View
0
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
Mittausliiketoiminta tulevaisuudessa jasiihen sisältyvä laadunvarmistus
Jari Silander (040 747 3881) & Teemu Näykki, SuomenympäristökeskusN.N@ymparisto.fi
17.11.2015
SISÄLLYS
JohdantoYmpäristömittaus SuomessaMarkkinatUudet menetelmät
JOHDANTO
Source (August 20, 2014 Most Hyped Tech: Big Data Out, IoT In Alex Woodie)
Johdanto
BigDataComplex-Event Processing
CrowdsourcingIoT
66
Automaatio
Liikkuvatalustat
Sensori-Teknologia
Mobiili-teknologia
Uudettoimintamallit
BigDataUudet
liiketoiminnotKansalaiset
Kenttätyö Labora -torio
Alku-käsittely Varastointi Ensi-
käyttöToisio-käyttö
MONITOR2020
Näytteidenkeruu
Laboratorio
Datankäsittely
Informaationvarastointi
Tieto/ratkaisut
Alkutuotanto-orientoitunut ketju• Arvoketju• Laatu erinomainen
- Näytteenottajat sertifioitu- Laboratoriot akkreditoitu
• Arvopotentiaalia jää varastoon• Reaaliaikaisuus ?
Tiedon arvoketju: Aineistot – Informaatio – Tieto – RatkaisutHorisontaalinen + vertikaalinen integrointi tarpeen!
8
MIKÄ MEITÄ KIINNOSTAA?- Ympäristön tila ja sen luotettavuus (Kotamäki)
9
TILA-ARVION LUOTETTAVUUS- Ympäristön tila-arvion luotettavuus (Kotamäki)
MARKKINAT
1. Ympäristöhallinnon seuranta (lakiin perustuva)2. Yritysten seuranta (”velvoitetarkkailu”)3. Muut (ei kattavaa tietoa)
Suurin osa tiedosta syntyy muualla kuin ympäristöhallinnossa
Ympäristöseurannat SuomessaValtio – yritys – muut
Ympäristöseurannat SuomessaPotentiaali ympäristöhallinto
1. Luonnonvarojen seuranta (vesi, ilma, maa+eläimet+kasvit,2. Paineiden seuranta (vedenotto/käyttö, säännöstely, jätevesi,…)3. Ympäristön tilan seuranta (vesi, ilma, metsät, biodiversiteetti, haitalliset aineet… melu)4. Vesi ja terveys & alueiden käyttö & ymp. Politiikka & ymp. näytepankit
Ympäristöseurannat voimavarat- ympäristöhallinto
18.1
1.20
15
Suomen hydrologinen seurantaohjelma &näytteenotto
HAVAINTOVERKKO (2009-2012) ASEMIEN LUKUMÄÄRÄSYKE MUUT YHTEENSÄ
HYDROMETEOROLOGIAsadanta - 250 250lumen vesiarvo 160 - 160haihdunta (Class A) 5 5 10PINTAVEDETvedenkorkeus 270 110 380virtaama 190 110 300jään paksuus 55 - 55veden lämpötila 45 - 45HYDROGEOLOGIApohjavesialueet 80 - 80roudan paksuus 40 - 40
LAINSÄÄDÄNTÖÄ (Ympäristölaki & asetus)Vesiseurannat (Vesilaki Vesilain 2 luvun 22 §:n)Ilmapäästöt (Ilmansuojelulaki 1982 / Ilman & Ilmanlaadun puitedirektiivi(1996/62/EY) /&asetus)Melu (ympäristönsuojelulain 43 ja 46 § & Maankäyttö- ja rakennuslaki(132/1999) & (2002/49/EY).
