Use of machine learning in identification of bitumen

Aikaisemmin suomalainen asfaltintuotanto on nojautunut vain yhteen bitumintuottajaan, minkä seurauksena bitumin ominaisuudet ovat olleet tuttuja. Uusi tilanne luo uusia haasteita bitumin ominaisuuksien tunnistuksessa. Perinteiset bitumin tutkimusmenetelmät perustuvat laboratoriokokeisiin ja ovat verrattain hitaita, jolloin asfalttiasemalle jo tullutta bitumia ei pystytä enää tutkimaan ennen kuin se päätyy tuotantoon. Myöskään Asfalttinormien vaatimat testit eivät tällä hetkellä ota huomioon kaikkia niitä ominaisuuksia, joita bitumin toiminnan kannalta olisi järkevää testata. Näitä ovat muun muassa pitkäaikaisen ikääntymisen kesto, kosteuden kestävyys, alhaisten lämpötilojen kesto sekä kestävyys urautumista vastaan. Näiden uusien ongelmien ratkaisemiseksi on aloitettu Morebit niminen projekti, jonka tarkoituksena on luoda tekoälyyn pohjautuva työkalu. Työkalu tulee olemaan koneoppimispohjainen laadunvalvontasysteemi, jota voidaan käyttää asfalttiasemalla bitumin laadun nopeaan tarkistamiseen. Tämän opinnäytetyön tavoitteena on todistaa kyseisen systeemin toimivuus. Työssä on myös selvitetty, voiko bitumin tunnistamisessa hyödyntää koneoppimista. Työn aikana on tehty testejä Fourier-muunnosinfrapunaspektroskopialla (FTIR) ja dynaamisen leikkausreometrin (DSR) avulla 30 näytteelle, jotka on saatu projektissa olevilta yrityksiltä. Yhtenä tutkielman tavoitteena on ollut kehittää infrapunaspektroskopiaan pohjautuvan FTIR-testin parametrejä. Toisena tavoitteena on tutkia voiko testissä saatujen ”kemiallisten sormenjälkien” analysoimisesta tehdä johtopäätöksiä bitumin ominaisuuksista koneoppivalla PCA-algoritmilla. DSR-kokeilla on testattu bituminäytteiden viskoelastisia ominaisuuksia, joihin koneoppimisen tuloksia on verrattu. Myös DSR-testien tuloksia on analysoitu algoritmilla, jotta on voitu nähdä, onnistuuko algoritmi erottelemaan näytteitä reologisten tulosten perusteella. FTIR-testiä tehtiin kahdella tapaa. Kaikki näytteet testattiin FTIR:llä +25 ⁰C lämpötilassa ja analysoitiin PCA-algoritmin kanssa. Seitsemän näytettä valittiin myös FTIR testiin, jossa bitumin ikääntymistä seurattiin +163 ⁰C lämpötilassa ja tuloksia analysoitiin myös PCA-algoritmilla. +25 ⁰C lämpötilassa saatujen koneoppimisen avulla analysoitujen FTIR-tulosten perusteella voidaan sanoa, että eri näytteiden välillä olevia eroja voidaan tunnistaa menetelmän avulla. Erityisesti pehmeät bitumilaadut erottuivat analyysissa. +163 ⁰C lämpötilassa tehtyjen FTIR-testien tuloksia analysoimalla PCA-algoritmin avulla pystyttiin todentamaan, että eri bitumien erilainen ikääntyminen on mahdollista tunnistaa koneoppimisen avulla.In year 2020 occurred events that have opened the Finnish market to many bitumen suppliers. Before this the Finnish Asphalt industry has relied mainly on one bitumen supplier and the properties of the product have been familiar. As the market opens, the industry faces new problems in identifying properties of bitumen properties. Traditional methods of testing bitumen need laboratory environment and they are time consuming which means that they cannot be exploited when the product arrives to an asphalt plant. Also, now tests required to do on bitumen by the Finnish Asphalt specification do not consider all bitumen properties that should be tested. These properties are resistance to long term aging, moisture resistance, low temperature resistance and resistance to rutting. Morebit project has been started to face these new challenges. The aim of the project is to create an artificial intelligence tool. The tool is supposed to be a machine learning based system that could be used at the asphalt plant during production of asphalt. The objective of this thesis is to be a proof of concept for the tool. In this study the possibility to use machine learning tool for identifying properties of bitumen. The companies involved sent to Aalto 30 samples, which have been tested with Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR) and Dynamic Shear Rheometer (DSR) tests. A goal of this dissertation has been to develop parameters for infrared spectroscopy based FTIR test. Another goal has been to find out if analysing “chemical fingerprints” from FTIR tests with machine learning algorithm could help identifying properties of the bitumen. Results from the DSR tests have used mainly to evaluate if machine learning results from FTIR tests could be linked to rheological properties of bitumen. FTIR tests were done in two different temperatures. All samples were tested in +25 ⁰C temperature with FTIR and results were analysed with PCA algorithm. Seven of the samples were chosen to be tested with FTIR during aging in 163 ⁰C temperature and the results were in the same way analysed with PCA analysis. Results from FTIR test done in 25 ⁰C temperature and analysed with PCA algorithm suggest that separation between different bitumen samples can be seen using the method. Especially, softer bitumen grades could be identified based on the results. This would suggest that some properties of bitumen could be identified based on spectra from raw bitumen samples when analysed with machine learning algorithms. Results from test done in 163 ⁰C suggest that bitumen samples that cannot be differentiated based on raw spectra have different patterns in chemical composition during aging and this can be recognized by a machine learning algorithm

