Metsätalousmaan pinta-alan ja maankäytön muutokset Joensuun kantakunnan alueella 1974-2018

(1)

Luonnontieteiden ja metsätieteiden tiedekunta Faculty of Science and Forestry

METSÄTALOUSMAAN PINTA-ALAN JA MAANKÄYTÖN MUU- TOKSET JOENSUUN KANTAKUNNAN ALUEELLA 1974–2018

Silja Nupponen

METSÄTIETEEN PRO GRADU, ERIKOISTUMISALA METSÄNARVIOINTI JA METSÄSUUNNITTELU

JOENSUU 2019

(2)

Nupponen, Silja. 2019. Metsätalousmaan pinta-alan ja maankäytön muutokset Joensuun kantakunnan alueella 1974–2018. Itä-Suomen yliopisto, luonnontieteiden ja metsätieteiden tiedekunta, metsätieteiden osasto. Metsätieteen pro gradu, erikoistumisala metsänarviointi ja metsä- suunnittelu. 45 s.

Tiivistelmä

Ilmastonmuutoskeskusteluissa puhutaan vääjäämättä metsäisen pinta-alan vähenemisestä ja puuston vähenemisen vaikutuksesta ilmastonmuutokseen. Metsät sitovat ja varastoivat suuret määrät hiiltä ja hiilidioksidia, ja ovat siten erittäin tärkeässä osassa ilmastonmuutoksen hillin- nässä.

Kaupunkien ja niiden lähitaajamien kasvu on vähentänyt metsä- ja maatalousmaan pinta-alaa erityisesti keskustaajamien läheisyydessä. Suomessa maatalousmaan pinta-ala on muuttunut myös peltojen metsityksen ja toisaalta peltojen uudisraivauksen takia. Suomessa peltoja on met- sitetty metsitystukien ja pienviljelyksen vähentymisen myötä. Toisaalta peltoja on raivattu maatilojen yksikkökokojen suurentuessa. Varsinkin karjatiloilla on tarvittu lisää peltopinta-alaa re- hun tuotantoon ja lannan levittämiseen.

Tutkimuksessa on pyritty selvittämään metsätalousmaan pinta-alan muutos Joensuun kantakunnan alueella rakentamisen ja liikenneverkostojen laajenemisen seurauksena. Samalla on havainnoitu peruskarttojen käytettävyyttä maankäytön muutoksen tulkinnassa. Tutkimus on kolmiosainen, joista ensimmäisessä osassa on selvitetty tieverkoston kehitystä, toisessa osassa met- sätalousmaan pinta-alan muutosta vuodesta 1974 vuoteen 2018 metsämaskin, maastotietokannan, peruskarttojen sekä ilmakuvien avulla, ja kolmannessa osassa maankäytön muutosta Land- sat-satelliittikuvien avulla käyttäen ohjaamatonta luokittelua. Ohjaamaton luokittelu ja sen avulla tuotetut temaattiset kartat on todettu sopivan maankäytön luokittelun tekemiseen Land- sat-aineistoista.

Metsätalousmaan pinta-ala on vähentynyt maankäytön muutoksen myötä tutkimusalueella 58 prosentista 48 prosenttiin maapinta-alasta. Tutkimuksessa on havaittu, että maatalousmaan pinta-ala on pienentynyt noin 50 prosenttia vuodesta 1974. Tieverkosto on laajentunut lähes kaksinkertaiseksi. Landsat-aineistolla tehdyn selvityksen mukaan rakennetun maan pinta-ala on lisääntynyt 19 prosentista 41 prosenttiin. Tutkimuksen mukaan peruskartat soveltuvat hyvin maankäytön muutoksen tulkintaan käytettävissä olevien resurssien mukaan.

Avainsanat: Maankäytön muutos, Landsat, ilmakuva, peruskartta, metsätalousmaa, metsämaski

(3)

Nupponen, Silja. 2019. Change of forest area and land use in the base municipality of Joensuu from 1974 to 2018. University of Eastern Finland, School of Forest Sciences, Master´s thesis in Forest Science, specialization Forest Mensuration and Forest Planning, 45 p.

