Rakennustekniikan lämpökuvauspalvelujen kehittäminen

Tämä insinöörityö tehtiin Helsingin ammattikorkeakoulu Stadian Rakennustekniikan koulutusohjelmalle. Helsingin ammattikorkeakoulu Stadia on yksi Suomen suurimmista ammattikorkeakouluista, jonka opiskelijat ovat valmistuessaan alansa asiantuntijoita. Työn tavoitteena oli kehittää Rakennustekniikan koulutusohjelman tuottamia lämpökuvauspalveluja. Työssä selvitettiin, mitkä ovat lämpökuvauspalvelujen kehittämiskohteet ja mihin kehittämistoimenpiteisiin tulisi ryhtyä, jotta palvelujen menestyksekäs tuottaminen tulevaisuudessa varmistetaan. Työ aloitettiin perehtymällä palvelujen johtamisen ja kehittämisen menetelmiin sekä lämpökuvaamisen teknologiaan ja perusteisiin. Lämpökuvauspalvelujen kehittämismenetelmäksi valittiin palveluprosessin kuvaaminen ja siihen kytkeytyvän teknologian, osaamisen ja asiakassuhteiden kehittäminen. Työssä laadittiin seuraavaksi prosessikuvaus lämpökuvauspalveluille, määritettiin prosessiin kytkeytyvä teknologia ja osaaminen sekä kuvattiin palvelun asiakassuhteiden hoitomalli. Kuvausten perusteella kartoitettiin keskeiset kehittämiskohteet ja arvioitiin kehittämismahdollisuuksia. Työn lopputuloksena syntyi lämpökuvauspalvelujen prosessikuvaus sekä toimenpidesuositukset kehittämistoimenpiteistä. Keskeisinä suosituksina kehittämistoimenpiteiksi esitetään panostamista ajantasaiseen lämpökuvausteknologiaan hankkimalla uusi lämpökamera, palveluhenkilöstön osaamisen kehittämistä valmennuksia hyödyntäen sekä systemaattista asiakassuhteiden hoitoa ryhtymällä perusmarkkinointitoimenpiteisiin. Jatkotutkimuskohteeksi ehdotetaan selvitystä Rakennustekniikan koulutusohjelman lämpökuvauslaboratorion perustamismahdollisuuksista.

Piirilevyn emissiivisyyden vakiointi lämpökamerasovelluksiin

Lämpökameroiden kehitys on mahdollistanut lämpökameroiden käytön myös erittäin pienien kohteiden tarkastelussa. Luotettava absoluuttisten lämpötilojen selvittäminen lämpökameralla vaatii, että tarkasteltavan kohteen emissiivisyys on kauttaaltaan vakio ja tunnettu. Käytännössä erilaisten materiaalipintojen emissiivisyyksissä on merkittäviä eroja, mikä aiheuttaa virheitä mittaustuloksiin. Tutkimuksen tavoitteena oli löytää halpa ja käytännöllinen keino piirilevyn emissiivisyyden vakiointiin. Työssä kartoitettiin erilaisia pinnoitteita, joille tehtiin resistanssi-, impedanssi- sekä lämpökameramittaukset. Mittauksilla selvitettiin pinnoitteen soveltuvuus emissiivisyyden vakiointiin. Lisäksi tutustuttiin pintapuolisesti pinnoiteaineiden kemialliseen rakenteeseen, jotta saatiin peruskäsitys siitä, onko aineiden kemiallisella rakenteella merkitystä pinnoiteaineen emissiivisyyden vakiointikykyyn. Tutkimustulosten perusteella tutkituista pinnoitteista parhaaksi todettiin talkkijauhe. Talkkipinnoitteella saatiin luotettavia mittaustuloksia. Tällä hetkellä pinnoitemenetelmää voidaan käyttää yksittäisten piirilevyjen testauksessa laboratorio-olosuhteissa. Tulevaisuudessa menetelmää voitaisiin soveltaa myös piirilevyjen tuotantolinjalle.

