Suomen Akatemian Strategisen tutkimuksen neuvoston rahoittamassa COMBAT/Pointcloud-tutkimushankkeessa laserkeilattiin kohteita ja tehtiin niistä tarkkoja 3D-mallinnuksia. Mallinnukset helpottavat päätöksiä teiden, sähkölinjojen ja metsien hoidosta. Hankkeeseen osallistui Maanmittauslaitoksen Paikkatietokeskus FGI:n, Aalto-yliopiston, Turun yliopiston ja Oulun yliopiston tutkijoita. Kuusivuotisessa hankkeessa mallinnettiin ensi kertaa kohteita, joita Suomessa ei ole ennen kartoitettu näin tarkasti. Laserkeilausta sovellettiin metsien, kaupunkien ja väylien, kuten teiden, sähkölinjojen ja jokien, 3D-mallinnukseen.
 
Laserkeilausten avulla kerätty tarkka tieto on yhteiskunnalle ja yrityksille hyödyksi, kun tehdään päätöksiä teiden, sähkölinjojen tai metsien hoidosta.
”Käytännössä laserkeilaamalla tuotettu tarkka kuva ympäristöstämme hyödyttää metsien, kiinteistöjen ja väylien, eli merkittävän osan kansanvarallisuudestamme, ylläpidossa”, kertoo tutkimusprofessori Harri Kaartinen Maanmittauslaitoksen Paikkatietokeskuksesta.

Mallinnuksia tehtiin myös hankkeessa kehitetyllä omalla monikanavaisella laserkeilausjärjestelmällä, joka on alan uusinta teknologiaa ja tuottaa kohteestaan aiempaa yksityiskohtaisempaa tietoa. Ympäristön 3D-mallintamista varten Paikkatietokeskuksen ja yliopistojen tutkijat tuottivat algoritmeja, jotka tunnistavat puiden runkoja, kaupungin maankäyttöä tai sähkölinjojen johtimia.
 
- Tutkimuksessa saavutettujen läpimurtojen ansiosta puulajit ja esimerkiksi teiden päällysteet voidaan tunnistaa aineistosta huomattavasti aiempaa tarkemmin, sanoo Kaartinen.

Aiemmin 3D-mallinnuksia tehtiin tarkkojen ilmakuvien avulla. Maanmittauslaitos tuottaa nykyisin ilmakuvien lisäksi 3D-pistepilviä laserkeilaamalla, jossa kohdetta valaistaan laserilla. Kansallinen laserkeilausohjelma päivittää koko Suomen pistepilven kuuden vuoden välein, lukuun ottamatta aivan pohjoisinta Lappia.

Laserkeilain repussa, mönkijässä, helikopterissa ja autossa – näin kuvataan Suomea 3D-muodossa

Nyt laserkeilattiin kohteita, joita Suomessa ei ole ennen kartoitettu tällä tarkkuudella. Siksi valmiita laitteitakaan ei kaupan hyllyillä ollut. Tutkijat rakensivat itse tarvitsemiaan monikanavalaserkeilauslaitteita, joilla ympäristöä kuvattiin mönkijästä, helikopterista ja autosta sekä selkäreppurversiolla maastossa kävellen.  

Väylien kuntokartoitusta pilotoitiin laserkeilaimella varustetulla autolla. Kokeilu oli onnistunut ja Suomessa onkin alkamassa tarkan 3D-aineiston kerääminen koko Suomen tiestöstä ja pääkatuverkostosta, yhteensä noin  50 000 km:n pituudelta. Aineistosta voidaan tehdä tarkkaa tien ja sen ympäristön kartoitusta ja kuntoarviointia. Aineisto soveltuu myös kaupunkimallien tarkentamiseen.

- Kehitimme hankkeen aikana väyläkartoitusteknologioita eteenpäin, jonka tuloksena niitä päästään soveltamaan käytännön tasolla teiden kunnon inventoinnissa ja ylläpidon optimoinnissa, kertoo professori Hannu Hyyppä Aalto-yliopiston rakennetun ympäristön mittauksen ja mallinnuksen instituutista. 

