Mittausdatasta aineistonhallintasuunnitelmaan – kuinka vaikeaa se nyt voi olla?

Tutkimus-, kehittämis- ja innovaatiotoiminnan (TKI) hankkeissa kertyvää dataa käsitellään usein yksittäisen hankkeen tarpeita palvelevana kertakäyttöisenä tuotoksena. Ongelmia syntyy viimeistään siinä vaiheessa, kun aineistoja halutaan käyttää uudelleen tai avata muille mahdollista jatkokäyttöä varten.

Hämeen ammattikorkeakoulun Vähähiilistä energiatehokkuutta mikro-CHP-tekniikalla (VEneCT) -hankkeessa https://www.hamk.fi/projektit/vahahiilista-energiatehokkuutta-mikrochp-tekniikalla-venect/ tuotetaan ja analysoidaan mittausdataa, jonka hallintaa tarkastelemme tässä artikkelissa aineistonhallintasuunnitelman laatimisen näkökulmasta.

Aineistonhallintasuunnitelma on väline, jonka avulla huomioidaan lainsäädännölliset velvoitteet ja tarvittavien sopimusten laatiminen. Aineiston käsittely suunnitellaan niin, että aineistot ovat löydettävissä ja käytettävissä hankkeen aikana ja myös sen jälkeen. Aineistonhallinnan suunnittelulla varmistetaan myös aineiston avaaminen ja jatkokäyttö esimerkiksi tutkimuksessa tai opetuksessa, koska dataa kerätessä ei kaikkia tarpeita ja käyttökohteita voi täysin ennakoida.

Millaista mittausdataa VEneCT-hankkeessa tuotetaan ja miten sitä analysoidaan?

Laadukas mittaaminen on energiatuotannon prosessiohjauksen ja -optimoinnin perusta. VEneCT-hankkeen yhtenä tavoitteena on polttoprosessin optimointi ja hyötysuhteen parantaminen. Polttoprosessin optimoinnilla pyritään haitallisten päästöjen minimointiin ja hyötysuhteen maksimointiin. Tämän selvittämiseksi hankkeessa tutkitaan hybridimoduulin avulla, miten kiinteitä bioraaka-aineita voidaan hyödyntää pienpolttoprosessissa (60 kWh). Hybridimoduulin avulla voi tutkia, miten tietokonepohjaisella ohjauksella on mahdollista yhdistää eri energialähteitä mahdollisimman kustannustehokkaasti ja ympäristöystävällisesti. Hankkeessa on hyödynnetty tällaista HAMKin Valkeakosken kampuksella sijaitsevaa energian pientuotantoon rakennettua hybridimoduulia.

Tutkitussa polttoprosessissa käytetään pellettiä ja haketta, jonka sekaan yhdistetään myös biojätettä ja lantaa. Lisäksi hankkeessa tutkitaan, miten sähköä voidaan tuottaa hukkalämmöllä (CHP, combined heat and power) ja miten hukkalämmöstä tuotettua energiaa voidaan varastoida.
Hybridimoduuli tuottaa runsaasti kumuloituvaa mittausdataa, jota kerätään erilaisilla instrumenteilla. Kertyvää dataa voi seurata visualisoituna reaaliaikaisesti Grafana-työkalulla https://grafana.com/, kuvio 1). Datankeruussa käytettävät instrumentit, kuten anturit, kuvataan instrumenttilistassa. Dokumentissa kerrotaan instrumentin tunnus, kuvaus, sijainti ja tarkoitus prosessissa.

Polttoprosessista kerättävä data eroaa tyypillisestä mittausdatasta kompleksisuuden vuoksi. Mitattavia suureita (esim. lämpö, kosteus, virtaus) on kymmeniä. Mittausdataa kerätään polttoprosessista erilaisin näytevälein. Prosessin optimoimiseksi prosessista tehdään koeajoja erilaisilla poltto-olosuhteilla ja raaka-ainemäärillä. Pelkästään koepolttoprosessin alkuarvo-, toisto- ja ajotapakokeet edellyttävät kaikkiaan kaksitoista koeajoa. Kukin koeajo sisältää kymmeniä tai satoja mittausarvoja kutakin mitattavaa suuretta kohti.