Haapaveden liikenneturvallisuussuunnitelma 2014

Haapavedelle laadittiin liikenneturvallisuussuunnitelma yhteistyössä Siikalatvan ja Pyhännän kuntien sekä Pohjois-Pohjanmaan ELYkeskuksen kanssa. Suunnitelma sisältää turvallisuuden parantamisen lisäksi kestävien liikkumismuotojen edistämistä. Haapaveden liikenneturvallisuuden ja liikkumisen ongelmia kartoitettiin kuntalaisille suunnatulla kyselyllä, onnettomuusanalyysillä sekä maasto- ja esteettömyyskäynneillä. Onnettomuusanalyysin perusteella Haapaveden liikenneturvallisuuden tila on koko maan keskiarvoa hieman heikompi. Vuosien 2009–2013 keskiarvon mukaan suunnittelualueella henkilövahinkoon johtaneita tieliikenneonnettomuuksia tapahtui 125 kpl/100 000 asukasta kohden vuodessa, kun Manner-Suomessa vastaava luku oli 111 kpl. Haapavedellä tapahtuneista onnettomuuksista aiheutuu kustannuksia vuosittain keskimäärin noin 4,5 miljoonaa euroa, josta Haapaveden kaupungin osuus on vuosittain noin 0,8 miljoonaa euroa. Asukaskyselyn vastausten mukaan jalankulun ja pyöräilyn olosuhteissa ongelmaksi koettiin kevyen liikenteen väylien huono kunto, mopoilijoiden aiheuttamat ongelmat sekä kevyen liikenteen väylien riittämättömyys ja jatkuvuuden puute. Ajoneuvoliikenteen olosuhteissa ongelmaksi koettiin maanteiden ja katujen huono kunto ja talvikunnossapidon puutteet sekä ongelmalliset liittymäjärjestelyt. Kyselyyn vastanneista 67 %:lla työ- tai koulumatkan pituus on korkeintaan viisi kilometriä, joten kävelyn ja pyöräilyn edistämisellä on Haapavedellä hyvät edellytykset. Ongelma-analyysin, valtakunnallisten ja alueellisten tavoitteiden pohjalta Haapavedelle, Siikalatvalle ja Pyhännälle määriteltiin suunnittelualueen yhteiset liikenneturvallisuustavoitteet. Pitkän aikavälin liikenneturvallisuusvisioksi asetettiin, että kenenkään ei tarvitse kuolla tai loukkaantua vakavasti liikenteessä ja tienkäyttäjät ottavat vastuun turvallisesta liikkumisesta ja arvostavat muita liikkujia. Henkilövahinkoon johtaneiden onnettomuuksien vähentämistavoite on, että vuonna 2020 tapahtuu korkeintaan 17 henkilövahinko-onnettomuutta (v. 2009–2013 tapahtui keskimäärin 23 henkilövahinkoon johtanutta onnettomuutta vuodessa). Liikenneympäristön parantamisehdotuksia tehtiin Haapavedellä 34 kohteeseen. Toimenpiteiden toteuttaminen vaiheistettiin kolmeen ohjeelliseen kiireellisyysluokkaan. Suunnitelman aikana kaupungin liikenneturvallisuustyötä aktivoitiin ja tulevaisuudessa Terve Haapavesi –ryhmä koordinoi liikenneturvallisuusasiat

