Tilannekuvan hyödyntäminen sähkö- ja tietoliikenneverkon häiriöissä
JUSSI HAAPANEN TILANNEKUVAN HYÖDYNTÄMINEN SÄHKÖ- JA TIETOLIIKENNEVERKON HÄIRIÖISSÄ Diplomityö Tarkastaja: Prof. Pekka Verho Tarkastaja ja aihe hyväksytty Tieto- ja sähkötekniikan tiedekuntaneuvoston kokouksessa 6.5.2015 i TIIVISTELMÄ JUSSI HAAPANEN: Tilannekuvan hyödyntäminen sähkö- ja tietoliikenneverkon häiriöissä Tampereen teknillinen yliopisto Diplomityö, 81 sivua Heinäkuu 2015 Sähkötekniikan koulutusohjelma Pääaine: Sähköverkot ja -markkinat Tarkastajat: Prof. Pekka Verho Avainsanat: tilannekuva, tilannekuvajärjestelmä, matkapuhelinverkon tilannekuva, sähkökatko, sähköhuollon suurhäiriö Yhteiskunnan riippuvuus sähköstä on kasvanut viime vuosina. Suurin osa päivittäisistä toimista vaatii sähköä. Sähköverkon luotettavuutta on pyritty parantamaan huomattavasti vaihtamalla perinteisiä ilmajohtoja maakaapeliin ja investoimalla sähköverkon automaatioon, mutta viat ovat kuitenkin mahdollisia. Tietoliikenneverkot ovat yksi kriittisimmistä sähköä vaativista järjestelmistä. Sähköja tietoliikenneverkkojen keskinäisriippuvuus aiheuttaa haasteita sähkönjakelun häiriöistä palautumisessa. Monet sähköverkon vianpaikannusta ja -korjausta nopeuttavat automaatiolaitteet vaativat tietoliikenneyhdeyden ja lakkaavat toimimasta yhteyden katketessa. Eri toimijat ovat myös riippuvaisia tietoliikenneverkoista. Sähköverkon vikojen aikana tiedon tulisi liikkua eri toimijoiden välillä sujuvasti, minkä takia hankkeita tiedonkulun ja tilannekuvan kehittämiseen on aloitettu. Sähkömarkkinalakiin tuli vuonna 2013 muutos, joka edellyttää sähköverkkoyhtiöitä tarjoamaan tilannekuvaa muille toimijoille sähköverkon vikatilanteissa. Tämän diplomityön tavoitteena on kehittää tiedonvaihtoa eri toimijoiden välilä paremman tilannekuvan muodostamiseksi. Työssä on kehitetty menetelmiä vian aikaisen tilannekuvan esittämiseen. Työ on tehty osana TELE4SG-projektia, jossa on pyritty kehittämään sähköverkon ja matkapuhelinverkon toimijoiden yhteistyötä sähköverkon vikojen aikana. TTY:n sähköhuollon suurhäiriöiden riskianalyysi- ja hallintamenetelmien kehittäminen -projektissa määriteltiin tilannekuvajärjestelmä, jota tämän työn aikana on jatkokehitetty. Järjestelmän tarkoituksena on ylläpitää sähköstä kriittisesti riippuvaisten kohteiden tietokantaa eri toimijoiden toimesta, jolloin tieto kriittisistä kohteista välittyy kaikille toimijoille. Kriittisten kohteiden tiedon lisäksi järjestelmään on integroitu sähköverkon tilatieto, jolloin voidaan esittää, milloin kriittiset kohteet ovat sähköttä. Tällöin kyetään myös havainnollistamaan tietoliikenneverkon tilaa etukäteen mallinnettujen tukiasemien peittoalueiden avulla. Työssä kehitettiin tietoliikenneverkon peittoalueiden visualisointia sähköverkon vian aikana. Näin pyritään nopeuttamaan vioista palautumista ja priorisoimaan viankorjaukset kriittisille kohteille. ii ABSTRACT JUSSI HAAPANEN: Utilizing situation awareness in disturbances of electricity and telecommunications networks Tampere University of Technology Diplomityö, 81 pages July 2015 Master's Degree Programme in Electrical engineering Major: Electricity networks and markets Examiner: Prof. Pekka Verho Keywords: situation awareness, situation awareness system, mobile network situation awareness, power outage, major disturbances in electricity supply The electricity dependency of the society has increased in recent years. Majority of every day activity requires electricity. Recent storms and the major disturbances in electricity supply caused by the storms have started discussions about the vulnerability of the electricity network. Distribution network companies have improved the reliability of the network by switching the overhead lines to cables and by increasing the utilization of distribution automation. Major disturbances are still possible. Telecommunication networks are an example of critical electricity-depedent systems. The interdependency of electricity and telecommunication networks presents challenges in the recovery process. Many of the applications that improve fault location, isolation and restoration times depend on telecommunication networks. Dierent actors are also dependent on telecommunication networks. During the disturbances information exchange should be awless between actors. There have been issues in the information exchange and several projects have been started to improve the information exchange and situation awareness during major disturbances. The Finnish Market Act was changed in 2013 and now requires distribution system operators to provide situation awareness during power outages. The goal of this thesis is to improve information exchange between actors in order to provide a better situation awarenes to actors. Methods to visualize the current situation during disturbances have been developed in the thesis. The thesis was done as part of the TELE4SG-project that was started to improve the collaboration of distribution system operators and telecommunication network operators during major disturbances of electricity supply. A situation awareness system was designed in the TUT's Risk analysis and management methods in major disturbances of electricity supply project. The system has been further developed in this thesis. The purpose of the situation awareness system is to upkeep a database of critically dependent electricity users and to share this data between actors. In addition to the critical site database a real time state of electricity and mobile networks is integrated into the system. This way it is possible to show which critical sites are aected by an outage. iii ALKUSANAT Tämä diplomityö on tehty Tampereen teknillisen yliopiston sähkötekniikan laitoksella osana TELE4SG-projektia vuoden 2015 kevään ja kesän aikana. Työn ohjaajana ja tarkastajana toimi professori Pekka Verho. Haluan kiittää professori Pekka Verhoa työn tarkastamisesta sekä asiantuntevasta ohjauksesta ja ideoista. Lisäksi haluan kiittää tutkija Heidi Krohns-Välimäkeä sekä tutkija Joonas Säettä erinomaisista kommenteista ja ajatuksista työn aikana. Haluan myös kiittää koko sähkötekniikan laitoksen henkilökuntaa loistavasta työympäristöstä. TELE4SG-projektissa osapuolina mukana olivat Tampereen teknillisen yliopiston lisäksi myös Tekes, Elenia, Emtele sekä Elisa. Haluan kiittää osapuolia projektin ja diplomityön mahdollistamisesta. Lopuksi haluan kiittää myös vanhempiani, jotka ovat tukeneet minua opiskeluaikana sekä diplomityötä tehdessä. Haluan myös kiittää ystäviäni tuesta opintojen ja työn aikana. Lisäksi haluan kiittää avopuolisoani Elinaa tukemisesta opiskelujen ja diplomityön aikana. Tampereella, 22.7.2015 Jussi Haapanen iv SISÄLLYS 1. Johdanto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2. Sähkö- ja matkapuhelinverkot ja niiden häiriöt . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2.1 Sähkönjakelujärjestelmä ja häiriöt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2.1.1 Sähköverkon häiriöt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 2.1.2 Suurhäiriöt Suomessa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2.1.3 Suurhäiriöt muualla . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2.1.4 Suurhäiriöihin varautuminen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2.2 Tietoliikenneyhteydet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 2.3 Sähkö- ja matkapuhelinverkkojen keskinäisriippuvuus . . . . . . . . . 14 3. Tilannetietoisuus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 3.1 Tilannetietoisuuden teoria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 3.1.1 Taso 1-Ympäristön havainnointi 3.1.2 Taso 2-Nykyisen tilanteen ymmärtäminen . . . . . . . . . . . . . 20 3.1.3 Taso 3-Nykytilanteen projisointi tulevaisuuteen . . . . . . . . . . 21 3.1.4 Tilannekuvamalli päätöksenteossa . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 3.1.5 Jaettu tilannetietoisuus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 3.1.6 Tilannekuvaa varten suunnittelu . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 3.2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 Tilannekuva sähköverkon häiriöissä . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 3.2.1 Sähköverkon käytönvalvonta- ja käytöntukijärjestelmät . . . . . . 27 3.2.2 Käytöntukijärjestelmän näkymä tilannetietoisuuden näkökulmasta 30 3.2.3 Häiriöpalvelut ja käytöntukijärjestelmänäkymät . . . . . . . . . . 32 3.2.4 Pelastustoimen PETO-media ja tilannehuone . . . . . . . . . . . 34 3.2.5 Sääennusteet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 3.2.6 Teleoperaattorien häiriöpalvelut ja Viestintäviraston MONITORi 3.2.7 Krivat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 3.3 35 Suurhäiriötilanteiden hallinta käytännössä . . . . . . . . . . . . . . . 37 3.3.1 Toimijoiden tehtävät ja tilannekuvan muodostaminen . . . . . . . 37 v 3.3.2 Tilannekuvan muodostamisen ongelmat . . . . . . . . . . . . . . 40 4. Tilannekuvajärjestelmä . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 4.1 Järjestelmän kuvaus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 4.2 Tilannekuvajärjestelmän hyödyntäminen tilannekuvan muodostamisessa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 4.3 Järjestelmän tekninen toteutus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 4.3.1 Selainpohjainen käyttöliittymä . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 4.3.2 Sähköverkon keskeytystieto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 4.3.3 Internet-palvelut . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 4.4 Sähkönjakelun häiriön aikaisen tilannekuvan esittäminen . . . . . . . 55 4.4.1 Kartta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 4.4.2 Tapahtumalogi sekä ohjausvalikko . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 5. Tukiasemien peittoalueiden ja tilan esitys . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 5.1 Matkapuhelinverkon tilatiedon esitys . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 5.2 Demonstraatio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 5.3 Toimijoiden tarvitsemien tietojen selvittäminen . . . . . . . . . . . . 67 6. Jatkokehitys . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 6.1 Live-demonstraatio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 6.2 Järjestelmän jatkokehitys . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 6.3 Haasteet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 7. Yhteenveto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 Lähteet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 vi KUVALUETTELO 2.1 Sähkövoimajärjestelmän rakenne. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 2.2 Keskimääräinen keskeytysaika asiakkaalle vuodessa. . . . . . . . . . . 5 2.3 Vikojen aiheuttajat. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2.4 Kesän 2010 myrskyjen kulkureitit (Kuvassa Asta on kuvattu punaisella, Veera valkoisella, Lahja sinisellä ja Sylvi vihreällä). . . . . . . . 8 2.5 Elenian kommunikaatiojärjestelmä . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 3.1 Tilannekuvamalli dynaamisessa päätöksenteossa (Endsley & Jones 2011) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 3.2 Ryhmän tilannekuva (Endsley & Jones 2011) . . . . . . . . . . . . . . 23 3.3 ABB:n käytöntukijärjestelmän näkymä . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 3.4 Elenian sähkökatkopalvelun näkymä . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 3.5 Elenian sähkökatkopalvelun näkymä tarkennettuna. . . . . . . . . . . 34 3.7 Toimijoiden käyttämät järjestelmät . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 4.1 Kehitetyn tilannekuvajärjestelmän rakenne . . . . . . . . . . . . . . . 44 4.2 Tilannekuvajärjestelmän näkymä . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 4.3 Tilannekuvajärjestelmän tekninen rakenne . . . . . . . . . . . . . . . 48 4.4 Tilannekuvajärjestelmän perusnäkymä . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 4.5 Sairaala . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 4.6 Tukiasema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 4.7 Vanhainkoti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 5.1 Demonstraation näkymä sähkökatkon alussa . . . . . . . . . . . . . . 62 vii 5.2 Demonstraation näkymä häiriön ollessa pahimmillaan . . . . . . . . . 63 5.3 Demonstraation näkymä vektorimuotoisella peittoalueella sähkökatkon alussa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 5.4 Demonstraation näkymä vektorimuotoisella peittoalueella häiriön ollessa pahimmillaan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 5.5 Etäohjattavat erottimet vektorimuotoisessa peittoalue-esityksessä . . 66 5.6 Maasalamatieto kartalla . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 5.7 Maasalamatieto kartalla noin 30 minuuttia ensimmäisen tilanteen jälkeen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 6.1 Live-demonstraation konsepti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 viii TAULUKKOLUETTELO 2.1 Suurhäiriöt Suomessa (Strandén et al. 2014). . . . . . . . . . . . . . . 7 ix LYHENTEET JA MERKINNÄT 2G 3G 4G AMR API CROM DMS DSO ENTSO-E GIS HTTP HTTPS INSPIRE IP JSON MONITORi MVC NC PAS PETO-media PHP PLC REST SCADA SFTP SG SOAP Virve WFS XML YLE Toisen sukupolven matkapuhelinverkko Kolmannen sukupolven matkapuhelinverkko Neljännen sukupolven matkapuhelinverkko Automatic meter reading Application programming interface Control room operations management Distribution management system Distribution system operator European Network of Transmission System Operators for Electricity Geographic information system Hypertext Transfer Protocol Hypertext Transfer Protocol Secure Infrastructure for Spatial Information in the European Community Internet protocol JavaScript Object Notation Viestintäviraston tietoliikenneverkon tilan esityspalvelu Model-View-Controller ER Network Code on Emergency and Restoration Päällystetty avojohto Pelastustoimen mediapalvelu PHP: Hypertext Preprocessor Powerline communication Representation state transfer Supervision control and data acquisition SSH File Transfer Protocol Smart grid Simple Object Access Protocol Viranomaisverkko Web Feature Service Extensible Markup Language Yleisradio 1 1. JOHDANTO Yhteiskunnan riippuvuus sähköstä ja tietoliikenteestä on kasvanut viime vuosina. Erilaisten sähkölaitteiden sekä Internetin käytön yleistyminen on lisännyt riippuvuutta huomattavasti. Älypuhelinten käytön yleistyminen on lisännyt riippuvuutta etenkin matkapuhelinverkoista. 2000-luvun alkupuolen sekä 2010-luvun myrskyt ovat herättäneet keskustelua yhteiskunnan haavoittuvuudesta. Myrskyjen aiheuttamissa suurhäiriöissä ongelmaksi on muodostunut tiedonvälitys eri toimijoiden välillä. Tietoa pitää esimerkiksi välittää useille eri toimijoille, eikä tähän välttämättä ole resursseja. Toimijat eivät välttämättä tiedä, kelle tai miten tieto pitää välittää. Heikko tiedonvälitys hidastaa häiriöstä palautumista. Tässä diplomityössä on kehitetty tietojärjestelmää, jonka tarkoituksena on parantaa tiedonvälitystä eri toimijoiden välillä. Diplomityössä on keskitytty etenkin matkapuhelinverkon tilannekuvan jakamisen ja esittämisen kehittämiseen, sillä toimijoiden tilannetietoisuus matkapuhelinverkon tilasta on heikkoa tällä hetkellä. Diplomityö tehtiin Tampereen teknillisen yliopiston sähkötekniikan laitokselle osana TELE4SG-projektia. Projektin tarkoituksena on kehittää yhteistoimintaa sähköja tietoliikenneoperaattorien välillä. Projektissa mukana olleet osapuolet toimittivat historiatietoa sähkö- ja matkapuhelinverkkojen tilasta. Työssä ja projektissa kehitetyt visualisoinnit sekä demonstraatio hyödynsivät osapuolilta saatuja sähkö- ja matkapuhelinverkon historiatietoja. Diplomityön luvussa 2 käsitellään sähkö- ja matkapuhelinverkkoja ja niiden häiriöitä. Lisäksi käsitellään kuinka suurhäiriöt ovat vaikuttaneet sähkömarkkinalain kehitykseen sekä matkapuhelinverkkojen säädäntöihin. Luvussa 3 käsitellään yleisesti tilannetietoisuuden teoriaa ja miten tilannetietoisuus nykyään muodostuu suurhäiriöiden aikana. Luvussa 4 käsitellään Sähköhuollon suurhäiriöiden riskianalyysi- ja hallintamenetelmien kehittäminen -projektin aikana suunnitellun tilannekuvajärjestelmän suunnitelmaa sekä millaisia haasteita tilannekuvan muodostamisessa suurhäiriötilanteissa on. Lisäksi luvussa käsitellään tilannekuvajärjestelmän teknistä toteutusta. Luvussa 5 käsitellään matkapuhelinverkon tilanteen esitystapoja sekä haasteita matkapuhelinverkon tilannekuvan esittämisessä. Luvussa 6 käsitellään järjestelmän 1. Johdanto jatkokehitystä. 2 3 2. SÄHKÖ- JA MATKAPUHELINVERKOT JA NIIDEN HÄIRIÖT 2.1 Sähkönjakelujärjestelmä ja häiriöt Sähkönjakelujärjestelmän tarkoituksena on siirtää voimalaitoksissa tuotettu energia loppukäyttäjille. Sähkönjakelujärjestelmä koostuu kantaverkosta, alueverkoista sekä jakeluverkoista. Huomattavan suuri osa (15-50 %) sähkön kustannuksista muodostuu sähkön siirrosta. (Lakervi & Partanen 2008) Kuvassa 2.1 on esitetty Suomen sähkövoimajärjestelmän rakenne. Kantaverkolla tarkoitetaan sähkönsiirron runkoverkkoa, johon voimalaitokset ja erittäin suuret sähkön kuluttajat liitetään. Suomessa kantaverkkoa hallinnoi Fingrid Oyj. Kantaverkossa sähkö siirretään suurilla jännitetasoilla pitkien siirtoyhteyksien takia, mikä vähentää siirtohäviöitä. Suomessa kantaverkon jännitetasoja ovat 110 kV, 220 kV sekä 400 kV. Kantaverkko on pyritty rakentamaan niin, että viat kantaverkossa eivät näy loppukäyttäjälle. (Lakervi & Partanen 2008, Fingrid 2015) Alueverkoilla tarkoitetaan siirtoverkkoa, joka siirtää sähköä alueellisesti kantaverkosta jakeluverkkoon sekä suurille kuluttajille. Alueverkossa käytetään tyypillisesti 110 kV jännitetasoa. Voimalaitoksia liitetään kantaverkon lisäksi myös alueverkkoon. (Fingrid 2015) Jakeluverkolla tarkoitetaan 0.4 kV sekä 20 kV sähköverkkoa, jonka avulla sähköä siirretään pienkuluttajille. Jakeluverkko on suurelta osin ilmajohtoverkkoa, mutta verkkoyhtiöt pyrkivät lisäämään maakaapelin osuutta. Asiakkaalle näkyvä sähkönjakelun häiriö tapahtuu lähestulkoon aina jakeluverkossa. (Lakervi & Partanen 2008) Jakeluverkossa hyödynnetään paljon automaatiota, jonka tarkoituksena on helpottaa käyttötoimintaa ja nopeuttaa vioista palautumista. Automaatio mahdollistaa verkon etäohjauksen ja suureiden mittauksen. Automaatiota hyödynnetään sekä sähköasemilla että verkon muissa osissa. Sähköasemilla automaatio mahdollistaa paikallisen tai kaukokäyttöjärjestelmän kautta pääsyoikeuden sähköverkkoon, paikalliset ja automaattiset toiminnot sekä huolehtii tiedonsiirrosta eri laitteiden välillä. 2.1. Sähkönjakelujärjestelmä ja häiriöt Kuva 2.1 4 Sähkövoimajärjestelmän rakenne. Jakeluverkossa hyödynnetään etäohjattavia erottimia ja katkaisijoita, jotka mahdollistavat verkon osittaisen irtikytkennän, jolloin vikojen vaikutusalueet ja -ajat pienenevät. Etäohjattavat laitteet mahdollistavat kytkentämuutosten teon minuuteissa, kun manuaalisesti kytkennässä voi kestää kymmeniä minuutteja. Kommunikaatio eri automaatiolaitteiden välillä tapahtuu eri tiedonsiirtomenetelmiä hyödyntäen. Sähköverkoissa käytetään muun muassa valokuituyhteyksiä ja matkapuhelinverkkoa tiedonsiirtoon. (Elovaara & Haarla 2011, Lakervi & Partanen 2008) 2.1.1 Sähköverkon häiriöt Suuri osa sähkönkuluttajien näkemistä sähkönjakelun häiriöistä johtuvat vioista sähkönjakeluverkossa. Alue- ja siirtoverkot ovat yleensä silmukoitua, jolloin vian sattuessa sähköä kyetään syöttämään asiakkaille toista reittiä, jolloin vika ei pitkity 2.1. Sähkönjakelujärjestelmä ja häiriöt 5 asiakkaan näkökulmasta. Jakeluverkko on yleensä säteittäinen, jolloin vian sattuessa vikaantuneen johtolähdön rele laukaisee kyseisen lähdön. Tällöin kaikki johtolähdön asiakkaat kokevat sähkökatkon. Mikäli varasyöttöyhteyttä ei ole, sähkökatkon pituus määräytyy korjausajan mukaan. Varasyöttöyhteyden avulla sähkökatkon pituutta voidaan lyhentää huomattavasti, sillä vian tapahtuessa vika-alue voidaan irroittaa verkosta ja muuta osaa verkosta voidaan syöttää varasyötön avulla. (Lakervi & Partanen 2008) Etäohjattava verkostoautomaatio mahdollistaa nopeamman vianpaikannuksen ja -erotuksen. Etäohjattavan erottimen avulla ei tarvitse erikseen käydä erottimella ja avata erotinta manuaalisesti. Suomessa suuri osa sähköverkon vioista johtuu luonnonilmiöistä. Alla esitetyssä kuvassa 2.2 on esitetty asiakkaiden keskimääräinen keskeytysaika vuodessa eri alueilla. Kuva 2.2 Keskimääräinen keskeytysaika asiakkaalle vuodessa (Energiateollisuus 2014). Kuvasta huomataan, että kaupunkia lukuunottamatta luonnonilmiöt ovat suurin vikojen aiheuttaja sähköverkoissa. Vuosittaisesti hieman yli 8 tunnin keskeytysajasta asiakasta kohti luonnonilmiöiden osuus on lähes 7 ja puoli tuntia. Kuvasta 2.3 nähdään, mitkä ilmiöt aiheuttavat sähkökatkoja ja kuinka usein suhteessa muihin ilmiöihin. Suuri osa luonnonilmiöiden aiheuttamista vioista on paikallisia ja lyhytkestoisia, jolloin pika- ja aikajälleenkytkennällä vika saadaan poistettua. Pikajälleenkytkennällä tarkoitetaan menetelmää, jossa syöttö palautetaan vikaantuneelle johtolähdölle noin puoli sekuntia johtolähdön laukaisun jälkeen. Aikajälleenkytkennällä 2.1. Sähkönjakelujärjestelmä ja häiriöt 6 tarkoitetaan menetelmää, jossa johtolähdölle palautetaan syöttö noin 2 minuuttia laukaisun jälkeen. Kuva 2.3 Vikojen aiheuttajat (Energiateollisuus 2014). Luonnonilmiöt ovat yleensä myös aiheuttajina suurhäiriöissä, joissa huomattava osa sähköverkosta on sähköttä. Verho et al. (2011) määrittelivät sähkönhuollon suurhäiriön pitkäkestoisena ja/tai laajana sähkökatkona, jonka takia pelastuslaitoksen ja yhden tai useamman muun julkisen toimijan (kuten kunta, poliisi jne.) on tarve ryhtyä verkonhaltijan lisäksi toimenpiteisiin vähentääkseen häiriöstä aiheutuvia vakavia henkilö- ja omaisuusvahinkoja. Suurhäiriöissä ongelmia aiheuttaa sähköttömyyden lisäksi myrskyjen aiheuttamat muut tuhot. Voimakas tuuli voi kaataa myrskyn aikana huomattavan määrän puita, mikä vaikeuttaa korjaustoimenpiteitä. Ukkonen voi aiheuttaa tulipaloja ja laiterikkoja. Suomessa luonnonilmiöiden aiheuttavat sähköverkon häiriöt ja laiterikot kohdistuvat pääasiassa avojohtoihin. Maaseudun sähköistämisen huippuvuosina tärkeintä oli materiaalikustannusten minimointi, jonka takia johtokadut rakennettiin usein keskelle metsää. Lumikuormat ja tuuli painavat puita avojohdoille, mistä aiheutuu sähkökatkoja. Rakentamalla avojohdot tien viereen voidaan jopa puolittaa vikojen määrä. Myös päällystettyjen avojohtojen (PAS) käyttö vähentää vikamääriä. Vaihtamalla avojohdot maakaapeliin kyetään välttämään suuri osa luonnonilmiöiden aiheuttamista vahingoista. Suurhäiriöissä vikamäärät ovat huomattavia, ja niissä maakaapelin käyttövarmuus etenkin korostuu. (Lakervi & Partanen 2008) 2.1. 