Sensoriteknologia rakennetun alueen taistelussa

Nykyajan sodankäynti painottuu yhä enemmän taisteluun informaatiosta. Informaation perusteella muodostetaan tilannekuva, jonka avulla päätökset tehdään. Informaation hankinnassa on sensoriteknologia keskeisessä asemassa. Kaupunkien merkityksen korostumisen seurauksena pääosa nykyajan taisteluista tullaan käymään ainakin osittain rakennetulla alueella. Sensorien toiminnan kannalta rakennettu alue on aivan erilainen ympäristö kuin esimerkiksi metsämaasto. Esimerkiksi lyhyet tähystysetäisyydet erityisesti sisätiloissa, rajoitettu näkyvyys, erilaisista materiaaleista valmistetut rakennukset ja pinnat sekä valoisuuden vaihtelu sisätiloissa asettavat uusia vaatimuksia sensorien suorituskyvylle. Tutkimuksessa tarkastellaan uhkamallina Yhteiskunnan turvallisuusstrategian mukaista strategista iskua, jonka osakohteina voivat olla esimerkiksi sähkön jakelun valvomot ja materiaalin varastotilat. Näiden kohteiden lisäksi tarkastellaan ulkotiloja yleisesti. Tutkimus on kirjallisuustutkimus ja sen tarkastelutapa on tekninen. Tutkimuksen ensimmäisen osan tarkoituksena on selvittää eri sensoreiden suorituskyky ja kehityksen tulevaisuudennäkymiä. Tutkimuksen toisessa osassa tarkastellaan eri sensorijärjestelmien sopivuutta tilannekuvan hankkimiseen ja ylläpitoon rakennetulla alueella kahta esimerkkitapausta soveltaen. Tavoitteena on selvittää rakennetun alueen asettamat reunaehdot eri sensorijärjestelmille. Tutkimuksen tulokset osoittavat, että yksittäiseen teknologiaan perustuva sensori ei ole suorituskykyinen rakennetulla alueella. Eri teknologiat soveltuvat eri olosuhteisiin ja monien nykyisten järjestelmien suorituskyky rakennetulla alueella on hyvin rajoittunut. Tutkimuksen perusteella tulevaisuudessa korostuvat erityisesti optronisten sensorien integrointi yhteen laitteeseen, liikuteltavat sensorit sekä langattomat sensoriverkot. Sensoriteknologia rakennetulla alueella vaatii runsaasti lisätutkimusta esimerkiksi sensorin lavetin merkityksestä ja taistelunkestävyydestä sekä taktisten miehittämättömien ilmaalusten käytöstä sisä- ja ulkotiloissa.

Panssaroidun pyöräajoneuvon tilannetietoisuuden parantaminen sensoreilla

Sodan kuvan muutos on luonut haasteen vastata informaatioajan taistelukentän vaatimuksiin. Ratkaisuna tähän nähdään verkostokeskeinen sodankäynti, jonka tärkeimpiä käsitteitä on tilannetietoisuus. Tilannetietoisuus perustuu oikeaan tilannekuvaan, jonka muodostuminen panssaroiduissa pyöräajoneuvoissa on haastavaa, koska se perustuu pääsääntöisesti ajoneuvon johtajan tekemiin havaintoihin. Erilaisilla sensoreilla on mahdollista parantaa panssaroidun pyöräajoneuvon tilannekuvaa, ja täten luoda edellytykset tilannetietoisuuden muodostumiselle. Tutkimuksen pääkysymyksenä on, kuinka panssaroidun pyöräajoneuvon tilannetietoisuutta saadaan parannettua sensoreilla. Tämän lisäksi tutkimuksessa vastataan alakysymyksiin, mitä ovat optroniset sensorit, ja miten tilannetietoisuutta saadaan välitettyä ajoneuvosta ja ajoneuvoon. Tutkimuksessa käsitellään optronisia sensoreita ja tiedonsiirtoa VHF-radioverkossa sekä USB-laitteella. Tutkimusmenetelmänä on kirjallisuustutkimus, jonka lähtökohtana on hyödynnetty alan painettuja perusteoksia. Näitä on täydennetty muun muassa verkkojulkaisuilla. Panssaroidun pyöräajoneuvon tilannetietoisuuden parantamiseksi voidaan käyttää videokameraa, valonvahvistinta ja lämpökameraa. Näistä optronisista sensoreista lämpökamera tarjoaa suurimman yksittäisen hyödyn verrattuna videokameraan ja valonvahvistimeen. Lämpökameran toiminta on riippumaton valaistusolosuhteista toisin kuin videokamera ja valonvahvistin. Lämpökameroiden erojen takia on selvitettävä, minkälainen laite soveltuu parhaiten Suomen olosuhteisiin. Parhaiten tilannetietoisuutta saadaan parannettua sensorilla, joka yhdistää edellä mainittujen sensorien kuvat. Nykyiset tiedonsiirtotekniikat luovat haasteita sensorien luoman tilannekuvan siirtämiselle. Esimerkiksi videokuvan siirtäminen VHF-radioverkkoa käyttäen ei ole mahdollista nykyisin käytössä olevalla tekniikalla. Erilaisten radiotekniikoiden kehittymisen myötä VHFradioverkkojen tiedonsiirtokapasiteetti kasvaa, mutta videokuvan siirtäminen kyseistä kanavaa pitkin ei liene mahdollista. USB-muistin käyttäminen tiedonsiirtämiseen taistelukentällä mahdollistaa suuren tietomäärän siirtämisen kerralla, mutta edellyttää taistelulähetin käyttöä, mikä lisää viivettä tiedon välittämiseen.