Siikalatvan liikenneturvallisuussuunnitelma

Siikalatvaan laadittiin liikenneturvallisuussuunnitelma yhteistyössä Haapaveden kaupungin ja Pyhännän kunnan sekä Pohjois-Pohjanmaan ELY-keskuksen kanssa. Suunnitelma sisältää turvallisuuden parantamisen lisäksi kestävien liikkumismuotojen edistämistä. Siikalatvan liikenneturvallisuuden ja liikkumisen ongelmia kartoitettiin kuntalaisille suunnatulla kyselyllä, onnettomuusanalyysillä sekä maasto- ja esteettömyyskäynneillä. Onnettomuusanalyysin perusteella Siikalatvan liikenneturvallisuuden tila on koko maan keskiarvoa hieman heikompi. Vuosien 2009–2013 keskiarvon mukaan suunnittelualueella henkilövahinkoon johtaneita tieliikenneonnettomuuksia tapahtui 171 kpl/100 000 asukasta kohden vuodessa, kun Manner-Suomessa vastaava luku oli 111 kpl. Siikalatvassa tapahtuneista onnettomuuksista aiheutuu kustannuksia vuosittain keskimäärin noin 5,2 miljoonaa euroa, josta Siikalatvan kunnan osuus on vuosittain noin 0,9 miljoonaa euroa. Asukaskyselyn vastausten mukaan jalankulun ja pyöräilyn olosuhteissa ongelmaksi koettiin kevyen liikenteen väylien riittämättömyys ja jatkuvuuden puute, huonokunto ja talvikunnossapidon puutteet. Ajoneuvoliikenteen olosuhteissa ongelmaksi koettiin maanteiden ja katujen huonokunto ja talvikunnossapidon puutteet sekä valaistuksen puute. Kyselyyn vastanneista 53 % työ- tai koulumatkan pituus on korkeintaan 5 kilometriä, joten kävelyn ja pyöräilyn edistämisellä on edellytyksiä Siikalatvassa. Ongelma-analyysin, valtakunnallisten ja alueellisten tavoitteiden pohjalta Haapavedelle, Siikalatvalle ja Pyhännälle määriteltiin suunnittelualueen yhteiset liikenneturvallisuustavoitteet. Pitkän aikavälin liikenneturvallisuusvisioksi asetettiin, että kenenkään ei tarvitse kuolla tai loukkaantua vakavasti liikenteessä ja tienkäyttäjät ottavat vastuun turvallisesta liikkumisesta ja arvostavat muita liikkujia. Henkilövahinkoon johtaneiden onnettomuuksien vähentämistavoite on, että vuonna 2020 tapahtuu korkeintaan 17 henkilövahinko-onnettomuutta (v. 2009–2013 tapahtui keskimäärin 23 henkilövahinkoon johtanutta onnettomuutta). Liikenneympäristön parantamisehdotuksia tehtiin Siikalatvassa 44 kohteeseen. Toimenpiteiden toteuttaminen vaiheistettiin kolmeen ohjeelliseen kiireellisyysluokkaan. Suunnitelman aikana kunnan liikenneturvallisuustyötä aktivoitiin muun muassa perustamalla liikenneturvallisuusryhmä. Liikenneturvallisuusryhmän toiminnan toivotaan jatkuvan aktiivisena suunnitelman valmistumisen jälkeen

Haapaveden, Siikalatvan ja Pyhännän liikenneturvallisuussuunnitelma

Haapaveden, Siikalatvan ja Pyhännän kuntiin laadittiin liikenneturvallisuussuunnitelma yhteistyössä kuntien ja Pohjois-Pohjanmaan ELY-keskuksen kanssa. Suunnitelma sisältää turvallisuuden parantamisen lisäksi kestävien liikkumismuotojen edistämistä. Kuntien liikenneturvallisuuden ja liikkumisen ongelmia kartoitettiin kuntalaisille suunnatulla kyselyllä, onnettomuusanalyysillä sekä maasto- ja esteettömyyskäynneillä. Onnettomuusanalyysin perusteella suunnittelualueen liikenneturvallisuuden tila on koko maan keskiarvoa hieman heikompi. Vuosien 2009–2013 keskiarvon mukaan suunnittelualueella henkilövahinkoon johtaneita tieliikenneonnettomuuksia tapahtui 153 kpl/100 000 asukasta kohden vuodessa, kun Manner-Suomessa vastaava luku oli 111 kpl. Suunnittelualueella tapahtuneista onnettomuuksista aiheutuu kustannuksia vuosittain keskimäärin noin 11,4 miljoonaa euroa, josta kuntien osuus on vuosittain noin 2 miljoonaa euroa. Asukaskyselyn vastausten mukaan jalankulun ja pyöräilyn olosuhteissa ongelmaksi koettiin kevyen liikenteen väylien huono kunto, riittämättömyys ja jatkuvuuden puute sekä talvikunnossapidon puutteet. Ajoneuvoliikenteen olosuhteissa ongelmaksi koettiin maanteiden ja katujen huono kunto ja talvikunnossapidon puutteet sekä ongelmalliset liittymäjärjestelyt. Kyselyyn vastanneista 61 %:lla työ- tai koulumatkan pituus on korkeintaan viisi kilometriä, joten kävelyn ja pyöräilyn edistämisellä on suunnittelualueella edellytyksiä. Ongelma-analyysin, valtakunnallisten ja alueellisten tavoitteiden pohjalta Haapavedelle, Siikalatvalle ja Pyhännälle määritettiin suunnittelualueen yhteiset liikenneturvallisuustavoitteet. Pitkän aikavälin liikenneturvallisuusvisioksi asetettiin, että kenenkään ei tarvitse kuolla tai loukkaantua vakavasti liikenteessä ja tienkäyttäjät ottavat vastuun turvallisesta liikkumisesta ja arvostavat muita liikkujia. Henkilövahinkoon johtaneiden onnettomuuksien vähentämistavoite on, että vuonna 2020 tapahtuu korkeintaan 17 henkilövahinko-onnettomuutta (v. 2009–2013 tapahtui keskimäärin 23 henkilövahinkoon johtanutta onnettomuutta). Liikenneympäristön parantamisehdotuksia tehtiin suunnittelualueella 94 kohteeseen. Toimenpiteiden toteuttaminen vaiheistettiin kolmeen ohjeelliseen kiireellisyysluokkaan. Suunnitelman aikana kuntien liikenneturvallisuustyötä aktivoitiin muun muassa perustamalla kuntiin liikenneturvallisuusryhmät. Liikenneturvallisuusryhmien toiminnan toivotaan jatkuvan aktiivisena suunnitelman valmistumisen jälkeen

