Tietomallintamiseen liittyy lähes aina sijaintitieto. Sijainnin määrittämiseen tunnelihank-keissa käytetään erinäisiä koordinaattijärjestelmiä. Linjamaisen luonteensa takia tunne-leissa usein hyödynnetään mittalinjaan sidottua paikantamista. Vaihtoehtoisesti voidaan käyttää geodeettisia koordinaatistoja, kuten EUREF-FIN-koordinaatistoon perustuvia ETRS-TM35FIN ja ETRS-GKn-tasokoordinaatistoja sekä GPS-järjestelmän käyttämää WGS84-järjestelmää. Tämän lisäksi projekteille saatetaan määrittää paikallinen projekti-koordinaatisto, joka sidotaan johonkin globaaliin koordinaatistoon määrittelemällä koor-dinaatistojen välinen siirto ja kierto. Tasokoorkoor-dinaatistojen lisäksi korkeusaseman mää-rittämisessä hyödynnetään korkeusjärjestelmiä.
Eri koordinaattijärjestelmien tunnistamiseksi voidaan hyödyntää aineistoja, joihin koor-dinaattijärjestelmien määritelmät on tallennettu. Eräs tälläinen aineisto on International Association of Oil & Gas Producers (OGP) -järjestön ylläpitämä EPSG-aineisto, jossa koordinaattijärjestelmien tunnisteena käytetään numerokoodia. (Iliffe & Lott, 2008.) 3.2.1 Mittalinja
Tunnelisuunnittelussa usein käytetään paikantamisen työkaluna tunnelin pituussuuntai-sesti kulkevaa mittalinjaa. Mittalinja määrittää linjan vaakageometrian kaksiuloitteisella tasolla ja on sidottu koordinaatistoon vähintäänkin pääte- ja taitepisteistään. Kolmiulot-teisen sijainnin määrittämiseksi tarvitaan mittalinjan lisäksi pystygeometrian määrittävä tasaus. Tunnelin geometria määritetään poikkileikkausten avulla, jotka ovat kohtisuo-rassa mittalinjan suhteen. Sijainti mittalinjalla määritetään paaluluvun mukaan. Paaluluku voidaan määrittää juoksevaksi etäisyydeksi mittalinjan alkupisteestä tai sitomalla tietty-jen paalutietty-jen sijainnit paikalleen, jolloin pienet geometrian muutokset eivät muuta paalu-tusta koko linjalla. Sijainti tunnelissa voidaan esittää paaluluvun, sivusiirtymän mittalin-jasta ja pystysiirtymällä tasauksesta avulla. Näin määritetty sijainti voidaan myös melko helposti approksimoida globaaliin koordinaatistoon.
3.2.2 EUREF-FIN-koordinaatisto
EUREF-FIN on Suomessa käytettävä ETRS89-koordinaattijärjestelmän realisaatio (Hälki et al. 2009). Koordinaattijärjestelmä on kolmiulotteinen suorakulmainen järjes-telmä, jossa origo on määritetty maan keskipisteeseen, Z-akseli maan pyörimisakselin suuntaiseksi ja X-akseli 0-meridiaaniin. Koordinaattijärjestelmälle määritellään lisäksi vertausellipsoidi, jolla pyritään kuvaamaan maan muotoa (Häkli et al. 2009).
EUREF-FIN-koordinaatiston kanssa käytetään kahta karttaprojektiota. Koko maan kat-tava ETRS-TM35FIN karttaprojektio muodostuu UTM-karttaprojektiosta kaistassa 35.
(Häkli et al. 2009). UTM-karttaprojektio projisoi ellipsoidin poikittaisen lieriön pinnalle.
Projektio kuitenkin tuottaa mittakaavavirhettä, joka manner-suomessa on välillä -400..700 ppm. Projektiokaistan reunojen suurien mittakaavavirheiden takia rakentami-sessa ja kaavoitukrakentami-sessa käytetään myös asteen välein määriteltyä ETRS-GKn-tasokoor-dinaatistoja, jonka tunnuksessa n määrittää kaistan keskimeridiaanin asteluvun. Ta-sokoordinaatistoissa käytetään Gauss-Krüger-projektiota. (Häkli et al. 2009.)
Kuva 4 Gauss-Krüger ja UTM-projektioiden mittakaavavirhei-den käyttäytyminen. (Häkli et al. 2009.)
