Paikkatietokeskuksen pysyvä laserkeilainasema kertoo kuinka metsä liikkuu

Uusi tutkimusmenetelmä tuottaa dataa, jolla voidaan pienentää metsämallien epätarkkuuksia ja saada luotettavampaa tietoa metsien hiili- ja vesikierrosta sekä metsän kasvudynamiikasta. Maanmittauslaitoksen Paikkatietokeskuksen tutkijaryhmä on asentanut maailman ensimmäisen metsää pysyvästi kartoittavan laserkeilausaseman Helsingin yliopiston ylläpitämälle Hyytiälän metsäasemalle.

Laserkeilain ja metsää.
Laserkeilainasema tuottaa tarkkaa dataa metsästä ympäri vuoden.
Kuva:
Samuli Junttila

Laserkeilausasema kartoittaa ympäröivää metsää 30 metrin korkeudesta ja kerää alueesta jatkuvaa pistepilviaikasarjaa. Asemalla havainnoidaan lyhyitä päiväkohtaisia ja pitkiä koko kasvukauden kattavia trendejä metsän rakenteessa ja kasvudynamiikassa.

– Keilausasemamme operoi täysin uudessa mittakaavassa kokeen toistotiheyden ja keston osalta. Pystymme erottamaan seuraamaltamme alueelta satoja yksittäisiä puita, joista mittaamme tarkat muoto- ja rakennetiedot koko vuoden ajalta. Kasvukaudella mittaamme tunnin välein ja sen ulkopuolella harvemmin, kertoo tutkimuspäällikkö Eetu Puttonen.

Huipputarkkaa kolmiulotteista tilannekuvaa metsästä

Jokainen mitattu pistepilvi tallentaa metsäalueen senhetkisen rakenteen digitaalisena tilannekuvana, jonka erotuskyky on senttimetrin luokkaa vielä 100 metrin päässä keilaimesta. Erotuskyky on niin suuri, että asema pystyy tallentamaan uusien lehtien ja neulasten puhkeamisen ja kasvun keväällä.

Laserkeilaus soveltuu erinomaisesti pitkäkestoiseen aikasarjatutkimukseen, koska laser kykenee mittaamaan ympäri vuorokauden, mikä käytännössä tuplaa havaintoajat verrattuna passiivisiin kuvantaviin sensoreihin. 

– Lisäksi aikasarja-aineistomme on sidottavissa suoraan muihin paikkatietoaineistoihin. Havaintoalueeltamme kerättyä puukohtaista tietoa voidaan yleistää laajemmin vastaavanlaisista metsistä kerättyihin ilmalaserkeilausaineistoihin, kuten Maanmittauslaitoksen uuteen tiheään Laser2020-aineistoon. Tarkka pitkäkestoinen vertailuaineisto auttaa pienentämään laajojen metsämallien epätarkkuuksia, kun metsän sisäistä dynamiikkaa tunnetaan paremmin, Puttonen selventää.

Tutkijat selättivät valtavien aineistojen hallinnan haasteen

Vastaavanlaisen keilausaseman perustamista ovat aiemmin rajoittaneet laitteistojen tuottamien valtavien aineistomäärien hallinta ja ympäristötekijät. Laserkeilausaseman kehityksessä rajoitteet on onnistuttu huomioimaan vakaan keräysprosessin toteuttamiseksi.

– Keilausaseman rakentaminen ja testaus on ollut suuri tekninen haaste. Pistepilviaikasarjan keräyksen automatisoinnin, datansiirron ja käsittelyprosessien kehittämisessä ja toiminnan varmistamisessa on kulunut kokonainen vuosi. Nyt meillä kuitenkin on satoja keilauksia käsittävä tarkka pistepilviaikasarja huhtikuusta 2020 alkaen ja se täydentyy koko ajan, kertoo keilausaseman pääkehittäjä, vanhempi tutkija Mariana Campos Paikkatietokeskuksesta.

Tutkimusryhmä on julkaissut laserkeilausasemasta teknisen vertaisarvioidun artikkelin Frontiers in Plant Science -julkaisussa.

– Osoitamme tutkimuksessamme, kuinka laserkeilausasemamme voi tuottaa uudenlaista tietoa metsän tilasta, puiden sisäistä ja dynamiikkaa ja vuorovaikutusta ympäristön kanssa. Toivomme, että vastaavanlaisia laserkeilausasemia perustetaan tulevaisuudessa enenevässä määrin myös muille tutkimusasemille osaksi niiden jo käynnissä olevia aikasarjamittauksia, Puttonen toteaa. 

Tutkimus osa Maanmittauslaitoksen vahvaa laserkeilausosaamista

Laserkeilausaseman jatkokehitystä ja sillä kerättyjen aikasarjojen tutkimusta tehdään osana Maanmittauslaitoksen Paikkatietokeskukselle myönnettyjä Suomen Akatemian tutkimushankkeita ”Puukohtaisten hiilensidonta- ja vesitasapainomallien skaalaus laajoille alueille käyttämällä lyhyen aikavälin laserkeilausaikasarjoja” ja ”Metsäekosysteemien kierron seuranta ja ymmärtäminen suuren erotuskyvyn ajallisista ja spatiaalisista laserkeilausaikasarjoista”. Laserkeilausasema on osa UNITE-lippulaivakonsortiota, jossa Maanmittauslaitoksen Paikkatietokeskus on mukana.

Lisätietoja

Vanhempi tutkija Mariana Campos, +358 29 531 4133, etunimi.sukunimi@maanmittauslaitos.fi (englanniksi)

Tutkimuspäällikkö Eetu Puttonen, + 358 50 364 0555, etunimi.sukunimi@maanmittauslaitos.fi

Campos MB, Litkey P, Wang Y, Chen Y, Hyyti H, Hyyppä J and Puttonen E (2021) A Long-Term Terrestrial Laser Scanning Measurement Station to Continuously Monitor Structural and Phenological Dynamics of Boreal Forest Canopy. Front. Plant Sci. 11:606752. https://doi.org/10.3389/fpls.2020.606752 

Vertailukuva laserkeilausdatasta ja valokuvasta Kuva: Samuli Junttila ja Mariana Campos.

Tutkimus
Laserkeilaus
Laserteknologia

Uusimmat uutiset ja artikkelit