käytettävästä tekniikasta ja laitteistosta.

– Ennen kuin lähdetään maastoon tutkaamaan, niin tulee olla selvyys, mitä halutaan selvittää. Ei ole kustannustehokasta selvittää aina kaikkea, ja laittaa kalleinta mahdollista kalustoa kentälle, Sihvola sanoo.

Tyypillinen vaaratilanne

Vaaratilanteita sattuu esimerkiksi kun kaivinkoneen kauha rikkoo maan alla piilenneitä tuntemattomia säiliöitä.

Äskettäin maaperän kunnostustyö Järvenpäässä sai odottamattoman käänteen, kun alueelta löytyi haitallisia kemikaaleja sisältäneitä maanalaisia säiliöitä. Ympäristönsuojelu- ja konsultointiyritys Sitowisen ryhmäpäällikkö JUHA KALLIO sanoo, että kyse oli CCA:sta. Tämä tarkoittaa painekyllästeprosessissa käytettäviä kromi-, kupari- ja arseenisuoloja. CCA:n käyttö on ollut vuodesta 2004 asti kiellettyä. Kohteesta poistettiin 90 kuormaa pilaantunutta maata, puu- ja sekajätettä sekä kaksi imuautollista haitta-ainepitoista nestettä.

Epätyypillinen vaaratilanne: puolustusvoimien kaapeleista puuttuu tieto

Toinen vaaratilanne tapahtui maanalaisten kaapelointien kanssa Espoon Keilaniemessä muutama vuosi sitten. Sihvola oli SRV Infra Oy:n palveluksessa viemässä jättimistä Kehä I Keilaniemi -hanketta eteenpäin.

Merellisen kaupunkiympäristön rakentaminen Keilaniemessä tyssäsi, kun maasta löytyi puolustusvoimien kaapelointeja. Sihvola toteaa, että varsinkin maavoimien ja merivoimien kaapeloinnit menevät missä menevät, ja niistä on tieto vain puolustusvoimilla itsellään.

Maanalainen infra toki selvitettiin ja visualisoitiin rakennusprojektin laajuudesta johtuen. Kuitenkin tämä tehtiin vielä perinteisimmillä paikkatietotekniikoilla.

Uuden sukupolven maatutka tutkii valmistajatietojen mukaan maaperää jopa 20 metrin syvyydeltä. Jopa kallion paksuuden mittaukset ovat nyt mahdollisia.

 

TEKSTI: Reijo Holopainen