Kuva 3 Poikittaisen lieriöprojektion periaate (JHS154)
3.2.3 WGS84-koordinaattijärjestelmä
WGS84 on suorakulmainen koordinaattijärjestelmä, jonka origo on määritetty maan mas-sakeskipisteeseen. Koordinaatiston Z-akseli on pohjoisnavan suuntaan ja X-akseli nolla-meridiaanin suuntaan. Koordinaattijärjestelmän kanssa käytetään WGS84-vertausellip-soidia. (Mularie, 2000.) Järjestelmän viimeisin realisaatio on toteutettu vuonna 2001 ja näin ollen epookki on 2001.0 (Häkli et al, 2009).
3.2.4 Korkeusjärjestelmät
Tasokoordinaattien lisäksi sijainnin paikantamiseen liittyy oleellisesti korkeus. Suomessa korkeusjärjestelmät on luotu tarkkavaaituksilla. Jääkausien aiheuttaman maankohoami-sen seuraukmaankohoami-sena korkeusjärjestelmiä tulee ajantasaistaa. (Häkli et al. 2009.) Suomessa on käytetty neljää valtakunnallisesti määritettyä korkeusjärjestelmää (JHS163, 2019).
Suomen ensimmäinen tarkkavaaitus suoritettiin vuosina 1892 1910 ja sen perusteella muodostettiin NN-korkeusjärjestelmä. Korkeusjärjestelmän nollakorkeudeksi valittiin Helsingin Katajanokan siltaan kiinnitetyn vesiasteikon nollapiste (Häkli et al. 2009). Toi-sen tarkkavaaitukToi-sen perusteella muodostettiin ensin tilapäiseksi järjestelmäksi tarkoi-tettu N43. Myöhemmin toisen vaaituskierroksen tasoituksesta muodostettiin N60-järjes-telmä, jonka lähtökorkeudeksi määritettiin Helsingin teoreettinen keskivedenpinta vuo-den 1960 alussa. (Häkli et al. 2009.) Kolmannen tarkkavaaituksen perusteella on laadittu uusin valtakunnallinen korkeusjärjestelmä N2000, joka on Suomen EVRS (European Vertical Reference System) -realisaatio. Edeltävistä valtakunnallisista korkeusjärjestel-mistä poiketen N2000 on sidottu Kirkkonummella sijaitsevaan kiintopisteeseen, joka on määritetty EVRS:n mukaisesti NAP (Normaal Amsterdams Peil) -lähtötasoon. (JHS163, 2019.)
3.2.5 Paikalliset koordinaatistot
Paikkatiedon hallinnassa käytetään myös paikallista koordinaatistoa. Paikallinen koordi-naatisto määritetään usein suunniteltavien kohteiden pääpiirteiden suuntaiseksi ja kattaa koko suunnittelualueen (Autodesk, 2020). Paikallisen koordinaatiston yhteys esimerkiksi valtakunnalliseen tasokoordinaatistoon on määritetty paikallisen koordinaatiston origon sijainnin ja koordinaatistojen välisen kulman avulla (Kim et al. 2017).
Eräs paikallisen koordinaatiston erityistapaus on porakaavion koordinaatisto. Koordinaa-tiston x- ja z-akselit muodostuvat tason kohtisuoraan mittalinjaa vasten ja y-akseli on mittalinjan tangentin suuntainen. Porakaavion koordinaatiston origo sijaitsee tunnelin pe-rän muodostaman tason ja mittalinjan leikkauspisteessä. (IREDES, 2004b.) Huomion ar-voista porakaavion koordinaatiston mukaisten koordinaattien käsittelyssä on, että y-akse-lin positiivinen suunta sijaitsee aina perän louhimattomalla puolella kuvan 5 mukaisesti.
Kuva 5 Kahden porauksen porakaavion koordinaatiston määritelmät. Vasemmalla louhinta laske-van paalun suuntaan, oikealla louhinta kasvalaske-van paalun suuntaan.
