Metsätaloudessa tulee harvoin suuria uudistuksia. Edellinen suuri uudistus oli metsureiden korvautuminen hakkuukoneilla puunkorjuun koneellistumisen myötä. Seuraavana suurena uudistuksena on odotettu metsätaloustoimihenkilöiden maastossa suorittaman mittaamisen korvautumista laserkeilauksella tuotetulla datalla.

Laserkeilausta kohtaan on olemassa ylimitoitettuja odotuksia, esimerkiksi Tekniikka & talous lehdessä olleen jutun otsikko ”laserkeilaus mittaa metsät yhden puun tarkkuudella” liiottelee lasermittauksen tarkkuutta huomattavasti. Lasermittauksen ja lasermittaustuloksien käsittelemisen tulee kehittyä huomattavasti ennen kuin puustoa voidaan mitata suuressa mittakaavassa yhden puun tarkkuudella.

Suomessa on suoritettu valtakunnallista laserkeilausta vuodesta 2008 lähtien. Viiden vuoden laserkeilauksen jälkeen reilut puolet maasta on laserkeilattuna. Valtakunnallisen laserkeilaamisen päätavoitteena on tuottaa 15cm korkeustarkkuudella oleva korkeusmalli Suomesta. Laserkeilaustietojen höytykäyttö metsätaloudessa on käytännössä bonusta korkeusmallin mittaamisen sivussa. Metsätalouden varsinaiseen käyttöön mittausta pitäisi toistaa jatkuvasti, käytännössä viimeistään silloin, kun koko Suomi on saatu keilattua, pitäisi laserkeilaaminen aloittaa uudestaan.

Laserkeilausaineisto tuli tavallisen kansan saataville vuonna 2012, kun Maanmittauslaitos vapautti runsaasti tietojaan. Maanmittauslaitoksen tiedot eivät ole täysin vapaita vaan niille on asetettu avoimen datan lisenssi, jota tietojen käyttäjän tulee noudattaa. Käyttäjän pitää mainita Maanmittauslaitokselta noudetun tiedon yhteydessä lisenssinantajan ja aineiston nimi sekä ajankohta jolloin latasi aineiston. Käytän tässä jutussa Maanmittauslaitoksen laserkeilausaineistoa sekä ortoilmakuvia, jotka latasin Maanmittauslaitoksen sivulta 09/2012. Jos lainaat tästä Maanmittauslaitoksen aineistosta tehtyjä kuvia, sitoudut noudattamaan samaa avoimen datan lisenssiä. Lisenssi on kohtuullinen eikä rajoita tiedostojen hyödyntämistä.

Laserkeilausdataa on saatavilla vasta osasta maata. Käy katsomassa laserkeilausindeksit -sivulta, että onko oma metsätilasi jo laserkeilattuna. Voit käydä lataamassa laserkeilausaineiston ja muita karttoja kuten metsäsuunnitelmissa käytettävän väri-infrakuvan suoraan Maanmittauslaitoksen tiedostopalvelusta.

Laserkeilauksen periaate ja mittatarkkuus

Laserkeilauksen periaate on yksinkertainen. Mitattavan alueen yli lennetään lentokoneella, jonka sijainti ja asento tiedetään tarkasti. Lentokoneesta lähetetään laserpulssi tarkasti määriteltyyn suuntaan. Laserpulssin heijastuman paluuajasta lasketaan missä pulssi kävi. Palaavasta pulssista voidaan lisäksi määrittää minkälaisesta aineesta pulssi heijastui. Saadut tulokset kirjataan yhdessä muiden mittaukseen liittyvien tietojen kanssa ylös.

Laserpisteaineiston tarkkuutta kuvataan laserpulssien lukumäärällä neliömetriä kohden. Tiheäpulssisessa laserkeilauksessa pulssitiheydet ovat 5–30 pulssia/m2 ja harvapulssisessa laserkeilauksessa 0,5–2 pulssia/m2. Laserkeilauksen hinta nousee suoraan pistemäärää kasvattamalla. Halvimmillaan harvapulssinen laserkeilaaminen riittävän suurilla mittauskohteilla maksaa 2-3 euroa hehtaarilta.

Yllä olevassa kuvasta näkyy maanlaajuiden laserkeilausaineiston tarkkuus yhdellä vuonna 2010 laserkeilatuista alueista. Alueen laserkeilauksen tarkkuus vaihtelee yhden ja kolmen pisteen per neliömetri välillä. Aineistosta ei saa mitattua varttuneesta metsästä metsää yhden puun tarkkuudella. Yhden puun tarkkuutta halutessa mitatun laserkeilausaineiston pitäisi olla monta kertaa tarkempaa.

