Paikkatietokeskus FGI:n tutkimusdroneilla lisäarvoa metsätalouteen

Drone in canopy_Julia Hautojärvi/MML

Kuva: Julia Hautojärvi/MML

Paikkatietokeskus FGI:n Kaukokartoituksen ja Fotogrammetrian tutkimusryhmillä on pitkä kokemus lentolaserkeilausmenetelmien kehittämisestä metsäteollisuuden tarpeisiin. Metsien inventointi koko Suomen mittakaavassa voidaan nykyisin toteuttaa lentolaserkeilauksen avulla. Tällä hetkellä koko Suomen metsät inventoidaan lentolaserkeilauksella 5-10 vuoden välein. Lentolaserkeilausmenetelmien kalibroimista varten tarvitaan tarkempia koealamittausmenetelmiä, jotka määrittävät koealoilta puiden sijainnin, runkokäyrän, tilavuuden ja puulajin.

Koealamittaus perinteisillä manuaalisilla menetelmillä on työlästä ja kallista. Tämän vuoksi tutkijat ovat nyt keskittyneet kehittämään entistä tarkempia ja nopeampia liikkuvia laserkeilausmenetelmiä metsäteollisuuden tarpeisiin. Nämä menetelmät tulevat tulevaisuudessa todennäköisesti korvaamaan manuaaliset puuston mittaukset, koska liikkuvaan laserkeilaukseen perustuvat menetelmät ovat jopa monikymmenkertaisesti nopeampia ja tulevaisuudessa myös kustannustehokkaampia verrattuna manuaalisiin mittauksiin. Yksi lupaava liikkuvan laserkeilauksen menetelmä perustuu dronelennokkiin kiinnitettävään laserkeilaimeen. FGI:n uusimmassa tutkimuksessa pistepilvidatan keräys 32m x 32m kokoisella koealalla dronelennokin avulla kesti noin 10 minuuttia, kun vastaavan alueen kartoittaminen perinteisin mittauksin kestää kahdelta henkilöltä tyypillisesti noin 2-4 tuntia. 

Katso video julkaisusta:

Aiemmissa tutkimuksissa dronelennokilla on lennetty metsän latvuston yläpuolella, n. 50-75 metrin korkeudella maan pinnasta. Tällä tavalla kerätty pistepilvidata mallintaa tarkasti puiden latvuston ja maan pinnan, mikä mahdollistaa muun muassa puiden korkeuden ja latvuksen tilavuuden määrittämisen erittäin tarkasti. Puun runkojen mittaaminen on kuitenkin hankalaa latvuksen yläpuolelta ja vaatii jopa satoja tuhansia euroja maksavia äärimmäisen tarkkoja laserkeilaimia. Tällöinkin puun runkokäyrän mittaustarkkuus on parhaimmillaankin luokkaa 15-40 %, kun vastaava luku maasta käsin tehtävän laserkeilauksen tapauksessa on noin 5-10 %.

Dronella lentämistä kokeiltiin nyt latvuston alapuolella, runkojen seassa n. 2-5 metrin korkeudella. Videokameran ja radiolähettimen avulla ohjaus pystyttiin suorittamaan VR-lasit päässä ilman näköyhteyttä lennokkiin. Tutkimus osoitti, että droneen kiinnitetyllä laserkeilaimella oli mahdollista kerätä laadukasta pistepilvidataa puiden rungoista noin 10 metrin korkeudelle asti.

Pistepilvidatan käsittelyyn ja analysoimiseen tarvitaan myös algoritmeja, joiden avulla datasta saadaan selville mm. puun halkaisija rinnankorkeudella (1.3 m). Tämä tärkeä, puun tilavuuden arviointiin tarvittava mittaus on tähän asti tehty manuaalisesti mittasaksien tai -kaulaimen avulla. Tutkijoiden algoritmeilla tämä mittaus saatiin tehtyä 2-3% tarkkuudella, minkä lisäksi runkokäyrän mittaustarkkuus oli keskimäärin 5%:n luokkaa 1-8 metrin korkeudella. Tarkkuus vastaa laadukkaasti suoritettujen manuaalisten puustonmittausten tarkkuutta ja on samaa luokkaa kuin aiemmat parhaat tulokset, jotka on saavutettu maanpäällisellä tai liikkuvalla laserkeilauksella. Yhdistämällä ja analysoimalla latvuksen alapuolella ja yläpuolella tehdyt dronemittaukset, puiden tilavuuden arviointi saatiin suoritettua jopa hieman tarkemmin kuin perinteisillä, manuaalisilla menetelmillä.

Dronelennokkiin voi laserkeilaimen lisäksi kiinnittää monenlaisia muitakin sensoreita, jotka sopivat metsäteollisuuden erilaisiin tarpeisiin. FGI:n DroneFinland-tutkimusryhmä on kehittänyt hyperspektri-dronelennokkeja ja analyysimenetelmiä mm. hyönteistuhojen kartoitukseen ja metsätalouspuiden booripuutoksen havaitsemiseen ilmasta käsin, lennettäessä latvuston yläpuolella. Tulokset ovat olleet erittäin lupaavia ja ilmastonmuutoksen myötä etenkin tuhohyönteisten levinneisyyskartoitus muuttuu yhä tärkeämmäksi.

Puiden välissä lentävässä dronessa voidaan käyttää samankaltaisia laserkeilaimia kuin itseajavissa autoissa. Tällaiset keilaimet ovat huomattavasti edullisempia, kuin latvuston yläpuolelta tehtävään keilaukseen tarvittavat suuremman tarkkuuden keilaimet. Sensorien hinnat tulevat todennäköisesti tippumaan entisestään, kun keilaimien käyttö autonomisissa autoissa yleistyy. Lisäksi sekä dronelennokin ohjaus, että mittauskaluston siirtäminen koealalta toiselle voi tulevaisuudessa olla mahdollista suorittaa täysautomaattisesti.

Teksti: Eric Hyyppä, Annukka Pekkarinen