4
Tämän työn tarkoituksena on kehittää järjestelmä, jonka avulla porajumbon tuottamaa MWD-dataa ja sen sisältämää toteumatietoa voidaan hyödyntää mahdollisimman laajasti kalliorakentamisen eri osapuolten kesken. Järjestelmän kehittäminen tämän työn puit-teissa jakautuu kolmeen vaiheeseen: vaatimusten määrittelemiseen (luku 4), ratkaisuiden toteuttamiseen (luku 5) ja toteutettujen ratkaisuiden arviointiin (luku 6). Järjestelmällä tarkoitetaan eri komponenttien kuten sovellusten, ohjelmien, tiedostojen ja tietokantojen kokonaisuutta sekä niiden käsittelyyn liittyviä prosesseja. Käyttäjän käytettäväksi tarkoi-tettua ohjelmaa kutsutaan sovellukseksi (TEPA-termipankki).
Tässä luvussa pyritään kuvaamaan järjestelmälle asetettuja sisäisiä ja ulkoisia laadullisia sekä toiminnallisia vaatimuksia. Kuvailussa raakadatan käsittely ja tiedon hyödyntämi-nen mallein ja visualisoinnein on eritelty omiksi kokonaisuuksiksi.
Sekä tulevat käyttäjät että olemassa olevat järjestelmät asettavat vaatimuksia kehitettä-välle prosessille (Sommerville, 2007). Vaatimukset järjestelmälle voidaan jakaa toimin-nallisiin ja laadullisiin vaatimuksiin. Toiminnalliset vaatimukset kuvaavat suoraan järjes-telmän toimintaa. Näillä pyritään kuvailemaan, millaisia toimintoja järjestelmällä on sekä miten se vastaa syötteisiin. Laadulliset vaatimukset pyrkivät rajaamaan esimerkiksi toi-mintojen käytettävyyttä, ohjelman suorituskykyä tai vakautta. Laadulliset määritelmät voivat myös kuvata rajoitteita esimerkiksi käytettäviä tietolähteitä sekä ohjelman käyt-töönoton ja jatkokehityksen tarpeita. (Sommerville, 2007.)
Suomessa buildingSMART Finland (bSF) on julkaisut Yleiset inframallivaatimukset 2019 (YIV2019), jotka yhdessä infranimikkeistön ja formaattien kanssa pyrkivät kehittä-mään koko infra-alan mallinnuskäytäntöjä (buildingSMART Finland, 2019). Tämän työn aikana kehitettävä järjestelmä liittyy osittain myös tietomallintamisen prosesseihin, jonka seurauksena järjestelmän toiminnassa on pyritty huomioimaan YIV2019.
YIV2019 jakaa vaatimukset ja ohjeet neljään osaan. Ensimmäinen osa käsittelee tieto-mallipohjaiselle hankkeella asetettuja yleisiä vaatimuksia. Tässä osassa määritellään hankkeen vaiheet sekä tehtävät ja roolit. Lisäksi yleinen osa sisältää dokumentoinnin, tiedonhallinnan, nimeämisten sekä yleisiä malliteknisiä vaatimuksia. Viimeksi mainitut vaatimukset käsittävät esimerkiksi mittayksiköihin, nimikkeistöihin ja formaatteihin liit-tyviä määrityksiä. (buildingSMART Finland, 2019.)
Yleisten tietomallivaatimusten toinen osa asettaa lähtötietoon liittyvät vaatimukset.
Osassa määritellään päivittyvä lähtötietomalli ja sen toteutukseen liittyvät vaatimukset.
(buildingSMART Finland, 2019.) Osa on sinänsä työn kannalta oleellinen, sillä porauk-sesta syntyvä MWD-data voidaan tulkita työnaikaisen suunnittelun lähtötiedoksi.
Kolmas osa määrittelee tietomallipohjaiseen suunnitteluun liittyvät vaatimukset. Tässä osassa esitetään vaatimukset esimerkiksi tarkkuuksille, yhdistelmämalleille, määrä- ja kustannuslaskennalle sekä luovutusaineistolle. (buildingSMART Finland, 2019.)
Neljäs ja viimeinen osa määrittelee vaatimukset rakentamiselle. Nämä käsittävät määrit-telyt mallipohjaisen rakentamisen lähtökohdille, työkoneautomatiikalle, laadunvalvon-nalle sekä luovutusaineistolle. Lisäksi YIV2019 määrittää vaatimuksia rakentamisen ai-kana esimerkiksi tiedonsiirtoformaateille, lähtötietoaineiston hallinnalle sekä toteuma-ai-neistolle (buildingSMART Finland, 2019).