Pyhännän liikenneturvallisuussuunnitelma

Pyhännälle laadittiin liikenneturvallisuussuunnitelma yhteistyössä Haapaveden kaupungin ja Siikalatvan kunnan sekä Pohjois-Pohjanmaan ELY-keskuksen kanssa. Suunnitelma sisältää turvallisuuden parantamisen lisäksi kestävien liikkumismuotojen edistämistä. Pyhännän liikenneturvallisuuden ja liikkumisen ongelmia kartoitettiin kuntalaisille suunnatulla kyselyllä, onnettomuusanalyysillä sekä maasto- ja esteettömyyskäynneillä. Onnettomuusanalyysin perusteella Pyhännän liikenneturvallisuuden tila on koko maan keskiarvoa hieman heikompi. Vuosien 2009–2013 keskiarvon mukaan suunnittelualueella henkilövahinkoon johtaneita tieliikenneonnettomuuksia tapahtui 213 kpl/100 000 asukasta kohden vuodessa, kun Manner-Suomessa vastaava luku oli 111 kpl. Pyhännällä tapahtuneista onnettomuuksista aiheutuu kustannuksia vuosittain keskimäärin noin 1,7 miljoonaa euroa, josta Pyhännän kunnan osuus on vuosittain noin 0,3 miljoonaa euroa. Asukaskyselyn vastausten mukaan jalankulun ja pyöräilyn olosuhteissa ongelmaksi koettiin kevyen liikenteen väylien huonokunto, talvikunnossapidon puutteet sekä riittämättömyys ja jatkuvuuden puute. Ajoneuvoliikenteen olosuhteissa ongelmaksi koettiin maanteiden ja katujen huonokunto ja talvikunnossapidon puutteet sekä jossakin määrin myös liittymäjärjestelyjen ongelmallisuus. Kyselyyn vastanneista 63 %:lla työ- tai koulumatkan pituus on korkeintaan viisi kilometriä, joten kävelyn ja pyöräilyn edistämisellä on edellytyksiä Pyhännällä. Ongelma-analyysin, valtakunnallisten ja alueellisten tavoitteiden pohjalta Haapavedelle, Siikalatvalle ja Pyhännälle määriteltiin suunnittelualueen yhteiset liikenneturvallisuustavoitteet. Pitkän aikavälin liikenneturvallisuusvisioksi asetettiin, että kenenkään ei tarvitse kuolla tai loukkaantua vakavasti liikenteessä ja tienkäyttäjät ottavat vastuun turvallisesta liikkumisesta ja arvostavat muita liikkujia. Henkilövahinkoon johtaneiden onnettomuuksien vähentämistavoite on, että vuonna 2020 tapahtuu korkeintaan 17 henkilövahinko-onnettomuutta (v. 2009–2013 tapahtui keskimäärin 23 henkilövahinkoon johtanutta onnettomuutta). Liikenneympäristön parantamisehdotuksia tehtiin Pyhännällä 16 kohteeseen. Toimenpiteiden toteuttaminen vaiheistettiin kolmeen ohjeelliseen kiireellisyysluokkaan. Suunnitelman aikana kunnan liikenneturvallisuustyötä aktivoitiin muun muassa perustamalla liikenneturvallisuusryhmä. Liikenneturvallisuusryhmien toiminnan toivotaan jatkuvan aktiivisena suunnitelman valmistumisen jälkeen