Abstract

Discourse on climate change is inevitably concerned with the reduction of the area of forestry and its impact on climate change. Forests absorb and store large quantities of carbon and carbon dioxide and are therefore a critical part of climate change mitigation.

The growth of cities and population centers has reduced the area of forestry and agricultural land, particularly in the proximity of city centers. In Finland, the area of agricultural land has changed as a result of afforestation and land clearing. Factors, such as afforestation subsidies and the decline of small-scale farming have contributed to the afforestation of fields. However, larger unit sizes of farms have led to more fields being cleared. In livestock farms especially, more arable land has been needed for feed production and manure spreading.

The aim of the study was to investigate the change in the area of forestry land in the Joensuu base municipality resulting from construction and expansion of transport networks. At the same time, the usability of base maps in interpreting land use change has been observed. The study is divided into three parts, the first part examines the development of the road network, the second part focuses on the change in the area of forestry land from 1974 to 2018 through the use of a forest mask, landscape database and base maps and aerial photographs, and, lastly, the third part examines the change of land use by utilizing Landsat satellite images with unsupervised classification. Unsupervised classification and thematic maps produced by it have been found to be suitable for land use classification from Landsat data.

As a result of land use change, the area of forestry land has decreased from 58% to 48% (of the land area) in the research area. Research has found that the area of agricultural land has reduced by approximately 50 % since 1974 to 2018. The road network has almost doubled in size. Ac- cording to a survey conducted using Landsat data, the area of built land has increased from 19 percent to 41 percent. According to the study, the base maps are well suited to the interpretation of the resources available for interpreting the change of land use.

Keywords: Land use change, Landsat, aerial photograph, basic map, forest land, forest mask.

(4)

SISÄLLYS

1. JOHDANTO... 5

1.1 Tausta ... 5

1.2 Maankäytön muutoksen tutkiminen ... 6

1.3 Maankäytön määritelmä ... 7

1.4 Metsätalousmaan ja metsämaan määritelmät ... 7

1.5 Tavoitteet ... 9

2 AINEISTOT JA MENETELMÄT ... 9

2.1 Tutkimusalue ... 9

2.2 Maanmittauslaitoksen aineisto ... 9

2.2.1 Hallintorajat ... 9

2.2.2 Maastotietokanta 2018 ja 2005 ... 10

2.2.3 Peruskartat 1974/1975. ... 10

2.2.4 Puolustusvoimien ilmakuvat ... 10

2.3 Joensuun kaupungin aineisto ... 11

2.4 Suomen metsäkeskuksen aineisto ... 11

2.4.1 Ilmakuvat ... 11

2.4.2 Metsämaski ... 11

2.5 Landsat-aineistot ... 12

2.6 Tieverkoston, metsä- ja maatalousmaiden pinta-alojen selvittäminen peruskarttojen, ilmakuvien, metsämaskin ja maastotietokannan avulla ... 14

2.6.1 Tieverkostot ... 14

2.6.2 Maatalousmaa-alueet ... 16

2.6.3 Metsätalousmaa-alueet ... 18

2.7 Metsäpinta-alan selvittäminen Landsat-aineistojen avulla ... 19

2.7.1 Luokituksen luotettavuusarviointi ... 20

3 TULOKSET ... 21

3.1 Osa I – Tieverkoston muutos ja tiealueiden pinta-alat... 21

3.2 Osa Ⅱ – Maankäytön muutostulkinta peruskartoilta, metsämaskista ja maastotietokannasta ... 23

3.2.1 Metsätalousmaan pinta-alamuutokset karttoina ... 25

3.2.2 Maatalousmaan pinta-alan muutokset karttoina ja muutossuunta. ... 25

3.2.3 Maa- ja metsätalousmaan muutos rakennetuksi tai muuhun käyttöön ... 27

3.3 Osa Ⅲ – Tulokset Landsat-aineistoista ... 28

3.3.1 Luokituksen luotettavuusarviointi ... 32

4 TULOSTEN TARKASTELU ... 33

4.1 Peruskarttojen soveltuvuus tutkimukseen ... 36

4.2 Osan II ja III tulosten vertailua ... 36

4.3 Epävarmuustekijät ja virhetulkintamahdollisuus. ... 38

4.4 Johtopäätökset ja mahdollisia jatkotutkimuksia ... 39

5 KIRJALLISUUS ... 41

6 LIITTEET... 44

(5)

1. JOHDANTO

1.1 Tausta

Maankäytön muutokset vaikuttavat huomattavasti ilmastonmuutokseen. Kärkkäinen ym.

