Luova Kampus 2020 -hankkeessa rakennettiin uusi opetusnavetta Keski-Pohjanmaan ammattiopiston käyttöön. Oulun ammattikorkeakoulu on ollut mukana hankkeessa. Tavoitteena oli toteuttaa navettaan erilaisia opetus- ja tutkimusyhteistyötä mahdollistavia ratkaisuja. Näistä tärkeimmät ovat lypsyrobottien ja tuotannonhallintajärjestelmän etäkäyttö, etäkäytettävä kameravalvonta ja tiedonkeruujärjestelmä. Oulun ammattikorkeakoulun kannalta ensisijaisia käyttäjiä ovat agrologikoulutuksessa mukana olevat opettajat ja koulutusohjelman opiskelijat.

Rakennustyöt uutta opetusnavettaa varten Kannuksessa käynnistyivät toukokuussa 2021 ja valmista piti suunnitelmien mukaan olla syksyllä 2021. Koronapandemia hidasti töitä, ja navetta valmistui helmikuussa 2022. Kuvassa 1 on navetta sisältä ja kuvassa 2 ulkoa juuri ennen luovutusta helmikuussa 2022. Navetta on niin sanottu pihattonavetta yhdellä lypsyrobotilla, ja se on suunniteltu noin 70 lypsävän lehmän ja 36 hiehon tarpeisiin.

Valokuva tyhjästä navetasta.
KUVA 1. Navetan sisältä helmikuussa 2022 juuri ennen luovutusta (kuva: Lasse Haverinen).
Valokuva navetasta ulkoapäin.
KUVA 2. Navetan rakennustyöt ulkoa helmikuussa 2022 (kuva: Maarit Kärki).

Tavoite

Uuden opetusnavetan lypsyrobotin kilpailutus ja hankinta -julkaisussa [1] kuvattiin navetan ja sen palveluiden neljä käyttäjäryhmää:

  • Keski-Pohjanmaan ammattioppilaitoksen henkilökunta ja opiskelijat
  • Oulun ammattikorkeakoulun henkilökunta ja opiskelijat
  • tutkijat ja asiantuntijat muista organisaatioista
  • julkinen yleisö.

Näiden käyttäjäryhmien toimintaa tukemaan päädyttiin seuraaviin ratkaisuihin:

  • Kamerajärjestelmä kuvaamaan ja tallentamaan navetan tapahtumia useasta eri kuvakulmasta ja paikasta.
  • Tiedonkeruujärjestelmä keräämään tietoa vedenkulutuksesta, energiankulutuksesta ja lämmön talteenottojärjestelmistä.
  • Kilpailutuksessa painotettiin lypsyrobotin ja tuotannonhallintajärjestelmän etäkäytön ja datan ulosviennin ominaisuuksia.

Kaikkien kolmen ratkaisun tuli olla etäkäytettäviä, jotta erityisesti ammattikorkeakoulun henkilökunta ja opiskelijat pääsevät hyödyntämään navettaa opetus- ja tutkimuskäytössä ilman suoraa läsnäoloa Kannuksessa. Etäkäytöstä hyötyvät suuresti myös muut käyttäjäryhmät. Navetan henkilökunnalle etäkäyttö avaa uusia mahdollisuuksia kehittää arjen työskentelytapoja.

Kamerajärjestelmä

Kamerajärjestelmä hankittiin kilpailutuksen jälkeen Suomen Turvatekniikalta. Järjestelmä koostuu 13 kamerasta ja pohjautuu kotimaiseen Obseron-videonhallintaohjelmistoon. Obseronin vahvuuksia olivat muun muassa helppokäyttöinen käyttöliittymä, tehokas käyttäjäoikeuksien hallinta ja mobiilisovellukset etäkäyttöön [2]. Kuvassa 3 on kamerajärjestelmän näkymä navetassa olevalta valvontatietokoneelta asennuksen jälkeen.

Valokuvassa tietokoneen näyttö, jossa kamerakuvia eri puolilta navettaa.
KUVA 3. Obseron kamerajärjestelmä käytössä navetassa (kuva: Lasse Haverinen).

Järjestelmässä voidaan tarkastella kaikkien kameroiden näkymiä yhtäaikaisesti. Tämän lisäksi kameroiden näkymiä voi katsoa yksittäin ja samalla ohjelmalla voidaan palata tallenteiden kautta menneisiin tapahtumiin. Tallenteita voidaan käyttää esimerkiksi seurantatutkimuksiin ja opetus- ja esitysvideoiden luontiin viemällä tallenteet järjestelmästä erilliseen videoeditointiohjelmistoon.

