4/2018

3D-kaupunkimallit ja virtuaalisuus aluekehityksen työkaluiksi

Kirjoittajat: Juho-Pekka Virtanen, Kaisa Jaalama, Arttu Julin, Matti Kurkela, Mikko Maksimainen, Matti T. Vaaja & Hannu Hyyppä.

3D-kaupunkimallien kehitys etenee kohti vuorovaikutteista ja älykästä kaupunkiympäristön digitaalista kaksosta, jonka kautta kaupunkiympäristön toimijat voivat saada tietoa älykkään kaupungin toiminnasta, suunnitelmista ja infrastruktuurista. Tiedon hyödyntämisen lisäksi kansalaiset, viranomaiset, yhteisöt ja yritystoimijat voivat myös viestiä omasta toiminnastaan ja tarpeistaan, joko suoran osallistumisen tai muiden palveluiden käytön kautta kertyvän tiedon muodossa. Tulevaisuuden 3D-kaupunkimallit palvelevat monipuolisesti niin kaupunkeja, asukkaita kuin liike-elämääkin.

Kaupunkiympäristön uudet haasteet

Kaupunkiympäristöihin kohdistuu lähitulevaisuudessa useita suuria haasteita: Ilmastonmuutos ja ekologinen kestävyys edellyttävät nykyistä energiatehokkaampaa ja resurssiviisaampaa toimintaa. Digitalisaation myötä kaupunkien pitäisi pystyä toimimaan alustana myös digitaalisessa maailmassa. Työnteon pirstaloituminen ja palvelusektorin korostuminen osana elinkeinorakennetta puolestaan edellyttävät kaupunkiympäristöltä joustavuutta ja mukautettavuutta. Kaupungin sosiaalisen ja fyysisen ympäristön muutoksen lisäksi myös teknologinen kehitys asettaa paineita kaupunkien infrastruktuurille: kaupunkien pitäisi pystyä valmistautumaan esimerkiksi tiheiden 5G-verkkojen pystyttämiseen ja autonomisten ajoneuvojen aiheuttamiin muutoksiin liikkumisessa.

Näihin muutospaineisiin vastaaminen edellyttää yhteistoimintaa: kehitystyössä pitää pystyä ylläpitämään vuoropuhelua kaupunkiympäristön lukemattomien eri toimijoiden ja sidosryhmien kanssa tarpeiden ja intressien huomioimiseksi. Tavoitteena tulisi olla teknologian mahdollisimman tehokas hyödyntäminen ja yhteiskehittämisen optimointi, jotta rajallisista resursseista saadaan paras mahdollinen hyöty. Kaupunkiympäristön kehittäjät pitäisi saada pelaamaan aiempaa vahvemmin yhteen, jotta energiatehokkuuden, sosiaalisen kestävyyden ja monikäyttöisyyden tarpeisiin pystytään vastaamaan.

Työkaluja ja tietolähteitä

Kaupunkimallit lähestyvät osallistavaa kaupunkikehittämistä: Visiona on, että 3D-kaupunkimallista tulee tulevaisuudessa käyttöliittymä kaupunkiympäristöön ja osallistumista entisestään tukeva vuorovaikutteinen alusta, jonka kautta käyttäjät pääsevät tarkastelemaan sekä kaupunkiympäristön nykytilaa että suunnitelmia tulevista muutoksista (Virtanen ym. 2017). Erityisesti suuremmat kaupungit ovat Suomessa heränneet kehittämään kaupunkimallinnustoimintaansa systemaattisesti (Julin ym. 2018), monesti yhteistyössä korkeakoulujen kanssa. Yksi esimerkki tästä on hiljattain päättynyt Oulun yliopiston, Aalto-yliopiston ja Maanmittauslaitoksen Paikkatietokeskuksen 6Aika-projekti “AKAI”, jossa erityisesti pyrittiin kehittämään avoimia alustoja moniaineistoisille, mittatarkoille ja yksityiskohtaisille 3D-kaupunkimalleille (6Aika 2018).