(2019) mainitsevat, että erityisesti metsäkato ja turvepeltojen raivaaminen vähentävät hiili- nielujen määrää ja lisäävät kasvihuonekaasupäästöjä. Metsäkadolla tarkoitetaan metsän raivaa- mista muuhun käyttöön, kuten rakentamiseen, maatalous- tai turvetuotantoalueeksi. Maankäy- tön muutoksen vaikutusta on selvitetty viime aikoina ilmastomuutos- ja kasvihuonekaasuvai- kutusten arvioimiseksi sekä mietitty mahdollisia ohjauskeinoja metsäkadon vähentämiseksi ja metsityksen lisäämiseksi muun muassa MISA-hankkeessa (Kärkkäinen ym. 2019). Väestön muuttaminen kasvukeskuksiin aiheuttaa rakentamispainetta kaupunkien läheisyyteen, ja näin ollen lisääntyvä liikenne vaatii tieverkon uudistamista ja lisäämistä. Nämä asiat vaikuttavat myös maankäyttöön vähentäen metsä- ja peltopinta-alaa erityisesti kasvukeskusten läheisyy- dessä. Joensuun kantakunnan väestömäärä on lisääntynyt 1970-luvulta 36 281 henkilöstä vuoden 2017 loppuun mennessä 57565 henkilöön (Joensuun väestö 2017). Pyrkimys kaupunkirakenteen tiivistämiseen voi hillitä kaupunkialueiden lähiympäristöjen maankäytön muutospai- netta. Nykyisin Joensuun kaupunki tavoittelee kaupunkirakenteen tiivistämistä (Symmetrinen kaupunki 2018).

Suomessa on viimeisen kymmenen vuoden aikana raivattu metsiä vuosittain noin 19 tuhatta hehtaaria muuhun käyttöön. Maankäytön muutoksia metsätalousmailla aiheuttavat rakentaminen, liikenneväylien lisääminen ja peltojen raivaus maatalouskäyttöön. Rakentamiseen käyte- tystä pinta-alasta on aiemmin ollut metsämaata noin 80 prosenttia (Kärkkäinen ym. 2019). Met- sätalousmaa on vähentynyt keskimäärin 9 tuhatta hehtaaria vuosittain VMI5 ja VMI 11/12 vä- lisenä aikana. Peltojen metsittäminen ja turvetuotannosta poistuneiden alueiden määrä kuitenkin on lisännyt metsätalousmaan pinta-alaa (Vaahtera ym. 2018). Tyypillisiä metsitysalueita ovat esimerkiksi käytöstä poistetut viljelysmaat, ruohikkoalueet ja turvetuotantoalueet (Kärk- käinen ym. 2019). Metsäpinta-alan määrään vaikuttaa tulevaisuudessa sähkölinjojen maakaa- pelointi, jolloin johtolinjoja voidaan hyödyntää muun muassa metsätalouskäyttöön (Similä 2017).

Maatalousrakenteen muutos on aiheuttanut maatalousmaan metsitystä tilojen lopettaessa maa- taloustoiminnan ja toisaalla maatalousmaan raivausta tilayksiköiden kasvaessa. Pohjois-Karja- lassa toimivien maatalous- ja puutarhatilojen lukumäärä vuodesta 2000 on vähentynyt 3287

(6)

tilasta vuoteen 2018 mennessä 1991 tilaan (Taloustohtori 2018). Kuitenkin yksittäisten maata- loustilojen kasvu on aiheuttanut peltojen raivaustarvetta lähempänä tilakeskuksia. Pohjois-Kar- jalassa maatilojen keskimääräinen viljelty peltopinta-ala vuodesta 2004 on kasvanut 28,8 hehtaarista noin 41,8 hehtaariin vuoteen 2016 mennessä, kun aikaisesti metsätilojen tilakohtainen metsäpinta-ala on keskimäärin kasvanut 51,5 hehtaarista 60,5 hehtaariin yritystä kohden (Suo- men virallinen tilasto 2018).