7 Sähkönjakelujärjestelmä ja häiriöt 2.1.2 Suurhäiriöt Suomessa Suomessa suurhäiriöihin varautumista on kehitetty vuoden 2001 Pyry- ja Janikamyrskyjen jälkeen. Myrskyt aiheuttivat sähkökatkoja huomattavalle määrälle asiakkaita ja pahimmillaan sähkökatkot kestivät viikkoja. Alla olevassa taulukossa 2.1 on esitetty viimeisimpien myrskyjen seurauksia. Taulukko 2.1 Suurhäiriöt Suomessa (Strandén et al. 2014). Suurhäi- Sähköttö- Kuluttajien Sähköverkko- Vakuutusyh- Metsä- riö mien pitkäkestoisim- yhtiöiden tiöiden tuhot kuluttajien mat kokonaiskus- maksamat määrä keskeytykset tannukset korvaukset Yli 5 Yli 10 M euroa - 2001 (Pyry 860 000 ja Janika) 2010 (Asta, Yli 7 Mm3 vuorokautta 480 000 42 vuorokautta 32 M euroa 81,5 M euroa 8.1 Mm3 570 000 Yli 14 71 M euroa 102,5 M euroa 3.5 Mm3 Veera, Lahja ja Sylvi) 2011 (Tapani ja vuorokautta Hannu) Janika- ja Pyry-myrskyt olivat poikkeuksellisia myrskyjä, sillä myrskyjen keskituulennopeudet olivat harvinaisia. Pyryn päivän myrsky aiheutti metsätuhoja huomattavan lumimassan sekä tuulen takia. Pyryn aikana mitattiin 14 m/s18 m/s keskinopeuden myrskytuulia. Janika-myrskyssä mitatut myrskytuulet olivat keskinopeudeltaan 12 m/s18 m/s sisämaassa ja 17 m/s22 m/s järviasemilla. Puuskissa myrskytuulet olivat jopa 1,8 kertaisia keskinopeuteen nähden. (Forstén & Lehtonen 2002) Kesän 2010 Asta-, Veera-, Lahja- ja Sylvi-myrskyt aiheuttivat tuhoja useille eri verkkoyhtiöille. Myrskyjen vaikutusalueet kattoivat kaikkiaan yli 100 000 km2 alueen. Myrskyt tulivat eri ilmansuunnista ja osuivat osittain samoille alueille aiheuttaen enemmän tuhoja. Energiamarkkinaviraston teettämän kyselyn mukaan myrskyt vaikuttivat kyselyyn vastanneista 78 jakeluverkkoyhtiöstä 45 %:n, joka vastaa 38 %:a kaikista jakeluverkkoyhtiöistä. (Energiamarkkinavirasto 2011) Kuvassa 2.4 on esitetty kesän 2010 myrskyjen kulkureitit eri värein. Tapani- ja Hannu-myrskyt aiheuttivat mittavia tuhoja vuoden 2011 joulukuussa. Energiateollisuus ry:n tekemän kyselyn mukaan Tapani- ja Hannu-myrskyt aiheuttivat sähkökatkoja yhteensä noin 570 000 asiakkaalle. Myrskyjen takia verkkoyhtiöt joutuivat maksamaan vakiokorvauksia noin 30 miljoonaa euroa ja myrskyt aiheuttivat noin 31 miljoonan euron vahingot. Metsää myrskyt kaatoivat jopa 120 miljoonan 2.1. Sähkönjakelujärjestelmä ja häiriöt 8 Kesän 2010 myrskyjen kulkureitit (Kuvassa Asta on kuvattu punaisella, Veera valkoisella, Lahja sinisellä ja Sylvi vihreällä). (Energiamarkkinavirasto 2011) Kuva 2.4 euron arvosta. (Energiateollisuus 2012, Taloussanomat 2011) Näiden lisäksi vuonna 2013 Eino, Oskari ja Seija -myrskyt aiheuttivat laajoja sähkökatkoja, joissa asiakkaita oli sähköttä satoja tuhansia. Myrskytuhojen korjaus oli kuitenkin nopeampaa, kuin aikaisemmissa myrskyissä. (Keskisuomalainen 2014) 2.1. Sähkönjakelujärjestelmä ja häiriöt 2.1.3 9 Suurhäiriöt muualla Myös muissa maissa tapahtuneet suurhäiriöt ovat aiheuttaneet mittavia ongelmia, minkä takia suurhäiriöihin varautumiseen ja suurhäiriön aikaiseen toimintaan on kiinnitetty huomiota. Pahimmillaan suurhäiriöt ovat aiheuttaneet kuolonuhreja sekä sähkökatkon takia että korjaustoimenpiteiden aikana. Vuonna 2003 Yhdysvaltoja koetteli yhteensä 9 eri rajumyrskyä. Mittavimmat tappiot aiheutuivat Isabel-hurrikaanista, joka aiheutti arviolta yhteensä 5 miljardin dollarin edestä vahinkoja eri osavaltioissa kiinteistöihin ja muuhun omaisuuteen sekä 17 ihmisen kuoleman välittömästi. Välillisesti myrsky aiheutti useamman kuoleman. Esimerkiksi ilmastoinnin puuttumisen vuoksi sisätiloissa toimivien generaattorien tuottamaa häkää ei kyetty siirtämään ulos, minkä takia useampi ihminen kuoli häkämyrkytykseen. (Evans et al. 2004) Ruotsissa vuoden 2005 tammikuussa tapahtunut Gudrun-talvimyrsky aiheutti mittavaa häiriötä yhteiskunnan toimintaan. Sähköt olivat pahimmillaan poissa yli 730 000 asiakkaalta ja pisimmät katkot kestivät 45 vuorokautta. Myrkyssä kuoli 7 ihmistä ja myrskytuhojen raivauksessa kuoli 11 ja loukkaantui 141 ihmistä.(Verho et al. 2011) Keski-Euroopassa tapahtui vuoden 2006 Marraskuussa noin 15 miljoonaa asiakasta koskenut laaja sähkönjakelun häiriö. Kyseisenä päivänä siirtoverkkoalueen itä- ja länsiosien välillä tehoa siirtyi huomattavasti. Usean korkeajännitelinjan samanaikainen irtikytkentä aiheutti mittavia tehoepätasapainoja alueiden välillä. Läntisellä alueella vakava taajuuden putoaminen aiheutti sähkökatkon asiakkaille. (UTCE 2006) Keski-Euroopan sähkönjakelun häiriön pääsyinä olivat heikko kommunikointi eri siirtoverkkoyhtiöiden välillä sekä se, että N-1 -kriteeri ei täyttynyt, eli siirtoverkko ei kestänyt minkä tahansa yksittäisen verkon komponentin häiriötä. Yksittäinen siirtoverkko-operaattori suoritti kytkentätoimenpiteitä verkossa, mutta ei tiedottanut muita verkkoyhtiöitä riittävän ajoissa, minkä takia ongelmia syntyi. Kommunikointi siirtoverkkoyhtiöiden ja jakeluverkkoyhtiöiden välillä aiheutti myös ongelmia. Jakeluverkkoyhtiö aloitti sähköjen palauttamisen asiakkaille ilman hyvää käsitystä tilanteesta siirtoverkossa, mikä vaikeutti sähköjen palauttamista siirtoverkkoyhtiöiden näkökulmasta. (UTCE 2006) Vuonna 2012 Sandy-hurrikaani aiheutti mittavia ongelmia New Yorkin kaupungissa Yhdysvalloissa. Myrsky aiheutti arviolta 65 miljardin dollarin vahingot. Myrsky aiheutti sähkökatkon jopa 8,5 miljoonalle asiakkaalle. Asiakkaisiin kuului myös huomattavasti yrityksiä ja palveluita, minkä takia sähkökatkot vaikuttivat huomattavas- 2.1. Sähkönjakelujärjestelmä ja häiriöt 10 ti suurempaa määrää ihmisiä. Myrskystä johtunut tulva aiheutti mittavia vahinkoja polttoaineterminaaleihin, mikä hidasti pelastustoimen toimintaa ja aiheutti ongelmia varavoiman kanssa, sillä varavoimalle ei saatu riittävästi polttoainetta, jolloin osa varavoimakoneista seisoi käyttämättömänä. Myrsky aiheutti ongelmia myös tietoliikenteessä ja pahimmillaan jopa 25 % tukiasemista oli poissa käytöstä myrskyn takia. (Hurricane Sandy Rebuilding Task Force 2013) 2.1.4 Suurhäiriöihin varautuminen Suurhäiriöihin varautumiseen on havahduttu tämän ja viime vuosikymmenen suurhäiriöiden takia. Valtioneuvoston periaatepäätöksessä sähköisen infrastruktuurin, kuten tietojärjestelmät, tiedonsiirtoverkot ja sähköverkot, häiriintyminen nostettiin yhdeksi suurimmista uhkamalleista. (Puolustusministeriö 2009) Kesän 2010 myrskyistä huomattiin, että suurhäiriön aikana haasteita ovat: • Vikojen laajuuden arviointi. • Johtoerottimien vähyys. • Vikojen paikallistaminen. • Heikko tiedonkulku. • Tarvike- ja kalustopula • Resurssien optimaalinen ohjaus. Näiden lisäksi kesän 2010 myrskyissä haasteina olivat myös loma-aika, lämpimät olosuhteet sekä se, että useat myrskyt iskivät samoille alueille. Tässä diplomityössä on keskitytty tiedonvaihdon kehittämiseen. Myös muissa suurhäiriöistä huomattiin, että tiedonvälitys eri toimijoiden välillä on haastavaa. Verho et al. (2011) tekemässä kyselyssä sähköverkkoyhtiöt kokivat eri toimijoiden välisen häiriönaikaisen tiedonvaihdon kehittämisen tärkeäksi. Kyselyssä yli 80 % verkonhaltioista oli joko täysin tai jokseenkin samaa mieltä siitä, että on tarpeen kehittää eri toimijoiden välistä häiriönaikaista tiedonvaihtoa. Samalla tiedonvaihto järjestelmien välillä koettiin haasteelliseksi. Samassa kyselyssä arvioitiin myös toimijoiden välisen tiedonvaihdon haasteita. 74 % kyselyyn vastanneista luokitteli tietojärjestelmien yhteensopimattomuuden erittäin suureksi tai suureksi haasteeksi. 2.1. Sähkönjakelujärjestelmä ja häiriöt 11 Erilaisia työryhmiä on perustettu tiedonkulun kehittämiseksi toimijoiden välillä. Esimerkiksi Tapani- ja Hannu-myrskyjen takia eri toimijat perustivat työryhmän selkeyttämään sähköverkkoyhtiöiden, pelastustviranomaisten, hätäkeskusten ja Liikenneviraston yhteistyötä, tiedonvaihtoa ja tilannekuvan muodostamista myrskystä aiheutuneiden raivaustöiden suunnittelussa, johtamisessa ja toteutuksessa sekä muussa yhteistyössä.(Energiateollisuus 2013) Sähköhuollon suurhäiriöiden riskianalyysija hallintamenetelmien kehittäminen -projektissa suunniteltua tilannekuvajärjestelmää on kehitetty tässä diplomityössä. Vuoden 2001 myrskyjen takia sähkömarkkinalakiin lisättiin vuonna 2003 vakiokorvaukset. Laki määrää sähköverkkoyhtiöitä maksamaan vakiokorvauksia asetettujen rajojen ylittävistä sähkökatkoista. Tällöin vakiokorvauksen enimmäismääränä oli korkeintaan 100 % verkkopalvelumaksusta ja korkeintaan 700 euroa. Vuonna 2013 sähkömarkkinalain muuttuessa maksimiprosenttiosuus verkkopalvelumaksusta nostettiin 200 %:n ja maksimikorvaus 2 000 euroon. (Sähkömarkkinalaki 1995, Sähkömarkkinalaki 2013) Vuoden 2013 sähkömarkkinalain muutos vaatii sähköverkkoyhtiötä suunnittelemaan, rakentamaan ja ylläpitävään sähköverkkoa niin, että jakeluverkon vioittuminen myrskyn tai lumikuorman seurauksena ei aiheuta asemakaava-alueella asiakkaille yli 6 tunnin sähkökatkoa ja muualla yli 36 tunnin sähkökatkoa. Vaatimukset astuvat voimaan portaittain. Vuoden 2019 loppuun mennessä vaatimusten tulee toteutua vähintään 50 % asiakkaista vapaa- ajan asuntoja lukuunottamatta, vuoden 2023 loppuun mennessä vaatimusten tulee toteutua vähintään 75 % asiakkaista vapaa-ajan asuntoja lukuunottamatta ja vuoden 2028 loppuun mennessä kaikkien asiakkaiden kohdalla. (Sähkömarkkinalaki 2013) Suuri osa keskeytyksistä tapahtuu avojohdoilla. Tämän takia moni verkkoyhtiö onkin päätynyt toteuttamaan uudet johdot maakaapelina ja vaihtamaan vanhat korjattavat avojohdot maakaapeliin. Esimerkiksi Caruna rakentaa uudet jakeluverkon johtolähdöt maakaapelina ja investoi huomattavia määriä rahaa avojohtojen vaihtamiseen maakaapeliksi. (Taloussanomat 2014) Elenia on Säävarma-projektissaan päättänyt muuttaa koko avojohtoverkkonsa maakaapeliksi. Maakaapeli on huomattavasti avojohtoverkkoa kalliimpaa, mutta toimitusvarmuuden takia se on usein kannattavampaa. Sähkömarkkinalakiin lisättiin myös vaatimus, että jakeluverkonhaltijoiden tulee tiedottaa vioista verkon käyttäjille häiriötilanteissa. Myrskyjen takia sähkömarkkinalakiin lisättiin myös maininta verkonhaltijan yhteistoimintavelvollisuudesta häiriötilanteissa. Sähköverkkoyhtiöiden tulee toimia häiriötilanteissa häiriöiden poistami- 2.2. Tietoliikenneyhteydet 12 seksi ja niiden vaikutusten rajoittamiseksi yhteistyössä muiden sähköverkonhaltijoiden ja toiminta-alueensa pelastusviranomaisten, poliisin, kuntien viranomaisten ja tieviranomaisten sekä muiden yhdyskuntateknisten verkkojen haltijoiden kanssa. Verkonhaltijan on myös osallistuttava häiriötilanteissa toiminta-alueensa liittyvän tilannekuvan muodostamiseen ja toimitettava tilannekuvan muodostamisesta vastaavalle viranomaiselle sitä varten tarvittavat tiedot. (Sähkömarkkinalaki 2013) Laissa ei ole mainintaan, mitä tietoja tilannekuvaa varten tarkalleen tarvitaan. Käytännössä lain vaatima tilannekuvatietojen tarjoaminen on toteutettu esimerkiksi tarjoamalla pelastusviranomaisille rajoitettu pääsyoikeus sähköverkkoyhtiöiden käytöntukijärjestelmään. Myös web-pohjaista häiriöpalvelua käytetään tilannekuvan toimittamiseen. Vain harvat verkkoyhtiöt tarjoavat suoraa pääsyoikeutta käytöntukijärjestelmänäkymään, ja usein käytössä on vain verkkoyhtiöiden tarjoama Internethäiriöpalvelu. Sähköverkkoyhtiöt voivat myös ottaa kuvia esimerkiksi käytöntukijärjestelmästä ja lähettää kuvat toimijoille. (Energiateollisuus 2013) Lakiin lisättiin myös maininta siitä, että jakeluverkon kehittämissuunnitelmassa tulee verkon käyttäjien kohtuullisten tarpeiden mukaisesti kiinnittää huomiota sellaisten sähkönkäyttöpaikkojen sähkönsaannin varmistamiseen, joihin on sijoitettu yhteiskunnan johtamisen tai turvallisuuden, väestön toimeentulon taikka elinkeinoelämän toimintakyvyn varmistamisen kannalta tärkeitä toimintoja ja palveluita. Käytännössä yhteiskunnan kannalta kriittisten kohteiden sähkönsaanti tulee varmistaa. (Sähkömarkkinalaki 2013) ENTSO-E (European Network of Transmission System Operators for Electricity) julkaisi maaliskuussa 2015 EU-lakiehdotuksen siirtoverkkoyhtiöille toimintaohjeeksi vikatilanteissa. Network Code on Emergency and Restoration (NC ER) -lakiehdotuksen 39 artiklassa vaaditaan, että jokaisella EU-alueella olevalla jakeluverkkoyhtiöllä tulee olla vähintään yksi redundantti puheyhteys, jonka varavoimakapasiteetti riittää vähintään 24 tunnin toimintaan, jotta verkon palautussuunnitelma voidaan toteuttaa. Lakiehdotus vaatii jakeluverkkoyhtiöitä myös varmentamaan kriittiset työkalut ja laitteistot vähintään 24 tunniksi sähköjen katketessa. 2.2 Tietoliikenneyhteydet Nyky-yhteiskunnan riippuvuus tietoliikenneyhteyksistä on kasvanut huomattavasti. Matkapuhelinten yleistyminen sekä internetin käytön yleistyminen on lisännyt huomattavasti riippuvuutta tietoliikenneverkkoihin. Monet asiat ovat tietoliikenneyhteyksien varassa, ja niiden katketessa syntyy ongelmia. Esimerkiksi pankkiyhteydet ovat kriittisesti tietoliikenneyhteyksistä riippuvaisia ja häiriön sattuessa esimerkiksi kauppojen maksuliikenteen välittäminen vaikeutuu huomattavasti. Sähköverkon 2.2. Tietoliikenneyhteydet 13 viasta johtuva tietoliikennehäiriö voi aiheuttaa ongelmia maksuliikenteessä, etenkin suurhäiriötilanteessa. Yleisimmin sähköverkon viasta johtuva tietoliikennehäiriö kuitenkin aiheuttaa pääasiassa ongelmia matkapuhelinten ja muiden matkapuhelinverkkoa hyödyntävien laitteiden käytössä. (Turvallisuuskomitea 2015) Tietoliikenneyhteydet ovat tärkeä osa nyky-yhteiskuntaa, minkä takia yhteydet on suojattu sähkönjakelun häiriöiltä akuilla sekä varavoimalla. Sähkökatkon aikana yhteyksien pitäisi kestää vähintään 3 tuntia sähkökatkon alettua. Perusverkosto on sama lanka- ja matkapuhelinverkolla, joten eri verkkojen toimintavarmuuksissa ei periaatteessa ole eroja. (Turvallisuuskomitea 2015) Tietoliikenneverkkojen osat on jaettu viiteen eri luokkaan kriittisyyden mukaan. Ensimmäisen luokan osat palvelevat suurimpia liikennemääriä tai vähintään 60 000 km2 aluetta. Ensimmäisen luokan laitteet tulee turvata vähintään kolmen tunnin kapasiteetin akulla sekä kiinteällä varavoimalaitteella. Kiinteän varavoimalaitteen lisäksi varavoimalaitteella tarvitaan myös varmistus, joka voi olla joko toinen kiinteä varavoimalaitos, käytettävissä oleva siirrettävä varavoimalaitos liitäntämahdollisuuksineen tai akkukapasiteetin pidentäminen vähintään kuuteen tuntiin. Ensimmäisen luokan laitteiden varavoimalle tulee myös varata vähintään viikon ajalle polttoainetta. (Viestintävirasto 2014a, Turvallisuuskomitea 2015) Toisen luokan laitteilla olevan akkuvarmennuksen tulee kestää vähintään kuusi tuntia. Akkuvarmennuksen lisäksi laitteilla tulee olla kiinteä varavoimalaitos tai käytettävissä oleva siirrettävä varavoimalaitos liitäntämahdollisuuksineen. (Viestintävirasto 2014a) Kolmannen luokan laitteilla akkukapasiteetin tulee olla vähintään 12 tuntia, neljännen luokan laitteissa vähintään kuusi ja viidennen luokan laitteissa vähintään kolme ja kaikilla laitteilla tulee olla varavoimalaitoksen liitäntämahdollisuus. (Viestintävirasto 2014a) Suuri osa käyttäjistä käyttää 45 luokan tukiasemia, lankapuhelinverkon keskittimiä tai laajakaistakeskittimiä, joiden arvioidaan kestävän sähkökatkon aikana noin 26 tuntia. Kaikki tukiasemat eivät kuitenkaan putoa heti, jolloin on mahdollista etenkin taajamissa, että yhteys ei katkea, vaikka useampi tukiasema putoaa käytöstä. Maaseudulla sekä vesistöjen ja maarajojen lähellä yhden tukiaseman putoaminen voi kuitenkin aiheuttaa yhteyden katkeamisen. (Turvallisuuskomitea 2015) Viranomaisten käyttämä viranomaisverkko Virve on kuluttajilta suljettu mobiiliverkko, jonka tarkoituksena on mahdollistaa viranomaisten kommunikointi myös häiriötilanteissa. Virven tukiasemat ovat samoissa tiloissa kaupallisten tukiasemien 2.3. Sähkö- ja matkapuhelinverkkojen keskinäisriippuvuus 14 kanssa, mutta akkuvarmennus on suuressa osaa Virven tukiasemista kaupallisia parempi, yleensä noin 6 tuntia. Virven tukiasemia voidaan pitää toiminnassa myös varavoimakoneilla ja verkko on suunniteltu niin, että autopuhelimena käytettynä yhteyden saa aina myös sähkökatkon aikana. Autopuhelimessa olevan paremman antennin avulla on mahdollista saada yhteys myös kauempana olevaan tukiasemaan. (Turvallisuuskomitea 2015) 2.3 Sähkö- ja matkapuhelinverkkojen keskinäisriippuvuus Sähköverkot ulottuvat maantieteellisesti laajalle alueelle, joten verkkojen manuaalinen valvonta ja käyttö on hidasta. Tämän takia sähköverkon valvonnassa ja käytössä on hyödynnetty aivan alkuvaiheita lukuunottamatta kaukomittausta ja -ohjausta sekä paikallisautomaatiota. Sähköverkko ei tarvitse perustoimintaan tietoliikenneverkkoja, mutta verkostoautomaation hyödyntämisen takia sähköverkot ovat riippuvaisia tietoliikenteestä. Alussa sähköverkoissa automaatiota ja etäohjausta hyödynnettiin vain kriittisimmissä osissa, kuten sähköasemilla. 1990-luvulla myös etäohjattavien erottimien käyttö yleistyi. Myöhemmin myös etäohjattavien pylväskatkaisijoiden käyttö on lisääntynyt. Nykyään myös etäluettavia sähkömittareita (Automatic meter reading (AMR)) hyödynnetään verkostoautomaatiossa. Verkostoautomaation lisäksi myös käytönvalvomon ja korjausryhmien välinen kommunikaatio vaatii tietoliikenneyhteyden. Korjausryhmät tarvitsevat aina luvan toimenpiteisiin verkossa, jonka takia on tärkeää, että korjausryhmät voivat kommunikoida valvomon kanssa helposti. (Elovaara & Haarla 2011, Löf et al. 2011) Sähköverkon tietoliikenneyhteyksissä käytettiin pitkään omia tietoliikenneverkkoja laitteiden väliseen kommunikointiin, sillä verkkoyhtiöiden vaatimukset tietoliikenneverkoille ovat haastavat. Tietoliikenneverkkojen tulee esimerkiksi pysyä toimintakunnossa myös sähkökatkojen aikana, niiden tietoturvan pitää olla riittävä ja verkkoyhtiöt tarvitsevat etusijan viestien siirrossa. Alussa sähköverkoissa käytettiin paljon langallisia kahden pisteen välisiä järjestelmiä, jossa jokaisen laiteparin välille vedettiin oma kaapelipari. Laitemäärien kasvaessa tämä tarkoitti huomattavaa määrää kaapelipareja. Tiedonsiirtotekniikan kehittyessä rinnakkaisten johdinparien lukumäärä pieneni. Radiotekniikan kehittyessä myös radiolinkkejä hyödynnettiin tiedonsiirtoon laitteiden välillä. Myös radiopuhelimia on käytetty kommunikointiin. Myös valokuituyhteyksiä laitteiden välillä on käytetty jo pitkään. Omat tietoliikenneverkot ovat kuitenkin huomattavan kalliita ylläpitää. Lisäksi tietoliikenneverkkojen ylläpito ei ole sähköverkkoyhtiöiden ydintoimintaa. Tietoliikennemäärien kasvaessa verkkoyhtiöt ovat alkaneet etsiä kustannustehokkaampia langattomia kommunikointimenetelmiä etäohjauksen ja kommunikoinnin mahdollistamiseksi. Nykyään 2.3. Sähkö- ja matkapuhelinverkkojen keskinäisriippuvuus 15 sähköverkoissa käytetään huomattavasti enemmän kaupallisia tietoliikenneyhteyksiä hyväksi. Kaupalliset matkapuhelinverkot tarjoavat usein riittävän kattavan peittoalueen huomattavasti omia verkkoja halvemmalla. Verkkojen tiedonsiirtokapasiteetit ovat usein myös omia verkkoja suurempia. Matkapuhelimet ovat korvanneet myös radiopuhelimet kommunikoinnissa. (Elovaara & Haarla 2011, Nordell 2008) Kaupalliset matkapuhelinverkot ovat hyvin riippuvaisia sähköverkosta. Sekä tukiasemat että muut matkapuhelinverkkojen laitteet tarvitsevat sähköä toimiakseen. Viestintävirasto on määritellyt tietoliikenneverkkojen laitteille minimiakkukestot, mutta viankorjauksen aloittaminen voi olla mahdollista vasta useita tunteja vian alkua myöhemmin. Tällöin on mahdollista, että akut on käytetty loppuun. On myös mahdollista, että viankorjaus voidaan aloittaa välittömästi, mutta korjaus kestää pitkään, jolloin tukiasemien akkukapasiteetit loppuvat kesken. (Viestintävirasto 2014b, Energiamarkkinavirasto 2011) Matkapuhelinverkot on yleensä suunniteltu niin, että tukiasemien peittoalueet ovat osittain päällekkäisiä, jotta matkapuhelinverkko toimii tilanteessa, jossa osa tukiasemista on alhaalla. Horsmanheimo et al. (2013) tutkivat sähkö- ja matkapuhelinverkkojen keskinäisriippuvuutta ja huomasivat, että sekä esikaupunkialueella että maaseudulla 2G- ja 3G-verkot sietävät yksittäisen johtolähdön tai sähköaseman vian, mikäli vika-alue on pienempi kuin keskimääräinen tukiaseman kantaman säde. Tutkimuksessa tukiaseman keskimääräisen kantaman säteeksi määritettiin 15 km 2G-verkoilla ja 7 km 3G-verkoilla. Tukiasemien peittoalueeseen syntyi aukkoja vikaalueen kasvaessa yli edellä mainittujen säteiden. Ongelma-alueiksi huomattiin etenkin järven- ja merenrannat sekä valtion rajojen lähellä sijaitsevat alueet, sillä kyseisillä alueilla yksittäinen tukiasema on yleensä ainoa tukiasema, eikä peittoalueiden päällekkäisyyttä ole. Tällöin vikatilanteessa tietoliikenneyhteydet katkesivat välittömästi tukiaseman akun loputtua. Tutkimuksessa huomattiin, että varmistamalla sähkönsyöttö kriittisimmille tukiasemille, tietoliikenneverkon sietokyky häiriöille kasvoi huomattavasti ja täten vaikutti huomattavasti raivaus- ja korjaustöihin sekä sähköverkon etäohjattaviin laitteisiin. Etäohjattavia laitteita käytetään paljon keskijänniteverkossa. Etäohjattavat erottimet avulla voidaan lyhentää asiakkaalle vioista aiheutuvan keskeytyksen kestoa. Manuaalisesti käytettävien erottimien kytkentäaika on usein kymmeniä minuutteja riippuen korjausryhmän valmiudesta ja sijainnista. Etäohjattavat erottimet voidaan kytkeä minuuteissa. Etäohjattavien erottimien avulla vianpaikannukseen, vian erotukseen sekä varayhteyksien kytkemiseen kuluva aika pienenee huomattavasti. (Lakervi & Partanen 2008) 2.3. Sähkö- ja matkapuhelinverkkojen keskinäisriippuvuus 16 Etäohjattava sähkönjakeluautomaatio on erittäin riippuvainen tietoliikenneyhteyksistä. Automaation hyödyntäminen sähkökatkon aikana vaikeutuu katkon pidentyessä huomattavasti tukiasemien pudotessa käytöstä. Sähköverkon automaatiolaitteet kommunikoivat tietoliikenneyhteksien yli, mikä ei onnistu yhteyksien ollessa poikki. Etenkin langattomat yhteydet ovat erityisen herkkiä sähkönjakelun häiriöille. Nykyään etäohjausyhteydet on toteutettu usein langattomilla kaupallisilla yhteyksillä, kuten 2G-, 3G- ja 4G- tai satelliittiyhteyksillä. (Hälvä 2013) Nykyään etäohjattavia laitteita on paljon myös pienjänniteverkossa AMR-mittareiden yleistymisen takia. Suomessa suurimmassa osassa sähköliittymistä on AMR-mittarit. AMR-mittarit mahdollistavat pienjänniteverkon suureiden mittauksen sekä vianhavainnoinnin. AMR-mittareiden päätarkoitus on energiamittaus, mutta AMR-mittareiden käyttöönotto on mahdollistanut pienjänniteverkon hallinnan verkkoyhtiön toimesta. AMR-mittarit kykenevät myös havaitsemaan vikoja, joita keskijänniteverkosta ei voida havaita, kuten pienjänniteverkon sulakkeen palon. Mittarit kykenevät havaitsemaan myös vaihevikoja ja jänniteongelmia, kuten nollajohdon katkeamisen. Vianhavainnoinnin ansiosta AMR-mittareita voidaan hyödyntää myös viankorjauksessa. Joissain verkkoyhtiöissä AMR-mittareita käytetään pienjänniteverkon testaukseen keskijänniteverkon viankorjauksen jälkeen. Näin voidaan varmistaa, että pienjänniteverkko on kunnossa ennen alueelta poistumista. Tällöin korjausryhmillä ei kulu turhaan aikaa siirtymisiin. (Löf et al. 2011) AMR-mittarit hyödyntävät usein matkapuhelinverkkoa tai sähköverkkoa (Powerline communication (PLC)) tiedon välittämiseen. Tämän takia myös AMR-mittarit ovat useimmiten riippuvaisia matkapuhelinverkosta. PLC:n perustuvat tietoliikenneyhteydet käyttävät usein matkapuhelinverkkoa keskitettyyn tiedonsiirtoon, joten myös kyseiset laitteet ovat riippuvaisia matkapuhelinverkosta. (Löf et al. 2011) Kuvassa 2.5 on esitetty esimerkkinä Elenian automaatiolaitteiden kommunikaatiojärjestelmä. Eleialla kommunikointi käyttökeskuksen ja sähköasemien välillä on toteutettu 3G-yhteydellä. 