Saatavilla olevasta aineistosta voi tehdä kohtuullisen tarkan mallin peltojen ja uudistusalojen keskellä kasvista suurista puista. Yllä oleva kuva on muodostettu 1-3 pistettä neliöllä tarkkuuden laserkeilausaineistosta. Kuvasta voi erottaa rakennuksien katot (säännölliset suorakaiteet) sekä pihassa olevia puita. Puista voi erottaa yksittäisiä pisteitä ja yhdistämällä nämä pisteet voidaan arvioida latvuksen muodosta puulajia. Korkein piste kertoo puun korkeuden, korkeudesta voidaan laskea yhdessä latvukseen koon kanssa puun tilavuudelle arvio. Tilavuuden arvioiminen pitää tehdä oksamassasta, koska puiden rungot eivät erotu ilmasta kuvatusta datasta. Ylhäällä oleva runkomateriaali peittää alhaalla olevan runkomateriaalin keilaukselta.

Laserkeilausaineistoon tutustumista ilmaisilla ohjelmistoilla

Kävin lataamassa laserkeilausaineistoa ja tutkin samalla miten helppoa dataa on oikeasti käsitellä kotikoneella ilmaisilla (+laillisilla) ohjelmilla. Laserkeilausaineiston metsätaloudellisen hyötykäyttämisen mahdollisuuksista pääsee parhaiten perille muodostamalla itse tutusta maastosta kuvia.

Käytin aineiston käsittelyyn Yhdysvaltojen metsätalousviranomaisten ilmaiseksi jakamaa Fusion nimistä ohjelmaa. Löydät ohjelman lataamiseen ja alla olevien kuvien tekemiseen tarvittavat ohjeet www.fs.fed.us/eng/rsac/fusion  sivustolta. Voit käydä noutamassa laserkeilausaineistoa edellä mainitusta Maanmittauslaitoksen tiedostopalvelusta. Maanmittauslaitoksen datan pakkauksen saa purettua Fusionin ymmärtämän muotoon lastools -nimisellä ilmaisella ohjelmalla.

Meidän metsästä ei ole vielä laserkeilausaineistoa, mutta onnekseni vuonna 2010 oli kerätty eräästä metsästä, missä olen käynyt muutaman kerran kävelemässä, laserkeilausaineistoa. Metsä on valtaosin metsätaloudellisesti hyvässä hoidossa olevaa varttunutta kuusikkoa. Huomasin laserkeilausaineistosta uusia piirteitä metsästä mitä en ollut aikaisemmin huomannut, varsinkin puiden alueiden väliset pituuserot tulevat laserkeilausaineistosta selvästi esille.

Laserkeilauksen etuna ilmakuvaamiseen nähden on maanpinnan muotojen erottuminen metsän alta. Laser jaksaa tunkeutua myös peitteisessä metsässä maahan asti. Kuvassa keskellä oleva ura on tämän jutun ensimmäisestä kuvasta näkyvä oja. Oja johtaa kuvassa ojan alapuolella näkyvästä lammesta vettä pois.

Maanpinnan korkeustiedosta voidaan esimerkiksi piirtää metsään perinteistä tarkempia korkeuskäyriä helpottamaan esimerkiksi metsäojien paikan valintaa. Yllä olevassa kuvassa korkeuskäyrien väli on vain yksi metri. Kuvassa näkyy korkeuskäyrien alla metsäsuunnitelmista tuttu väri-infrailmakuva. Kuvassa on korostettuna lehtivihreä helpottamaan havu- ja lehtipuiden tunnistamista.

Teen myöhemmin pidemmät ohjeet Fusionin käytöstä, mutta vihjaan jo tässä miten saat väri-infrakuvan Fusionin taustalle. Latauspalvelusta löytyvä ilmakuva on tiedostomuodoltaan harvinainen JPEG_2000, jonka avaamiseen sopivan ilmaisen ohjelman löytäminen vei minulta pienen hetken. Tiedostomuodon .jp2 avaaminen onnistuu ilmaisella irfanview -ohjelmalla lataamalla siihen lisäksi avaamisen mahdollistavan ilmaisen pluginin. Saat kuvan Fusionin taustalle pienentämällä kuvaa (yksi väri-infrailmakuva kattaa neljä laserkeilausruutua), tallentamalla kuvan .jpg muotoon ja lisäämällä kuvan kanssa samaan kansioon .jpgh tiedoston.

Päivitys 19.01.2012: Ohjeet Fusionin käyttöön löytyvät osoitteesta: http://www.puuntuottaja.com/laserkeilausaineiston-kotikaytto-metsasuunnittelussa/ 

Ylemmässä kuvassa näkyvä kuusikko on kuvattu kohdealueen keskeltä kuvan katselusuuntaan. Kuvassa olevat värit kertovat puiden korkeuden. Laserkeilausaineisto helpottaa perinteistä maastossa tehtävää puuston arviointia. Arvioija voi poimia laserkeilausaineistosta puiden pituuden ennen kuin hän menee maastoon mittaamaan relaskoopilla puuston pohjapinta-alaa. 