YRITYS1. Suunnittelu2. Toteutus3. Raportointi4. Kulut5. Toimenpiteiden toteutus
SIDOSRYHMÄT
Yritys ja luvat
TARKKAILUSUUNNITELMALUPAEHDOT
TOIMINNANHARJOITTAJA(paine, suure, mittaus,
käsittely, raportointi
VIRANOMAINEN(lupa, valvonta, ICT)
Standardimenetelmät jaohjeet
Vapaaeht. Ymp.hallintajärjestelmä
SIDOSRYHMÄ POLIISI
ASIANTUNTIJA-LAITOSKONSULTTI
TIEDON KÄYTTÖ (kansalaiset,raportointi, muu käyttö)
Serti- javerifionti
Päästöjen tarkkailu (pääosin toiminnanharjoittajan suorittamiin toimiinviranomaisten hyväksymän tarkkailusuunnitelman mukaisesti)
Raja-arvojen muoto (Päästöraja-arvot on määriteltävä yksiselitteisesti)
Päästöjen mittaustavat ja –menetelmät (vaihtoehtoisia menetelmiä)Jatkuvat mittauksetJaksottaiset sekä näytteenotto ja analyysitNäytteenotto ja analyysitLaskennalliset menetelmät
Päästö- ja tarkkailumääräyskehikkoLupamääräykset (Ilma, vesi, jätehuolto, melu ja tärinä, häriöt japoikkeustilanteet)Tarkkailu- ja raportointi (päästöt, raportointi)Muut määräykset (energiatehokkuus..)
Yritysten tarkkailun kuvaus
Yritysten ja ELY:jen näytteenotto SYKEnjärjestelmä ~2012 (Kanninen, ELY)
kalataloudelliset 1000 kplvesistötarkkailusuunnitelmia 700 kplveden laadun havaintopaikkoja 4 500 kplkasviplanktonhavaintopaikkoja 100pohjaeläinpaikkoja noin 1 200 kpl.pohja- tai tekopohjavedenottamolupia ~300
kpl.ilman laatua seurataan noin 30
mittausverkoissa noin 60 paikkakunnalla
18
Yritysten velvoitetarkkailut (arvio)
Kemisti Arnold Beckman keksi 1934, myöhemmin fotometrin.
Vuosi Painot Myynti Hinta1950 3 kg 5 000 1 500 e2010 20 g 1 000 000 20 e
Pääpaino anturien kehittämisessä:• Epävarmuuden hallinta• Stabiiliuden hallinta*(Association for Sensor Technology 2014)
Kestävyys ja stabiilius parantunut, metallioksidielektrodien tultuamarkkinoille (Zhuiykov 2010).
Nykyisin kentällä voidaan mitata luotettavasti mm. pH:ta, happea,lämpötilaa, sameutta ja sähkönjohtavuutta.
pH mittaukset – Historia(Silander, SYKE)
Need for water quality sensormeasurements
• The need for sensor technology is indicated alsoby the size of global markets.
• Revenues for the global sensor market in 2009were estimated to be 33 billion €, reaching 53billion € by 2013 [Frost & Sullivan, 2010].
• The environmental sector is one of the fastestgrowing in the sensor market.– Measurements such as monitoring emissions from
mines and waste treatment plants are a rapidlygrowing business sector.
18.11.2015 20
UUDET MENETELMÄT
OPENDATA
CROWDSOURCINGENVIRONMENTOBSERVATIONS
se
Data Integration& Delivery
End-userServices
Modeling
EQUIPMENT
INTEGRATION
OPEN DATA
DATA
CROWD DATA
KAUPPA
CUSTOMER
Cost Benefit
Sensors
CROWDS: REVIEW & LESSONS LEARNED
1. No clusteringX = Scientific sampling -> mass participationY = Basic -> Elaborate
(Roy, H. et.al (2012) Understanding Citizen Science and Environmental Monitoring, UKEnvironmental Observation Framework
Hobfeld, T, Hirth, M. et. Al. (2014). Best Practices and Recommendations for Crowdsourced QoE -Lessons learned from the Qualinet Task Force "Crowdsourcing“. White paper verision. COST actionIC1003.