Osana digitalisaatiota pelillistämisestä on tullut keskeinen osa palvelusuunnittelua. Tiedon visualisoinnin ja vuorovaikutuksen lisäksi kaupunkimalleja hyödyntävät sovellukset voivatkin tulevaisuudessa entistä useammin sisältää myös pelillisiä komponentteja. Esimerkiksi EAKR-rahoitteisessa Soludus -projektissa Aalto-yliopisto ja Metropolia kehittivät menetelmiä paikkatietoaineistojen, yksityiskohtaisten sisätilamallien ja energiatiedon hyödyntämiseksi pelimoottorialustalla (Virtanen ym. 2018).

Kuva 1. Digitaalisia malleja ja niitä hyödyntäviä sovelluksia voidaan tuoda älylaitteisiin ja jakaa internetin yli. Käyttäjän näkökulmasta aineistot itsessään eivät ole arvokkaita, hyöty syntyy aineistoja hyödyntävien sovellusten kautta.

Osallistavan kaupunkikehittämisen kannalta kolmas merkittävä tutkimussuunta on joukkoistettu kartoitus. Kaupunkiympäristöstä voidaan kerätä tietoa esimerkiksi paikkatietoa hyödyntävien kyselyiden kautta. Tällä PPGIS (Public Participation Geographic Information System) -lähestymistavalla on menestyksekkäästi kartoitettu esimerkiksi kaupunkien palveluverkon aukkoja ja parannusta vaativia julkisia tiloja. Tietolähteeksi voivat muodostua myös erilaiset palvelut, joissa paikkatietoa syntyy palvelun käytön sivutuotteena. Konkreettinen esimerkki tästä on Uber-palvelun keräämä data, joka tarjoaa ennennäkemättömän yksityiskohtaista, aikaan ja paikkaan sidottua tietoa kaupungissa liikkumisesta.

Tarpeita tutkimukselle ja kehitykselle paikkatietoteknologian alueella

Uusien työkalujen ja aineistolähteiden hyödyntäminen edellyttää koulutusta, tutkimusta, innovaatioita ja yhteistyötä kaupunkien ja korkeakoulujen kanssa. Paikkatietoteknologian alueella selkeitä tutkimustarpeita ovat uusien datavirtojen yhdistäminen olemassa oleviin aineistoihin. Dataintegraatiota tarvitaan sekä uusien sensoreiden tuottamien tietojen, että joukkoistamalla tuotetun, kokemuksellisen tiedon yhdistämiseksi jo olemassa olevien aineistojen kanssa. On epärealistista kuvitella, että kaikki kaupunkiympäristön eri aineistolähteet pystyttäisiin keräämään yhteen paikkaan yksittäisen toimijan puolesta. On kuitenkin varmistettava, että mikäli tietoja halutaan yhdistää, se on tarvittaessa mahdollista. Tämä edellyttää sovellusnäkökulman huomioon ottamista kaupunkien paikkatietoa kehitettäessä. Tältä osin on myös tärkeää kehittää kaupunkien prosesseja enemmän yhteismitallista, paikkaan sidottua tietoa tuottavaksi. Kaupungin tulisi toimia tiedon kerääjänä, jakelijana ja uusien tietoaineistojen innovoijana, enemmän kuin siilomaisesti tuotettujen rajoitettujen aineistojen vartijana.

Sensoriteknologian kehityksen myötä kaupunkiympäristöä pystytään myös mittaamaan yhä monipuolisemmin. Esimerkkejä kaupunkiympäristön mittausmahdollisuuksista ovat laajojen alueiden lämpökamerakuvaukset, valaistuskartoitukset (Kurkela ym. 2017) ja maankäytön luokittelun automatisointi. Sensoriteknologian ja älykkäiden kuluttajalaitteiden kehitys voi myös tehdä kansalaisesta 3D-kartoittajan (Hyyppä ym. 2017). Myös itseajavat autot, joissa joka tapauksessa on 3D-kartoituksen mahdollistavia sensoreita, voivat muodostua kaupunkiympäristön lähes reaaliaikaiseksi tietolähteeksi. Rikastamalla perinteisiä paikkatietoaineistoja näillä uusilla ulottuvuuksilla pystytään tekemään tarkempia tulkintoja kaupunkien toimivuudesta ja kestävyydestä, esimerkiksi luomaan lisäarvoa kaupunkien viherympäristöjen monitorointiin (Jaalama ym. 2017).