3G-yhteys on toteutettu käyttäen kahden eri operaattorin liittymiä käyttövarmuuden parantamiseksi. Kahden operaattorin liittymien käyttäminen ei usein kuitenkaan paranna luotettavuutta huomattavasti. Usein operaattorien tukiasemat ovat samassa mastossa, jolloin on todennäköistä, että eri operaattorien tukiasemien sähkönsyöttö loppuu samanaikaisesti. Kahden operaattorin käyttäminen mahdollistaa kuitenkin paremmin yhteyden käytön tilanteissa, joissa molemmat yhteydet ovat ylhäällä. Ohjausyhteys sähköasemaan on kriittinen verkon näkökulmasta, jonka takia se on varmistettu myös satelliittiyhteydellä. Tällöin laajakaan sähkökatko ei aiheuta ongelmia kommunikoinnin kanssa sähköasemien ja käyttökeskuksen välillä. Yhteys etäohjattaviin erottimiin on toteutettu yksittäisellä GPRS- 2.3. Sähkö- ja matkapuhelinverkkojen keskinäisriippuvuus 17 yhteydellä, jota ei ole varmistettu muilla tavoin. Myös yhteys AMR-mittareihin on toteutettu GPRS-yhteydellä eikä varayhteyttä ole. Kuva 2.5 Elenian kommunikaatiojärjestelmä (Hälvä 2013) Sähköverkon raivauksen ja viankorjauksen yhteydessä käytönvalvomon ja korjausryhmien tulee kommunikoida toimenpiteistä. Kommunikointi tapahtuu usein matkapuhelimitse. Korjausryhmille pitää ilmoittaa mitä tulee tehdä. Ilmoittaminen vaikeutuu matkapuhelinverkon häiriöissä. Korjausryhmien tulee myös saada toimenpiteisiin lupa. Jos ryhmä menee esimerkiksi häiriöalueelle korjaamaan vikaa ja huomaavat, että myös toisen vian voisi korjata, ei kyseistä vikaa voida korjata ilman lupaa. Myös toimenpiteen jälkeen yhteys valvomoon tulee saada jatko-ohjeita varten. Tällöin korjausryhmän tulee löytää lähin alue, jossa matkapuhelinta voi käyttää. Pienempien sähkönjakelun häiriöiden aikana on mahdollista, että korjausryhmän jäsenet asuvat ja työskentelevät usein kyseisellä alueella, jolloin tietämys alueen peittoalueista voi olla parempi, mutta isommissa sähkökatkoissa korjausryhmiä tulee myös muilta paikkakunnilta. Matkapuhelinverkkoa tarvitaan myös erilaisten kehittyneempien sovellusten hyödyntämiseen. Esimerkiksi mobiili käytöntukijärjestelmänäkymä on käytössä joillain verkkoyhtiöillä. Sovelluksesta korjausryhmät näkevät suoraan käytöntukijärjestel- 2.3. Sähkö- ja matkapuhelinverkkojen keskinäisriippuvuus 18 män näkymän. Sovelluksen avulla korjausryhmien käsitys sähkökatkotilanteesta paranee. (Pylkkänen 2015) Käytöntukijärjestelmänäkymää voidaan hyödyntää toimivan tukiaseman löytämiseksi. Sähköverkon tila ei kuitenkaan suoraan määrää matkapuhelinverkon tilaa, ja on mahdollista, että alueella, jossa sähköverkko on kunnossa, on tukiasemat alhaalla esimerkiksi ukkosen takia. Toisaalta tukiasemat toimivat jonkin aikaa myös akuilla, jolloin sähkökatko ei tarkoita, että tukiasemat eivät toimisi. Ongelmia voi olla myös muiden tietoliikenneverkon laitteiden kanssa, jolloin tukiasemat saavat sähköä, mutta esimerkiksi linkkiyhteydet ovat poikki, jolloin tieto ei kulje. Tilanteessa voidaan myös käyttää radioyhteyksiä, mutta radioyhteyksiin tarvittavia laitteistoja ei välttämättä ole niiden vaatiman suuren tehon takia. Etäisyyksien kasvaessa radiopuhelimen vaatima lähetysteho kasvaa. Satelliittiyhteyden käyttö on mahdollista, mutta yhteyttä varten tarvittavat laitteet ovat kuitenkin normaaleja matkapuhelimia kalliimpia ja operaattorikohtaisia, jolloin satelliittiyhteydentarjoajan vaihtaminen tarkoittaa myös koko laitteiston uusimista. Satelliittiyhteydet ovat myös huomattavasti 3G-yhteyttä hitaampia. Satelliittiyhteyteen vaihtaminen estää usein esimerkiksi häiriötallenteiden siirron verkkoyhtiölle. Verkkoyhtiö saa tällöin kriittisen tiedon, mutta häiriötallenteiden hyödyntäminen ei ole mahdollista. (Elenia 2015, Tobias 2013) 19 3. TILANNETIETOISUUS Sähkönjakelun häiriön aikana on tärkeää, että toimijoilla on kattava tilannekuva tilanteesta, jotta palatustoimenpiteet saadaan suoritettua oikeassa järjestyksessä ja mahdollisimman tehokkaasti. Tilannetietoisuuden teoriaa on tutkittu etenkin ilmailualalla jo vuosikymmeniä ja tutkimustuloksia kannattaa hyödyntää myös sähköverkon tilannekuvaa kehittäessä. 3.1 Tilannetietoisuuden teoria Tilannetietoisuus tarkoittaa tietoisuutta siitä, mitä ympärillä tapahtuu sekä ymmärryksestä, mitä kyseinen tieto merkitsee nyt ja tulevaisuudessa. Endsley (Endsley & Jones 2011) määrittelee tilannekuvan asioiden havainnointina tiettynä aikana tietyssä paikassa, tämän tiedon ymmärtämisenä sekä tiedon vaikutusten projisointina lähitulevaisuuteen. Ainoastaan tieto, joka on olennaista suoritettavalle tehtävälle, on tärkeää tilannekuvalle. Tilannekuva voidaan jakaa kolmeen osaan: • Taso 1-Ympäristön asioiden havainnointi • Taso 2-Nykyisen tilanteen ymmärtäminen • Taso 3-Tulevaisuuden projisointi Kattava tilannekuva rakentuu näistä kolmesta osasta. (Endsley & Jones 2011) 3.1.1 Taso 1-Ympäristön havainnointi Tärkeä osa tilannekuvan luomista on havainnoida ympärillä olevien olennaisten asioiden tilaa, ominaisuuksia sekä dynamiikkaa. Tilannetietoisuuden vaatimukset vaihtelevat kohdealueittain huomattavasti. Lentokoneen ohjaajan tulee havaita lennon aikana itselleen olennaisia asioita, kuten muiden lentokoneiden sijainti, maan 3.1. Tilannetietoisuuden teoria 20 pinnan sijainti, järjestelmän nykytila ja varoitusvalot sekä näihin liittyvät olennaiset ominaisuudet. (Endsley & Jones 2011) Suuri osa ensimmäisen tason tilannekuvasta syntyy yksilön ympäristön havainnoinnista, kuten autolla ajaessa ikkunasta ulos katsoessa ja auton synnyttämästä tärinästä. Myös kommunikointi muiden tietolähteiden kanssa edistää tilannekuvaa. Muihin tietolähteisiin luottaminen ja itse tietoon luottaminen muodostavat kriittisen osan ensimmäisen tason tilannekuvasta useimmissa tapauksissa. (Endsley & Jones 2011) Esimerkiksi mikäli operaattori luottaa tietoon tarkistamatta lähdettä ja tilannetieto on virheellistä, saattaa operaattori suorittaa virheellisiä toimenpiteitä sen perusteella. Mikäli operaattori epäilee lähteen luotettavuutta, on mahdollista, että operaattorin toimenpiteet viivästyvät epäilyksen takia. Operaattori voi myös toimia väärin epäillessa lähteen luotettavuutta. Monilla alueilla kaiken tarvittavan ensimmäisen tason tilannetiedon saaminen voi olla erittäin haastavaa. (Endsley & Jones 2011) Suurhäiriötilanteessa sähköverkkoyhtiöllä on käyttökeskuksessa kaikki työasemat käytössä ja tilassa voi olla operaattorien lisäksi monia muita toimijoita, kuten operaatiovastaava, toimitusjohtaja, poliisin tai pelastustoimen edustaja, tiedotusvastaava ja median edustajia. Tällöin melun taso voi tilanteessa nousta häiritsevän korkeaksi, jolloin kriittinen tieto voi jäädä huomaamatta. Operaattorien tulee myös keskustella puhelimen välityksellä korjausryhmien kanssa ja samaan aikaan keskustella vika-alueiden vastuukysymyksistä muiden operaattorien kanssa. (Manninen 2014) Suurin osa tilannetietoisuuteen liittyvistä ongelmista syntyy ongelmista ensimmäisen tason tilannetietoisuuden yhteydessä. Endsley (1996) tekemässä tutkimuksessa noin kolme neljäsosaa tilannekuvavirheistä lentokoneiden kapteeneilla johtui siitä, että tarvittavaa tietoa ei havaittu. Noin kaksi viidesosaa virheistä johtui siitä, että tarvittavaa tietoa ei ollut näkyvillä tai tieto oli epäselvää. Noin yksi viidesosa virheistä johtui siitä, että informaatio oli näkyvillä, mutta tieto unohtui. Noin kolmasosassa virheistä tieto oli näkyvillä, mutta olennaista tietoa ei havaittu, mikä saattoi johtua ulkoisista häiriöistä, kuten puhelusta tai muista kuin työaiheisista keskusteluista. Useimmiten tietoa ei kuitenkaan havaittu, sillä muut työtehtävät vaativat keskittymistä. Jossain tapauksissa tieto jäi saamatta, sillä tarvittava ikkuna tai näyttö ei ollut esillä. (Endsley & Jones 2011) 3.1.2 Taso 2-Nykyisen tilanteen ymmärtäminen Hyvän tilannetietoisuuden saavuttamiseen tarvitaan pelkän havainnoinnin lisäksi ymmärrystä siitä, mitä tieto ja havainnoidut vihjeet tarkoittavat suhteessa tehtävän 3.1. Tilannetietoisuuden teoria 21 kannalta olennaisiin tavoitteisiin ja tehtäviin. Ymmärrys perustuu eri ensimmäisen tason havaintojen yhdistämiseen sekä havainnoista luodun tiedon yhdistämiseen omiin tavoitteisiin. Ymmärtäminen sisältää eri tietolähteiden tiedon yhdistämistä ja yhdistetyn tiedon priorisointia tiedon tärkeyden ja merkityksen mukaisesti suhteessa tavoitteeseen. Hyvä analogia toisen tason tilannetietoisuudesta on luetun ymmärtäminen suhteessa ainoastaan sanojen lukuun. Aloittelija voi kyetä vastaanottamaan kaiken ensimmäisen tason tilannekuvatiedon, mutta voi epäonnistua tiedon yhdistämisessä omaan tavoitteeseen. (Endsley & Jones 2011) Sähköverkon vikatilanteessa ensimmäisen tason tilannetietoisuuden omaava henkilö ymmärtää, että verkkoyhtiön alueella on useampi johtolähtö sähköttä, mutta ei ymmärrä, mistä tämä voisi mahdollisesti johtua. Endsleyn tutkimuksissa (Endsley & Jones 2011) Noin 19 % tilannekuvavirheistä ilmailualalla johtui virheistä toisen tason tilannetietoisuudessa. Näissä tilanteissa toimija havaitsi tarvittavan tiedon, mutta epäonnistui tiedon ymmärtämisessä. 3.1.3 Taso 3-Nykytilanteen projisointi tulevaisuuteen Kolmannen tason tilannetietoisuus saavutetaan, kun henkilöllä on hyvä ymmärrys nykyisestä tilanteesta (toisen tason tilannetietoisuus) ja käytettävän järjestelmän toiminnoista sekä dynamiikasta. Kolmannen tason tilannekuva vaatii erittäin hyvää käsitystä aihealueesta ja voi olla erittäin vaativaa. Jatkuvasti eteenpäin projisoimalla on mahdollista luoda kokoelma strategioita ja vastauksia tapahtumiin, jolloin toimija voi ennakoida tulevia tapahtumia ja välttää epämiellyttävät tilanteet. Tämä mahdollistaa myös erittäin nopean reagoinnin tapahtumiin. (Endsley & Jones 2011) Esimerkiksi sähköverkon tilanteessa kokenut operaattori osaa ennustaa sääennusteiden perusteella, vaikuttaako kova tuuli todennäköisesti kuinka laajasti sähköverkon toimintaan. Tämän perusteella operaattori voi päätellä, paljonko työvoimaa tullaan seuraavien tuntien aikana tarvitsemaan. Kokenut operaattori ymmärtää myös, mitä eri paikoissa verkkoa tapahtuvat viat aiheuttavat koko verkolle. Tulevaisuuden projisointi voi epäonnistua eri syistä. Syynä voi olla liian suuri määrä ajateltavia asioita, liian huono ymmärrys aihealueesta tai nykyisten trendien ali- tai yliprojisointi. Ajan havainnointi on tärkeässä roolissa tilannekuvan muodostamisessa. Usein kriittinen osa tilannekuvan muodostamisessa on ymmärtää, paljonko aikaa jonkin toiminnon tekemiseen tai johonkin tapahtumaan on. Myös reaaliaikatilanteiden dynaamisuus on myös tärkeä näkökulma tilannekuvan muodostamisessa. Tiedon muuttumisen nopeuden ymmärtäminen mahdollistaa tulevaisuuden tilannekuvan projisoinnin. 3.1. Tilannetietoisuuden teoria 22 Tilannekuva muuttuu jatkuvasti, joten henkilön tilannekuvan pitää myös muuttua jatkuvasti tai siitä tulee epätarkka. (Endsley & Jones 2011) 3.1.4 Tilannekuvamalli päätöksenteossa Endsley & Jones (2011) kehittämässä dynaamisen päätöksenteon tilannekuvamallinssa päätöksentekoon vaikuttavat tekijät voidaan jakaan tehtävä- ja järjestelmätekijöihin sekä yksilön vaikuttaviin tekijöihin. Kuvassa 3.1 on esitetty tilannekuvamallin kaavio. Kuva 3.1 Tilannekuvamalli dynaamisessa päätöksenteossa (Endsley & Jones 2011) Tehtävä- ja järjestelmätekijöillä tarkoitetaan tekijöitä, jotka riippuvat nykyisestä tehtävästä sekä järjestelmän nykytilasta. Tärkeä osa tehtävä- ja järjestelmätekijöitä on tilannekuva. Operaattorin kyseisen hetken tilannekuva vaikuttaa suoraan operaattorin päätöksentekoon ja sitä kautta toimenpiteisiin. Toimenpiteet muokkaavat ympäristöä, jonka takia myös tilannekuva voi muuttua. Tilannekuvaan, päätöksentekoon sekä toimenpiteiden suorittamiseen vaikuttaa myös ulkoisia tekijöitä, kuten 3.1. Tilannetietoisuuden teoria 23 kuinka kehittynyt järjestelmä on, kuinka stressaantunut operaattori on, kuinka monimutkainen järjestelmä on sekä kuinka paljon järjestelmässä on automaatiota. Esimerkiksi operaattorin stressaantuneisuus saattaa heikentää toimenpiteiden suoritusta, jolloin ne viivästyvät tai suoritetaan huonommin. Myös operaattorin yksilölliset ominaisuudet sekä tehtävät vaikuttavat tilannekuvaan sekä päätöksentekoon. Operaattorin omat odotukset tilanteesta ja sen etenemisestä muokkaavat operaattorin tilannekuvaa ja vaikuttavat operaattorin päätöksentekoon. Operaattorin tiedon käsittelytapa ja muistikapasiteetti vaikuttavat suoritukseen. (Endsley & Jones 2011) 3.1.5 Jaettu tilannetietoisuus Monissa järjestelmissä henkilöt eivät toimi yksilöinä vaan osana ryhmää. Salas et al. (1992) määrittelevät ryhmän joukkona, jotka toimivat keskenään dynaamisesti, toisistaan riippuen ja muuntautuen kohti yhteistä tavoitetta. Ryhmän henkilöillä on oma rooli ja tehtävänsä suoritettavana. Oma rooli määrittelee omat tilannekuvavaatimukset ryhmän jäsenelle. Myös roolien keskinäinen riippuvuus on olennaista määritettäessä, mistä ryhmän yhteinen tilannekuva muodostuu. Keskinäinen riippuvuus merkitsee myös jonkin asteen päällekkäisyyttä ryhmän eri jäsenten tilannetietoisuuden vaatimuksissa. Kuvassa 3.2 on esitetty ryhmän tilannekuvan muodostuminen. Jokaisella ryhmän jäsenellä on oma tilannekuva, josta koko ryhmän tilannekuva koostuu. Kuva 3.2 Ryhmän tilannekuva (Endsley & Jones 2011) Esimerkiksi sähköverkon häiriötilanteessa on olennaista, että sähköverkkoyhtiö sekä kunnan viranomaiset tietävät, että kriittisen asiakkaan kuten kotihoitopotilaan sähkön saanti on keskeytynyt, mutta vain verkkoyhtiön tulee tietää, miten sähköt voidaan palauttaa asiakkaalle nopeasti. Kunnan viranomaisten tulee sen sijaan tietää, 3.1. Tilannetietoisuuden teoria 24 minkä takia asiakas on kriittinen, jotta sähkökatkon pidentyessä tarvittavat toimenpiteet kriittisen asiakkaan selviämiseksi voidaan tehdä. Verkkoyhtiön on hyvä tietää kriittisistä asiakkaista, jotta korjaustoimenpiteitä voidaan kohdistaa paremmin. Endsley (Endsley & Jones 2011) määrittelee ryhmän tilannetietoisuuden tasona, jonka jokainen ryhmän jäsen saavuttaa oman työtehtävän vaatimissa asioissa. Ryhmän tilannetietoisuus ei kuitenkaan ole yksittäisessä paikassa, vaan koostuu ryhmän jäsenten tietoisuudesta. Mikäli yhdelläkin ryhmän jäsenellä on huono tilannetietoisuus, on mahdollista, että se johtaa kriittiseen virheeseen suoriutumisessa ja heikentää koko ryhmän suoriutumista. Sähköverkon häiriön tapauksessa tämä tarkoittaa esimerkiksi tilannetta, jossa sähköverkkoyhtiö ei ole tietoinen kohteen kriittisyydestä, eikä priorisoi korjaustoimenpiteitä niin, että sähköt saadaan palautettua kriittiseen kohteeseen nopeasti. (Aalto 2015) Jokaisen ryhmän jäsenen tulee ylläpitää korkeaa tilannetietoisuuden tasoa asioissa, jotka ovat olennaisia omassa tehtävässä. Ei ole riittävää, että jokin ryhmän jäsen on tietoinen tietystä tiedosta, jos kyseistä tietoa tarvitseva toimija ei ole tiedosta tietoinen. Esimerkiksi eräs ilmailuonnettomuus johtui siitä, että moottoripalon yhdeydessä lentäjä sammutti väärän moottorin. Sekä lentoemännät että matkustajat olivat tietoisia, kummassa moottorissa oli vika, mutta tieto ei välittynyt lentäjälle asti (Endsley & Jones 2011) 3.1.6 Tilannekuvaa varten suunnittelu Endsley & Jones (2011) luettelee periaatteita tilannekuvatiedon järjestelyä varten. Endsleyn periaatteiden mukaan tieto tulisi järjestellä tavoitteiden perusteella. Tällöin tieto esitetään niin, että se tukee tavoitteiden saavuttamista. Tiettyyn tavoitteeseen liittyvät tiedot on ryhmitelty selkästi ja tieto on esitetty sellaisessa muodossa, että se vastaa suoraan tehtävään liittyviin päätöksiin, eikä tietoa esitetä esimerkiksi teknologiaorientoidusta niin, että näytetään vain esimerkiksi mittarien antamat tiedot. Sähköverkossa tämä tarkoittaa esimerkiksi sitä, että näytetään verkon eri komponenttien tila kartalla, jolloin käyttäjä kykenee päättelemään, miten tietyn muuntajan vika voidaan kytkeä irti verkosta mahdollisimman pienin vaikutuksin. Mikäli esitetään vain lista viallisista muuntajista, on tilannetta vaikeampi hahmottaa. Endsley & Jones (2011) mukaan myös yleistilannetietoisuus pitää ottaa huomioon käyttöliittymää suunnitellessa. Yleistilannetietoisuudella tarkoitetaan käsitystä koko tilanteesta eikä vain yhdestä osa-alueesta. Ongelmaksi tilannekuvajärjestelmissä muodostuu usein se, että operaattori keskittyy vain tiedon alijoukkoon, jolloin tärkeä tieto voi jäädä huomaamatta. Ikkunoiden ja valikoiden liiallinen käyttö aiheut- 3.1. Tilannetietoisuuden teoria 25 taa usein ongelmia yleistilannekuvan muodostamisessa, sillä valikointi piilottaa tietoa operaattoreilta. Endsleyn mukaan korkean tason näkymä tilanteesta tulisi aina olla tarjolla, jolloin käyttäjä pystyy jatkuvasti ylläpitämään tilannekuvaa kokonaistilanteesta. Sähkönjakelun häiriön aikana yleistilannetietoisuutta tukevat muuntajatason esitys sähköttä olevista alueista. Mikäli kunnan alueella on sähköttä asiakkaita, kuntien esitys esimerkiksi punaisella värillä kartalla parantaa yleistilannetietoisuutta. Edellä mainitut tilanteet ovat osittain ristiriidassa toistensa kanssa. Tämä käytännössä tarkoittaa sitä, että järjestelmän kehittäjän tulee tasapainotella molempien esitystapojen välillä, jotta paras mahdollinen tilannekuva saadaan välitettyä operaattorille. Endsley & Jones (2011) luettelee myös periaatteita tilannekuvatiedon käsittelyä varten. Ihmisen keskittymiskyky ja työmuisti ovat rajoitettuja, joten valmiiksi käsitelty tieto helpottaa tilannetietoisuuden ylläpitoa etenkin kuormittavissa tilanteissa. Monissa tilanteissa toisen tason tilannetieto on tieto, jota tilanteessa tarvitaan. Tällöin tieto on hyvä esittää suoraan toisen tason muotoon käsiteltynä. Sähkönjakelun häiriötilanteessa olennaista on monen toimijan osalta nähdä, missä kriittiset sähköttä olevat sähkön kuluttajat ovat. Pelkästään sähköttä olevien muuntajien esitys aiheuttaa huomattavasti ylimääräistä työtä, sillä toimijan tulee itse yhdistää muuntajan sijainti kartalta kriittisen kohteen sijaintiin. Välillä myös ensimmäisen tason tieto on myös kriittistä, minkä takia järjestelmää kehitettäessä on tärkeää selvittää tarvittavat tiedot. Kolmannen tason tilannatietoisuutta on vaikea saavuttaa, joten jos mahdollista, järjestelmän tulisi tukea kolmannen tason tilannetietoisuuden muodostamista. Kolmannen tason tilannetiedon luominen ja esittäminen on haastavaa, mutta joissain tapauksissa se on yksinkertaista. Esimerkiksi trendikuvaajien ja graaen piirtäminen muutoksista ajan funktiona voi auttaa huomattavasti tulevaisuuden projisoinnissa. Järjestelmän luomat projisiot kehittävät myös operaattorin kykyä arvioida tilanteen kehitystä, ja auttavat etenkin kokemattomia operaattoreita. (Endsley & Jones 2011) Esimerkiksi sääennusteiden esittäminen järjestelmässä voi auttaa toimijoita tekemään päätöksiä häiriötilanteessa. Monissa järjestelmissä tiedon ylikuormitus on mahdollista, ja se pitää ottaa huomioon. Tämä tarkoittaa käytännössä, että operaattori ei kykene vastaanottamaan kaikkea tietoa ja olennainen tieto saattaa jäädä huomaamatta. Monissa järjestelmissä tiedon suodattamista on esitetty ongelman ratkaisuun. Tällöin tietokone näyttää 3.1. Tilannetietoisuuden teoria 26 ainoastaan tiedon, jonka se päättää hyödylliseksi. Ajatellaan, että lähestymistapa vähentää tiedon ylikuormitusta ja parantaa tilannetietoisuutta. Tämä voi kuitenkin heikentää tilannetietoisuutta huomattavasti. (Endsley & Jones 2011) Tiedon suodattaminen heikentää etenkin yleisen tilannetietoisuuden muodostamista, sillä operaattorit eivät saavuta tilannetietoisuutta välittömästi, vaan tarvitsevat aikaa orientoituakseen tilanteeseen seuraamalla järjestelmän dynamiikkaa. Tällöin tiedon suodatus heikentyy, sillä järjestelmän dynamiikkaa ei voi seurata suodatuksen takia. Operaattorin pitää myös kyetä projisoimaan tilanteen kehitystä tulevaisuuteen, mikä on haastavaa, jos tietoa suodatetaan, sillä tällöin järjestelmän pitää osata myös arvioida tulevaisuuden tarpeet suodatuksen yhteydessä. Operaattorien väliset erot voivat myös aiheuttaa ongelmia tiedon suodatuksen yhteydessä. Käytännössä jokin operaattori voi hyötyä suodatuksesta, mutta toisella operaattorilla samat suodatusasetukset heikentävät tilannetietoisuutta. Käytännössä tiedon esittäminen selkeällä ja helposti käsiteltävällä tavalla on Endsleyn mukaan oikea tapa esittää tietoa. Operaattorin pitää kyetä määrittämään, mitä ja milloin he näkevät sen sijaan, että tietokone päättää näytettävän tiedon. (Endsley & Jones 2011) Järjestelmän tulisi myös tukea mielenmallien aktivointia. Esimerkiksi sähkönjakelun häiriön aikana kriittiselle kohteelle on määritetty kriittinen aika, jonka jälkeen kohteelle voi aiheutua hengenvaara tai mittavia rahallisia tappioita. Tämän takia tiettyjä toimenpiteitä pitää tehdä esimerkiksi tuntia ennen kriittisen ajan ylittymistä. Hengityskonetta käyttävän potilaan evakuointi tulisi suorittaa jo ennen kriittisen ajan ylittymistä. Tällaiset tilanteet aktivoivat mielenmalleja, ja niiden aktivointia pitäisi tukea käyttöliittymässä. Tämä tarkoittaa esimerkiksi varoituksen esittämistä tuntia ennen kriittisen ajan ylittymistä. (Endsley & Jones 2011) Järjestelmän tulisi myös hyödyntää muita aisteja. Yksittäinen henkilö kykenee vastaanottamaan rajallisen määrän tietoa tietyn aistin kautta. Esimerkiksi visuaalisesti tietoa esitettäessä jossain vaiheessa tietoa on liikaa, ja osa tiedostaa jää huomaamatta. Tällaisessa tilanteessa muiden aistien hyödyntäminen parantaa henkilön vastaanottokykyä, sillä ihminen pystyy samanaikaisesti vastaanottamaan tietoa muiden aistien kautta. Esimerkiksi äänimerkkiä tai värinää iholla voidaan hyödyntää tiedon välitykseen. (Endsley & Jones 2011) Sähköverkon vikatilanteessa äänimerkkejä voidaan käyttää, mikäli erittäin kriittinen muuntaja on sähköttä liian pitkään. 