CROWD SOURCING EXAMPLES
HYDROLOGICALICE BREKA UPS
1693
WEATHERJEFFERSON
USA1776
BIRDS~1900
GAME ANIMALS1970’s
BUTTERFLY1999
PLANT ENEMY~2000
LAKEWIKI2011
SENSOR2013
LAKE Järvi-MeriWiki
2014
PAPER COMPUTER WWW MOBILE IoT
MEGATRENDS:URBANIZATION DIGITALSATION GLOBALISATION
MOTIVATION:SAFETY SELFACTUALIZATION SOCIAL
SIZE:1k 10k 100k
26
Levävahti –visuaalinen havainto(Silander, SYKE)
Koejärjestely (n. 274 kpl, sovellus App kaupassa, mainostettu esim. Maailmankylä tapahtumassa)Vapaaehtoisia (n. 127 kpl vertailtavissa)Ammattilaisten (A&B, n. 46 kpl kuvia jotka hyväksyttiin vertailuun)
Vertailut: 0 levää & 1 ei levää (A = B ~0,97; A ja B = kansalainen ~0,9)Vertailu: 0, 1, 2, 3 (A=B ~0,56; A= kansalainen ~0,67; B = kansalainen ~0,14)
(hinta 0 e)
2011 2013 2015
ROADMAP DIY-SENSORDISSERTATIONES CHIMICAE UNIVERSITATIS TARTUENSIS 140 TEEMU NÄYKKI Novel Tools forWater Quality Monitoring – From Field to Laboratory
(hinta < 50 e)
COMMERICIAL VERSIONPROTOTYPE
28
Testaus - Sechhi3000(tutkimus & kehitys & laboratorio & koekäyttö)
MALLINNUS- Optimize (Msc. Thesis Jadwiga Buchwald)
Class
Ecology Chemical ”priority”(33)
Chemical ”pollution”(15)
Biology”lake” (4)
FishPlankton (4)
Total biomass
PN Temp O pH Time…
Mixed Models
Variable NumberSite:id 17783data 17783Total biomassa 2751Cyanobacterai (%) 2751Trofiaindex 2751A-chlorophyll 16462Alkalinity ~10 000Color ~20 000Conductivity ~20 000Total N ~20 000Temperature ~20 000Turbidity ~10 000
~20 000Lake_id ~20 000Classificaton_id ~20 000Montoring_sitei_ode ~20 000. ~20 000. ~20 000. ~20 000Max. Dept ~20 000Water type ~20 000Municipality ~20 000Catchment_nr ~20 000Day ~20 000Month ~20 000Year ~20 000
Number (%)Total
number (%)
Original 979 18 172 79Modelling1st round 2571 48 210 96
Modelling2nd round 4174 77 217 99
Totalbiomassa
Observations Classified bodies
MALLINNUS: Benfit of basic variables for models?- Optimize use of voluntary data
SATELLIITTIHAVAINNOT(MMEA ja MONITOR2020 hanke ENVIBASE ”Sentinel2..”)
Today you can use uncertainty of snow maps (develop in MMEA)
S FSC , t =(FSC)
(FSC) S +(FSC)
t S(FSC)
S
(FSC)S +
(FSC)S
Maa-asemat n. 20 kpl (intensiivimittauksia)
32
AUTOMAATTIMITTAUKSISTA(MMEA ja muuta hankkeet
Field Proficiency Tests
• SYKE has organized five proficiency tests andone pilot comparison for field sensors– Keravanjoki, Vantaa 2013 and 2014– Oulujoki, Oulu 2014– Gulf of Finland, R/V Aranda 2014– Evo, Lammi 2015– Kallavesi, Kuopio 2015
• Measurands: dissolved oxygen, conductivity,pH, temperature, turbidity
• Overall, the results have been positive.