Kuva 2. Kaupunkiympäristöä pystytään mittaamaan yhä kattavammin ja monipuolisemmin. Kuvassa esimerkki 3D-kartoitukseen yhdistetystä valaistusolosuhteiden mittauksesta, jonka pohjalta katuvalaistuksen toimivuutta pystytään arvioimaan aiempaa tarkemmin.

Kaupunkianalyytikkaa (urban analytics) käytetään terminä kuvaamaan kaupungin havainnointia usean eri tason, tietolähteen ja joskus myös reaaliaikaisuuden kautta (Kitchin 2014). Uuden, monipuolisemman tiedon hyödyntäminen edellyttää uusia lähestymistapoja kaupunkitiedon käsittelyyn. Monesti tämä tarkoittaa suuria tietoaineistoja hyödyntävien analyysimenetelmien kehittämistä, koska käsin tehtävät analyysit eivät skaalaudu tiedon yksityiskohtatason noustessa.

3D-teknologiaa hyödyntävät tulevaisuuden kaupungissa niin kaupalliset toimijat kuin asukkaat

Yksityiskohtaista, moniulotteista tietoa sisältävä kaupunkimalli tarjoaa yhteisen alustan kaupunkisuunnitteluun ja asukasvuorovaikutukseen. Kansalaisten ja viranomaisten lisäksi myös erilaiset yritykset voivat hyödyntää virtuaalisia ympäristöjä. Virtuaalisten kokemusten avulla paikalliset tuottajat tavoittavat asiakkaita myös muilta alueilta: esimerkiksi kasvukeskusten ulkopuolella sijaitsevat kulttuuriproduktiot hyötyvät tällaisesta paikasta riippumattomasta kokemisesta. Virtuaaliset kokemukset myös tukevat esteettömyyttä ja helpottavat osallistumista. Virtuaalimalleihin liittyvät ansaintalogiikat voivat monipuolistua, jos 3D-teknologiaa osataan hyödyntää liiketoiminnassa.

Korkeakoulut ovat alueiden kehittämistyössä tärkeitä toimijoita, sillä ne ovat paikallisesti keskeisessä asemassa kulttuurisen ja sosiaalisen pääoman välittäjänä. Aalto-yliopiston tutkijat ovat viime vuosina osallistuneet ammattikorkeakoulujen kanssa alueiden kehittämistyöhön erityisesti 3D-kaupunkimallien käytön edistäjänä. Tutkijat ovat kehittäneet 3D-kaupunkimalleja kohti digitaalista kaksosta, jonka kautta kaupunkiympäristön eri toimijat, kuten aluesuunnittelijat, päättäjät ja asukkaat, voivat osallistua alueiden uudistamiseen.

Interaktiivisen 3D-kaupunkimallin tarkoituksena onkin saattaa eri toimijat yhteen ja tukea vuoropuhelua osana aluekehittämistä. Todelliseen kaupunkiin perustuva mittatarkka 3D-malli mahdollistaa muun muassa aluekehittämisen vaikutusten virtuaalisen tarkastelun ja simuloinnin. Näkymänä on, että tulevaisuuden 3D-paikkatieto palvelee monipuolisesti niin kaupunkeja, asukkaita kuin liike-elämääkin.

Artikkelin pääkuva: 3D-kaupunkimallien kehitys etenee kohti vuorovaikutteista ja älykästä kaupunkiympäristön digitaalista kaksosta, jonka kautta kaupunkiympäristön toimijat voivat saada tietoa ympäristön toiminnasta, suunnitelmista ja infrastruktuurista. 3D-malli: Helsingin kaupunki.