3.2. Tilannekuva sähköverkon häiriöissä 3.2 27 Tilannekuva sähköverkon häiriöissä Tilannekuvan luontia ja ylläpitoa varten eri toimijat käyttävät sähkönjakelun häiriöiden aikana erilaisia järjestelmiä. Osa järjestelmistä on käytössä usealla eri toimijalla. Sähköverkkoyhtiöiden operatiivisessa toiminnassa käyttämät käytönvalvonta- ja käytöntukijärjestelmät muodostavat huomattavan osan eri toimijoiden tilannekuvasta sähkökatkon aikana. Sähköverkkoyhtiöt käyttävät järjestelmiä itse verkon käyttötoiminnassa, mutta järjestelmien päälle on rakennettu myös muita järjestelmiä, joita muut toimijat hyödyntävät. Pelastustoimelle on joissain tapauksissa tarjottu suora pääsyoikeus käytöntukijärjstelmän näkymään. Kunnan viranomaiset taas hyödyntävät verkkoyhtiöiden tarjoamia julkisia web-häiriöpalveluja, jotka perustuvat käytöntukijärjestelmän dataan. Eri toimijat käyttävät myös muita tietojärjestelmiä tilannekuvan muodostamiseen kuten Ilmatieteen laitoksen tai muiden toimijoiden sääpalveluita, pelastustoimen PETO-mediaa sekä kehitteillä olevaa Krivat-järjestelmää. (Aalto 2015, Erillisverkot 2015) 3.2.1 Sähköverkon käytönvalvonta- ja käytöntukijärjestelmät Käytönvalvonta- ja käytöntukijärjestelmät muodostavat tärkeän osan sähköverkon käyttötoiminnasta. Ne huolehtivat sähköverkon tilan ylläpitämisestä, sen esittämisestä ja automaatiosta. Sähkövoimajärjestelmän käyttötehtävät voidaan jakaa kolmeen osa-alueeseen: • Välitön käyttötoiminta, • Käytönsuunnittelu, • Toiminnan raportointi. Välitön käyttötoiminta tarkoittaa järjestelmän tilan reaaliaikaista seurantaa. Mittaamalla järjestelmän kuormitusta, tuotantoa, tehonjakoa sekä jännitetasoja ja vertaamalla mitattuja arvoja taloudellisiin ja teknisiin rajoituksiin voidaan saavuttaa tyydyttävä järjestelmän käyttötilanne. Asetetuista rajoituksista poikkeavaan arvoon reagoidaan toimenpitein, jotta järjestelmän tila saadaan palautettua normaaliin. (Northcote-Green & Wilson 2006) Käytönsuunnittelulla tarkoitetaan sekä lyhyen ajan suunnittelua (muutama tunti) että pidemmän ajan suunnittelua (kuukausia). Käytönsuunnittelussa suunnitellaan, 3.2. Tilannekuva sähköverkon häiriöissä 28 miten verkkoa tullaan käyttämään. Käytönsuunnittelussa suunnitellaan esimerkiksi miten kytkennät asetellaan, jotta verkko kestää häiriötilanteissa. (Northcote-Green & Wilson 2006) Verkkoyhtiöiden tulee raportoida toiminnastaan. Raportointia varten verkkoyhtiöiden tulee ylläpitää tilastotietoa suorituskyvystä, häiriöistä sekä kuormituksista. Raportointia tarvitaan käytönsuunnittelua sekä häiriöiden jälkikäteisanalysointia varten. Usein myös laki määrää verkkoyhtiöitä raportoimaan toiminnastaan. (NorthcoteGreen & Wilson 2006) Käytönvalvonta- ja käytöntukijärjestelmät tukevat käyttöhenkilökuntaa sähkövoimajärjestelmän käyttötehtävien suorituksessa. Käytönvalvontajärjestelmän (Supervisory Control And Data Acquisition (SCADA)) tarkoituksena on ylläpitää verkon tilaa ja ohjata verkon eri laitteita hakemalla tietoja verkon mittalaitteilta sekä lähettämällä käskyjä verkon eri laitteille. Sen keskeisiin toimenpiteisiin kuuluvat tiedon hakeminen verkossa olevilta mittalaitteilta, verkon tilan seuranta sekä tapahtumien käsittely, verkon laitteiden ohjaus, tiedon tallentaminen ja analysointi, sovelluskohtaisen päätöksenteon tukeminen sekä raportointi. Käytönvalvontajärjestelmiä käytetään sähköverkon lisäksi myös esimerkiksi vesijohtoverkkojen ja teollisuusprosessien käyttötoiminnassa. Käytönvalvontajärjestelmä on myös olennainen osa käytöntukijärjestelmää.(Bailey & Wright 2003, Northcote-Green & Wilson 2006) Sähköverkossa verkostoautomaatio ei kata koko verkkoa, jolloin osa käyttötoimenpiteistä pitää tehdä manuaalisesti. Tällöin tarvitaan muita järjestelmiä ja tietoa perinteisen käytönvalvontajärjestelmän ulkopuolelta. Tietoa joudutaan ylläpitämään esimerkiksi verkon laitteiden sijainnista, korjausryhmien sijainnista ja nykyisestä tehtävästä, asiakkaiden vikailmoituksista sekä tietoliikenneyhteyksien toimivuudesta. Käytöntukijärjestelmän tehtävänä on tarjota nämä tiedot yhdessä järjestelmässä yhdessä käytönvalvontajärjestelmän tietojen kanssa. (Northcote-Green & Wilson 2006) Järventausta (1996) määrittelee käytöntukijärjestelmän (Distribution Management System (DMS)) päättelyä tukevana järjestelmänä sähköverkon käyttämiseen ja hallinnointiin. Käytöntukijärjestelmä on autonominen osa integroitua ympäristöä, joka koostuu sähkönjakeluautomaatiosta (kuten suojareleet), käytönvalvontajärjestelmästä (SCADA), verkkotietojärjestelmästä, asiakastietojärjestelmästä sekä karttatietokannasta. Käytöntukijärjestelmän tavoitteena on operaatiokustannusten (kuten häviöiden ja keskeytyksestä aiheutuneen haitan) minimointi. Käytöntukijärjestelmän perustoiminnot voidaan jakaa neljään modulaariseen kokonaisuuteen, jotka voivat toimia itsenäisesti ilman muita kokonaisuuksia, mutta myös integroituna muiden kokonaisuuksien kanssa. Perustoimintoihin kuuluvat valvomon 3.2. Tilannekuva sähköverkon häiriöissä 29 toimintojen hallinta (Control Room Operations Management (CROM)), käytönvalvonta, keskeytysten hallinta sekä rajapinnat muihin järjestelmiin. (Northcote-Green & Wilson 2006) Valvomon toimintojen hallinta on elintärkeä osa käytöntukijärjestelmää. Se kattaa palvelut, joita käyttöhenkilöille tarjotaan käytönvalvomossa operaattorin päätteen kautta. Tyypillisiä CROM-toimintoja ovat: • Verkkomallin graanen esitys. • SCADA-rajapinta. • Kytkentätoimenpiteiden hallinta. • Pääsy muihin järjestelmiin, kuten keskeytystenhallintajärjestelmään. • Rajapinta, jonka kautta käytöntukijärjestelmän tietoja voidaan muokata. Käytöntukijärjestelmän perustana toimii keskijännite- ja pienjänniteverkon kytkentätilaa ylläpitävä relaatiopohjainen tietokanta. Kytkentätilaa ylläpitävä tietokanta voidaan ajatella osaksi CROM:ia, sillä tieto ei ole erittäin reaaliaikaista. (NorthcoteGreen & Wilson 2006) Käytönvalvontajärjestelmä on olennainen osa käytöntukijärjestelmää. Se tarjoaa valvonta- ja hallintamahdollisuuden verkon eri komponenteilla reaaliajassa. Perinteisesti käytönvalvontajärjestelmä kattaa jakeluverkon sähköasemat. Käytöntukijärjestelmäkonseptin alla käytönvalvontajärjestelmää on laajennettu esittämään koko keskijänniteverkko kytkentämallina. (Northcote-Green & Wilson 2006) Keskeytystenhallintajärjestelmä on myös osa käytöntukijärjestelmää. Se koostuu prosessista, johon kuuluvat asiakkaiden vikailmoitusten vastaanotto, vikapaikan päättely vikailmoitusten ja mittaustiedon avulla, korjausryhmien ohjaus sekä vian varmistamiseksi että korjaamiseksi, kytkentätoimien suunnittelu ja toteutus viasta palautumiseksi sekä keskeytyksen lopullinen päättäminen viimeistelemällä tarvittavat raportit sekä tilastot. (Northcote-Green & Wilson 2006) Käytöntukijärjestelmään kuuluu myös yleensä muita analyyttisia sovelluksia, jotka perustuvat kytkentätilaa ylläpitävän tietokannan tietoon. Sovellukset mahdollistavat esimerkiksi verkon tilan laskennan ennakkoon ennen kytkentäsuunnitelman suoritusta, jonka avulla voidaan päätellä, kannattaako kytkennät suorittaa suunnitelman avulla. Sovellusten avulla voidaan myös esimerkiksi simuloida vian vaikutus eri verkkokonguraatioilla. (Northcote-Green & Wilson 2006) 3.2. Tilannekuva sähköverkon häiriöissä 30 Käytöntuki- ja käytönvalvontajärjestelmät muodostavat suuren osan sähköverkkoyhtiön tilannekuvasta sähkönjakelun häiriön aikana. Käytöntukijärjestelmän näkymää tarjotaan vikatilanteessa joskus myös muille toimijoille, kuten pelastustoimelle sekä sähköverkon urakoitsijoille ja korjaajille. 3.2.2 Käytöntukijärjestelmän näkymä tilannetietoisuuden näkökulmasta Käytöntukijärjestelmä on kehitetty sähköverkon käyttötoimintaa varten. Järjestelmää käytetään kuitenkin häiriötilanteissa tilannekuvan muodostamiseen myös muille toimijoille. Tässä aliluvussa arvioidaan käytöntukijärjestelmän soveltuvuutta tilannekuvan luomiseen sähkönjakelun häiriön aikana sekä verkkoyhtiön että muiden toimijoiden näkökulmasta. Kuva 3.3 ABB:n käytöntukijärjestelmän näkymä Käytöntukijärjestelmän perusnäkymä on esitetty kuvassa 3.3. Järjestelmän perusnäkymässä kaksi ikkunaa esittävät sähköverkon kytkentätilaa. Kytkentätila on esitetty sekä tarkennettavan karttanäkymän päällä että ilman karttapohjaa. Karttanäkymän päällä olevaa näkymää voidaan käyttää tehtäväohjautuneesti. Vian ollessa tietyllä johtolähdöllä, näkymä voidaan tarkentaa kyseisen johtolähdön alueelle. Tällöin johtolähdön tilasta saa paremman kuvan. Näkymässä käyttäjä voi painaa 3.2. Tilannekuva sähköverkon häiriöissä 31 hiiren osoittimella eri verkon laitteita ja saada tietoja laitteiden tilasta. Samanaikaisesti viereinen näkymä näyttää koko verkon alueen, mikä mahdollistaa koko verkon kattavan yleistilannekuvan muodostamisen. Mikäli vian aikana käyttäjä on keskittynyt yksittäiseen alueeseen, järjestelmästä huomaa uuden vian sekä kuvassa oikealla puolella olevasta koko alueen tilanäkymästä että oikealla alhaalla olevasta vikalistausnäkymästä, mikä parantaa käyttäjän yleistilannekuvaa. Järjestelmässä tietoja on käsitelty sen verran, että laitteiden tila ja laitteet on esitetty kartalla, jolloin käyttöhenkilökunnan ei tarvitse yhdistää paikkatietoa itse laitteen tilaan. Tiedon käsittelyä voisi kuitenkin kehittää. Erilaisia kriittisiä kohteita ei järjestelmässä ole erikseen eritelty, jolloin käyttöhenkilökunnan tulee tietää, missä kriittiset kohteet ovat. Tilanteissa, joissa kyseiset kohteet ovat sähköttä, pitäisi sähköttömyydestä ilmoittaa eteenpäin esimerkiksi kunnan viranomaisille tai pelastuslaitokselle. Nykyisellään järjestelmä tukee muuntamoiden luokittelua kriittisyysluokittain, mutta tällöin pitää vielä erikseen pitää kirjaa siitä, että kyseinen muuntaja syöttää tiettyä kriittistä kohdetta. Käytöntukijärjestelmään ollaan kehittämässä tukea tarkemmalle kriittisten kohteiden esittämiselle. Sähköverkon tilannetta on vaikea projisoida tulevaisuuteen, joten Endsleyn periaatteiden mukaisen projisoinnin esittäminen on haastavaa. Olennaista projisoitavaa tietoa häiriöstä palautumiseksi ovat esimerkiksi säätiedot. Säätietojen integrointi käytöntukijärjestelmään saattaisi kuitenkin aiheuttaa tietoylivuodon, jonka takia tietojen esittäminen omalla ruudullaan on perusteltua. Suodatus on käytöntukijärjestelmässä toteutettu käyttöhenkilöohjatusti. Käyttöhenkilö saa päättää, mitkä osat verkosta näytetään milläkin hetkellä. Tämä mahdollistaa esimerkiksi häiriötilanteessa eri käyttöhenkilöiden toimimisen eri osissa verkkoa. Tällöin operaattori näkee vain omaan verkon osaan liittyvät tiedot, eikä häiriinny verkon muissa osissa tapahtuvista tapahtumista. Tietoa ei kuitenkaan suodateta liikaa, jolloin osa tarvittavasti tiedosta jäisi vastaanottamatta. Järjestelmä tukee mielenmallien aktivointia. Käyttöhenkilökunnan tulee tehdä toimenpiteitä vian paikannukseksi ja korjaukseksi vian sattuessa. Vian alkaessa järjestelmä näyttää, missä viallinen johtolähtö sijaitsee. Järjestelmä myös listaa viat. Mikäli vikalista on muiden ikkunoiden takana, se siirretään päällimmäiseksi, jolloin käyttöhenkilö huomaa uuden vian. Järjestelmä ei tue kuulo- tai tuntoaistia hyödyntäviä järjestelmiä. Suurhäiriötilanteessa muiden aistien hyödyntämisestä voi olla hyötyä, sillä kyseisissä tilanteissa 3.2. Tilannekuva sähköverkon häiriöissä 32 näkymässä on huomattavasti sähköttä olevia lähtöjä, jolloin yksittäisen uuden kriittisen lähdön laukaisu ei välttämättä aiheuta toimenpiteitä. Kuitenkin johdon ollessa kriittinen käyttöhenkilön pitäisi mahdollisesti priorisoida uuden keskeytyksen korjaus ennen muiden lähtöjen korjauksia. Tällöin vian esitys esimerkiksi vikalistalla voi hukkua muiden vikojen joukkoon ja korjaus voi viivästyä. Tämän takia esimerkiksi kuulo- tai tuntoaistin hyödyntäminen saattaisi parantaa käyttöhenkilöstön toimintaa. Käytöntukijärjestelmä on suunniteltu sähköverkon käyttöä varten ja kyseisestä näkökulmasta tukee tilannekuvan muodostamista hyvin. Kuitenkin sähkönjakelun häiriöistä palautuminen on osa käyttötoimintaa, minkä takia käytöntukijärjestelmää pitäisi kehittää tukemaan tilannekuvan muodostamista paremmin myös vikatilanteissa. Vikatilanteissa korjaustoimenpiteiden priorisointi kriittisille asiakkaille voi olla haastavaa, mikäli muuntajat on numeroitu kriittisyyden mukaan. Tällöin tietoa, miksi muuntaja on kriittinen, ei välttämättä ole, jolloin kahden muuntajan vertailu voi olla haastavaa. Myös tietoylivuoto muodostuu ongelmaksi suurhäiriötapauksissa, sillä vikamäärän kasvaessa satoihin, yksittäisen vian priorisointi joukosta on haastavaa. Ongelman ratkaisuun on pyritty kehittämään uusia visualisointimenetelmiä, jotka tukevat paremmin suurhäiriötilanteista palautumista. Manninen (2014) on kehittänyt diplomityössään vikatilanteiden visualisointia käytöntukijärjestelmässä. Muiden toimijoiden näkökulmasta käytöntukijärjestelmän tarjoama näkymä ei ole optimaalinen, sillä näkymässä merkintätavat eivät ole välttämättä muille toimijoille selviä. Käytöntukijärjestelmässä vialliset johtolähdöt esitetään valkoisena, mutta muille käyttäjille juuri vialliset johtolähdöt tulisi esittää esimerkiksi punaisena, jolloin vikojen huomaaminen olisi helpompaa. Lisäksi näkymä sisältää tietoa, joita muut toimijat eivät tarvitse, jolloin tarpeellisen tiedon huomaaminen vaikeutuu. Käytöntukijärjestelmästä tietojen saaminen erillisen rajapinnan avulla mahdollistaisi muille käyttäjille suunniteltujen sovellusten kehityksen. 3.2.3 Häiriöpalvelut ja käytöntukijärjestelmänäkymät Sähköverkkoyhtiöt tarjoavat yleensä web-sivuillaan häiriöpalveluita, joista näkee tiedot nykyisistä sähköverkon häiriöistä. Muut toimijat, kuten kunnan viranomaiset ja pelastustoimi, käyttävät häiriöpalveluita ylläpitämään omaa tilannekuvaa. Häiriöpalvelu on yleensä tehty jonkin yleisen karttapalvelun, kuten Google Maps, OpenStreetMap tai ArcGIS, päälle. Yleisesti käytettyjen karttapalveluiden käyttäminen pohjana helpottaa järjestelmän käyttöä, sillä käyttäjät ovat yleensä käyttäneet kyseisiä karttapalveluita esimerkiksi ajo-ohjeiden hakemiseen. Joissain järjes- 3.2. Tilannekuva sähköverkon häiriöissä 33 telmissä karttapohjan voi myös vaihtaa toiseen karttapohjaan, mikä saattaa tietyissä tapauksissa selkeyttää kartan lukua. Häiriöpalveluissa esitetään yleensä koko verkon tilanne. Karttaa tarkentamalla voidaan tarkastella verkon tilannetta myös yksittäisen muuntajan tasolla. Sähköttä olevat asiakkaat esitetään palveluissa yleensä vikatilanteissa punaisella ja huoltotilanteissa keltaisella. Palvelusta yksityisasiakkaat ja muut toimijat näkevät, kuinka laajalle alueella sähköverkon vika vaikuttaa, mistä vika johtuu sekä mikä on vian arvioitu korjausaika. Häiriöpalveluiden avulla saa yleensä hyvän kokonaiskäsityksen sähköverkon tilasta alueella. Alla on esitetty kuva Elenian häiriöpalvelusta. Kuva 3.4 Elenian sähkökatkopalvelun näkymä Kuvassa tarkennustaso on pieni, jolloin nähdään tilanne koko alueella. Keskeytystiedot esitetään kunnittain. Kuntaa painamalla nähdään kunnan alueella olevat vikaja huoltokatkot. Kuvassa 3.5 on esitetty vika lähelle tarkennettuna. Häiriöpalveluissa esitetään yleensä sähköverkkoyhtiön koko verkon tilanne ja karttaa tarkentamalla voidaan tarkastella yksittäisen muuntajan tilannetta. Häiriöpalvelussa sähköttä olevat muuntajat on esitetty esimerkiksi punaisella pallolla. Häiriöpalvelusta asiakas näkee, kuinka laajalle alueelle sähköverkon viat vaikuttavat, mikä on vikojen syynä sekä milloin vika on arviolta korjattu. Häiriöpalvelusta toimijat saavat yleiskäsityksen alueen tilanteesta. Häiriöpalveluiden lisäksi jotkin verkkoyhtiöt tarjoavat joillekin toimijoille pääsyoikeuden erilliseen käytöntukijärjestelmänäkymään. Käytöntukijärjestelmänäkymän 3.2. Tilannekuva sähköverkon häiriöissä Kuva 3.5 34 Elenian sähkökatkopalvelun näkymä tarkennettuna. avulla pelastustoimi saa häiriöpalvelua kautta saatavaa käsitystä kattavamman käsityksen verkon tilasta. 3.2.4 Pelastustoimen PETO-media ja tilannehuone Pelastustoimen mediapalvelu on sähköinen järjestelmä, joka on luotu pelastustoimen hälytystehtäviin liittyvien tiedotteiden välittämiseen viranomaisilta medialle. Sen tavoitteena on nopeuttaa tiedonvälitystä ja helpottaa viranomaisten ja median työtä. Mediapalveluun kuuluu julkinen, kaikille avoin osio, josta näytetään sata viimeisintä pelastustoimen tehtävää (Sisäasiainministeriö 2014) Pelastustoimen tiedotteiden avulla eri toimijat saavat yleiskäsityksen pelastustoimen tällä hetkellä tapahtuvasta toiminnasta alueella. PETO-media mahdollistaa myös muiden palveluiden tuottamisen. Tilannehuone on esimerkki PETO-median mahdollistamasta palvelusta. Tilannehuone hakee automaattisesti PETO-mediasta tiedot erilaisista hälytyksistä ja esittää ne sivustolla. Silminnäkijät voivat lisätä tilannehuoneeseen myös tietoa ja kuvia tilanteesta. Silminnäkijöiden lisäämä tieto voi parantaa tilannekuvaa. Käyttäjien lisäämät tiedot tarkastetaan ennen julkaisua, mutta tiedon tarkkuudesta tai oikeellisuudesta ei voida olla varmoja. 