18.11.2015 33
Real-time uncertainty estimation
18.11.2015 34
• Laboratories typically implement the quality managementsystems according to standard ISO/IEC 17025– Validation– Quality control
• Challenge:The anticipated pressure for utilization of field sensors in situ inwater monitoring requires immediate actions in setting up similartools for assessment of the quality of data produced by theseinstruments.
• ENVICAL SYKE has investigated the real-time estimation ofmeasurement uncertainty for field measurement– A novel approach for the automated turbidity measuring system
with a computer software application (AutoMUkit) for real-timeuncertainty estimation.
– Proficiency tests– Estimation of measurement uncertainty
Automated turbidity measuring systemfor ”real-time” uncertainty estimation using AutoMUkit
18.11.2015 35
Calibration platform forwater quality sensors atLYNET laboratory in Oulu
Quality assurance of field sensors
Tero Väisänen 3618.11.2015
YHTEENVETO
• Kokonaisepävarmuus kiinnostaapäätöksenteossa
• Mallintaminen tukee epävarmuuksien hallintaa• BigData tuli jäädäkseen• Automatisointi jatkuu, mallinnusta asemilla• Organisaatiot ostavat palveluita• Parhaat käytännöt yleistyvät• Taloudellisuus korostuu
18.11.2015 37
• Näykki T., Novel tools for water quality monitoring – From field to laboratory, Dissertationes chimicaeUniversitatis Tartuensis, 140, University of Tartu, 2014, http://hdl.handle.net/10062/42500
• Näykki T., Virtanen A., Kaukonen L., Magnusson B., Väisänen T., Leito I. Application of the Nordtestmethod for “real-time” uncertainty estimation of on-line field measurement, Environ Monit Assess,2015, 187:630, DOI 10.1007/s10661-015-4856-0
• Leivuori M., Näykki T., Leito I., Helm I., Jalukse L., Kaukonen L., Hänninen P., Ilmakunnas M., Fieldmeasurement intercomparison. Field measurement of dissolved oxygen concentrations. Reports of theFinnish Environment Institute, 24/2014: Suomen ympäristökeskus, 2014,http://hdl.handle.net/10138/135827
• Näykki T., Virtanen A., Leito I., Software support for the Nordtest method of measurement uncertaintyevaluation, Accredit Qual Assur 2012, 17:603–612
• Näykki T., Koponen S., Väisänen T., Pyhälahti T., Toivanen T., Leito I., Validation of a new measuringsystem for water turbidity field measurements, Accredit Qual Assur, 2014, 19 (3):175–183
• Näykki T., Jalukse L., Helm I., Leito I., Dissolved Oxygen Concentration Interlaboratory Comparison:What Can We Learn?, Water, 2013, 5, 420-442.
• Näykki T., Magnusson B., Helm I., Jalukse L., Väisänen T., Leito I., Comparison of measurementuncertainty estimates using quality control and validation data, J Chem Metrol, 2014, 8 (1): 1–12
• Näykki T., Leivuori M., Björklöf K., Väisänen R., Laine M., Väisänen T., Leito I., Proficiency test of pH,Conductivity and Dissolved Oxygen Concentration Field Measurements in River Water, Accredit QualAssur, 2014, 19:259–268
• Näykki T., Sara-Aho T., T. Väisänen, Leito I., Application of enriched stable 196Hg isotope for monitoringthe stability of total mercury in water samples, accepted for publication in Int J Environ Anal Chem,2014, doi:10.1080/03067319.2014.983493
• Handbook for Calculation of Measurement Uncertainty in Environmental Laboratories, Magnusson, B.,Näykki, T., Hovind, H., Krysell, M., Report of the Nordtest project 1589-02, June 2003 (revised in 2004and 2011).
• Measurement uncertainty revisited: Alternative approaches to uncertainty evaluation, (As a part ofEurolab expert group on measurement uncertainty), Eurolab Technical Report No. 1/2007, March 2007.
18.11.2015 38
Related publications
Recommended