Kameroiden käyttöä varten luodaan erilaisia käyttöoikeustasoja, jotka rajaavat käyttäjien oikeuksia käyttää järjestelmän eri toimintoja. Tavoitteena on mahdollistaa esimerkiksi opiskelijoille pääsy kamerajärjestelmään opintojaksojen aikana. Tällöin käyttöoikeuksien tulee olla huomattavasti rajatumpia kuin esimerkiksi navetan henkilökunnalla. Opiskelijakäytön takia järjestelmän tulee myös suoriutua tavanomaista videovalvontajärjestelmää suuremmasta määrästä yhtäaikaisia käyttäjiä.

Kameroina on Hikvisionin ja Dahuan valmistamia laitteita. Kameroista yhdeksän on Hikvisionin DS-2DE2A204IW tyypin kameroita, jotka ovat moneen suuntaan ohjattavia niin sanottuja PTZ-kameroita kahden megapikselin kuvakoolla [3]. Näitä kameroita sijoitettiin erityisesti eläinhallin seinille (kuva 4) ja katosta alaslaskettujen jalkojen varaan mahdollistamaan kattava seuranta eläinhallin tapahtumista. Vasikkalaan asennettiin kaksi kalansilmäkameraa. Lypsyrobottia kuvaamaan tuli yksi oma kamera, jotta lypsyrobotin tapahtumia voidaan seurata kellon ympäri.

Valokuvassa kamera navetan seinällä.
KUVA 4. Eläinhallin seinällä oleva kamera-asennus (kuva: Lasse Haverinen).

Tiedonkeruujärjestelmä

Tiedonkeruujärjestelmän tavoitteena on mahdollistaa navetan vedenkulutuksen, energiankulutuksen ja lämpöpumpun tietojen seuranta, visualisointi ja ulosvienti. Järjestelmän toteutus kilpailutettiin ja tarjouksia tuli kuusi. Voittava tarjous perustui Fidera Flow -pilvipalvelun ympärille rakennettuun ModBus-pohjaiseen sensorilaitteistoon. [4]

Vedenkulutuksen osalta mitataan lypsyrobotin kylmän ja kuuman veden käyttö sekä tilasäiliön kylmän ja kuuman veden käyttö. Mittareina ovat Koka GSD-RFM mittarit, jotka ovat yksisuihkuisia kuivalaskinmittareita [5]. (Kuva 5.)

Valokuva vedenkulutusmittarista.
KUVA 5. Lypsyrobotin vedenkulutusmittarit (kuva: Lasse Haverinen).

Sähkönkulutusta seurataan koko navetan tasolla. Lisäksi seurataan lietelämmön talteenottojärjestelmässä olevan maalämpöpumpun sekä rehunjakolaite Vectorin kulutusta. Mittalaitteet ovat CarloGavazzin valmistamia EM340 tyypin mittareita, jolla mitataan kulutettu sähköenergia kilowattitunteina [6]. Kuvassa 6 on maalämpöpumpun kulutusmittari.

Valokuva maalämpöpumpun kulutusmittarista.
KUVA 6. Maalämpöpumpun kulutusmittari (kuva: Lasse Haverinen).

Navettaan asennettiin lämmitysjärjestelmäksi maalämpöpumppu, jonka keruuputkisto kulkee navetan lietekuiluissa eli kyseessä on niin sanottu lietelämmön talteenottojärjestelmä. Järjestelmän energiantuotantoa seurataan mittaamalla keruuputkiston meno- ja paluulämpötiloja. Myös maidon tilasäilön esijäähdytyksessä on käytössä lämmön talteenottojärjestelmä. Sen toimintaa seurataan mittaamalla esijäähdyttimen nestekierron lämpötilat ennen ja jälkeen. Energiamittareina ovat Kamstrup MC603 -laitteet, jotka perustuvat ultraäänipohjaiseen mittaustekniikkaan [7].

Lisäksi järjestelmään sisältyvät ympäristömittauksen anturit lämpötilan, kosteuden ja hiilidioksidin osalta eläinhallissa ja vasikkalassa sekä ulkolämpötila. Sisällä navetasssa mittarina on Small Datagarden IOTSU AQ05 LoraWan -mittari ja ulkona Elsys ELT2/Lite -mittari, joka myös käyttää Lora-verkkoa tiedonsiirtoon. Molemmat näistä mittarityypeistä ovat paristokäyttöisiä ja helposti siirrettäviä. IOTSU AQ05 IP-suojaluokitus on 30, joka tarkoittaa, ettei sitä ole suojattu vedeltä [8]. Sen takia näille mittareille rakennettiin vesiroiskeilta suojaava kotelo, jotta ne kestäisivät navetan eläinhallin olosuhteita paremmin.