Fusionilla saa piirrettyä ohjelmallisesti puiden ääriviivoja. Jos katsot tarkemmin ohjelman piirtämiä puita, voit huomata niiden olevan käytännössä epäselviä tasaisena maahan jatkuvia möykkyjä. Kahdesta lähekkäin kasvaneesta puusta muodostuu vain yksi möykky, jolloin puun runkotilavuuden arvioiminen vaikeutuu huomattavasti.

Laserkeilauksella puustontilavuuden täysin automaattinen arvioiminen on vaikeaa. Arvioiminen perustuu käytännössä ”möykkyjen” tilavuuden / korkeuden mittaamiseen ja erilaisten kaavojen muodostamiseen möykyn mittojen, muodon ja puiden runkotilavuuden välille. Samat kaavat eivät toimi kehitysluokaltaan tai puustolajiltaan erilaisiin metsiin eikä edes samanlaisiin metsiin etelässä ja pohjoisessa. Metlan hankkeen 7216 kirjallisuuskatsauksesta löytyy lisää tietoa mittauksista ja mittaustarkkuudesta.

Fusionilla saa muodostettua metsästä erilaisia kolmiulotteisia havainnekuvia. Ylläolevassa kuvassa datapisteet on väritetty infra-värikuvan avulla. Fusionilla saa myös mallinnettua yksittäisiä puita metsään törröttämään, mutta niiden antama lisäinformaatio ei ole kovinkaan kummoinen.

Laserkeilausaineiston hyödyntämistä metsätaloudessa

Laserkeilaaminen siirtää perinteisesti metsässä suoritettavaa mittausta toimistossa ohjelmallisesti suoritettavaksi. Metsänomistajien näkökulmasta kiinnostavinta on metsäsuunnitelman muodostaminen ja tarkka maanmuotojen mallintaminen esimerkiksi ojituksen suunnitteluun. Metsäyhtiöiden näkökulmasta on kiinnostavaa löytää potentiaaliset puunostokohteet sekä arvioida hakkuukohteiden korjuukelpoisuutta.

Metsäsuunnitelmatietojen kerääminen laserkeilauksen avulla

Metsäsuunnitelma on metsänomistajan muistikirja omasta metsästään. Metsäsuunnitelmaan on kerättynä kuvioittain tiedot puustosta, ennuste puustonkasvusta, kasvupaikkatiedot sekä ehdotukset tulevista metsänhoitotöistä ja hakkuista. Metsäsuunnitelman puustotiedot on perinteisesti kerätty kiertämällä metsä läpi ja mittaamalla puustotiedot metsässä. Laserkeilaaminen vähentää maastossa tehtävää mittaamista ja äärimmilleen vietynä metsäsuunnitelman voisi päivittää myös käymättä varsinaisesti maastossa.

Laserkeilaamalla voidaan määritellä puiden latvojen muoto ja latvamuodosta voidaan päätellä onko kyseessä kuusi, mänty tai lehtipuu. Määrittely ei ole käytännössä kovinkaan helppoa. Metlan (pdf) mukaan puulajitulkinnassa on parhaimmillaan päästy kolmella puulajilla (mänty, kuusi, lehtipuu) 90–95 % tarkkuuteen. Tällöin aineistona on ollut erittäin korkeapulssinen (yli 10 pulssia/m2) laserkeilausaineisto. Käytännön pulssitiheyksillä monijaksoisissa metsissä saavutetut tulokset ovat parhaimmillaan kuitenkin luokkaa 75–85 %.

Laserkeilauksella voidaan määritellä puuston korkeus ja puuston peittämä alue. Esimerkki kuvassa olevat värit tarkoittavat puustonkorkeutta, punainen puusto on 30 metriä, keltainen 20 metria ja vihreä 15 metriä korkeaa. Valmis korkeustieto helpottaa puustontilavuuden laskentaa relaskooppitaulukosta maastossa tehtävän pohjapinta-alan määrittämisen jälkeen.

Puuston tilavuuden laskenta suoraan laserkeilausaineistosta on todellisuudessa edelleen epätarkkaa eikä sovellu suoraan metsäsuunnitelmissa kuviokohtaisesti käytettäväksi, vaikka Metlan mukaan laserkeilausmittauksista lasketun keskitilavuuden suhteellinen keskivirhe on vaihdellut kuviotasolla vain 10–15 %:n välillä. Laserkeilauksessa muodostuu ongelmaksi monessa vaiheessa kasvavat metsät. Aluskerroksesta kasvavista puista pystytään löytämään vain 40-90%.