Sähkömagneettisen spektrin, lämpökameratiedustelun ja laser maalinosoituksen tuottama maauhka hälytyspaikka-alueelle

Tämä tutkimus käsittelee sähkömagneettista spektriä ja sen tuottamaa uhkaa lentotukikohdan hälytyspaikka-alue ympäristölle. Sähkömagneettinen spektri on käsitteenä ja uhkan tuottajana laaja käsite, joten tutkimuksessa keskitytään käsittelemään sähkömagneettista spektriä yleisesti uhkan tuottajana, sekä käsitellään sen kahta eri sovellutusta lasermaalinosoitusta ja lämpökameraa uhkan tuottajina tarkemmin. Lähtökohtana työlle on luoda lukijalle kuvasähkömagneettisen spektrin uhkien laajuudesta, tutkimalla itse spektrin ominaisuuksia ja käsittelemällä sen eri sovellutuksia, joihin kuuluu esimerkiksi elektroninen sodankäynti kokonaisuudessaan. Keskeisenä menetelmää tutkimuksessa on laadullinen kirjallisuustutkimus, hyödyntäen kirjallisuuslähteitä sekä sotilas- että siviililähteistä. Lähteet on pyritty valitsemaan siten, että niiden avulla voidaan muodostaa kokonaisvaltainen kuva itse sähkömagneettisesta spektristä, sen ominaisuuksista, laserin muodostamisen periaatteista, lämpökameran toiminnasta ja liittää nämä asiat hälytyspaikka-alueen uhkakuvaan. Yhteenvetona tutkimus on keskittynyt tuloksien valossa luomaan kuvan, kuinka laaja sähkömagneettisen spektrin tuottama uhka on, käsittäen itse spektrin laajuuden ja sovellutusten laajuuden tuottaman uhkakuvan, sekä tarkentaa miten lämpökamera toimii teknisesti tiedustelun välineenä. Lisäksi laser maalinosoitusta käsittelevä osio avaa lukijalle, miten lasersäteen muodostaminen tapahtuu, ja kuinka jopa 4-10km kantamaltaan olevalla lasersäteellä voi valaista maaleja kaukaakin. Johtopäätöksissä summataan yhteen uhkan laajuus, sekä perustellaan miten ja miksi sähkömagneettisen spektrin uhkilta voi suojautua. Spektrin tuottama uhkakuva on sen verran laaja ja kattava, että siltä täysin suojautuminen on mahdotonta, vaan uhkaa on pyrittävä minimoimaan.

Lämpökameroiden käyttö helikoptereissa

Lämpökamera on yleinen varuste nykyaikaisissa etsintä- ja pelastustehtäviin sekä sotilaskäyttöön tarkoitetuissa helikoptereissa. Tämän tutkielman päätarkoitus on selvittää, kuinka helikopteriin asennettu lämpökamera vaikuttaa sen suorituskykyyn eri tehtävissä. Aluksi käsitellään helikoptereiden tehtäviä rauhan ja sodan aikana sekä lämpökameran toimintaa ja suorituskykyä eri olosuhteissa. Tutkimus on rajattu käsittelemään vain Suomen valtion käytössä olevia Rajavartiolaitoksen ja Puolustusvoimien helikoptereita. Tutkimus on laadullinen eli kvalitatiivinen tutkimus, ja tutkimusmenetelmänä on käytetty sisällönanalyysiä. Lähteinä on käytetty erilaisia kirjoja, muita julkaisuja ja tutkimuksia, Internetsivuja sekä asiantuntijahaastattelua. Helikoptereita käytetään Suomessa varsinkin rauhan aikana hyvin monipuolisissa tehtävissä. Myös sodan aikana varaudutaan suorittamaan useita erilaisia tehtäviä. Lämpökameraa hyödynnetään lähinnä etsintä- ja pelastustehtävissä. Niiden prosentuaalinen osuus lentotunneista ei ole kovin suuri, mutta ne ovat usein kaikista tehtävistä haastavimpia suorittaa. Lämpökamera osoittautui tutkimuksen perusteella hyödylliseksi apuvälineeksi silmällä ja pimeänäkökiikareilla tähystämisen ohella. Lämpökameralla on kuitenkin monia heikkouksia, joista suurimpana sen herkkyys olosuhteiden vaihtelulle. Esimerkiksi sateessa ja sumussa lämpökameran suorituskyky heikkenee hyvin olennaisesti. Parasta aikaa lämpökameran käytölle on selkeä ja kylmä talvisää. Lämpökamera muodostaa kuvan pelkästään kappaleiden lähettämän lämpösäteilyn perusteella, mikä on erittäin pimeissä olosuhteissa etu valon vahvistamiseen perustuviin pimeänäkökiikareihin nähden.