Kirjoittajat

Juho-Pekka Virtanen, TaM, tohtorikoulutettava, Aalto-yliopiston Insinööritieteiden korkeakoulu, juho-pekka.virtanen(at)aalto.fi

Kaisa Jaalama, HtM, tohtorikoulutettava, Aalto-yliopiston Insinööritieteiden korkeakoulu, kaisa.jaalama(at)aalto.fi

Arttu Julin, DI, tohtorikoulutettava, Aalto-yliopiston Insinööritieteiden korkeakoulu, arttu.julin(at)aalto.fi

Matti Kurkela, TkL, TaM, studio manager, Aalto-yliopiston Insinööritieteiden korkeakoulu, matti.kurkela(at)aalto.fi

Mikko Maksimainen, TkT, tutkijatohtori, Aalto-yliopiston Insinööritieteiden korkeakoulu, mikko.maksimainen(at)aalto.fi

Matti T. Vaaja, TkT, professori, Aalto-yliopiston Insinööritieteiden korkeakoulu, matti.t.vaaja(at)aalto.fi

Hannu Hyyppä, TkT, professori, Aalto-yliopiston Insinööritieteiden korkeakoulu, hannu.hyyppa(at)aalto.fi

6Aika-strategia­toimisto (2018). Tuloksia: Avoin kaupunkimalli avoimena innovaatioalustana (AKAI). Haettu 5.10.2018 osoitteesta https://6aika.fi/tuloksia-avoin-kaupunkimalli-avoimena-innovaatioalustana-akai/

Hyyppä, J., Virtanen, J.P., Jaakkola, A., Yu, X., Hyyppä, H. & Liang, X. (2017). Feasibility of Google Tango and Kinect for crowdsourcing forestry information. Forests 9(1). Haettu 5.10.2018 osoitteesta https://doi.org/10.3390/f9010006

Jaalama, K., Hyyppä, H., Ahlavuo, M., Räty, S., Julin, A., Virtanen, J-P., Kurkela, M. & Vaaja, M. (2017). Viherrakenteen 3D-mittauksella hyvinvointia elinympäristöstä. AMK-lehti/UAS Journal 2/2017. Haettu 5.10.2018 osoitteesta https://uasjournal.fi/2-2017/viherrakenteen-3d-mittauksella-hyvinvointia-elinymparistosta/

Julin, A., Jaalama, K., Virtanen, J.P., Pouke, M., Ylipulli, J., Vaaja, M., Hyyppä, J. & Hyyppä, H. (2018). Characterizing 3D City Modeling Projects: Towards a Harmonized Interoperable System. ISPRS International Journal of Geo-Information 7(2). Haettu 5.10.2018 osoitteesta https://doi.org/10.3390/ijgi7020055

Kitchin, R. (2014). The real-time city? Big data and smart urbanism. GeoJournal 79(1).

Kurkela, M., Maksimainen, M., Vaaja, M.T., Virtanen, J.P., Kukko, A., Hyyppä, J. & Hyyppä, H. (2017). Camera preparation and performance for 3D luminance mapping of road environments. Photogrammetric Journal of Finland 25(2). Haettu 2.11.2018 osoitteesta https://foto.aalto.fi/seura/julkaisut/pjf/pjf_e/2017/PJF2017_Kurkela_et_al.pdf

Virtanen, J-P., Julin, A., Hyyppä, H., Ahlavuo, M. & Hyyppä, J. (2017). Tulevaisuuden avoimet kaupunkimallit. Maankäyttö 4. Haettu 5.10.2018 osoitteesta http://www.maankaytto.fi/arkisto/mk417/mk417_2015_virtanen_julin_et_al.pdf

Virtanen, J-P., Jaalama, K., Julin, A., Hahkala, H., Vaaja, M. & Hyyppä, H. (2018). Pelillistäminen, paikkatieto ja uusiutuva energia – energiankäytön seurannan ja visualisoinnin mahdollisuuksista. AMK-lehti/UAS Journal 1/2018. Haettu 5.10.2018 osoitteesta https://uasjournal.fi/1-2018/pelillistaminen-paikkatieto/

Edellinen artikkeliSeuraava artikkeli

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *