METSÄVARATIEDON TUOTTAMINEN

Suomen metsäkeskuksen tuottama metsävaratieto on julkisin varoin kerättyä ja paikkaan sidottua hila- tai kuviomuotoista tietoa metsien kas-vupaikoista ja puustosta. Lisäksi se sisältää kuvioittaisia tietoja metsän-hoitotöiden ja hakkuiden toimenpide-ehdotuksista, monimuotoisuudesta (esim. lakisääteiset luontokohteet ja metsätalouden ympäristötukikoh-teet), muista erityispiirteistä (esim. muinaisjäännökset) ja toimenpide-historiasta. Kuvioittaista metsävaratietoa hyödynnetään pääosin metsän-omistajien neuvonnassa, toimenpiteiden suunnittelussa ja metsälakien valvonnassa. Metsäkeskus (Heikkilä 2015, s.121) on kerännyt tietoja kaukokartoitusperusteisesti vuodesta 2010 lähtien ja koko maan kattava inventointikierros saadaan päätökseen vuonna 2020. Ennen vuotta 2010 menetelmänä oli kattava, silmävarainen kuvioittainen arviointi maas-tossa. Metsäkeskus (2016b, s. 13) julkaisee kuvioittaista metsävaratietoa ensisijaisesti yksityisten henkilöiden tai siihen rinnastettavien tahojen omistamista metsistä. Vuosittain inventoidaan yksityismetsiä noin 1,5 miljoonaa hehtaaria (Heikkilä 2015, s. 121).

Metsäsuunnittelutieto eroaa lähtökohdiltaan metsävaratiedosta, sillä suunnittelutieto tuotetaan metsänomistajan toimeksiannosta. Siinä met-säkuvioiden toimenpide-ehdotukset ovat metsävaratietoja tarkemmin ajoitettuja ja niissä otetaan huomioon metsänomistajan tavoitteet. Tieto voi perustua kokonaan maastoarviointiin tai siinä voidaan hyödyntää metsävaratietoa, jota on tarvittaessa tarkennettu maastossa.

Metsäkeskuksen metsävaratiedon keruu perustuu laserkeilaukseen, digitaalisiin vääräväriortoilmakuviin, maastokoealoihin ja näiden aineis-tojen pohjalta tehtävään puustotulkintaan. Lisäksi hyödynnetään ulkoisia aineistoja, mm. maastotietokannan ja kiinteistötietojärjestelmän tietoja sekä ympäristöhallinnon aineistoja.

Prosessi on yksittäisellä inventointialueella 1,5-vuotinen: Ensimmäi-senä kesänä inventointialue laserkeilataan, ilmakuvataan ja mitataan

maastokoealat. Talvikaudella tehdään puustotulkinta ja kuviointi. Kevään aikana lasketaan ja julkaistaan tiedot sekä merkitään maastotarkistuksen tarpeessa olevat kuviot. Maastotarkistuksia eli ns. kohdennettua maas-toinventointia tehdään resurssien puitteissa ja muiden maastokäyntien yhteydessä useamman seuraavan maastokauden aikana. Kuhunkin met-sävaratiedon keruun vaiheeseen liittyy laatutarkastelu, jolla pyritään varmistamaan julkaistavan metsävaratiedon laatu. (Heikkilä 2015, s. 121)

Laserkeilaus on aktiivinen kaukokartoitusmenetelmä, joka hyödyntää havaintolaitteen lähettämän säteilyn ominaisuuksia. Se tuottaa kol-miulotteista tietoa mitattavasta kohteesta, esimerkiksi kasvillisuuden ja maaston rakenteesta. Keilaus tehdään useimmiten lentokoneesta. Keilain lähettää laserpulsseja kohti maata, josta ne heijastuvat takaisin vastaanot-toyksikköön kohtaamastaan pinnasta (puun latva, oksa, maanpinta, tms.).