3.2. Tilannekuva sähköverkon häiriöissä 3.2.5 35 Sääennusteet Sääennusteiden avulla voidaan ennustaa tilanteen muuttumista lähituntien ja -päivien aikana. Ennusteiden perusteella voidaan arvioida, mille alueelle sääilmiöt tulevat voimakkaimmin vaikuttamaan ja minne korjaushenkilökuntaa tulee varata ennakkoon. Sääennusteita voidaan hyödyntää myös sähkökatkojen alettua, jos esimerkiksi sää lauhtuu huomattavasti seuraavien tuntien aikana, on mahdollista, että ihmisiä ei jouduta evakuoimaan kodeistaan, vaikka kodit olisivat sähköttä. Myrskyn aikana korjaustöiden teko on erittäin haastavaa, joten korjaushenkilöstöä on turhaa pitää valmiudessa, mikäli tiedetään, että myrsky tulee jatkumaan pidempään. Sääennusteiden avulla verkkoyhtiöt kykenevät myös paremmin arvioimaan korjausaikoja luonnonilmiöiden aiheuttamien häiriöiden aikana. Säätiedotteita tarjoavat yksityiset sekä julkiset toimijat, kuten Foreca sekä Ilmatieteen laitos. Pelastusviranomaisille on tarjolla erillinen normaalia tarkempi viranomaissää. (Aalto 2015) Ilmatieteen laitos antaa myös vaaratiedotteita yllättävän voimakkaiden sääilmiöiden uhatessa. Lain mukaan vaaratiedotteita voidaan antaa, mikäli tapahtuma aiheuttaa terveys- tai hengenvaaran tai vaaran omaisuuden vaurioitumiselle tai tuhoutumiselle merkittävissä määrin. Ilmatieteen laitos antaa vaaratiedotteita, kun meteorologiset kriteerit täyttävät. Esimerkiksi voimakkaasta tuulesta tai rajuilmasta voidaan antaa vaaratiedote. Vaaratiedotteiden avulla voidaan antaa tarkempaa tietoa kuin tavallisella varoituksella. Vaaratiedotteet näytetään YLEn radiokanavilla sekä pitkäaikaisluvan saaneissa kaupallisilla radiokanavilla sekä tarvittaessa televisiossa. (Ilmatieteen laitos 2015) 3.2.6 Teleoperaattorien häiriöpalvelut ja Viestintäviraston MONITORi Viestintävirasto vaatii, että tietoliikenneoperaattorit tiedottavat mahdollisista vioista tietoliikenneverkoissa. Operaattorit esittävät omilla sivuillaan tietoja häiriöistä sekä listana että karttapalveluna. Listamuotoisessa esitystavassa operaattorit listaavat eri tapahtuneet häiriöt ja häiriöiden syyt. Karttapohjalla esitettynä nähdään arvio vaikutusalueesta. Tiedon tarkkuus vaihtelee huomattavasti eri operaattorien välillä. (Viestintävirasto 2010, Sonera 2015, Elisa 2015, DNA 2015) Näiden järjestelmien lisäksi operaattorit ilmoittavat häiriöistä Viestintävirastolle, jotka esittävät häiriöt koostetusti MONITORi-palvelussaan. MONITORi on Viestintäviraston tarjoama verkkopalvelu, jonka kautta julkaistaan 3.2. Tilannekuva sähköverkon häiriöissä 36 teleoperaattorien Viestintävirastolle ilmoittamat vakavat ja erittäin vakavat häiriöt puhelin-, laajakaista-, tv- ja radioyhteyksissä. Toimijat voivat käyttää järjestelmää ylläpitämään tilannekuvaa tietoliikenneverkkojen tilanteesta. Kuvassa 3.6 on esitetty MONITORi-palvelun näkymä. (Viestintävirasto 2015b) MONITORi-palvelun näkymä, jossa on esitetty matkapuhelinverkon häiriö. (Viestintävirasto 2015d) Kuva 3.6 Viestintävirasto on luokitellut tietoliikenneverkkojen vikatilanteet neljään luokkaan (A, B, C ja D). A-luokan vioissa häiriö vaikuttaa vähintään 100 000 asiakkaaseen, B luokan viat 10 000:n ja C luokan viat 1 000:n. MONITORi- palvelussa esitetyt viat ovat A, B tai C -luokan vikoja. Palvelusta nähdään kunnittain alueet, joissa tietoliikenneverkko-ongelmia esiintyy. (Viestintävirasto 2015b) Ongelmana palvelussa on kuitenkin se, että esitetty häiriötieto on hyvin epätarkkaa. Usein häiriöiden aikana palvelussa häiriöalueena saatetaan näyttää esimerkiksi koko operaattorin toiminta-alue. Tämä tarkoittaa useimmiten huomattavaa osaa Suomesta. Vika voi myös olla hyvin pienellä alueella, mutta palvelussa vika näkyy esimerkiksi koko kunnan alueella. Tämän takia MONITORi:n tarjoaman tiedon käyttäminen tilannekuvan parantamiseen on hyvin haastavaa. MONITORi:ssa ei myöskään esitetä D-luokan vikoja, jotka voivat olla esimerkiksi etäohjauksen tai kotihoitopotilaan 3.3. Suurhäiriötilanteiden hallinta käytännössä 37 kannalta olennaisia. Järjestelmän käytöstä hyötyvät lähinnä yksittäiset kuluttajat, joilla on ongelmia esimerkiksi matkapuhelin- tai laajakaistaverkon kanssa ja haluavat tietoa kyseisestä häiriöstä. Viestintävirasto saa tarkempaa tietoa vioista tietoliikenneoperaattoreilta, mutta julkiseen käyttöön vikatietoja suodatetaan huomattavasti. (Viestintävirasto 2015c) 3.2.7 Krivat Krivat on huoltovarmuuskeskuksen tilaama Erillisverkkojen toimittama järjestelmä, jonka tarkoituksena on yhdistää eri huoltovarmuuskriittisen alan valvomoiden, kuten tietoliikenne- ja sähköverkkojen sekä vesihuollon valvomoiden tietoja. Krivatin avulla esimerkiksi tietoliikenneoperaattorit saavat tiedon, kauanko sähkökatko tulee milläkin tukiasemalla arviolta kestämään. Krivatin suunnittelu aloitettiin vuonna 2011 ja otettiin käyttöön vuonna 2015. Järjestelmä on erillään muusta tietoliikenneverkosta, jolloin Internetin häiriötilanteet eivät vaikuta järjestelmän toimintaan. Järjestelmää käyttävät eri kriittisten infrastruktuurien kanssa toimivat toimijat, kuten sähköverkkoyhtiöt ja voimalaitokset sekä viranomaistahot, kuten pelastusviranomaiset ja Ilmatieteen laitos. Krivatin avulla eri toimijat saavat tarkempaa tietoa esimerkiksi säästä. Ilmatieteen laitos tarjoaa Krivatin kautta tarkemman interaktiivisen sääkartan, jonka avulla toimijat voivat kysyä tarkennuksia eri alueiden säätietoihin suoraan meteorologeilta. (Erillisverkot 2015) 3.3 3.3.1 Suurhäiriötilanteiden hallinta käytännössä Toimijoiden tehtävät ja tilannekuvan muodostaminen Sähkönjakelun häiriön aikana tilanteen palauttamisessa normaaliksi on mukana useita eri toimijoita. Häiriön aikana sähköverkkoyhtiö pyrkii palauttamaan sähköverkon toimintakuntoon mahdollisimman nopeasti. Kunnan viranomaiset pyrkivät huolehtimaan, että eri apua tarvitsevat henkilöt, kuten kotihoitopotilaat tai vanhukset, selviävät häiriön aikana. Pelastustoimi pyrkii huolehtimaan evakuoinneista tarvittaessa. Pelastustoimi pyrkii myös huolehtimaan erilaisista hälytystehtävistä häiriön aikana. Poliisi pyrkii huolehtimaan yleisesti järjestyksestä sähkökatkon aikana. Liikennevirasto huolehtii yhdessä kuntien kanssa katu- ja liikennevaloista sekä liikenneväylistä. Tarkoituksena on huolehtia, että liikennejärjestelmät toimivat häiriötilanteissa. Eri toimijoilla on omat tehtävänsä, mutta toimijoilla on tavoitteena palata takaisin normaalitilanteeseen, jolloin voidaan puhua Endsleyn määritelmän mukaisesti ryhmästä. (Aalto 2015, Pylkkänen 2015, Vänskä et al. 2013) 3.3. Suurhäiriötilanteiden hallinta käytännössä 38 Tilannekuvan luominen ja jakaminen pienellä ryhmällä on suhteellisen yksinkertaista, mutta ryhmäkoon kasvaessa se muuttuu haastavammaksi. Haastavaksi sähkökatkon aikana tilannekuvan muodostamisesta tekee erityisesti se, että palautustoiminnassa on mukana useita eri organisaatioita, joilla on eri toimintatavat, sanastot ja tarpeet. Kaikki toimijat eivät tarvitse kaikkea tietoa, vaan tietoa pitää suodattaa. On kuitenkin erittäin tärkeää, että tärkeitä tietoja ei vahingossakaan suodateta. Eri toimijoilla on omat järjestelmänsä, joita häiriön aikana käytetään. Haasteena on eri toimijoiden järjestelmien integroiminen yhteen, jotta yhteistä tilannekuvaa voidaan paremmin ylläpitää. (Krohns et al. 2011) Sähköverkkoyhtiöllä tilannekuva muodostuu pääasiassa käytönvalvonta- ja käytöntukijärjestelmistä saaduista tiedoista sekä muista järjestelmistä, kuten Tilannehuoneen tiedoista sekä säätiedotteista. Tilannekuvan muodostamisessa on kuitenkin haasteita. Sähköverkkoyhtiöllä on hyvä käsitys sähköttä olevista alueista, mutta erilaisista kriittisistä kohteista alueella ei yleensä ole tietoa. Sähkömarkkinalaissa on määritelty, että sähköverkkoyhtiöiden tulee varmistaa, että erilaisten kriittisten kohteiden, kuten tukiasemien, sähkönsaanti on varmistettu. Tieto kriittisistä tukiasemista tai muista vastaavista kohteista voi olla tiedossa, mutta muuten sähköstä riippuvaisista kohteista ei välttämättä ole tietoa. Kohteista voi myös olla väärää tietoa, minkä takia korjaustoimenpiteitä voidaan kohdistaa väärin. Esimerkiksi eräässä sähkökatkossa eräs iso vanhainkoti-palvelukeskus oli sähköttä pidempään, sillä sähköverkkoyhtiö luuli kohdetta yksittäiseksi omakotitaloksi ja priorisoi korjaustoimenpiteet muualle. (Krohns-Välimäki et al. 2014, Aalto 2015) Pelastustoimi toimii häiröiden aikana tilanteen yleisjohtajana. Se vastaa yhteisen tilannekuvan muodostamisesta. Pelastustoimi välittää tilannekuvan myös sisäministeriölle. (Energiateollisuus 2013) Tilannekuva muodostuu pelastustoimelle tulevista hälytyksistä, sääennusteista ja verkkoyhtiöiden häiriöpalveluista sekä käytöntukijärjestelmänäkymistä. Pelastustoimi saa yleiskäsityksen alueen hätätilanteesta hälytysten avulla. Hälytyksiä pelastustoimi saa esimerkiksi sähköjohdoille kaatuneista puista sekä automaattisista palohälytyksistä. Pelastustoimi auttaa tilanteessa muita toimijoita esimerkiksi teiden raivauksessa, mutta avustus ei saa vaarantaa pelastustomen kiireelisten lakisääteisten tehtävien hoitamista. (Energiateollisuus 2013) Pelastuslaitokset saavat sääennusteet viranomaissääpalvelun kautta. Viranomaissääpalvelu on normaalia säätiedotusta tarkempi. Se parantaa pelastuslaitoksien varautumista sähkönjakeluiden häiriöihin. Myrskyvaroituksen vastaanottamisen jälkeen pelastuslaitokset seuraavat verkkoyhtiöiden häiriöpalveluja. Häiriöpalveluista pelas- 3.3. Suurhäiriötilanteiden hallinta käytännössä 39 tustoimi saa yleiskäsityksen sähköverkon tilasta, ja voi paremmin varautua toimenpiteisiin. (Aalto 2015) Kommunikointiin pelastuslaitokset käyttävät viranomaisverkkoa Virveä, joka on normaalia kuluttajille suunnattua matkapuhelinverkkoa luotettavampi. Virven mahdollisista häiriöistä tulee automaattinen ilmoitus pelastustoimelle. (Aalto 2015) Myös pelastuslaitoksen toiminnassa ja tilannekuvan muodostamisessa on häiriön aikana haasteita. Pelastuslaitoksen henkilökunnalle tarjotaan jossain tapauksissa näkymä verkkoyhtiön käytöntukijärjestelmän näkymään, mutta on mahdollista, että pääsyoikeus annetaan vasta häiriön alettua. Haasteena on ollut myös kommunikointi verkkoyhtiön kanssa. Sähköjohdolle kaatuneesta puusta voi tulla tieto pelastuslaitokselle, mutta tietoa ei aina kyetä välittämään sähköverkkoyhtiölle, sillä puhelinyhteydet ovat jatkuvasti varattuna. Tällöin sähköverkkoyhtiön resursseja kuluu turhaan vianpaikannukseen, vaikka vikapaikka on jo tiedossa. Joissain tapauksissa pelastuslaitokselle on annettu sähköverkkoyhtiöiden salaisia puhelinnumeroita, joihin häiriötilanteessa saa yhteyden, vaikka muut linjat olisivatkin tukossa. (Aalto 2015) Haasteena on myös se, että sähköverkkoyhtiöiden tarjoama näkymä käytöntukijärjestelmään ei sovellu pelastustoimen käyttöön, sillä se on suunniteltu sähköverkon käyttötoimintaan eikä niinkään pelastustoimen käyttöön. Tämän takia järjestelmän käyttöliittymää on vaikea ymmärtää pelastustoimen näkökulmasta. Käytöntukijärjestelmissä yleisesti valkoinen johtolähtö kuvaa sähköttä olevaa johtolähtöä. Pelastustoimen näkökulmasta väritys on väärä, sillä valkoinen väri ei ole huomiota herättävä. Värityksen tulisi olla esimerkiksi punainen tai keltainen. Ongelmaksi on myös muodostunut se, että järjestelmiä käytetään ainoastaan suurhäiriöiden aikana, jolloin käyttäjä ei muista, miten järjestelmää käytetään. Aikaa kuluu tällöin turhaan järjestelmän opettelemiseen. (Aalto 2015) Pelastuslaitoksen näkökulmasta haasteena on myös se, että pelastuslaitoksen alueella on yleensä useita eri sähköverkkoyhtiöitä, jolloin jokainen tarjoaa erikseen häiriöpalvelua sekä näkymän omaan käytöntukijärjestelmään. Usean eri järjestelmän välillä vaihtelu vaikeuttaa tilannekuvan muodostamista. Kunnan viranomaiset saavat varoituksen pelastustoimelta ennen mahdollisen sähkökatkoja aiheuttavan myrskyn alkamista. Kunnan viranomaiset eivät itse saa viranomaissääpalvelutietoja, mutta pelastustoimi ilmoittaa niistä. Ilmoitus ohjaa kuntaa seuraamaan sähköverkkoyhtiöiden häiriöpalveluja. Kunnan viranomaisten sähköverkon tilannekuva muodostuu sähkökatkon aikana pääasiassa häiriöpalveluista saaduista tiedoista. (Aalto 2015) 3.3. Suurhäiriötilanteiden hallinta käytännössä 40 Kunnan viranomaiset eivät pääse käsiksi käytöntukijärjestelmän näkymään, vaan käyttävät häiriöpalveluita tilannekuvan ylläpitämiseen. Tämä on ongelma, sillä viranomaiset käyttävät samoja palveluja kuin muut sähkön kuluttajat. Sähkökatkon aikana on mahdollista, että palvelut ylikuormittuvat, jolloin kunnan viranomaisten tilannekuva sähköverkon tilanteesta heikkenee. Kunnalla on tiedossa tieto sähköstä riippuvaisista kuluttajista ja kuluttajien osoitteista. Tietoa voidaan verrata häiriöpalveluista saataviin katkotietoihin, jolloin saadaan hyvä arvio mahdollisesti apua tarvitsevista henkilöistä. Tätä ei kuitenkaan tehdä automaattisesti, vaan on kiinni kunnan viranomaisten aktiivisuudesta. Ongelmana toimintatavassa on kuitenkin se, että tietojen vertailu kahden järjestelmän välillä on hidasta. Viranomaiset joutuvat seuraamaan myös muita järjestelmiä, kuten säätiedotteita ja tilannehuonetta, mikä lisää edelleen seurattavien järjestelmien lukumäärää. Haasteena on myös se, että joidenkin kuntien alueille on useita eri sähköverkkoyhtiöitä, jolloin ei riitä, että seurataan yhtä häiriöpalvelua, vaan viranomaisten tulee seurata useita eri häiriöpalveluita. Ongelmia aiheuttaa myös se, että häiriöpalvelut eivät anna kuluttajista tietoa tietosuojasyistä yksittäisen kuluttajan tarkkuudella. Kunnan viranomaiset saattavat myös saada ainoastaan sähköverkkoyhtiön julkisen puhelinnumeron, joka on erittäin todennäköisesti varattuna huomattavan osan sähkökatkon kokonaiskestosta ihmisten soittaessa sähköverkkoyhtiöille. Tämän takia on mahdollista, että viranomaiset joutuvat tekemään huomattavasti tarkastusajoja tilannekuvan ylläpitämiseksi. Tähän eivät kuitenkaan resurssit yksinkertaisesti riitä. (Aalto 2015) Häiriön aikana on mahdollista, että heikon kommunikoinnin ja useiden käytettävien järjestelmien takia kunta ei ole tietoinen, että sähköstä riippuvainen kohde on sähköttä. Tällöin tarvittavia toimenpiteitä ei tehdä, mikä voi aiheuttaa hengenvaaran. Tilannekuvan muodostamisessa on kehitettävää etenkin kommunikaatiossa muiden toimijoiden välillä. Myös usean järjestelmän yhtäaikainen käyttö aiheuttaa ongelmia. (Aalto 2015) 3.3.2 Tilannekuvan muodostamisen ongelmat Suurena haasteena tilannekuvan muodostamisessa on se, että tieto ei siirry kaikille toimijoille. Tiedon siirtymättömyys voi johtua useista eri syistä. Usein etenkin suurhäiriön aikana toimijoilla on huomattavasti työtä tehtävänä, eikä aikaa välttämättä ole riittävästi, että kaikista asioista ehtisi ilmoittaa muille toimijoille. Kiireen takia on myös mahdollista, että asioista unohdetaan ilmoittaa. On myös mahdollista, että kommunikointiväylät ovat tukossa. Esimerkiksi suurhäiriötilanteessa sähköverkkoyhtiön puhelinlinja on usein jatkuvasti tukossa, eikä muut toimijat voi ilmoittaa 3.3. Suurhäiriötilanteiden hallinta käytännössä 41 verkkoyhtiölle mitään, ellei erillistä salaista numeroa ole. Vakiintuneiden menettelyiden puuttuminen aiheuttaa myös haasteita, sillä toimijat eivät ole varmoja, mistä asioista muut toimijat haluavat ilmoituksen, ja tieto jää siirtymättä. Usein sähkökatkon aikana sähköverkkoyhtiöt tarjoavat tietoa katkon etenemisestä omille asiakkailleen esimerkiksi tekstiviestien tai sähköpostin avulla. Tietoa ei kuitenkaan välitetä esimerkiksi viranomaisille, jotka voisivat tiedosta hyötyä etenkin tilanteissa, joissa asiakkaat ovat kriittisesti riippuvaisia sähköstä. Haastavaa on myös järjestelmien suuri määrä. Suuri määrä järjestelmiä aiheuttaa sen, että vaikka tietystä asiasta ilmoitettaisiin toimijoille jonkin järjestelmän kautta, on mahdollista, että ilmoitus jää huomaamatta tai sitä ei osata hyödyntää suuren järjestelmämäärän takia. Kuvassa 3.7 on esitetty kunnan ja pelastustoimen käyttämiä järjestelmiä sähkökatkon aikana. Kuva 3.7 Toimijoiden käyttämät järjestelmät Kuvasta nähdään, että toimijat joutuvat käyttämään huomattavaa määrää erilaisia järjestelmiä. Kuvassa ei selkeyden vuoksi ole esitetty useampien verkkoyhtiöiden järjestelmiä, mutta kuvasta poiketen kunnat ja pelastustoimi joutuvat myös usein käyttämään useampien sähköverkkoyhtiöiden järjestelmiä, mikä lisää edelleen käytettävien järjestelmien lukumäärää. Monen kunnan alueella on useampi sähköverkkoyhtiö, jolloin kunnan eri alueiden sähkökatkon etenemistä pitää seurata eri järjestelmästä. Tällöin on mahdollista, että tietoa jää huomaamatta, mikäli joudutaan seuraamaan useampaa järjestelmää samanaikaisesti. Usein on myös mahdollista, että toimijan toiminta-alueen ulkopuolelle kuuluvia tietoja esitetään järjestelmässä, mikä voi häiritä toimintaa. Pelastustoimella tilanne on vielä kuntia haastavampia, sillä Suomessa on 22 pelastus- 3.3. Suurhäiriötilanteiden hallinta käytännössä 42 toimen aluetta, ja yksittäiselle alueelle kuuluu pääkaupunkiseutua lukuunottamatta useita kaupunkeja tai kuntia. (Pelastustoimi. 2015) Esimerkiksi Pirkanmaan pelastustoimi toimii 22 kunnan alueella ja alueella toimii useita sähköverkkoyhtiöitä, kuten Elenia, Tampereen Sähkölaitos ja Koilis-Satakunnan Sähkö. Tällöin pelastustoimen tulee käyttää useita eri järjestelmiä kriititilanteissa, mikä voi hidastaa toimintaa huomattavasti. Tietoa saattaa myös jäädä huomaamatta. Käytettäessä useampien verkkoyhtiöiden järjestelmiä, on mahdollista, että järjestelmät ovat eri toimittajien toteuttamia, jolloin järjestelmien käyttöliittymät voivat olla huomattavan erilaisia ja aiheuttaa väärinkäsityksiä järjestelmiä käyttäville toimijoille. Verkkoyhtiö toimii omalla alueellaan, jolloin haasteena ei ole useiden eri käytöntukijärjestelmänäkymien samanaikainen hyödyntäminen. Ongelmana on kuitenkin usein suuri määrä muita järjestelmiä. Verkkoyhtiöillä voi olla käytöntukijärjestelmän lisäksi useita näyttöjä, joiden tarkoituksena on esittää esimerkiksi tilannehuoneen tiedot ja säätiedot. Pelastustoimi saa joissain tapauksissa käyttöönsä sähköverkkoyhtiön käytöntukijärjestelmänäkymän, josta verkon tilaa voi seurata reaaliajassa. Ongelmaksi kuitenkin muodostuu se, että käytöntukijärjestelmä on suunniteltu sähkönverkon käyttötoimintaan eikä niinkään pelastustoimen tilannekuvan luomiseen. Tämän takia on mahdollista, että joitain tietoja ei huomata tai tietoja tulkitaan väärin, sillä järjestelmää tulkitaan väärin. Tällaisessa tilanteessa käytöntukijärjestelmän käyttäminen voi jopa heikentää tilannekuvaa. Järjestelmien käyttöä varten järjestetään koulutuksia, mutta koulutuksia järjestetään harvoin ja on mahdollista, että kaikki toimijat eivät edes pääse koulutuksiin. Ongelmana käytöntukijärjestelmänäkymissä on myös se, että järjestelmiä ei käytetä jatkuvasti, vaan ainoastaan vikatilanteissa. Usein pääsy käytöntukijärjestelmänäkymään annetaan vasta sähkökatkon alettua, jolloin käyttäjä ei voi muulloin opetella järjestelmän käyttöä. On mahdollista, että järjestelmän käyttö on unohtunut, mikäli viimeisimmästä käyttöhetkestä on kulunut paljon aikaa. Etenkin suurhäiriötilanteessa toimijoiden stressitaso on koholla, ja tuntemattoman järjestelmän käyttö voi olla haastavaa. Tietoliikenneverkon tilannekuvan muodostamisessa on tällä hetkellä paljon haasteita. Toimijoilla on vain vähän tietoa tietoliikenneverkon tilasta. Joitain palveluita tietoliikenneverkon tilatiedon esittämiseen tarjotaan (kuten Viestintäviraston MONITORi), mutta palvelut ovat usein hyvin epätarkkoja. 43 4. TILANNEKUVAJÄRJESTELMÄ Projektissa suunnitellun tilannekuvajärjestelmän tarkoituksena on parantaa toimijoiden tilannekuvaa sähkönjakelun häiriöiden aikana parantamalla tiedonvälitystä eri toimijoiden välillä. Lisäksi järjestelmän tarkoituksena on tukea suurhäiriön hallintaan osallistuvien toimijoiden operatiivista toimintaa häiriön aikana ja vähentää sähköhuollon suurhäiriöistä yhteiskunnalle aiheutuvia haittoja. Tutkimuksessa tarkoituksena ei ole tehdä markkinoille valmista järjestelmää, vaan demonstraatio, jonka pohjalta kaupallinen järjestelmä voidaan toteuttaa. 4.1 Järjestelmän kuvaus Järjestelmän keskeisiä osia ovat reaaliaikainen sähkö- ja mobiiliverkon keskeytystieto. Näiden lisäksi myös muut reaaliaikaiset tiedot kuten sääennusteet ovat tärkeitä. Lisäksi kriittisten kohteiden tieto on tärkeää järjestelmän näkökulmasta. Kriittisillä kohteilla tarkoitetaan sähköstä tai tietoliikenteestä kriittisesti riippuvaa kohdetta, jolle sähkö- tai tietoliikennehäiriö aiheuttaa suuria ongelmia, kuten hengenvaaran tai mittavia rahallisia tappioita. Hengityslaitepotilaat ovat hyvä esimerkki tällaisista kohteista. Hengityslaitepotilaat tarvitsevat jatkuvasti sähköä ja sähkökatkon aikana on tärkeää, että hengityslaitteiden akkukapasiteetit riittävät. Myös esimerkiksi turvapuhelimia käyttävät asiakkaat ovat riippuvaisia sekä sähköstä että matkapuhelinverkosta. Häiriön aikana on mahdollista, että turvapuhelinyhteys katkeaa ja käyttäjät ovat vaarassa. Kriittisistä kohteista tallennetaan järjestelmään tietoja, kuten paikkatietoja ja kuinka kauan sähkö- tai tietoliikennekatko saa kestää. Yhdistelemällä reaaliaikaista tietoa järjestelmässä, saadaan tarjottua toimijoille kattava käsitys nykytilanteesta. Normaalitilanteessa järjestelmää käytetään kriittisten kohteiden määrittelyyn sekä kohteiden kriittisyyden arviointiin. Kohteiden kriittisyys määritellään käyttäjän toimesta. Kunnan viranomaiset voivat esimerkiksi syöttää normaalitilanteessa tietoja omista kotihoito- tai hengityskonepotilaistaan ja arvioida, kuinka riippuvaisia potilaat ovat sähköstä tai tietoliikenteestä. Järjestelmää voidaan hyödyntää myös harjoitustilanteissa. Käytöntukijärjestelmällä katkoa simuloitaessa voidaan järjestelmässä 4.1. 