Laserkeilaamalla sama alue joidenkin vuosien välein voidaan arvioida puuston kasvuprosenttia. Menetelmä on sinänsä yksinkertainen, mutta varsinaisen puustontilavuuden arvioinnin takia tulokset eivät ole riittävän tarkkoja antamaan tarkkaa kuvaa puuston kuutiotilavuuden kasvusta. Nykyään puuston tulevaa kasvua ennakoidaan kasvupaikan ja kehitysluokan mukaan määritetyillä taulukoilla.

Laserkeilausaineistosta voidaan määrittää taimikon pituus sekä taimikonhoitoa kaipaavat alueet. Taimikonhoitoa kaipaavat alueet voidaan löytää aineistosta tietokoneavusteisesti etsimällä kohteet missä puusto on pituudeltaan taimikkoa ja peittää liian suuren osan maapohjasta.

Laserkeilauksella ei voida määritellä tarkasti talousmetsien kasvupaikkatyyppejä. Kasvupaikkojen tunnistaminen vaatisi esimerkiksi kuvassa näkyvien ketunleipien erottamista aineistosta. Kasvupaikkatyypit on määritelty entuudestaan perinteisellä menetelmällä käytännössä koko maahan, joten kasvupaikkatyyppien määrittelyyn laserkeilauksen avulla ei ole varsinaista tarvetta.

Nykyisestä karkeasta laserkeilaamisesta on hyötyä myös tavalliselle metsänomistajalle. Pelkästään tieto puuston pituudesta sekä maaston muodoista on arvokasta. Toivottavasti laserkeilaamista jatketaan myös tulevaisuudessa, jolloin laserkeilaamisen tuloksista saadaan muodostettua edes karkeaa seurantaa puuston pituuskasvusta kuvioittain.

Puunkorjuun tehostaminen laserkeilauksen avulla

Laserkeilaamisesta voi olla teollisuudelle enemmän taloudellista hyötyä kuin tavallisille metsänomistajille. Metsänomistajat ovat tunteneet valtaosin omat metsänsä myös entuudestaan, mutta teollisuudelta on puuttunut vastaavat tarkat tiedot yksityisistä metsistä. Laserkeilausaineisto antaa metsäteollisuudelle mahdollisuuden tehostaa puun ostamista tarkkojen metsävaratietojen avulla.

Laserkeilausaineistosta voidaan laskea tietojärjestelmän laskentatehon puitteissa haluttuja ominaisuuksia, esimerkiksi etsiä Heinolasta kaikki uudistuskypsät kuusikot helpottamaan Versovoodin sahan materiaalitarvetta.  

Laserkeilauksen avulla voidaan arvioida korjuukohteen kantavuutta. Varsinaisten suokohteiden tapauksessa Metlan työpaperista päätellen laserkeilaamisesta ei ollut oikeastaan mitään hyötyä, vaikka tutkijat jatkotutkimuksien toivossa niin haluaisivat päätellä. Laserkeilausdatan avulla voidaan kuitenkin määritellä karkeasti missä olisi sopivia kelirikkoleimikoita kangasmetsissä.

Metsäpalveluyrittäjät voisivat etsiä potentiaalisia työkohteita laserkeilausaineistosta. Yksinkertaisimmillaan aineistosta etsittäisiin liian tiheitä taimikoita ja yrittäjä voisi ottaa metsänomistajaan yhteyttä tarjouksen muodossa. Laserkeilaustietojen pitää olla tarpeeksi tuoreita, että puunostajien ja metsäpalveluyrittäjien kannattaisi niitä hyödyntää.

Yhteenveto

Valtion laserkeilattua koko maan ja Maanmittauslaitoksen vapautettua laserkeilausaineistoa yleisesti saataville voivat metsänomistajat käydä tutustumassa omiin metsiinsä laserkeilausaineiston avulla. Metsänomistajalle riittää työkaluksi Yhdysvaltojen hallinnon ilmaiseksi jakamat ohjelmat.

Laserkeilausdata on kohtuullisen epätarkkaa eikä se lunasta metsätalouden toimijoiden suurimpia odotuksia. Mittausdata ei ole tarpeeksi tarkkaa puuston automaattiseen määrittämiseen eikä mittausdatan avulla voida todellisuudessa arvioida esimerkiksi korjuuolosuhteita.

Laserkeilausaineistosta on kuitenkin hyötyä metsäalalla metsäsuunnitelmien tekemisen helpottuessa, maastonmuotojen tarkempana tuntemisena sekä yleisen metsävaratiedon tarkentuessa.