Insinöörityöpalkinto Teemu Sormuselle – Konenäkö metsässä navigoitaessa

Teemu Sormusen opinnäytetyön aiheena oli navigointi konenäön avulla metsäympäristössä. Työ pohjautui autonomisesti liikkuvia laitteita tutkivaan ammattikorkeakoulun projektityöhön. Teoriaosuudessa käytiin läpi uusimpia tutkimuksia konenäöllä navigoinnista.

Sähkö- ja automaatiotekniikan puolelta valmistuneen Teemu Sormusen opinnäytetyö pohjautui Tampereen ammattikorkeakoulun kehittämishankkeeseen Convlogiin, jossa rakennettiin pieni autonomisesti liikkuva robottiauto.

Ammattikorkeakoululle projekti tuotiin koulun ulkopuolelta Tuomi Raamin toimesta, ja projektin toimeenpanosta vastasi kehittämispäällikkö Markku Oikarainen TAMKin TKI-palveluista.

Teemu osallistui kahden opiskelijan tekemään projektiin viime vuoden alussa.

– Vaikeinta projektissa oli pienen budjetin puitteissa löytää omat ratkaisut autonomisesti liikkuvan laitteen rakentamiseksi.

– Vastaavanlaisia projekteja ei oikeastaan malliksi löytynyt. Esimerkiksi tutkimuslaitosten saman aiheiset projektit liikkuvat budjetiltaan aivan eri kokoluokassa eikä niitä voinut suoraan sellaisenaan hyödyntää, Teemu kertoo.

Robottiauto ja sen rakentamiseen tarvittavat osat hankittiin mahdollisimman edullisesti netistä tilaamalla. Varsinkin navigointilaitteen valinta tuotti vaikeuksia.

– Projektin alussa meistä tuntui, että kamera voi olla liian vaikea ratkaisu navigointiin. Esimerkiksi kiihtyvyyttä ja kulmaa mittaavien inertiasensoreiden käyttö tai kuljetun matkan mittaaminen renkaiden avulla olisivat olleet kuitenkin aivan liian epätarkkoja tapoja, joten päädyimme kokeilujen jälkeen kameran käyttöön, Teemu kertoo.

Laskentatehosta ongelma

Robottiauton kameraksi valikoitui lopulta lainaksi saatu Xboxin pelikamera, jota on yleisesti käytetty vastaavanlaisissa tarkoituksissa.

Autoon kiinnitetyn kameran tehtävä oli luoda koko ajan kuvaa ympäristöstä ja mahdollistaa navigoinnissa käytetyn reaaliaikaisen kartan muodostaminen.

Laskentatehon puutteen vuoksi projektia ei voitu toteuttaa aivan loppuun saakka eivätkä pitkät ajomatkat onnistuneet.

– Käytännössä pystyimme luomaan navigointiin riittävät kartat konenäön avulla, mutta laskentatehon rajallisuuden vuoksi varsinainen ajomatka jäi noin metriin, minkä jälkeen järjestelmä kaatui.

– Käytössämme oli muutaman vuoden ikäinen kannettava tietokone. Ongelma olisi ratkennut erillisen kuvankäsittelyyn tarkoitetun laitteen ostamisella, mutta projektin budjetissa ei siihen ollut varaa, Teemu arvioi.

Konenäkö metsässä

Yksi kehittämishankkeen tavoitteista oli tehdä selvitys metsäympäristössä konenäön avulla tapahtuvan navigoinnin nykytilasta ja siitä voisiko autonomisen, puita noutavan metsäkoneen kehittäminen olla lähitulevaisuudessa mahdollista.

– Projektissa rakennettu pikkuinen robotti ei sinänsä liittynyt konenäön käyttöön metsäympäristössä. Otin lopputyöhöni kuitenkin mukaan myös kehityshankkeen alkuperäisen idean metsässä navigoinnista, Teemu kertoo.

Varsinaisen kirjoittamisen Teemu aloitti tämän vuoden alussa. Samaan aikaan hän kävi ristiinopiskeluna Tampereen Yliopistolla konenäköön liittyvää kurssia, joka antoi tietoa sekä teoriasta että viimeisimmistä käytännön sovelluksista.

Suomenkielistä kirjallisuutta aiheesta ei juurikaan ole olemassa, ja lopputyön kieleksikin tuli luonnostaan englanti.

– Intensiivisin kirjoitusvaihe ajoittui maaliskuulle, minkä jälkeen tein lähinnä tekstiin tarkistuksia, Teemu kertoo.

Lopputyö keskittyi pelkästään konenäön käyttöön navigoinnissa, koska muiden keinojen mukaanotto olisi paisuttanut tekstiä liikaa.

Täysin autonomisesti metsässä liikkuva työkone odottelee Teemun mukaan vielä tulevaisuudessa. Itse koneen rakentaminen onnistuu varmasti teknisesti, mutta ennen suuria investointeja vaaditaan selkeä näyttö taloudellisesti kannattavasta toimintamallista.

– Luultavammin metsäympäristössä konenäkö ja muut navigointikeinot otetaan aluksi yhä enemmän käyttöön kuljettajan apuna. Konenäköä voidaan käyttää navigoinnin lisäksi myös esimerkiksi puuston kuntotarkastuksiin, Teemu sanoo.

Syksyllä Aalto-yliopistoon

Opintojensa loppuvaiheesta maaliskuusta alkaen Teemu on ollut työssä Innogiant-ohjelmistotalossa. Pesti kestää näillä näkymin elokuun loppuun.

Ennen koronakriisin alkamista Teemu ehti olla toimistolla perehdytyksessä vain kolme päivää.

– Tarvittavat ohjelmat ehdin onneksi asentaa toimistolla koneelleni ja sain siten kotiin valmiit työvälineet. Perehdytys onnistui sen jälkeen hyvin myös etänä esimerkiksi pikaviesteillä.

Työhön Innogiantilla kuuluu pääasiassa mobiiliohjelmointia. Ohjelmointitaidot Teemu kertoo kehittäneensä sekä opinnoissaan että harrastuksenaan.

– Mobiiliohjelmoinnin opin pääasiassa koulun kursseilla. Tsekissä Brnossa vaihdossa keskityin pelkästään ohjelmointiin.

Jatkosuunnitelmiin Teemulla kuuluu koneoppimisen opinnot Aalto-yliopistossa.

– Osallistuin maisterihakuun viime vuoden lopulla, ja syksyllä alkavien opintojen on tarkoitus kestää pari vuotta, Teemu kertoo.

Teksti & kuva: Arto Kotilainen