Polttoprosessin lähtötietojen liittäminen koeajojen mittausdataan on ensiarvoisen tärkeää, jotta eri raaka-aineet ja asetusarvot ovat jäljitettävissä. Lähtötiedot sisältävät tietoa datankeruun järjestelyistä; poltettavan raaka-aineen tiedot, instrumentit ja niiden ominaisuudet, mittausyksiköt ja näytevälit. Lähtötiedot ovat jäljitettävissä palvelimen Influx-aikasarjatietokantaan tallentuvalla aikaleimalla. Tiedonsiirto perustuu OPC UA -alustariippumattomaan tiedonsiirtostandardiin https://opcfoundation.org/about/opc-technologies/opc-ua/ ja MQTT-protokollaan http://mqtt.org/, joita käytetään tyypillisesti automaation järjestelmäintegraatioissa. Prosessin muuttujien riippuvuuksia voidaan analysoida esimerkiksi regressiomallinnuksella tai arvoja varioimalla. Analyysin tavoitteena on optimoida energiatuotantoa ja minimoida kaasu- ja pienhiukkaspäästöjä.

Mittausdatan keruun ja dokumentoinnin kuvaaminen aineistonhallintasuunnitelmassa

Tiedostoformaattien valinta ja datan dokumentaatio on suunniteltu jo hankkeen alkuvaiheessa, jotta mittausdatan uudelleenkäyttö on mahdollista. VEneCT-hankkeessa syntyy tietoa mm. prosessista, koeajotilanteesta, instrumenttien asetuksista ja tiedostojen rakennetta kuvaavista tiedoista (Kuvio 2). Vakioitu hakemistorakenne ja tiedostojen nimeämiskäytäntö auttavat löytämään olennaiset tiedot hankkeen aikana ja sen jälkeen. Aineistonhallintasuunnitelma on laadittu Tuuli-työkalulla https://www.dmptuuli.fi/.

Aineistonhallintasuunnitelma ei synny käden käänteessä eikä yksin. Ensimmäisessä aineistonhallinnan suunnittelupalaverissa oli mukana koko hankkeen projektiryhmä. Palaverissa käytiin läpi aineistonhallintasuunnitelmaan kuuluvia osa-alueita (aineiston yleiskuvaus, dokumentaatio ja metatiedot, tallentaminen ja varmuuskopiointi hankkeen aikana, eettisten periaatteiden ja lainsäädännön noudattaminen, aineiston avaaminen ja säilytys hankkeen päätyttyä, aineistonhallinnan vastuut). Kaikkia suunnitelman tietoja ei pystytty kerralla täyttämään, koska kaikkia hankkeen toimenpiteitä ja teknisiä ratkaisuja ei ollut vielä lyöty lukkoon. Palaverin tärkein sisältö oli kuitenkin ymmärryksen rakentuminen siitä, miksi aineistonhallintasuunnitelma laaditaan, mitä sillä tavoitellaan ja kenelle se on suunnattu.

Aineistonhallinnan toisessa suunnittelupalaverissa sovittiin aineistonhallinnan vastuista. Hankkeen tekniseen toteutukseen liittyviä toimenpiteitä tarkennettiin dokumentoinnin näkökulmasta. VEneCT-hankkeessa projektipäällikkö vastaa aineistonhallintasuunnitelman tietojen ajantasaisuudesta hankkeen aikana ja vastuullinen tutkija tarvittavasta dokumentaatiosta. Aineistonhallinnan suunnitteluun tarvitaan monenlaista asiantuntijuutta ja vastuut jakautuvat paitsi hankkeen, myös organisaation sisällä. Aineistonhallinnan suunnittelu on vaatinut myös paljon viestintää palaverien välillä, suunnitelmaa on tarkennettu ja se tarkentuu edelleen hankkeen edetessä.

Aineistonhallintasuunnitelma osaksi hankkeen sisäistä ohjausta ja arviointia

Aineistonhallintasuunnitelmaa ei kannata tehdä vain muodon vuoksi. Kompakti, ajan tasalla pidettävä aineistonhallintasuunnitelma tehostaa hanketyötä ja mahdollistaa aineistojen jatkokäytön. Aineistonhallintasuunnitelma tulisikin nähdä hankkeen sisäisenä työvälineenä, jolla voi sekä ohjata että arvioida datankeruun ja käsittelyn prosessia ja sen lopputuotoksia.

VEneCT-hankkeessa on arvioitu, että mittausdataa ja analyysien tuloksia käytetään hankkeen raportoinnissa ja myös hybridimoduulin jatkokehittämisessä. Hankkeessa kerättyä mittausdataa on jo hyödynnetty esimerkiksi mittaustekniikan ja uusiutuvan energian opetuksessa.