Metsien osalta hankkeen tuottamaa tietoa hyödynnetään nyt metsävarojen inventoinnissa. Paikkatietokeskuksen tutkijoiden kehittämän algoritmin avulla on mahdollista mitata automaattisesti ja tarkasti yksittäisten puiden pituus, läpimitta, runkokäyrä, ja tilavuus. Tietoa hyödyntävät suurimmat suomalaiset metsäteollisuuden yritykset.

Laserkeilausta voidaan soveltaa varautumisessa ilmastonmuutoksen vaikutuksiin. 
- Hanke edisti merkittävästi patoturvallisuuteen ja tulvasuojeluun tarvittavien työkalujen kehitystä”, kiteyttää hydrogeografian ja kaukokartoituksen professori Petteri Alho Turun yliopistosta.

Tutkimustuloksia hyödynnetään myös sähkön toimitusvarmuudessa. Sähkölinjojen kunnon kartoitusta varten tutkijat kehittävät algoritmin, joka erottaa sähkölinjat muusta ympäristöstä. Hankkeessa pilotoitiin hyvin tuloksin ilmasta käsin tehtävää laserkeilausta, mikä helpottaa kuntokartoitusta jatkossa.

Jokien ja uomien tutkimuksessa tuotettua tietoa viranomaiset ja yritykset hyödyntävät mallintamalla täsmällisesti ilmastonmuutoksen, säännöstelyn tai pengerryksen vaikutuksia jokipenkkojen kestävyyteen, eroosioon tai tulvimiseen. Tällä tekniikalla voidaan myös tarkastella vesirakenteiden, kuten siltojen ja patojen yhteydessä tapahtuvia pieniä liikkeitä, joita ei ole perinteisillä mittausmenetelmillä pystytty havaitsemaan yhtä luotettavasti.

3D-mallintaminen kovassa kasvussa – Suomi kehityksen kärjessä

Pointcloud-hanke on edistänyt monikanavalaserkeilauksen ja 3D-mallinnuksen hyödyntämistä Suomessa. Hankkeen aikana tekniikan kysyntä ja osaaminen ovat Suomessa laajentuneet uusille toimialoille. Yksi Pointcloud-hankkeen tehtävistä onkin ollut osaamisen ja oppien siirtäminen Suomessa eteenpäin uusille hyödyntäjille. 
 
- Suomen osaaminen laserkeilauksessa on maailman kärkeä. Hankkeen avulla olemme voineet vauhdittaa osaamisen leviämistä Suomessa sekä luomaan yrityksille liiketoimintamahdollisuuksia pistepilviteknologian yleistyessä lujaa vauhtia. Tutkimuksen laadusta kertoo myös Maanmittauslaitoksen sijoittuminen tutkimuslaitosten ykkössijalle tuoreessa Suomen Akatemian tilastoinnissa, Kaartinen sanoo. 

Tiedon jakaminen on osa avoimen tieteen periaatetta, jonka mukaisesti tutkimus ja sen tulokset ovat avoimesti saatavilla ja hyödynnettävissä.
 
Avoimesti jaettujen aineistojen sekä kannustavien tutkimustulosten myötä 3D-mallinnuksella on erinomaiset edellytykset jatkaa kasvua yhä uusille alueille. Pointcloud-hankkeen päätyttyä on aiheen parissa käynnissä jo useita uusia tutkimushankkeita, kuten kestävään jokiympäristöön keskittyvä Hydro-RDI-Network ja metsällinen lippulaivahanke UNITE.  
 
Lisätiedot

Tutkimusprofessori Harri Kaartinen, Maanmittauslaitoksen Paikkatietokeskus FGI, 029 531 4756, etunimi.sukunimi@maanmittauslaitos.fi