44 Järjestelmän kuvaus esittää katkot, kuten ne olisivat oikeassa tilanteessa. Tällöin järjestelmän käyttöä voidaan harjoitella yhdessä muun häiriönaikaisen harjoittelutoiminnan yhteydessä. Järjestelmää voidaan myös käyttää osana verkostosuunnittelua. Kriittisten kohteiden tietoa voidaan hyödyntää suunnittelussa, jotta vian aikana kriittisille kohteille saadaan mahdollisesti nopeammin sähköt palautettua. Kriittisten kohteiden tietoa voidaan hyödyntää myös huoltotoimenpiteiden suunnittelussa. Kuva 4.1 Kehitetyn tilannekuvajärjestelmän rakenne Järjestelmän rakenne on esitetty kuvassa 4.1. Järjestelmän eri käyttäjät toimivat järjestelmässä sekä tiedon tarjoajina että tiedon hyödyntäjinä. Jotkin tiedon tarjoajista, kuten Ilmatieteen laitos sekä Liikennevirasto, eivät hyödynnä järjestelmää. Kuvassa on vasemmalla esitetty eri toimijat, jotka tarjoavat järjestelmään reaaliaikaista tietoa. Reaaliaikainen tieto on jaettu kahteen osaan: tilatietoon ja muihin tietoihin. Tilatiedolla tarkoitetaan sähköverkkoyhtiöiden sekä teleoperaattoreiden verkkojen nykytilaa. Muilla tiedoilla tarkoitetaan muista järjestelmistä, kuten 4.1. Järjestelmän kuvaus 45 Ilmatieteen laitokselta, haettuja tietoja. Reaaliaikaisen tiedon tarjoajat, kuten sähköverkkoyhtiöt ja tietoliikenneoperaattorit, tarjoavat omat rajapintansa tiedon hakuun. Järjestelmä voi hakea tai siihen voidaan tuoda tietoa tilanteesta muista järjestelmistä. Sähköverkkoyhtiöiden käytöntukijärjestelmät mahdollistavat myös tiedon viennin muihin järjestelmiin, jolloin tietoa ei pidä erikseen hakea, vaan se tuodaan suoraan järjestelmään. Sähköverkkoyhtiöt tarjoavat tietoa sähkökatkon etenemisestä ja arvioiduista korjausajoista, tietoliikenneoperaattorit tarjoavat tietoa matkapuhelinverkon tilasta sekä peittoalueista, pelastuslaitokset tarjoavat tietoa omista hälytystilanteistaan, Ilmatieteen laitos tarjoaa tietoa säätilasta ja Liikennevirasto ruuhkista. Järjestelmään on myös mahdollista tuoda tietoa muista järjestelmistä. Järjestelmän käyttäjiä ovat sähköverkkoyhtiöt, viranomaiset sekä toimijat, joilla on kriittisiä kohteita, kuten tietoliikenneoperaattorit ja vesilaitokset. Mahdollisesti myös normaalit sähkönkuluttajat olisivat yksi käyttäjäryhmä. Tällöin kyseisille kuluttajille esitettäisiin yleistetty tilanne sähkökatkosta. Yksittäiselle kuluttajalle voitaisiin esittää esimerkiksi tilanteet, joissa omalla alueella on sähkökatko tai etenkin jos omassa kodissa on sähkökatko. Jokaisella järjestelmän käyttäjällä on oma organisaatio, johon käyttäjä kuuluu. Käyttäjälle esitettävä tieto määräytyy organisaation mukaan. Esimerkiksi kunnalle voidaan esittää kotihoitopotilaat ja yli 75-vuotiaat järjestelmässä, mutta verkkoyhtiöllä ei ole kapasiteettia eikä tarvetta käsitellä kaikkia erikseen. Verkkoyhtiölle voidaan esittää kriittisimmät kohteet, kuten sairaalat, tukiasemat ja vedenpumppaamot. Näiden lisäksi myös erikoissairaanhoidon vastuulla olevat potilaat, kuten hengityslaite- ja kotidialyysipotilaat esitetään verkkoyhtiöille. Organisaatiot lisäävät omat kohteensa järjestelmään ja järjestelmästä näytetään vikatilanteessa tiedot kyseisistä kohteista. On kuitenkin mahdollista, että organisaatioiden pitää tietää myös muiden organisaatioiden kohteista. Esimerkiksi verkkoyhtiön on hyvä tietää vesilaitoksien vedenpumppaamoista, jonka takia organisaatioille voidaan antaa oikeus myös tarkastella toisen organisaation kohteita. Organisaatioilla on tyyppi, jonka perusteella esitettävä tieto määräytyy. Joillekin organisaatioille voidaan esittää tietyn alueen kriittisten kohteiden tiedot. Tämän takia esimerkiksi verkkoyhtiöt ovat organisaatio, jolle annetaan kaikki verkkoyhtiöiden haluama tieto. Toisaalta taas esimerkiksi kunnan viranomaiset eivät tarvitse etäohjattavien erottimien sijainteja. Tämän diplomityön aikana osaksi järjestelmän suunnitelmaa tulivat myös tietoliikenneverkon tietojen tarkempi esitys. Tarkoituksena on etenkin mahdollistaa tukiasemien peittoalueiden tarkka esitys vikatilanteissa. Tukiasemien peittoalueet si- 4.2. Tilannekuvajärjestelmän hyödyntäminen tilannekuvan muodostamisessa 46 muloidaan kaikille tukiasemille normaalitilanteessa. Staattista peittoaluetietokantaa hyödynnetään vian aikana, jolloin tietylle alueelle lasketaan koko alueen matkapuhelinverkon peittoalue. Tällöin voidaan esittää alueet, jossa matkapuhelinverkko ei toimi. Luvussa 5 esitetään tarkemmin matkapuhelinverkon tilatiedon esitys. 4.2 Tilannekuvajärjestelmän hyödyntäminen tilannekuvan muodostamisessa Kehitetty tilannekuvajärjestelmä pyrkii ratkaisemaan ongelmia tiedonvälityksessä toimijoiden välillä. Useat ongelmat voidaan ratkaista jo automatisoimalla tiedonvälitystä. Tilanteissa, joissa toimijoilla ei ole aikaa tai vakiintuneita menettelyjä tiedonvälitykseen, tilannekuvajärjestelmä huolehtii automaattisesti tiedonvälityksestä, jolloin toimijoilla ei kulu turhaan aikaa ylimääräiseen soitteluun. Järjestelmä myös huolehtii siitä, että kaikista ennakkoon määritetystä tiedosta menee tieto muille toimijoilla, jolloin yksittäisen toimijan tietämättömyys ei aiheuta tilannekuvan heikkenemistä. Tilanteissa, joissa tiedonvälitys ei onnistu esimerkiksi ylikuormitetun puhelinlinjan takia, järjestelmä huolehtii tiedonvälityksestä. Käytettävien järjestelmien suuri määrä aiheuttaa vaikeuksia tilannekuvan muodostamisessa. Tilannekuvajärjestelmä pyrkii ratkaisemaan näitä ongelmia yhdistämällä eri järjestelmien tietoja yhteen järjestelmään, jolloin käyttäjät eivät joudu vaihtelemaan eri järjestelmien välillä. Kuvassa 4.2 on esitetty järjestelmän perusperiaate sähköverkon tilatiedon yhdistämisessä. Tilannekuvajärjestelmä yhdistää eri järjestelmien reaaliaikaisen tilatiedon sekä kriittisten kohteiden tiedot yhdeksi järkeväksi kokonaisuudeksi. Kuvasta nähdään, että kunta 1 on kahden verkkoyhtiön (1 ja 2) alueella. Normaalisti kunnan viranomaisen tulisi seurata sähköverkon tilannetta molempien verkkoyhtiöiden järjestelmien kautta. On mahdollista, että jossain järjestelmässä tapahtuvia muutoksia ei huomata ollenkaa käytettäessä montaa järjestelmää. Tilannekuvajärjestelmä yhdistää tiedot järkeväksi kokonaisuudeksi ja suodattaa ylimääräisen tiedon, kuten kunnan tapauksessa vieraiden kuntien tiedot, pois. Tällöin käyttäjälle voidaan näyttää koko kunnan alueen sähköverkon tilanne, eikä resursseja kulu useamman järjestelmän seuraamiseen. Järjestelmän käyttöliittymä on suunniteltu tilannekuvan muodostamistarkoitukseen eikä esimerkiksi verkon käyttöön. Käyttöliittymästä on pyritty tekemään mahdollisimman selkeä tilannekuvanäkökulmasta. Käytössä on vain yksi käyttöliittymä, jolloin ongelmia eri toimittajien järjestelmien erojen takia ei synny. 4.2. Tilannekuvajärjestelmän hyödyntäminen tilannekuvan muodostamisessa Kuva 4.2 47 Tilannekuvajärjestelmän näkymä Järjestelmää voidaan käyttää päivittäin tietojen päivitykseen ja esimerkiksi sää- ja pelastustoimen toimintatietojen seuraamiseen, jolloin järjestelmän käyttötaidot pysyvät paremmin muistissa. Järjestelmän käyttöä voidaan yleisesti harjotella jatkuvasti, sillä käyttäjillä on aina pääsyoikeus järjestelmään. Sähköverkkoyhtiö näkee järjestelmästä oman alueensa säätilan, pelastustoimen toiminnan sekä tarvittaessa muita tietoja, jolloin verkkoyhtiön ei tarvitse erikseen seurata useita ylimääräisiä järjestelmiä. Tilannekuvajärjestelmän tarjoamaa matkapuhelinverkon tilatietoa voidaan hyödyntää yhdistämällä se eri tietoliikenteestä riippuvaisten kohteiden sijaintiin. Sähkönjakelun häiriön aikana verkostoautomaatio nopeuttaa vianpaikannusta sekä vian eristystä verkosta. Etäohjattavat verkostoautomaation laitteet vaativat tietoliikenneyhteyksiä. Kyseisten laitteiden sijaintitietoja sekä tukiasemien peittoaluetietoja hyödyntämällä voidaan päätellä, minne korjaustoimenpiteet kannattaa kohdistaa, jotta verkon toimintakuntoon palauttaminen nopeutuu. Suurhäiriöissä yksittäisellä verkkoyhtiöllä on huomattavasti korjausryhmiä korjaustehtävissä. Tällöin tukiasemien peittoaluetietoja voidaan hyödyntää, sillä järjestelmästä nähdään, milloin korjausryhmä on menossa esimerkiksi akkukäytöllä olevan tukiaseman alueelle tai alueelle, 4.3. Järjestelmän tekninen toteutus 48 jossa tukiasema on pois käytöstä. Tällöin korjausryhmille voidaan jo ennen alueelle menoa antaa toimintaohjeet ja kertoa, missä peittoaluetta on. Kunnan sosiaalitoimella on huomattavasti turvapuhelinasiakkaita, jotka ovat tietoliikenteestä kriittisesti riippuvaisia. Turvapuhelimet toimivat sähkökatkon aikana akkuvarmennuksen avulla, mutta mikäli tietoliikenneyhteydet katkeavat, ei turvapuhelimella voi soittaa. Tällaisissa tilanteissa on tärkeää ilmoittaa turvapuhelinasiakkaille, että puhelinta ei voi kyseisellä hetkellä käyttää. Järjestelmä näyttää kunnalle, millä asiakkailla on mahdollisesti tietoliikenneyhteys katki. Tällöin kunnan ei tarvitse ilmoittaa erikseen kaikille turvapuhelinasiakkaille mahdollisesta katkosta, vaan voi kohdistaa ilmoitukset asiakkaille, joilla yhteydet ovat poikki. Tämä vähentää työmäärää, sillä ilmoitukset joudutaan tekemään käymällä paikanpäällä, mikä on hidasta, jos kohteita on paljon. 4.3 Järjestelmän tekninen toteutus Kehitetty tilannekuvajärjestelmä on toteutettu selainpohjaisena palveluna, joka mahdollistaa käytön eri päätelaitteilla. WWW-palvelimen toteuttama rajapinta, jota selainpohjainen käyttöliittymä hyödyntää, mahdollistaa myös muiden asiakkaalle suunnattujen käyttöliittymien toteutuksen. Kuvassa 4.3 on esitetty järjestelmän rakenne. Kuva 4.3 Tilannekuvajärjestelmän tekninen rakenne 4.3. Järjestelmän tekninen toteutus 49 Järjestelmä muodostuu tietoa tuottavista järjestelmistä, tietokannasta sekä selainpohjaisesta käyttöliittymästä. Järjestelmään keskeytystietoa tuodaan sähköverkkoyhtiöiden käytöntukijärjestelmistä. Tietoliikenneverkkojen keskeytystiedot tuodaan tietoliikenneoperaattorien järjestelmistä. Kohteiden tiedot syötetään käyttäjien toimesta selainpohjaisesta käyttöliittymästä tai suoraan käyttäjien omista järjestelmistä. 4.3.1 Selainpohjainen käyttöliittymä Järjestelmän käyttöliittymä on toteutettu selainpohjaisena, mikä mahdollistaa käytön useilla eri päätelaitteilla. Käyttöliittymän toteutuksessa on pyritty käyttämään nykyaikaisia ratkaisuja. Valmiita, käytettyjä ja hyvin testattuja kirjastoja on pyritty käyttämään toimintojen toteuttamiseen, mikäli se vain on mahdollista. Sovellus koostuu Apache HTTP -palvelimesta sekä asiakaspuolen toteutuksesta. Apache valittiin palvelinsovellukseksi, sillä se on tällä hetkellä suosituin HTTPpalvelin, minkä ansiosta palvelin on hyvin testattu ja mahdollisiin ongelmiin löytyy ratkaisu suhteellisen helposti. (Netcraft 2014) Apache on myös hyvin dokumentoitu ja avoimen lähdekoodin sovellus. Toteutusta ei ole kuitenkaan sidottu yhteen HTTP-palvelimeen, vaan sen voi vaihtaa esimerkiksi Nginx-palvelimeen. Palvelinpuoli on toteutettu käyttäen PHP-ohjelmointikieltä. PHP valittiin toteutuskieleksi projektin kehityksen alussa, jo ennen tämän diplomityön aloitusta. PHP:n etuna on, että kieli on hyvin dokumentoitu ja erittäin käytetty, minkä ansiosta erilaisiin kehitysongelmiin löytyy ratkaisu hyvin helposti. PHP:lle on myös kehitetty huomattavasti erilaisia, hyvin testattuja kirjastoja, jotka mahdollistavat nopeamman kehityksen. PHP:tä myös ajetaan aina omana eristettynä prosessina Apachen sisällä, joten yksittäisen prosessin virheellinen käyttäytyminen ei kaada koko palvelinta, mikä parantaa järjestelmän luotettavuutta. Palvelinpuolen toteutus huolehtii tietojen välittämisestä tietokannasta asiakkaalle sekä asiakkaalta tietokantaan. Toteutus on tehty PHP:lle kehitetyn Laravel-ohjelmistokehyksen avulla. Sovellusta lähdettiin kehittämään ohjelmistokehyksen avulla, sillä kehitys alusta alkaen ilman ohjelmistokehystä vie huomattavasti enemmän aikaa, ja mahdollisia virheitä syntyy enemmän. Ohjelmistokehykset tuovat ohjelmakoodiin myös rakennetta, mikä parantaa ohjelmakoodin ylläpidettävyyttä huomattavasti. Laravel valittiin käytetyksi kehitysympäristöksi, sillä se on erittäin käytetty PHP-ohjelmistokehys. Laravel on myös hyvin dokumentoitu ja helppokäyttöinen. Asiakaspuolen toteutus on tehty niin sanottuna yhden sivun sovelluksena (Single 4.3. Järjestelmän tekninen toteutus 50 page application). Yhden sivun sovelluksessa järjestelmä lataa kaiken tarpeellisen ohjelmakoodin selaimen avatessa sivun ensimmäistä kertaa, jonka jälkeen alustava näkymä voidaan piirtää. Näkymään tarvittavia resursseja ladataan sitä mukaa, kun niitä tarvitaan. Perinteisesti web-sivut on toteutettu niin, että kaikki tiedot ladataan ennen sivun näyttämistä, mikä hidastaa sivun latausta. Perinteisellä tavalla interaktiivisten sivujen toteuttaminen on myös haastavaa, ja esimerkiksi käytettävän karttapohjaisen käyttöliittymän toteuttaminen on käytännössä mahdotonta. Asiakaspuolen toteutuksessa avainasemassa on karttapohjainen käyttöliittymä. Karttapohjainen käyttöliittymä on toteutettu pohjautuen Leaet-kirjastoon. Leaet on valittu kirjastototeutukseksi, sillä se on aktiivisesti kehitetty, helppokäyttöinen ja tukee myös mobiililaitteita. Leaetin avulla myös karttapohjan vaihtaminen onnistuu esimerkiksi Google Mapsin ja OpenStreetMapin välillä. Karttapohjaisen käyttöliittymän karttatiilintarjoajana käytetään OpenStreetMappalvelua. OpenStreetMapin etuna on, että tarvittaessa karttatieto voidaan ladata palvelimelle, jolloin järjestelmä ei ole riippuvainen ulkoisesta palveluntarjoajasta. OpenStreetMapin etuna on myös se, että paikalliset asukkaat voivat päivittää karttaa, jolloin kartta voi olla kaupallisia tarkempi paikallistuntemuksen ansiosta. Tämä kuitenkin tuo myös ongelmia, mikäli virheellistä tietoa päätyy karttatietoon esimerkiksi ilkivallan takia. Muutoksia kuitenkin seurataan ja virheelliset muutokset pyritään estämään. Asiakaspuolen näkymän tarvitsema tieto haetaan palvelimen toteuttamista RESTarkkitehtuuriin perustuvista rajapinnoista. Asiakaspuolen toteutuksessa on pyritty selkeään rakenteeseen, minkä vuoksi asiakaspuolella käytetään RequireJS sekä BackboneJS -kirjastoja. RequireJS tarjoaa JavaScriptiin mahdollisuuden ladata moduuleja erikseen selkeällä tavalla, mikä ei ole tällä hetkellä mahdollista ilman erillistä kirjastoa. Tämä mahdollistaa eri ohjelman kokonaisuuksien riippuvuuksien määrittelyn selkeästi ja yksiselitteisesti, mikä selkeyttää ohjelman rakennetta. RequireJS mahdollistaa myös koko asiakaspuolen toteutuksen pakkaamisen yhteen tiedostoon, jolloin tuotantovaiheessa tiedostojen lähettäminen asiakkaalle nopeutuu. BackboneJS on JavaScript-ohjelmistokehys, joka tuo rakennetta ohjelmakoodiin. Se tarjoaa osittain MVC (Model-View-Controller)-mallin mukaisen rakenteen, jonka avulla käyttöliittymä voidaan erottaaa sovellusaluetiedosta. Backbonen avulla järjestelmän eri komponentit voidaan helpommin vaihtaa toiseen. Backbone on valittu ohjelmistokehykseksi hyvän dokumentaation perusteella. 4.3. Järjestelmän tekninen toteutus 4.3.2 51 Sähköverkon keskeytystieto Käytöntukijärjestelmä on olennainen tietolähde tilannekuvajärjestelmässä. Käytöntukijärjestelmä ylläpitää sähköverkon tilaa. Käytöntukijärjestelmät (Distribution management system (DMS)) tukevat vikatiedon ulosvientiä järjestelmästä eri rajapintojen kautta. (Tekla 2015, ABB 2009) Tällä hetkellä sähköverkon keskeytystietoa käytetään paljon etenkin sähköverkkoyhtiöiden selainpohjaisissa häiriöpalveluissa, josta asiakkaat voivat tarkastella, missä päin verkkoa sähkökatkoja on, mikä on sähkökatkon syynä ja kauan sähkökatkon korjaus tulee arvioidusti kestämään. Keskeytystietoa käytetään myös tekstiviestiilmoitusten lähettämiseen asiakkaille vikatilanteissa. Tekstiviesti-ilmoituksessa on esimerkiksi vian alkuaika, arvioitu loppuaika sekä syy. Keskeytystieto on yleensä verkkopalveluissa muuntajatason tarkkuudella ja tekstiviestipalveluissa asiakasnumerotason tarkkuudella. Projektissa kehitetyssä tilannekuvajärjestelmässä hyödynnetään molempia DMS:n generoimia keskeytystietotyyppejä. Sekä muuntajatason että asiakasnumerotason katkotieto tuotetaan aina sähköverkon tilan muuttuessa. Alla on esitetty esimerkki erään käytöntukijärjestelmän antamasta muuntajatason XML-keskeytystiedostosta. 1 3 5 7 <? xml v e r s i o n = " 1.0 " encoding = " utf -8 " ? > < outages xmlns:xsi = " http: // www . w3 . org /2001/ XMLSchema - instance " > < outage type = " fault " ID = " 0 -2015 -0 " start = " 1.1.2015 00 :00:00 " desc = " Work group informed " > < station code = " 3002 " lat = " 0.00 " lng = " 0.00 " customers = " 9 " / > < station code = " 3003 " lat = " 0.00 " lng = " 0.00 " customers = " 10 " / > </ outage > </ outages > Ohjelma 4.1 Muuntajatason keskeytystiedon rakenne Vikatieto sisältää tiedon sähkökatkon tyypistä (onko katko viasta vai huoltotoimenpiteestä johtuva), vian tunnisteesta, vian alkuajasta, vian loppuajasta sekä selityksen viasta ja sen tilasta. Vikatieto sisältää myös vika-alueeseen kuuluvat muuntajat ja näiden sijainnit sekä asiakkaiden lukumäärän. DMS generoi muuntajatason tiedon XML-tiedostona, joka sisältää tiedot kaikista verkon tällä hetkellä voimassaolevista vioista. Node.JS:llä toteutettu välittäjäsovellus seuraa tiedoston muutoksia. Tiedoston muutoksen jälkeen välittäjäsovellus lukee tiedot ja lähettää muuttuneet katkotiedot tilannekuvajärjestelmään, jossa ne tal- 4.3. Järjestelmän tekninen toteutus 52 lennetaan tietokantaan. Muuttuneet tiedot voidaan lähettää välittäjäsovellukselta tilannekuvajärjestelmään käyttäen eri protokollia, kuten HyperText Transfer Protocol Secure (HTTPS) tai SSH File Transfer Protocol (SFTP). Tiedon lähettäminen myös ilman välittäjäsovellusta onnistuu suoraan DMS:stä SOAP-protokollan avulla. Mikäli SOAP-protokollaa käytetään, toimii DMS SOAP-asiakassovelluksena, joka ottaa yhteyden tilannekuvajärjestelmän toteuttamaan SOAP-palvelinsovellukseen ja välittää tiedot SOAP:n avulla. DMS toimii SOAP-asiakkaana, sillä tällöin tietoja käyttävän järjestelmän ei tarvitse erikseen suorittaa kyselyjä ajoittain, vaan tiedon päivityksen yhteydessä tiedot lähetetään eteenpäin. On myös mahdollista siirtää tiedot paikallisesti, mikäli sekä DMS että tilannekuvajärjestelmä toimivat samalla palvelimella. Tämä on kuitenkin epätodennäköistä, sillä www-palvelin kuormittaa itse palvelinta, jolloin käytöntukijärjestelmän luotettavuus saattaa heiketä. Muuntajatason keskeytystietoa käytetään yleensä sähköverkkoyhtiöiden internet- pohjaisten häiriöpalveluiden toteuttamiseen. DMS generoi tietoa viasta myös asiakasnumerotasolla. Tällöin DMS lähettää vikatiedot vioittain. Vikatieto sisältää keskeytykset alkuajan, arvioidun loppuajan, vian syyn (mikäli se on määritetty), vian varmuuden sekä listan asiakkaista, joihin keskeytys vaikuttaa. Lista asiakkaista on olennainen tilannekuvajärjestelmän näkökulmasta, sillä sen avulla sähkökatko pystytään yhdistämään yksittäiseen kuluttajaan, jolloin käyttöliittymään voidaan piirtää ilmoitus kriittisen kohteen sähkökatkosta. Asiakasnumerotason keskeytystietoa käytetään yleensä sähköverkkoyhtiöiden tekstiviestipalveluiden toteuttamiseen. DMS toimii SOAP-asiakkaana, joka aina verkon tilan muuttuessa ottaa yhteyden SOAP-palvelimeen, jonne vikatiedot lähetetään. Tilannekuvajärjestelmässä on erillinen välittäjäsovellus, joka toteuttaa SOAP-palvelinrajapinnan. Sovellus vastaanottaa vikatiedot DMS:ltä ja lähettää ne edelleen tilannekuvajärjestelmään. Tiedot lähetetään tilannekuvajärjestelmään HTTPS-protokollan avulla. Muuntajatason tietoa käytetään järjestelmässä esittämään, missä sähkökatkoja on. Järjestelmässä kartalla piirretään symboli jokaisen muuntajan paikalle. Tämä voidaan tehdä, sillä muuntajatason tiedossa tulee mukana myös paikkatieto sähkökatkon yleisten tietojen lisäksi. Symbolien avulla käyttäjä näkee selkeästi katkon laajuuden. Muuntajatason katkotietoa on kuitenkin haastava yhdistää yhteen asiakkaaseen, sillä asiakkaille on yleensä tiedossa oma asiakasnumeronsa, mutta ei muuntajanumeroa. Mikäli asiakkaan muuntajanumero on tiedossa, voidaan muuntajatason katkotieto yhdistää myös yksittäiseen kuluttajaan, kuten kriittiseen asiakkaaseen. Yhtenä vaihtoehtona tietojen hakemiseen tutkittiin, voisiko verkkoyhtiön häiriöpalvelurajapinnasta hakea sähkökatkotietoa suoraan, jolloin verkkoyhtiön ei tarvitse 4.3. Järjestelmän tekninen toteutus 53 tehdä muutoksia omiin järjestelmiinsä. Tieto voidaan tällöin hakea suoraan verkkoyhtiön jo käytössä olevasta järjestelmästä. Suuri osa verkkoyhtiöistä tarjoaa internet-sivuillaan häiriötilannekarttaa. Häiriötilannekartan piirtämiseksi keskeytystiedot tarjotaan internet-palvelun rajapintana. Kyseistä rajapintaa voidaan käyttää keskeytystietojen hakuun, jolloin rajapintaa voisi käyttää keskeytystilanteen ylläpitoon tilannekuvajärjestelmässä. Verkkoyhtiöiden häiriötilannekartan piirtämistä varten tieto lähetetään usein suoraan käytöntukijärjestelmän antamassa muodossa, jolloin kyseistä tietoa voidaan käyttää tilannekuvajärjestelmässä ilman esikäsittelyä. Tämä helpottaa tietojen käyttöä huomattavasti. Haasteena tietojen hakemisessa verkkoyhtiön web-sovelluksesta on se, että sähkökatkon aikana myös kuluttajat käyttävät internet-palvelua, jolloin on mahdollista, että vikapalvelu ylikuormittuu, eikä tietoa saada myöskään tilannekuvajärjestelmään. Tieto voi myös olla muokatussa muodossa, jolloin tietoa pitää esikäsitellä ennen sen esittämistä tilannekuvajärjestelmässä. Ongelmana on myös se, että tieto esitetään muuntajatasolla tietosuojasyistä, jolloin sähkökatkon yhdistäminen kriittiseen kuluttajaan kuten kotihoitopotilaaseen on haastavaa. Haasteeksi muodostuu myös se, että web-sovelluksen toteutus tai osoite voi muuttua yllättäen, mikä estää tiedon hyödyntämisen hetkellisesti. Verkkoyhtiön web-sovelluksesta haettua tietoa voidaan käyttää esimerkiksi yleiskuvan esittämiseen koko maan sähköverkon tilanteesta, mutta se soveltuu huonosti tilannekuvajärjestelmän tarpeisiin. 4.3.3 Internet-palvelut Tilannekuvajärjestelmään tarvitaan reaaliaikaisia tietoja myös muilta toimijoilta kuin sähkö- ja tietoliikenneverkkoyhtiöiltä. Eri toimijoiden tarjoamia rajapintoja käytetään palvelussa tiedon hakemiseen. Pelastustoimen PETO-media Pelastustoimen PETO-mediasta haetaan tietoja liittyen pelastustoimen toimintaan alueella. Palvelu tarjoaa tietoja RSS-syötteenä XML-muodossa. Palvelun tiedot käsitellään palvelimella, jonka jälkeen tiedot lähetetään loppukäyttäjällä JSON-muodossa. Tämän jälkeen tiedot näytetään kartalla. 4.3. Järjestelmän tekninen toteutus 54 Ilmatieteen laitoksen avoin rajapinta Suomen ilmatieteen laitos on tarjonnut vuoden 2013 kesästä lähtien laitoksen tuottamia tietoaineistoja maksutta ilmatieteen laitoksen verkkopalvelun kautta. Tietoaineistot ovat digitaalisessa koneluettavassa muodossa. Verkkopalvelu noudattaa Inspire-direktiivin vaatimusmäärittelyjä ja tietoaineistot ovat Open Geospatial Consortium -standardien mukaisia, joten rajapinnan käyttöön voidaan käyttää valmiita komponentteja. (Ilmatieteen laitos 2014) Ilmatieteen laitoksen verkkopalvelu on jaettu kolmeen osaan INSPIRE-direktiivin mukaisesti: • Katalogipalvelu, josta saadaan tietoa tarjolla olevista tietoaineistoista sekä palveluista. • Katselupalvelu, josta tietoaineistoja voi tarkastella selaimella. • Latauspalvelu, josta tietoaineistoja voi ladata koneluettavassa muodossa. Latauspalvelun rajapintana on WFS 2.0 -palvelu. (Web Feature Service). Projektissa kehitetyssä tilannekuvajärjestelmässä Ilmatieteen laitoksen avointa rajapintaa käytetään Ilmatieteen laitoksen kehittämällä MetOLib-JavaScript- kirjastolla. MetOLib tarjoaa toteutuksen API (Application programming interface) -luokilla, joita voi käyttää säätiedon hakemiseen Ilmatieteen laitoksen säätietopalvelimelta. Liikennevirasto Liikennevirasto tarjoaa keräämiään tietojaan avoimesti kansalaisten ja yhteiskunnan eri toimijoiden käyttöön. Liikenneviraston tarjoamiin tietoihin kuuluvat esimerkiksi ajantasaiset sekä viime aikojen liikenteen sujuvuustiedot, tiesääasemien mittaustiedot sekä liikenteen häiriötiedotteet. Liikennevirasto tarjoaa tietonta Digitracpalvelun kautta. Digitrac-palvelu tarjoaa SOAP-palvelurajapintaa, josta tietoja voi hakea. Palvelun käyttöön tarvitsee ainoastaan sovelluksen, joka toteuttaa SOAP-asiakasrajapinnan. SOAP on kuitenkin suhteellisen monimutkainen ja raskas protokolla, ja Liikenneviraston suunnitelmissa on toteuttaa kevyempi REST-pohjainen protokolla. (Laine et al. 2015) 4.4. Sähkönjakelun häiriön aikaisen tilannekuvan esittäminen 4.4 55 Sähkönjakelun häiriön aikaisen tilannekuvan esittäminen Sähkönjakelun häiriön aikaisen tilannekuvan esittäminen on haastavaa, sillä tietoa tulee erittäin paljon useasta eri lähteestä. Tiedon esittäminen järkevänä kokonaisuutena vaatii asiakashaastatteluiden toteutusta ja huolellista suunnittelua, jotta kaikki tarvittava tieto saadaan esitettyä kuitenkin ylimääräistä tietoa esittämättä. Endsley & Jones (2011) ovat luetelleet periaatteita tilannekuvaa varten suunnittelusta ja ne on esitetty luvussa 3.1.6. Järjestelmän kehityksessä on hyödynnetty Endsleyn määrittelemiä periaatteita. Tilannekuvajärjestelmän perusnäkymää käytetään vikatilanteessa tilannekuvan ylläpitämiseen. Näkymässä esitetään tietoja vioista ja eri kriittisistä kohteista. Järjestelmän perusnäkymä on esitetty kuvassa 4.4. Kuva 4.4 Tilannekuvajärjestelmän perusnäkymä Perusnäkymää hyödynnetään etenkin häiriötilanteissa. Perusnäkymä koostuu kartasta, jossa nykytila esitetään, tapahtumalogista, jossa erilaisia viimeaikaisia tapahtumia esitetään sekä ohjausvalikosta, jonka avulla käyttäjä voi suodattaa tietoja pois näkymästä. 