Keilauslaitteisto mittaa kuluneen ajan, jonka pulssi on matkalla. Koska laserpulssit liikkuvat vakionopeudella, voidaan matka-ajan perusteella laskea etäisyydet kohteisiin. Lentokoneeseen on asennettu myös satelliit-tipaikannus- (GNSS) ja inertialaite (INS), jotka rekisteröivät lentokoneen kulloisenkin sijainnin ja asennon jokaisen pulssin lähtö- ja paluuhetkellä (kuva 11). Näiden tietojen avulla pystytään määrittämään heijastuvien pulssien sekä x- ja y-koordinaattiarvot että korkeus merenpinnasta (z).

Yhdestä lähetetystä laserpulssista voi heijastua useita paluukaikuja (puun latvasta, oksasta ja maanpinnasta), jotka muodostavat useita pisteitä kol-miulotteiseen laserpisteistöön (pistepilvi). Pisteistöstä saadaan muodos-tettua pintamalleja, jotka kuvaavat esim. maanpinnan tai kasvillisuuden korkeutta. Pistepilvi kuvaa melko hyvin puuston ja maaston rakennetta pistetiheyden ollessa riittävän suuri.

Laserkeilauksen lisäksi inventoitava alue ilmakuvataan, koska harva-pulssisesta keilausaineistosta ei pystytä erottelemaan puulajeja. Numeeri-sia väärävärikuvia hyödynnetään puustotulkinnan puulajitunnistuksessa ja kuvioinnissa.

Inventoitavalta alueelta mitataan maasto- eli referenssikoealoja noin 600–800 (Heikkilä 2015, s.122). Ne sijoitellaan alueelle siten, että ne edus-tavat mahdollisimman hyvin koko inventointialueen metsien vaihtelua kasvupaikkojen, puulajisuhteiden ja keskeisten puustotunnusten suhteen (esim. läpimitta ja pohjapinta-ala). Puustotulkinnan onnistuminen vaa-tii, että koealojen sijainti vastaa samaa sijaintia laserkeilausaineistossa.

Siksi koeala pyritään paikantamaan mahdollisimman tarkasti, vähintään metrin tarkkuudella (Heikkilä 2015, s.123). Referenssikoealana käytetään 9 metrin säteistä ympyräkoealaa, joka vastaa pinta-alaltaan varsinaista

Kuva 11. Lentolaserkeilauksen periaate. Kuva: Ville Kankare.

puustotulkintayksikköä, 16 × 16 metrin hilaruutua. Harvoissa metsissä puusto mitataan isommalta 12,62 metrin säteiseltä koealalta, jotta saa-daan parempi kuva puustosta. Varttuneissa taimikoissa mitataan vastaa-vasti pienempi 5,64 metriä säteinen koeala, jonka tulee edustaa puustol-taan 9 metrin koealaa eli mitattavan referenssikoealan ympärillä pitää olla samanlaista taimikkoa (Heikkilä 2015, s.123).

Koealoilta mitataan kaikkien läpimitaltaan yli 5 cm puiden (varttu-neissa taimikoissa minimiläpimitta on 3 cm) rinnankorkeusläpimitta ja määritetään puulaji sekä puuluokka (elävä/kuollut puu). Jokaisesta puulajista ja latvuskerroksesta mitataan pohjapinta-alamediaanipuun läpimitan perusteella määritetyn mediaanipuun pituus ja ikä. Koealan yleisimmistä puulajeista mitataan kustakin lajista vielä lisää 2 pituus-koepuuta. Lisäksi määritetään koealan kasvupaikka, puuston kehitys-luokka ja muita yleistunnuksia. Koska koealojen perusteella estimoidaan puustotunnukset koko inventoitavalle alueelle, pienetkin virheet koealan paikannuksessa tai puuston mittauksessa voivat kertaantua inventoinnin tuloksissa. Koealamittauksen laatua seurataan mittaustyön kuluessa tar-kistusmittauksin.

Puustotietoja voidaan lentolaserkeilauksessa tuottaa joko aluepoh-jaisella tai yksittäisien puiden mittauksiin perustuvalla menetelmällä.