Kaikkien sensoreiden tiedot kerätään selainkäyttöiseen Fidera Flow pilvipalveluun, jossa on mahdollista luoda erilaisia työpöytänäkymiä, seurata yksittäisten sensoreiden arvoja useilla erilaisilla esitystavoilla, tarkastella paristokäyttöisten sensoreiden varausta ja hallinnoida järjestelmää sekä sen käyttäjiä. Fidera Flow -järjestelmän työpöytänäkymässä (kuva 7) usean sensorin tiedot on tuotu yhteen näkymään mahdollistaen nopean yleiskatsauksen kerättyihin tietoihin.

Kuvakaappaus Fidera Flow -ohjelmasta. Ruudulla näkyy käyrästöjä.
KUVA 7. Fidera Flow -työpöytänäkymä (kuva: Lasse Haverinen).

Tähänkin on tarkoitus luoda erilaisia vain lukuoikeuksin olevia käyttäjätilejä opiskelijoiden ja tutkijoiden käyttöön. Fidera Flow tarjoaa myös rajapinnan tietojen ohjelmalliseen lukuun jatkokäyttöä varten sekä tietojen ulosviennin esimerkiksi taulukkolaskentaohjelmistoihin. Tiedonkeruujärjestelmää voidaan laajentaa uusilla sensoreilla tarpeen mukaan ja tiedot kerätään samalla tavalla Fidera Flow -järjestelmään.

Käyttäjien vuoro

Artikkelissa esiteltyjen teknologisten ratkaisujen tavoitteena on mahdollistaa navetan hyödyntäminen laajasti opetus- ja tutkimuskäytössä. Kamerajärjestelmä, tiedonkeruujärjestelmä ja lypsyrobotin tuotannonhallintajärjestelmä mahdollistavat myös uudenlaiset työtavat navetan henkilökunnalle. Oulun ammattikorkeakoulun agrologiopiskelijoille tämä kokonaisuus tarjoaa ennennäkemättömät mahdollisuudet päästä käsiksi oikean toimivan navetan tapahtumiin opintojensa aikana ilman fyysistä läsnäoloa itse navetassa. Hankesuunnitelmassa näitä kykyjä kuvataan termillä ”digisilta”.

Järjestelmät asennettiin hieman ennen navetan käyttöönottoa. Seuraava vaihe on suunnitella ja kouluttaa niiden käyttö Keski-Pohjanmaan ammattiopiston ja Oamkin henkilökunnalle. Kameroiden käyttöön liittyy vielä tietoturvaan ja yksityisyydensuojaan liittyviä kysymyksiä, jotka täytyy ratkaista ja sopia ennen niiden laajamittaisempaa käyttöä. Nyt on navetan käyttäjien vuoro hyödyntää navettaa ja sinne hankittua tekniikkaa työssään.


Haverinen Lasse, lehtori
Oulun ammattikorkeakoulu, Informaatioteknologian yksikkö


Hankkeen kaikki julkaisut Oamk Journalissa

Lähteet

[1] Haverinen, L. 2021. Uuden opetusnavetan lypsyrobotin kilpailutus ja hankinta. Oamk Journal 46/2021. Hakupäivä 29.3.2022. http://urn.fi/urn:nbn:fi-fe2021090245041

[2] Obseron valvontakamerajärjestelmän valmistajan kotisivut. Hakupäivä 13.4.2022. https://www.obseron.com/?lang=fi

[3] Hikvision DS-2DE2a204IW-DE3 tuotesivut. Hakupäivä 13.4.2022. https://www.hikvision.com/my/products/IP-Products/PTZ-Cameras/Value-Series/DS-2DE2A204IW-DE3/

[4] Fidera Flow yrityksen kotisivut. Hakupäivä 13.4.2022. https://www.fidera.fi/fidera/

[5] Koka GSD-RFM tuotesivut. Hakupäivä 13.4.2022. https://koka.fi/en/water-meters/gsd-rfm-3/

[6] Carlo Gavazzi EM340 tuotesivut. Hakupäivä 13.4.2022. https://gavazzi.fi/em340/

[7] Kamstrup Multical 603 tuotesivut. Hakupäivä 13.4.2022. https://www.kamstrup.com/fi-fi/lampoenergiaratkaisut/lampoenergiamittarit/meters/multical-603/documents

[8] Small Datagarder IOTSU AQ05 tuotelehti. Hakupäivä 13.4.2022. https://smalldatagarden.com/wp-content/uploads/2021/03/IOTSU%C2%AE-L3-AQ05.pdf

Post Views: 2 397