4.4.1 Kartta Käyttöliittymän tärkeimpänä komponenttina on käyttöliittymän kartta. Kartan avulla käyttäjä pystyy päättelemään, missä päin sähköttömät asiakkaat ovat. Kartalla 4.4. 56 Sähkönjakelun häiriön aikaisen tilannekuvan esittäminen on esitetty useita eri tietoja, jotka liittyvät sähköttömiin asiakkaisiin ja joita eri toimijat tarvitsevat tilanteen palauttamiseksi ennalleen. Kartalla on esitetty sähköverkon sähköttömät muuntajat harmaina merkkeinä. Muuntajien avulla pystytään näyttämään, mitkä alueet ovat sähköttä. Muuntajia on hyvin tiheään etenkin kaupunkialueella, jolloin pystytään suhteellisen tarkasti päättelemään, onko jokin asiakas sähköttä. Kuva 4.5 Sairaala Kuva 4.6 Tukiasema Kuva 4.7 Vanhainkoti Kartalla on muuntajasymbolien lisäksi esitetty kriittiset kohteet omina symboleinaan. Jokainen kriittinen kohdetyyppi on esitetty omana symbolinaan. Kuvissa 4.5, 4.6 ja 4.7 on esitetty symbolit sairaalalle, tietoliikennemastolle sekä vanhainkodille. Kriittiset kohteet on jaettu kolmeen kriittisyysluokkaan: • Vähäinen kriittisyys. • Kriittinen kohde. • Erittäin kriittinen kohde. Symbolin koko määräytyy kriittisyyden mukaan. Mitä kriittisempi kohde sen kookkaampi kohteen symboli on. Tämän avulla kriittisemmät kohteet erottuvat joukosta. Kriittisillä kohteilla on myös reaaliaikainen tila. Kohteen tila on esitetty symbolin reunaviivan värityksen avulla. Kriittisen kohteen tilat on jaettu kolmeen tilaan: • Kriittisen ajan ylittymiseen on yli tunti aikaa. (vihreä) • Kriittisen ajan ylittymiseen on alle tunti aikaa. (keltainen) • Kriittisen aika on ylittynyt. (punainen) Kohteen tilan näkee kohteen reunaviivan värityksen mukaan. Reunaviivan ollessa vihreä on kriittisen ajan ylittymiseen yli tunti aikaa. Reunaviivan ollessa keltainen on kriittisen ajan ylittymiseen alle tunti aikaa. Reunaviivan olessa punainen 4.4. Sähkönjakelun häiriön aikaisen tilannekuvan esittäminen 57 on kriittinen aika ylittynyt. Kohteen tilan esitys tukee Endsleyn määrittämää periaatetta, jonka mukaan järjestelmän tulee esittää tietoa sekä toisen että kolmannen tason tilannetietona. Tässä tapauksessa keskeytyksen keston ja kohteen kriittisen ajan sijaan on esitetty tieto, kauanko kriittisen ajan ylittymiseen on aikaa, jolloin käyttäjä pystyy päättelemään, millon kriittinen aika ylittyy sekä mikä on kohteen nykytila. Esittämällä vain keskeytyksen kesto sekä kriittinen aika, käyttäjä joutuu suorittamaan tilan laskennan itse, mikä kuormittaa käyttäjää. Kriittista kohdetta painamalla saadaan näkyviin tarkemmat tiedot kohteesta. Kohdetta painaessa aukeaa ponnahdusikkuna, jossa näytetään tiedot kohteeen kriittisyydestä, tilasta sekä osoitetietoja ja muuta hyödyllistä tietoa. Tällöin kohteen tietoja ei tarvitse hakea erikseen esimerkiksi asiakastietojärjestelmästä, vaan käyttäjä näkee suoraan esimerkiksi kohteen osoitetiedot, jolloin apu voidaan lähettää nopeasti oikeaan paikkaan. Kriittisiä kohteita voidaan jakaa myös erillisille karttakerroksille. Tämä helpottaa tiedon esittämistä tilanteissa, jossa tiettyjä kohteita on paljon. Esimerkiksi yli 75vuotiaita kuluttajia on huomattava määrä, mikä voi vaikeuttaa tilannekuvan hahmottamista, jos kaikki yli 75-vuotiaat näkyvät kartalla pysyvästi. Karttakerrokset voidaan piilottaa kartalta, mikä selkeyttää näkymää. Muuntajien ja kriittisten kohteiden lisäksi kartalla näytetään muuta tietoa. Tilannekuvan parantamiseksi järjestelmässä näytetään sääennuste kahden tunnin päähän, ruuhkatiedot, pelastustoimen toiminta sekä kuntarajat. Sähkönjakelun häiriön aikana esimerkiksi sähköverkkoyhtiössä seurataan säätiedotusta, pelastustoimen toimintaa sekä muita ulkoisia tietolähteitä. Tämä aiheuttaa ylimääräistä työtä käyttäjälle ja heikentää tilannekuvaa, sillä käyttäjä joutuu keskittymään useampaan näyttöön tai ikkunaan yksittäisen sijaan. Esittämällä kaikki tieto samassa järjestelmässä vähennetään käyttäjän kuormitusta. Kuntarajat on esitetty järjestelmässä, jotta käyttäjä näkee, missä kunnissa sähköverkon viat sijaitsevat. Käyttäjät näkevät järjestelmästä myös suoraan, paljonko missäkin kunnassa on kriittisiä sekä tavallisia kuluttjia sähköttä. Käyttävät voivat rajoittaa tiedon esityksen myös oman kunnan alueeseen. 4.4.2 Tapahtumalogi sekä ohjausvalikko Käyttöliittymässä oikealla on eri karttakerrosten ohjausvalikko sekä tapahtumalogi. Ohjausvalikon tarkoituksena on tarjota käyttäjälle mahdollisuus suodattaa osa tiedosta, kuten ruuhkatiedotteet, pois näkymästä, mikäli niitä ei tarvita. Tapahtu- 4.4. Sähkönjakelun häiriön aikaisen tilannekuvan esittäminen 58 malogin tarkoituksena on parantaa käyttäjän tilannetietoisuutta tarjoamalla yleistä tietoa tilanteesta sekä tietoa kriittisten kohteiden tilojen muutoksista. Tapahtumalogin yläosassa on tiedot nykytilanteesta sekä koko maassa että omalla alueella. Käyttäjät määrittelevät oman alueensa listana kunnista. Käyttäjät saavat tiedon oman alueensa sähköttömistä kriittisestä sekä tavallisista kuluttajista, mikä vahvistaa käyttäjän yleistilannekuvaa. Tapahtumalogi näyttää sähköverkon tilassa tapahtuvat muutokset kronologisessa järjestyksessä. Näkymään lisätään uudet keskeytykset ja niihin liittyvät tiedot, kuten montako kriittistä tai normaalia kuluttajaa on sähköttä. Tapahtumalogissa näkyvät myös kriittisten kohteiden tilamuutokset. Edellisessä luvussa esitetyt kriittisten kohteiden tilojen väritykset ovat käytössä myös tapahtumalogissa. Kohteen tilan muuttuessa esimerkiksi vihreästä keltaiseksi (kriittisen ajan ylittymiseen on alle tunti) lisätään tapahtumalogiin uusi merkintä, jonka taustaväri määräytyy uuden tilan mukaan (tässä tapauksessa keltainen). Merkinnässä on tiedot tilan muutokset ajankohdasta sekä tieto, minkä kohteen tila muuttui. Kartalla esitetty tilan muuttuminen saattaa jäädä huomaamatta, minkä takia tieto esitetään myös tapahtumalogissa. Tällöin käyttäjä huomaa uuden merkinnän ja voi tehdä toimenpiteitä sen perusteella. Kuten karttamerkeissä, myös tapahtumalogissa tilan esitys parantaa toisen ja kolmannen tason tilannetietoisuutta. 59 5. TUKIASEMIEN PEITTOALUEIDEN JA TILAN ESITYS TELE4SG-projektissa ja tämän diplomityön aikana kehitettiin matkapuhelinverkon tilannekuvan esittämistä tilannekuvajärjestelmässä. Sähköverkon tilanne on yksinkertainen esittää, sillä verkon tila on jatkuvasti tunnettu. Matkapuhelinverkkojen tapauksessa monet eri asiat vaikuttavat tukiasemien peittoalueisiin jatkuvasti. Tällä hetkellä ei ole palveluita, joista näkisi tarkasti jokaisen matkapuhelinoperaattorin verkkojen kuuluvuustilanteen. Ongelmana on myös, että operaattorien tarjoamien palveluiden dataa on vaikea hyödyntää omissa järjestelmissä. Nykyään sähkökatkojen aikana on yleistä, että toimijoilla ei ole tiedossa matkapuhelinverkkojen tilaa. Toimijoiden sähkökatkon aikainen tilannetietoisuus paranee huomattavasti, mikäli kyetään esittämään eri toimijoille myös matkapuhelinverkon tila ja integroimaan tilatieto osaksi muita järjestelmiä. Tilannetietoisuuden paraneminen nopeuttaa sähkökatkosta palautumista. 5.1 Matkapuhelinverkon tilatiedon esitys Toimijat voivat hyödyntää matkapuhelinverkon nykytilatietoa eri tavoin. Sähköverkkoyhtiöillä on käytöntukijärjestelmässään etäohjattavien erottimien paikkatieto sekä mahdollisesti myös korjausryhmien paikkatieto. Tiedot voidaan yhdistää matkapuhelinverkon peittoaluetietoon, jolloin voidaan esittää, mihin korjausryhmiin tai etäohjattaviin erottimiin ei todennäköisesti saada yhteyttä tällä hetkellä tai hetken kuluttua. Nykytilanne voidaan varmistaa yhteyskokeilun avulla, mikäli korjausryhmä tai erotin on matkapuhelinverkon katkoalueella. Tilanteissa, joissa ryhmä on menossa alueelle, yhteyskokeilua ei voida hyödyntää, jolloin matkapuhelinverkon tilatiedon esittäminen mahdollistaa ennakoivien toimenpiteiden suorittamisen. Valvomon ja korjausryhmän välinen kommunikaatio voidaan suorittaa jo ennen alueelle menoa. Tällöin lupa toimenpiteen suorittamiseen voidaan antaa ennakkoon. Myös tieto jatkotoimenpiteistä tai alueista, jossa matkapuhelinverkko toimii, voidaan välittää korjausryhmille. Kunnan viranomaiset hyötyvät matkapuhelinverkon nykytilatiedosta, sillä sosiaali- 5.2. Demonstraatio 60 toimella on vastuulla huomattavasti eri ihmisryhmiä, jotka ovat kriittisesti matkapuhelinverkosta riippuvaisia. Esimerkiksi vanhuksilla on usein turvapuhelin tai -nappi, joiden avulla vanhus voi hälyttää apua tarvittaessa. Matkapuhelinverkon katkon aikana hälytystä ei lähde, mikä voi aiheuttaa hengenvaaran turvapuhelinasiakkaalle. Vaaratilanteiden ehkäisemiseksi kunta voi hyödyntää matkapuhelinverkon tilatietoa ja koettaa ottaa yhteyttä kyseisiin henkilöihin tai lähettää paikalle henkilön varmistamaan, että turvapuhelinasiakas on kunnossa. Myös sosiaalitoimi voi hyödyntää peittoaluetietoa kentällä olevien henkilöiden ohjaamiseen alueille, joissa matkapuhelinverkko toimii. Matkapuhelinverkkojen peittoalueiden kattavuuden ennustaminen lähitunneille sähkökatkon aikana mahdollistaa myös ennakoivia toimenpiteitä toimijoiden toimesta. Sähköverkkoyhtiöt voivat suunnitella korjaustoimenpiteitä niin, että matkapuhelinverkon peittoalue saadaan pidettyä riittävän kattavana verkostoautomaatio- tai muusta näkökulmasta katsottuna. Verkkoyhtiö voi myös ohjeistaa korjausryhmiä mahdollisesta tietoliikenneyhteyden katkeamisesta hetken kuluttua. Mikäli tietoliikenneoperaattoreilla on sähköverkon korjausjärjestys tiedossa, voivat myös operaattorit hyödyntää tarjolla olevaa varavoimaa niin, että peittoalueet pysyvät mahdollisimman kattavina katkon aikana. Kunnan sosiaalitoimi voi ennakoida asiakkaitaan mahdollisesta matkapuhelinverkon kuuluvuuden heikkenemisestä, jolloin asiakkaat voivat paremmin varautua ongelmiin. Tukiasemien toimivuuden ennustamiseen voidaan käyttää sähköverkon tilatietoa sekä tukiasemien akkukapasiteettitietoa. Akkukapasiteettitieto voi olla saatavilla tietoliikenneoperaattorin toimesta, mutta järjestelmä voi myös kerätä tilastotietoa, jota voidaan hyödyntää seuraavissa sähkökatkoissa. 5.2 Demonstraatio Matkapuhelinverkon tilatiedon esittämistä varten diplomityön aikana kehitettiin tilannekuvademonstraatio. Demonstraatio perustuu myrskystä johtuneeseen Suomessa tapahtuneeseen sähkönjakelun häiriöön. Häiriö oli suhteellisen lyhyt suhteessa viime aikoina tapahtuneisiin suurhäiriöihin. Suurin osa sähköverkon vioista oli korjattu noin 24 tunnissa. Viimeaikaisista suurhäiriöistä tarkkaa historiatietoa tietoliikenneverkon tilasta ei kuitenkaan ollut saatavilla, jonka takia demonstraatiossa tutkittiin kyseistä häiriötä. Sähkökatkosta tehtiin jälkikäteisanalyysi ja etenkin sen vaikutuksia matkapuhelinverkkoon analysoitiin. Palautteen saamiseksi demonstraatio esiteltiin eri toimijoille, kuten sähköverkkoyhtiölle ja tietoliikenneoperaattorille. Alueella olevista 2G-, 3G- ja 4G-tukiasemista saatiin tiedot antennikorkeuksista, 5.2. Demonstraatio 61 antennien suuntauksista ja tukiasemien toimintakelpoisuusajoista. Tukiasemien antennikorkeuksien ja -suuntauksien sekä alueen korkeuskäyrien perusteella mallinnettiin Okumura-Hata -etenemishäviömallin avulla jokaiselle tukiasemalle erikseen oma matkapuhelinverkon peittoalue. Tämän jälkeen tukiasemien peittoalueet kyettiin esittämään yksittäin kartalla. Alueella tapahtuneen sähkönjakelun häiriön ajalta saatiin sekä sähköverkon tilatieto että matkapuhelinverkon tukiasemien tilatieto. Mallinnettuja peittoalueita hyödynnettiin yhdessä verkkojen tilatiedon kanssa sähkökatkon etenemisen esittämisessä. Demonstraatiossa 4G-verkon esitys jätettiin pois, sillä alueella oli ainoastaan 2 4G-verkon tukiasemaa ja tukiasemat olivat toiminnassa koko sähkökatkon ajan. Sähköverkon katkotietoa ei pystytty yhdistämään suoraan matkapuhelinverkon tukiasemiin, sillä tukiasemien muuntaja- tai asiakasnumeroa ei ollut saatavilla. Demonstraatiossa tehtiin oletus, että mikäli tukiasemaa lähimpänä oleva muuntaja on sähköttä, on tukiasema tällöin akkukäytöllä tai pois käytöstä. Tukiasemien tiedoissa ei ollut tietoa, milloin tukiasema siirtyi akkukäytölle, joten tieto piti mallintaa sähköverkon tilatiedon avulla. Kuvassa 5.1 on esitetty demonstraation näkymä sähkökatkon alussa. Kuvassa 5.2 on esitetty demonstraation näkymä sähkökatkon vaikutusten ollessa pahimmillaan tietoliikenneverkon näkökulmasta. Kuvissa siniset merkit kuvaavat matkapuhelinverkon tukiasemia, joissa sähkönsyöttö verkosta toimii. Keltaiset kuvaavat tukiasemia, jotka ovat akkukäytöllä. Punaiset kuvaavat tukiasemia, jotka eivät ole toiminnassa joko sähköttömyydestä tai rikkoutumisesta johtuen. Taustalla näkyvät peittoalueet on värikoodattu samalla periaatteella. Sinisillä peittoalueilla tarkoitetaan peittoalueita, joiden tukiasemalla sähkö syötetään verkosta. Keltaisilla peittoalueilla tarkoitetaan peittoalueita, joiden tukiasemat ovat akkukäytöllä. Punaisilla peittoalueilla esitetään kyseisen tukiaseman peittoalue, mikäli tukiasema olisi toiminnassa. Tukiasemien päällä oleva 2G/3G-teksti kuvaa, mitkä teknologiat ovat käytössä kyseisessä tukiasemassa tietyllä ajanhetkellä. Kuvissa reuna-alueilla olevien tukiasemien tietoja ei saatu, joten reuna-alueiden peittoalueista ei ole varmaa tietoa. Voidaan kuitenkin olettaa, että myrsky on myös vaikuttanut reuna-alueiden tukiasemiin ja alueella olevat tukiasemat ovat todennäköisesti joko akkukäytöllä tai alhaalla. Kuvissa harmaalla symbolilla tarkoitetaan sähköttä olevaa muuntajaa. 5.2. 62 Demonstraatio Kuva 5.1 Demonstraation näkymä sähkökatkon alussa Kuvista nähdään matkapuhelinverkkojen arvioitu peittoalue tiettyinä ajanhetkinä. Ongelmana kuvan esittämässä toteutustavassa on se, että kartta peittyy myös terveestä peittoalueesta, jolloin käyttäjän on vaikea arvioida, missä peittoalue tarkalleen ottaeen puuttuu. Olennaista ei toimijoiden näkökulmasta ole se, missä peittoaluetta on, vaan se, mistä peittoalue puuttuu. Demonstraatiossa peittoalueet visualisointiin aluksi kuvan esittämällä tavalla, sillä ohjelmisto, jolla peittoalueet mallinnettiin, kykeni viemään mallinnetut peittoalueet ainoastaan rasterimuodossa. Rasterimuotoisen kuvan leikkaus toisesta kuvasta sijainnin perusteella on erittäin haastavaa. Tilanteessa, jossa peittoalueita on mahdollisesti satoja tai tuhansia, rasterimuotoisten kuvien leikkaus toisistaan ei olisi sen vievän ajan vuoksi mahdollista. Tämän takia kyseiseen mallinnusohjelmaan on kehitteillä ominaisuus myös peittoalueiden 5.2. 63 Demonstraatio Kuva 5.2 Demonstraation näkymä häiriön ollessa pahimmillaan viemiseksi vektorimuodossa. Vektorimuotoinen peittoalue helpottaa peittoalueiden leikkauksien toteuttamista, jolloin voidaan selkeästi esittää alueet, jolta kuuluvuus todennäköisesti puuttuu. Näin käyttöliittymä selkeytyy huomattavasti. Kuvassa 5.3 on esitetty sähkökatkon alkutilanne vektorimuotoisilla peittoalueilla. 5.2. Demonstraatio Kuva 5.3 64 Demonstraation näkymä vektorimuotoisella peittoalueella sähkökatkon alussa Kuvassa 5.4 on esitetty sähkökatkon pahin tilanne vektorimuotoisilla peittoalueilla. Kuvassa peittoalueita ei esitetä terveille tai akkukäytöllä oleville tukiasemille. Alueet, joista peitto puuttuu on esitetty kuvissa. Tällöin näkymässä ei ole turhaan ylimääräistä tietoa, ja järjestelmän käyttäjä näkee välittömästi, missä peittoalue todennäköisimmin puuttuu. Vektorimuotoinen tieto mahdollistaa peittoalueiden leikkauksen toisistaan aina verkon tilan muuttuessa. Käytännössä tämä tapahtuu hyödyntäen tunnettuja monikulmioleikkausalgoritmejä. Vektorimuotoinen tieto mahdollistaa myös esimerkiksi sen, että voidaan helposti laskea, onko jokin piste matkapuhelinverkon peittoalueen ulkopuolella. Tällöin voidaan nopeasti esittää toimijoille, mikäli esimerkiksi korjausryhmä on siirtymässä keskeytysalueelle. 5.2. Kuva Demonstraatio 5.4 himmillaan 65 Demonstraation näkymä vektorimuotoisella peittoalueella häiriön ollessa pa- Kuvassa 5.5 on esitetty matkapuhelinverkon tukiasemien ja peittoalueiden lisäksi kuvitteellisten etäohjattavien erottimien tila sen perusteella, ovatko erottimet peittoalueen sisällä vai ei. Etäohjattavat erottimet on esitetty kuvassa vaalean sinisinä merkkeinä erottimen ollessa peittoalueen sisällä ja valkoisina erottimen ollessa peittoalueen ulkopuolella. 5.2. Demonstraatio Kuva 5.5 66 Etäohjattavat erottimet vektorimuotoisessa peittoalue-esityksessä Kuvien vektorimuotoiset peittoalueet ovat yksinkertaistettuja monikulmioita mallinnetuista peittoalueista. Käytännössä vektorimuotoisten peittoalueiden toteutus tapahtui mallinnettujen peittoalueiden ääriviivojen perusteella. Menetelmää oli mahdollista käyttää demonstraatiossa, mutta tilanteissa, joissa peittoalueita on tuhansia, pitää peittoalueet generoida suoraan vektorimuotoon. Käytetyt monikulmiot ovat myös huomattavasti simuloituja malleja epätarkempia. Demonstraatiota esiteltiin mukana olleille osapuolille sekä muille toimijoille. Demonstraatiota esiteltiin sekä projektin johtoryhmän kokouksissa mukana olleille osapuolille ja lisäksi erillisissä kokouksissa osapuolten ja muiden toimijoiden kanssa. Projektissa käytiin erikseen esittelemässä demonstraatiota Elenialle, Elisalle sekä Viestintävirastolle. Tarkoituksena oli myös erikseen käydä esittelemässä demonstraa- 5.3. Toimijoiden tarvitsemien tietojen selvittäminen 67 tiota Emtelellä, mutta esityksen ajankohta viivästyi, eikä sitä ennen tämän diplomityön valmistumista ehditty toteuttamaan. Esittelykokouksissa oli mukana myös muita kuin projektissa mukana olleita henkilöitä. Esittelytilaisuuksissa toimijat antoivat kehitysehdotuksia sekä toiveita tiedoista, jota järjestelmästä olisi hyvä saada. Demonstraatiota kyettiin jatkokehittämään ehdotusten perusteella. Toimijat olivat erittäin kiinnostuneita järjestelmän hyödyntämisestä toiminnassa. Viestintäviraston esittelytilaisuudessa käsitys Viestintäviraston roolista sähkökatkon aikana selveni. Demonstraatiossa olisi voinut olla myös matkapuhelinverkkoa hyödyntävien kaukoohjattavien erottimien tilatieto, jolloin matkapuhelinverkon simuloitujen peittoalueiden todenmukaisuutta olisi voinut tutkia, mutta tiedot saatiin vasta juuri ennen tämän diplomityön valmistumista, eikä tietoja voitu enää tämän diplomityön aikana hyödyntää. 5.3 Toimijoiden tarvitsemien tietojen selvittäminen Työn aikana selvitettiin myös eri toimijoiden tarvitsemia tietoja. Tietoliikenneoperaattorin kanssa keskusteltaessa tuli ilmi, että on tarve maasalamatiedon esittämiseen. Tietoliikenneverkon näkökulmasta maasalamat ovat hyvin olennainen vianaiheuttaja. Maasalamat rikkovat myös huomattavia määriä etäohjattavien erottimien laitteistoja. Ilmatieteen laitos tarjoaa rajapintansa kautta tietoa sekä ilma- että maasalamoista. Maasalamatiedon paikannustarkkuus on yleensä alle 1 kilometri, eli paikkatieto on tarkkaa ja sitä voidaan hyödyntää tilannekuvan muodostamiseen. Havainnot päivittyvät 5 minuutin välein. 5.3. Toimijoiden tarvitsemien tietojen selvittäminen Kuva 5.6 68 Maasalamatieto kartalla Työssä toteutettiin maasalamatiedon esitys osana tilannekuvaa. Kuvassa 5.6 on esitetty erään sähkökatkon aikana eräällä ajanhetkellä 15 minuutin sisällä iskeneet salamat. Kuvassa salaman symboli on sitä läpinäkyvämpi mitä kauemmin salamaniskusta on kulunut. Kuvassa harmaa symboli kuvaa sähköttä olevaa muuntajaa. Muut symbolit ovat osa matkapuhelinverkon tilan esitystä, joka esitetään luvussa 5. Kuvassa 5.7 on esitetty salamaniskut noin 30 minuuttia myöhemmin. Kuvista nähdään, että salamadataa voidaan myrskyjen aikana hyödyntää myrskyrintaman esitykseen suhteellisen selkeästi. Myrskyrintaman edetessä salamoiden iskupaikat etenevät samaan suuntaan ja huomataan, että sähköverkon viat kyseisessä tapauksessa alkavat lähellä ajanhetkeä, jolloin myrskyrintama saavuttaa alueen. 