Suomen metsäkeskuksen metsävaratiedon tuottamisessa sovelletaan aluepohjaista menetelmää. Siinä käytetään harvapulssista laseraineistoa (tällä hetkellä 0,5 pulssia/m²). Menetelmän perusajatuksena on hyödyntää maastossa mitattujen koealojen puustotunnusten ja niiden sijaintia vas-taavien laserpisteaineistosta ja ilmakuvilta irrotettujen piirteiden tilastol-lista riippuvuutta. Koealamittausten, laserpistepilven korkeusjakauma- ja intensiteettitietojen sekä ilmakuvan sävyarvo- ja tekstuurimuuttujien perusteella laaditaan ennustemallit puustotunnuksille. Estimoitavia tunnuksia sekä kokonaispuustolle että puulajiositteille (mänty, kuusi ja lehtipuu) ovat keskiläpimitta, keskipituus, pohjapinta-ala, runkoluku, tila-vuus ja ikä. Lehtipuut muodostavat yhden ositteen, koska niitä ei pystytä tunnistamaan tarkemmin laserkeilausaineistosta ja ilmakuvilta.

Puustotulkintaa varten koko inventoitava alue jaetaan 16 × 16 metrin hilaruudustoon, jossa yksi hilaruutu vastaa pinta-alaltaan maastossa mitattua koealaa. Tulkinnassa käytetään ei-parametrisia menetelmiä kuten k–MSN (k–Most Similar Neighbor) mallinnusta (kuva 12). Tällöin mallinnuksessa valittujen laser- ja ilmakuvapiirteiden perusteella hae-taan inventointialueen kullekin hilaruudulle sitä parhaiten vastaavat maastokoealat (esim. k–MSN, jossa k = 3–5 koealaa). Näiden koealojen puustotietojen pohjalta lasketaan jokaiselle hilaruudulle omat puustotiedot.

Tulkinnassa koealoja voidaan painottaa sen mukaan, kuinka hyvin kun-kin koealan laser- ja ilmakuvapiirteet vastaavat inventoitavaa hilaruutua.

(Heikkilä 2015, s. 124)

Kuva 12. Ei parametrisen k–Most Similar Neighbor (k–MSN) mallinnuksen periaate. Kuvassa punaiselle hilalle lasketaan puustotunnukset kolmen (k=3) laser- ja ilmakuvapiirteiltään tätä hilaa eniten muistuttavien maasto- eli referenssikoealojen puustotietojen perusteella.

Kuva: Ville Kankare.

Hilaruuduille johdetaan kasvupaikkatiedot yleensä vanhasta kuvioit-taisen maastoinventoinnin aineistosta. Jos sitä ei ole käytettävissä, hyö-dynnetään valtakunnan metsien inventoinnin (VMI) puustotulkinnan kasvupaikkarasteria.

Aineiston tuottamisen viimeisenä vaiheena tehdään inventoitavalle metsäalueelle kuviointi käyttäen edellisen inventoinnin kuviointia, digitaalisia ilmakuvia ja laserpisteaineistosta tuotettua kasvillisuuden korkeutta kuvaavaa pintamallia. Kuviointi tuotetaan tietokoneohjelmilla, jotka käyttävät edellä mainittuja aineistoja hyödyntäviä puoliautomaat-tisia tai automaatpuoliautomaat-tisia segmentointimenetelmiä. Segmentoinnissa kuva jaetaan alueellisesti jatkuviin ja toisensa poissulkeviin osa-alueisiin eli ns. mikrokuvioihin, jotka ovat homogeenisia tiettyjen ominaisuuksien suhteen, kuten sävyarvojen tai tekstuurin. Lopulliset toimenpidekuviot tuotetaan puoliautomaattisesti yhdistelemällä mikrokuvioita. Lopputulos tarkistetaan aina silmävaraisesti. Muodostuneille kuvioille yleistetään puuston summa- ja keskitunnukset kuvion sisälle jäävien hilojen tiedoista.

Kuvion kasvupaikkatiedot voidaan johtaa esimerkiksi vanhasta maastoin-ventointiaineistosta tai hilaruutujen tiedoista.