Laserkeilausaineiston tarkistusmittaus: testattavana UPM Metsän menetelmä

Abstract

Laserkeilaus lentokoneesta käsin (Airborne Laser Scanning, ALS; Light Detection and Ranging, LiDaR) on nopeasti yleistyvä metsien kaukokartoitusmenetelmä. Sitä käyttäen voidaan ennustaa kuviokohtaisia puustotunnuksia tarkemmin kuin perinteisellä, maastossa suoritettavalla kuvioittaisella arvioinnilla. Lisäksi puustotunnusten tulkinnassa päästään suurempaan alueelliseen tarkkuuteen, kun käytetään tulkintayksikkönä metsätalouskuvion sijasta sitä pienempää ja puustoltaan homogeenisempää mikro- eli puustokuviota.

Metsäninventoinnin kehittämisessä pyritään minimoimaan maastotyön osuus, koska se on yleensä inventoinnin kallein vaihe. Maastomittauksia tarvitaan kuitenkin edelleen myös laserkeilauksen yhteydessä sekä etukäteen laseraineiston tulkinnan referenssiaineistoksi että inventointitulosten laadun tarkistamiseksi eli validoimiseksi jälkikäteen. Näistä jälkimmäinen on tämän työn aihe.

Laserinventoinnin laatua kontrolloidaan vertaamalla sen tuloksia riippumattomin maastomittauksin kerättyyn kontrolliaineistoon. Tarvittaessa laserkeilauksella tuotettuja puustotunnuksia korjataan tarkistusmittauksen osoittamalla tavalla. Kyseessä on siis kuvioittaisen arvioinnin tarkistamisen kaltainen menettely. Laserkeilauksen kontrolli-inventointi ei kuitenkaan ole vielä vakiintunut käytäntö varsinkaan puustokuviotasolla, vaan useiden menetelmien käyttökelpoisuutta tutkitaan.

Tässä työssä tarkastellaan UPM Metsän kehittämää laserkeilauksen tarkistusmittausmenetelmää. Projekti toteutettiin talvella 2010–2011 suorittamalla ositettuun otantaan perustuva puustokuviokohtainen ympyräkoealainventointi Nikkarilan opetusmetsässä. Vertailukohtana oli opetusmetsästä vuonna 2008 tuotettu laserkeilausaineisto. Työssä keskityttiin tutkimaan ja kehittämään itse maastomittausmenetelmää, joten varsinaista laseraineiston validointia ei tehty.

Maastokontrollimittauksen tarkkuuteen ja luotettavuuteen voidaan vaikuttaa monin tavoin. Näistä tärkeimpiä ovat mittaustyön huolellisuuden ohella tarkistusmitattavien puustokuvioiden valintamenetelmä sekä maastomittauksessa käytettävä koealakoko.

Airborne laser scanning (ALS), or, light detection and ranging (LiDaR), is a method of remote sensing which is becoming more and more common in the field of forest inventory. By using ALS it is possible to estimate stand characteristics such as volume, diameter and height with greater accuracy than with the method traditionally used for forest management planning, inventory by compartments. The information acquired with laser scanning is usually allocated to so-called microsegments, which are smaller and more homogeneous areal units than the traditional growing stock compartments.

Due to high expenses, it is often worthwhile to try to keep field measurements to a minimum when carrying out a forest inventory. However, at the moment even a laser survey cannot do without field measurements. Field data is needed in two stages: first, as reference data before the actual laser scanning is carried out, and second, for assessing the accuracy of the laser estimates. This study concentrates on the latter.

The quality of laser data is controlled by comparing it to reference data gathered by independent field measurements. If necessary, the laser estimates must then be calibrated accordingly. Thus, the field control measurements should be as accurate as possible but, at the same time, attainable with reasonable costs. There are currently no fully established methods of field control measurements for this purpose, so there is a need for further studies.

In this study, a field measurement method developed by UPM-Kymmene was analysed and developed. The inventory was carried out during winter 2010–2011 and the laser data required was supplied by the Nikkarila teaching forest. First, the microsegments to be measured were selected by stratified sampling, after which the field control measurements were performed using fixed-size circular plots. This study concentrated on the field measuring method proper and not on controlling the actual laser data.

Several factors contribute to the reliability and accuracy of a field control inventory. The microsegments to be measured should be selected carefully and the actual measurements be carried out with great exactitude. The size of the sample plots is also an important factor considering both the reliability and the cost-effectiveness of the control inventory.