5.3. Toimijoiden tarvitsemien tietojen selvittäminen Kuva 5.7 69 Maasalamatieto kartalla noin 30 minuuttia ensimmäisen tilanteen jälkeen 70 6. JATKOKEHITYS 6.1 Live-demonstraatio Tilannekuvajärjestelmädemonstraatio on tarkoitus ottaa live-käyttöön vuoden 2015 syksyllä. Järjestelmän toimivuutta testataan muutaman kunnan alueella kahden tai useamman verkkoyhtiön sekä yhden tietoliikenneoperaattorin järjestelmien tiedoilla. Järjestelmään annetaan pääsyoikeus eri toimijoille, jotta toimijat näkevät käytännössä, miten järjestelmä toimii ja mitä hyötyä järjestelmä tarjoaa toimijoille. Livedemonstraatiossa keskitytään etenkin tietoliikenneverkon tilanteen esittämiseen sähköverkon tilanteen kanssa. Live-demonstraatio perustuu yhden tietoliikenneoperaattorin ja kahden tai useamman verkkoyhtiön tarjoamaan reaaliaikatietoon verkkojen tilasta. Demonstraatiossa esitettävä alue valittiin aikaisempien myrskyjen perusteella. Tarkoituksena oli valita alue, jonne myrskyt todennäköisesti iskevät, jotta järjestelmän toimintaa voidaan testata. Sähköverkkoyhtiöt valittiin niin, että tietoa saadaan useasta eri käytöntukijärjestelmästä. Live-demonstraation konsepti on esitetty kuvassa 6.1. Käytöntukijärjestelmät integroidaan järjestelmään käytöntukijärjestelmien tarjoamien rajapintojen avulla. Rajapintoja käytetään normaalisti web- ja SMS-häiriöpalveluihin. Käytöntukijärjestelmät toimivat SOAP-asiakkaina ja päivittävät muutokset järjestelmään aina verkon tilan muuttuessa. Tietoliikenneoperaattori tarjoaa tarvittavat tiedot tukiasemista tukiasemien peittoalueiden mallintamista varten. Lisäksi operaattori tarjoaa muuntaja- tai asiakasnumeron tukiasemille, jotta sähköverkon keskeytys pystytään yhdistämään tiettyyn tukiasemaan. Staattinen tieto (esimerkiksi tukiasemien peittoalueet) käsitellään, jonka jälkeen reaaliaikaisen tiedon vastaanottaminen voi alkaa. Tietoliikenneoperaattorin järjestelmät integroidaan löyhästi tilannekuvajärjestelmään. Käytännössä operaattori antaa pääsyoikeudet palvelimelle, josta matkapuhelinverkon tilan sisältävä tiedosto voidaan lukea. Tiedoston muutoksia seurataan, ja aina muutosten yhteydessä ne esite- 6.2. 71 Järjestelmän jatkokehitys Kuva 6.1 Live-demonstraation konsepti tään käyttäjälle. 6.2 Järjestelmän jatkokehitys Live-demonstraatiossa keskitytään etenkin matkapuhelinverkon tilan esittämiseen. Jatkossa kuitenkin tarkoituksena on myös integroida esimerkiksi kunnan järjestelmiä osaksi järjestelmää. Järjestelmän integrointi jo olemassa oleviin järjestelmiin tulee toteuttaa. Järjestelmään tarvitaan tietoa kriittisistä kohteista, ja esimerkiksi kunnan tapauksessa kohteita voi olla huomattava määrä. Manuaalinen tietokannan päivitys on aikaa vievää, jonka takia järjestelmäintegraatiota pitää automatisoida. Manuaalinen päivitys vaatii resursseja ja voi olla esteenä järjestelmän käyttöönotolle. Myös reaaliaikatiedon muoto vaihtelee. Verkkoyhtiöt käyttävät Suomessa eri käytöntukijärjestelmiä ja tietomuodot eri järjestelmien välillä voivat poiketa. Tuki kaikille käytetyille tietomuodoille tulee toteuttaa, jotta järjestelmään voidaan integroida kaikki tarvittavat järjestelmät. 6.3. Haasteet 72 Järjestelmän muokkaaminen käyttäjien tarpeiden mukaiseksi on mahdollinen kehityskohde. Eri toimijoilla on erilaiset tiedot, joita toimijat tarvitsevat sähkökatkon aikana. Mikäli kaikille toimijoille näytetään kaikki tieto, on tietoylivuoto mahdollinen. Aalto (2015) tekemissä haastatteluissa ilmeni, että kunnan viranomaiset haluavat omia muokattavia karttakerroksia, kuten kotihoitopotilaat ja mielenterveyskuntoutujat. Sähköverkkoyhtiö ei kuitenkaan kyseisiä tietoja tarvitse. Tämän takia tarkka toimijakohtainen muokkaus on tärkeää. Toimijakohtaisessa muokkauksessa tulee kuitenkin huolehtia, että järjestelmän käyttämät symbolit ja käyttöliittymä pysyvät yhtenäisinä. Mikäli järjestelmän ulkoasua muutetaan asiakkaiden pyynnöstä ilman yhtenäisyyden ylläpitämistä, on mahdollista, että tilannekuva voi heiketä. Järjestelmässä on tällä hetkellä ainoastaan selainpohjainen käyttöliittymä. Joissain tilanteissa selainpohjainen käyttöliittymä voi aiheuttaa suorituskykyongelmia, joita alustariippuvainen sovellus voi ratkaista. Järjestelmän nykyistä rajapintaa hyödyntämällä muita sovelluksia voidaan toteuttaa. Mikäli alustariippuvaisia sovelluksia tehdään, tulee kuitenkin järjestelmän yhtenäisyydestä huolehtia. Järjestelmän rajapintojen tarjoama tieto voidaan myös integroida jo olemassa oleviin järjestelmiin parantamaan tilannekuvaa. Sähköverkkoyhtiö voi esimerkiksi integroida kriittisten kohteiden esityksen osaksi omia järjestelmiä, jolloin tarvittaessa kriittisiä kohteita voidaan tarkastella omista järjestelmistä. Tiedon integrointi ei kuitenkaan saa häiritä normaalitoimintaa. Tilannekuvan tallentaminen aikasarjana on tärkeä kehittämisen kohde. Järjestelmässä tilanteen tallentaminen ei ole tällä hetkellä mahdollista. Toiminnan kehittämiseksi toimintaa pitää analysoida jälkikäteen. Mikäli tieto tilanteesta on tallessa, voidaan sitä hyödyntää jälkikäteisanalyysin teossa. Myös tieto käyttäjän suorittamista toiminnoista voi hyödyttää jälkikäteisanalyysissa, joten käyttäjän toiminnot pitäisi myös tallentaa. Jälkikäteisanalyysin avulla voidaan myös kehittää sähkö- ja tietoliikenneverkkoja. Tallennetun tiedon perusteella voidaan päätellä, mitkä verkkojen eri laitteet ovat kriittisimpiä yleisen toimivuuden näkökulmasta. Kyseiset laitteet voidaan tällöin varmentaa, jotta jatkossa laitteet toimivat varmemmin. 6.3 Haasteet Tilannekuvajärjestelmän kehitetyksessä, käyttöönotossa ja käytössä on myös haasteita. Suuri haaste sähkökatkon aikana on varmistaa sekä sähkönsyöttö että tietoliikenneyhteydet toimijoille, jotta järjestelmää kyetään ylipäätään käyttämään. Usein toimijoiden tilat sijaitsevat kuitenkin kaupunkien tai kuntien keskusta-alueilla, jossa myrskyjen aiheuttamien keskeytysten vaikutukset ovat pienempiä tai mitättömiä. Tietoliikenneyhteydet on yleensä toteutettu kiinteinä yhteyksinä matkapuhe- 6.3. Haasteet 73 linverkon hyödyntämisen sijaan. Tällöin matkapuhelinverkon tukiasemien putoaminen käytöstä ei vaikuta toimijoiden tietoliikenneyhteyksiin järjestelmän näkökulmasta. Kiinteän tietoliikenneverkon laitteiden varavoimakapasiteetti on usein tukiasemia parempi, ja sähkökatkon aikana laitteet toimivat pidempään. Useimmissa tilanteissa toimijoiden sähkönsyöttö ja tietoliikenneyhteydet toimivat sähkökatkon ajan, sillä myrskyistä johtuva sähkökatko ei usein vaikuta kaupungin keskustassa. Ongelmia syntyy, jos sähkökatko vaikuttaa myös kaupunkien keskustassa, sillä esimerkiksi kunnan johtohenkilöstöllä ei usein ole varavoimaa paikalla. Toimipaikoissa, joissa on todennäköistä, että sähkönsyöttö tai yhteydet pettävät, voidaan sähkönsyöttö ja yhteydet varmentaa esimerkiksi varavoiman ja satelliittiyhteyden avulla. Järjestelmä tarvitsee palvelimen tai useita palvelimia toimiakseen. Mikäli palvelimet ovat sähkökatkoalueella, on mahdollista, että palvelimien sähkönsyöttö loppuu sähkökatkon pidentyessä. Palvelinkeskukset ovat kuitenkin yleensä hyvin varmistettuja, ja pidentyneenkin sähkökatkon aikana palvelimet saadaan pidettyä toiminnassa. Palvelun voi myös hajauttaa useaan palvelinkeskukseen, jolloin tietyllä alueella tapahtuva sähkökatko ei aiheuta ongelmia palvelun saatavuuden kanssa. Myrskyjen vaikutukset palvelinkeskuksiin ovat usein myös pienet, sillä palvelinkeskusten yhteydet on yleensä toteutettu maakaapelilla, jolloin esimerkiksi puut eivät voi kaatua sähköjohdoille. Palvelinkeskusten sähkönsyöttö on yleensä vähintään kahdennettu. Usein palvelinkeskuksilla on myös toinen varasyöttö. Tarvittavan tiedon saaminen aiheuttaa myös ongelmia, sillä toimijoita, joilta tietoa pitäisi saada, on huomattava määrä. Pelkästään sähköverkkoyhtiöitä on Suomessa lähes 100. Keskeytystiedot pitäisi saada jokaiselta sähköverkkoyhtiöltä, jotta voidaan luoda kattava tilannekuva. Tämä vie jonkin verran resursseja, sillä sähköverkkoyhtiöiden tulee muokata omia järjestelmiä niin, että tietoja voidaan niistä viedä muualle tai tietoja voidaan hakea. Myös matkapuhelinverkon tukiasemia on huomattava määrä, ja jokaisen tukiaseman tietojen saaminen voi olla haastavaa. Matkapuhelinoperaattoreita ei kuitenkaan ole yhtä paljon kuin sähköverkkoyhtiöitä, mikä helpottaa tiedonkeruuta. Järjestelmää voidaan kuitenkin hyödyntää, vaikka tietoja ei kaikilta sähköverkkoyhtiöiltä tai teleoperaattoreilta saisikaan. Suuri tietomäärä aiheuttaa haasteita järjestelmän kanssa. Optimaalisessa tilanteessa järjestelmään tuodaan kaikkien Suomen verkkoyhtiöiden tiedot, teleoperaattorien tiedot sekä kriittisten toimijoiden tiedot. Pelkästään kuntia on Suomessa 301 (Elinkeino-, liikenne- ja ympäristökeskus 2015). Näiden lisäksi myös eri toimijat, kuten vesilaitokset syöttävät tietojaan järjestelmään. Kriittisten kohteiden tiedot yhdistetään reaaliaikaisen tiedon kanssa. Tämä vaatii huomattavasti prosessointikapasiteettia. Sosiaalisen media yleistymisen jälkeen Big Data -osaaminen on kehit- 6.3. Haasteet 74 tynyt huomattavasti, ja ongelmiin voidaan kehittää ratkaisuja. Järjestelmä voidaan myös jakaa osakokonaisuuksiin esimerkiksi maakunnittain. Suuri tietomäärä voi aiheuttaa ongelmia myös selainpohjaisen käyttöliittymän suorituskyvyn kanssa. Selaimet tuovat aina ylimääräistä rasitetta suoritukseen verrattuna alustariippuvaiseen sovellukseen. Näytettävän tiedon määrän kasvaessa selainpohjainen sovellus hidastuu perinteistä alustariippuvaista sovellusta nopeammin. Ongelmaa voidaan lieventää optimoimalla käytettyjä algoritmeja sovelluksessa. Rajaamalla esitettävää tietoa voidaan myös lieventää suorituskykyongelmia. Palvelu tarjoaa rajapinnan, jota voidaan hyödyntää alustariippuvaisen sovelluksen tekemiseen. Myös tiedon epätarkkuus aiheuttaa haasteita. Sähköverkon tila on lähes aina tarkasti tiedossa, mutta tietoliikenneverkon tukiasemien peittoalueet ovat epätarkkoja. Tukiasemien peittoalueet mallinnetaan käyttäen tunnettuja malleja, mutta mallinnettuihin peittoaluesiin ei voi luottaa varmasti. Peittoalueita voidaan käyttää vain tietoliikenneverkon tilan arviointiin, mutta sitä ei yksinään voida käyttää päätöksentekoon. Mikäli mallinnettujen peittoalueiden perusteella tehdään päätöksiä, voi ongelmia syntyä, jos peittoalueet eivät vastaa mallinnettuja peittoalueita. Tietoturvasta ja -suojasta tulee myös huolehtia. Järjestelmään on tarkoitus kerätä huomattava määrä eri kriittisten kohteiden tietoja sekä yhteiskunnan kannalta kriittisten infrastruktuurien tietoja. Tietoja voidaan käyttää väärin, mikäli tiedot vuotavat järjestelmästä. Tämän takia on tärkeää, että järjestelmän tietoturva on hyvin suunniteltu ja testattu. Haasteena on myös päättää kuka järjestelmän käytännössä toteuttaa. Eri toimijat hyötyvät järjestelmän käytöstä, mutta järjestelmän toteuttaminen ja käyttöönotto vaatii resursseja, joita ei välttämättä olla valmiita käyttämään. Käytännössä tämä tarkoittaa, että järjestelmä tulee joko kaupallistaa ja tehdä käyttöönotto mahdollisimman yksinkertaiseksi tai kehittää järjestelmää viranomaislähtöisesti. 75 7. YHTEENVETO Sähköhuollon häiriötilanteet aiheuttavat huomattavia ongelmia nyky-yhteiskunnassa. Nyky-yhteiskunnan riippuvuus sähkö- ja matkapuhelinverkkoihin on kasvanut viime vuosina. Häiriötilanteista palautumisen tulee olla riittävän nopeaa. Palautumisen tehokkuuteen vaikuttaa huomattavasti tiedonvaihto eri toimijoiden välillä, ja ongelmia tiedonvaihdossa on havaittu. Tässä diplomityössä kehitettiin menetelmiä tiedonvaihtoon eri toimijoiden välillä painottaen etenkin matkapuhelinverkon tilannekuvan jakamista. Diplomityössä kehitettiin matkapuhelinverkon tilatiedon integrointia yhteen sähköverkon tilatiedon kanssa. Lisäksi työssä kehitettiin etenkin matkapuhelinverkon tilan esittämistä, jotta toimijat saavat kattavan käsityksen verkkojen tilasta häiriötilanteissa nopeasti. Sähkö- ja matkapuhelinverkon tilatiedon esittäminen yhdessä kriittisten kohteiden staattisen tiedon kanssa mahdollistaa kattavan tilannekuvan muodostamisen. Kehitettyjä tilannekuvan esitysmenetelmiä esitettiin työn aikana projektin osapuolille sekä muille toimijoille palautteen ja kehitysideoiden vastaanottamiseksi. Toimijat olivat kiinnostuneita kehitetystä demonstraatiosta sekä visualisoinneista. Esittelyt tarkensivat myös käsitystä toimijoiden, etenkin Viestintäviraston, vastuualueista matkapuhelinverkon häiriöissä. Työn aikana selvitettiin toimijoiden tarvitsemia tietoja, jotta tilannekuvan muodostaminen helpottuisi. Yhteistyö tapahtui pääasiassa sähkö- ja tietoliikenneoperaattorien kanssa. Työssä olisi voinut myös tehdä yhteistyötä muiden toimijoiden, kuten kuntien, kanssa, että järjestelmän vaatimuksia olisi saanut tarkemmin selville. Projektissa on vuoden 2015 syksyllä tarkoitus toteuttaa live-demonstraatio, jossa kehitettyjä visualisointimenetelmiä hyödynnetään reaaliaikaisen sähkö- ja matkapuhelinveron tilatiedon kanssa. Järjestelmään annetaan pääsyoikeus eri toimijoille, ja toimijat voivat hyödyntää järjestelmää mahdollisissa häiriötilanteissa. Järjestelmän kehityksessä ja käyttöönotossa on vielä haasteita, jotka tulee ratkaista ennen kuin järjestelmää voidaan hyödyntää laajassa mittakaavassa. Live-demonstraatiossa 7. Yhteenveto 76 saattaa ilmeta uusia teknisiä ja muita haasteita, jotka myös tulee ratkaista ennen laajamittaista käyttöönottoa. Järjestelmän laajamittainen käyttöönotto voi parantaa toimijoiden sähkönjakelun häiriön aikaista tilannekuvaa huomattavasti, jolloin toiminta tehostuu ja häiriöistä palautuminen nopeutuu. Projektin tarkoituksena ei kuitenkaan ole laajamittaiseen käyttöön suunnitellun järjestelmän kehittäminen, vaan tarjota demonstraatio, jonka pohjalta järjestelmän kehitys voisi alkaa. 77 LÄHTEET Aalto, H. 2015. Sähköhuollon suurhäiriöiden tilannetietoisuuden kehittäminen käytettävyyden menetelmiä hyödyntäen. Diplomityö. Tampereen teknillinen yliopisto. ABB. Network Manager SCADA/DMS Distribution Network Management. 2009. [WWW] [viitattu: 6.3.2015] saatavissa: http://www08.abb.com/global/ scot/scot221.nsf/veritydisplay/d812ff32efa92201852575fa00562955/ $file/BR_SCADA_DMS.pdf Bailey, D. & Wright, E. 2003. 1 - Background to SCADA. In: Wright, D.B. (ed.). Practical SCADA for Industry. Oxford, Newnes. pp. 1-10. DNA. Häiriökartta. [WWW] [viitattu: 18.6.2015] saatavissa: https://kartat.dna. fi/Hairiokartta/ Haastattelu Elenialla 28.5.2015. 2015. Elinkeino-, liikenne- ja ympäristökeskus. 2015. Kuntaluettelo ELY-keskusten toimialueista. Elisa. Kaikki tiedotteet. [WWW] [viitattu: 18.6.2015] saatavissa: https://elisa. fi/kartat/ Elovaara, J. & Haarla, L. Sähköverkot II. 2011. Gaudeamus Helsinki University Press / Otatieto. Endsley, M. & Jones, D. What Is Situation Awareness. 2011. CRC Press. Energiamarkkinavirasto. 2011. Kesän 2010 myrskyt sähköverkon kannalta. Raportti. Energiateollisyys ry. 2012. Loppuvuoden sähkökatkoista kärsi 570 000 asiakasta. [WWW] [viitattu: 30.3.2015] saatavissa http://energia.fi/ajankohtaista/lehdistotiedotteet/ loppuvuoden-sahkokatkoista-karsi-570-000-asiakasta Energiateollisuus ry. 2013. Sähköverkkoyhtiöiden, pelastusviranomaisten, hätäkeskusten ja Liikenneviraston yhteistyö myrskyvahinkojen torjunnassa. [WWW] [viitattu: 30.3.2015] saatavissa: http://energia.fi/sites/default/files/ viranomaisyhteistyo__myrskyvahinkojen_torjunnassa_2013.pdf Energiateollisuus. 2014. Keskeytystilasto 2013. 78 Erillisverkot. 2015. Krivat kohentaa yhteiskunnan toipumiskykyä. [WWW] [viitattu: 12.5.2015] saatavissa: http://erveuutiset.erillisverkot.fi/kumppanuus/ krivat-kohentaa-yhteiskunnan-toipumiskykya/ Evans, D., Lautenbacher, C., Johnson, D. 2004. Hurricane Isabel September 18-19, 2003. [WWW] [viitattu: 23.3.2015] saatavissa: http://www.nws.noaa.gov/os/ assessments/pdfs/isabel.pdf Fingrid. 2015. Suomen sähkövoimajärjestelmä. [WWW] [viitattu: 25.3.2015] saatavissa: http://www.fingrid.fi/fi/voimajarjestelma/voimaj%C3% A4rjestelm%C3%A4/Suomen%20s%C3%A4hk%C3%B6voimaj%C3%A4rjestelm%C3% A4/Sivut/default.aspx Horsmanheimo, S., Maskey, N., Tuomimäki, L., Kokkoniemi-Tarkkanen, H., Savolainen, P. 2013. Evaluation of interdependencies between mobile communication and electricity distribution networks in fault scenarios. Innovative Smart Grid Technologies - Asia (ISGT Asia), 2013 IEEE. 2013. Hurricane Sandy Rebuilding Task Force. 2013. Hurricane Sandy Rebuilding Strategy. Stronger Communities, A Resilient Region. Hälvä, V. 2013. Development of process data utilization in proactive network management. Diplomityö. Tampereen teknillinen yliopisto. Ilmatieteen laitos. Ilmatieteen laitoksen avoin data. 2014. [WWW] [viitattu: 14.1.2015] saatavissa: https://ilmatieteenlaitos.fi/avoin-data Ilmatieteen laitos. Vaaratiedotteet annetaan, kun yllättävä voimakas sääilmiö uhkaa. 2015. [WWW] [viitattu: 20.7.2015] saatavissa: http://ilmatieteenlaitos./vaaratiedotteet. Järventausta, P. Distribution Management System - Intelligent fault management. 1996. Raportti / Tampereen teknillinen korkeakoulu, sähköenergiajärjestelmät. Forstén, J. & Lehtonen, M. 2002 Sähkön toimitusvarmuuden parantaminen. Keskisuomalainen. 2014. [WWW] [viitattu: 20.7.2015] saatavissa: http://www. ksml.fi/uutiset/kotimaa/myrskytuhot-jaivat-pienemmiksi/1758873 Krohns, H., Hälvä, V., Strandén, J., Verho, P., Sarsama, J. 2011. Demonstration of Communication Application for Major Disturbances in the Supply of Electric Power. CIGRE 2011 Bologna Symposium. 79 Krohns-Välimäki, H. Aalto, H., Pylkkänen, K., Strandén, J. Verho, P. Sarsama, J. 2014. Developing Situation Awareness in Major Disturbances of Electricity Supply. Innovative Smart Grid Technologies Conference Europe (ISGTEurope), 2014 IEEE PES , vol., no., s. 1,6. Laine, T., Saarinen, H., Moilanen, T., Känsäkangas, T. 2015. Selvitys Digitrac-palvelun käyttäjätarpeista ja kehittämiskohteista. [WWW] [viitattu: 26.3.2015] saatavissa: http://www2.liikennevirasto.fi/julkaisut/pdf8/ lts_2015-06_selvitys_digitraffic-palvelun_web.pdf Lakervi, E. & Partanen, J. 2008. Sähkönjakelutekniikka. Otatieto Löf, N., Pikkarainen, M., Repo, S., Järventausta, P. 2011. Utilizing smart meters in LV network management. CIRED 21st International Conference of Electricity Distribution. Manninen, J. 2014. Visualization requirements and concepts for a combined SCADA and distribution management system. Netcraft. 2014. February 2014 Web Server Survey. [WWW] [viitattu: 26.3.2015] saatavissa: http://news.netcraft.com/archives/2014/02/ 03/february-2014-web-server-survey.html Nordell, D.E. 2008. Communication systems for Distribution Automation. Transmission and Distribution Conference and Exposition, 2008. IEEE/PES. Northcote-Green, J. & Wilson, R. 2006. Control and Automation of Electrical Power Distribution Systems. Pelastustoimi. 2015. Pelastuslaitokset. [WWW] [viitattu: 12.5.2015] saatavissa: http://www.pelastustoimi.fi/pelastustoimi/pelastuslaitokset Puolustusministeriö. 2009. Pitkä sähkökatko ja yhteiskunnan elintärkeiden toimintojen turvaaminen. [WWW] [viitattu: 30.3.2015] saatavissa: http://www. defmin.fi/files/1436/pitka_sahkokatko_ja_yett.pdf Pylkkänen, K. 2015. Diplomityö. Tampereen teknillinen yliopisto. Salas, E., Dickinson, T., Converse, S.A., Tannenbaum, S.I. Towards an understanding of team performance and training. Teams: Their training and performance. 1992. Swezey R. s. 3-29. Sisäasiainministeriö. 2014. Pelastustoimen mediapalvelu - Peto-media.. [WWW] [viitattu: 13.1.2015] saatavissa: http://www.pelastustoimi. fi/mediapalvelu 80 Sonera. 2015. Matkapuhelinverkon häiriökartta. [WWW] [viitattu: 18.6.2015] saatavissa: http://www.sonera.fi/yrityksille/asiakastuki/vikatilanteet/ hairiokartta Strandén, J., Krohns-Välimäki, H., Verho, P., Sarsama, J., Hälvä, V. 2014. Inuence of Major Disturbances in Electricity Supply on the Operating Environment of Distribution System Operators: a Case Study. International Review of Electrical Engineering. s. 363372. Sähkömarkkinalaki 386/1995. 1995. Sähkömarkkinalaki 588/2013. 2013. Taloussanomat. 2011. Tapani ja Hannu lakaisivat metsää 120 miljoonalla. [WWW] [viitattu: 30.3.2015] saatavissa: http://www.taloussanomat.fi/kotimaa/ 2011/12/30/tapani-ja-hannu-lakaisivat-metsaa-120-miljoonalla/ 201120068/12 Taloussanomat. 2014. Caruna parantaa verkkojaan 120 miljoonalla. [WWW] [viitattu: 31.3.2015] saatavissa: http://www.taloussanomat.fi/porssi/2014/11/ 04/caruna-parantaa-verkkojaan-120-miljoonalla/201415321/170 Tekla. Trimble DMS. 2015. [WWW] [viitattu: 6.3.2015] saatavissa: http://www. tekla.com/products/trimble-dms Tobias, M. 2013. How And When To Buy A Satellite Phone. Forbes. Turvallisuuskomitea. 2015. Sähköriippuvuus modernissa yhteiskunnassa. UTCE. Final Report. System Disturbance on 4 November 2006. 2006. Union for the coordination of transmission of electricity. Verho, P., Sarsama, J., Strandén, J., Krohns-Välimäki, H., Hälvä, V., Hagqvist, O. 2011. Sähköhuollon suurhäiriöiden riskianalyysi- ja hallintamenetelmien kehittäminen - projektin loppuraportti. Viestintävirasto. 2010. Kansalliset tilannekuvahankkeet. [WWW] [viitattu: 18.6.2015] saatavissa: https://www.viestintavirasto.fi/attachments/ Tilannekuvaraportti_liite_1_kansalliset_hankkeet.pdf Viestintävirasto. 2014a. Määräys viestintäverkkojen ja -palvelujen varmistamisesta sekä viestintäverkkojen synkronoinnista. [WWW] [viitattu: 18.6.2015] saatavissa: https://www.viestintavirasto.fi/attachments/maaraykset/ Viestintavirasto54B2014M.pdf 81 Viestintävirasto. 2014b. Määräyksen 54 perustelut ja soveltaminen. [WWW] [viitattu: 18.6.2015] saatavissa: https://www.viestintavirasto.fi/attachments/ maaraykset/MPS54B.pdf Viestintävirasto. saatavissa: Verkon häiriöt. 2015a. [WWW] [viitattu: 2.3.2015] https://www.viestintavirasto.fi/internetpuhelin/ puhelin-jalaajakaistaliittymantoimivuus/verkonhairiot.html Viestintävirasto. 2015b. Verkon vikatilanteet. [WWW] [viitattu: 23.2.2015] saatavissa https://www.viestintavirasto.fi/tietoatoimialasta/tilastot/ internetjapuhelin/verkonvikatilanteet.html Viestintävirasto. 2015c. Kokous Viestintävirastolla 7.4.2015. Viestintävirasto. 2015d. MONITORi-palvelu. [WWW] [viitattu: 18.6.2015] saatavissa: https://eservices.ficora.fi/monitori/area?LangID=fi Vänskä, M., Ström, J., Hänninen, K., Granström, S., Kervinen, H., Vakkilainen, A., Muukkonen, A., Vainio, T. 2013. Sähköverkkoyhtiöiden,pelastusviranomaisten, hätäkeskusten ja Liikenneviraston yhteistyö myrskyvahinkojen torjunnassa.
© Copyright 2024