1.2 Maankäytön muutoksen tutkiminen

Maankäytön muutosta ja erityisesti metsäkatoa on tutkittu kansainvälisesti erityisesti ilmastonmuutoksen takia. Landsat-satelliittikuvat ovat erittäin tärkeässä roolissa tutkittaessa maankäy- tön muutosta pitkällä aikavälillä. Landsat-satelliittikuvia on käytetty hyvin runsaasti maankäy- tön muutoksen tutkimiseen, sillä ne antavat informaatiota pitkältä aikajaksolta. Ensimmäinen Landsat-satelliitti on lähetetty avaruuteen jo 1970-luvulla (Phiri & Morgenroth 2017). Landsat- satelliiteilta on saatu kattava aikasarja kuvia. Tällä hetkellä on käytössä Landsat 8, ja Landsat 9 on tavoitteena lähettää avaruuteen vuonna 2020 (Landsat 9 2019).

Tarkempaan maankäytön luokitteluun voidaan hyödyntää Landsat-satelliittikuvien lisäksi muuta aineistoa, kuten esimerkiksi tarkempia ilmakuvia, peruskarttoja tai muita spatiaalisia tietokantoja. Maanmittauslaitoksen tuottamat peruskartat on tehty ilmakuvausten perusteella, joten niiden avulla päästään melko tarkkaan tulkintaan. Lisäaineistojen saatavuus vaihtelee alu- eittain, vuosittain ja sijaintien mukaan. Myös kustannukset voivat olla rajoittavana tekijänä tut- kimusten tekemisessä. Topografisia karttoja ja ilmakuvia on käytetty satelliittikuvien (IRS-1C, Indian Remote Sensing Satellites) lisänä muun muassa MURBANDY/MOLAND-hankkeissa, joissa on selvitetty kaupunkien laajentumista. MURBANDY:a on käytetty esimerkiksi Brysse- lin laajenemisen tutkimiseen (Frickea & Wolff 2002). MURBANDY on myös osana laajempaa MOLAND-hanketta (Monitoring Land-use/Cover Change Dynamics). MOLAND:ia on käy- tetty muun muassa Buenos Airesissa, New Delhissä, Bangkokissa ja Mexico Cityssä ym. (La- valle ym. 2001). Maankäytön muutoksen tulkintaan on kehitetty erilaisia metodeja, algoritmeja ja ohjelmia. Landsat-aineistoista tehtävät maankäytön luokittelumetodit ovat kehittyneet viime vuosina (Phiri & Morgenroth 2017).

Maankäytön muutoksen tulkinnassa voidaan aineistosta ja tavoitteesta riippuen luokitella maa- alueita tarkemmin tai karkeammin. Useissa tutkimuksissa, joissa on käytetty lähteenä Landsat-

(7)

satelliittikuvia, maankäyttöluokat on luokiteltu pääluokkiin, joita ovat esimerkiksi vesi, maatalous, kasvillisuus/metsä, paljas maa ja rakennettu (Torahi & Rai 2010, Butt ym. 2015, Rawat ym. 2015). Tarkempaa luokitusta on käytetty muun muassa MURBANDY/MOLAND-hankkeessa, jolloin käytössä on ollut lisänä muuta aineistoa, kuten topografisia karttoja tai erilaisia spatiaalisia tietokantoja (Lavalle ym. 2001).

1.3 Maankäytön määritelmä

Maankäyttöluokkia on tarkempia ja suurpiirteisempiä käyttötarkoitusta varten. Pääluokkia ovat muun muassa rakennetut alueet, maatalouden käytössä olevat, metsämaat ja vesistöt. Maan- mittauslaitoksen tuottama maastotietokanta on tarkin Suomen maankäyttöä kuvaava tietokanta (Maastotietokanta 2018). Luonnonvarakeskuksen tilastoissa Suomen maapinta-ala luokitellaan maankäytön ja kasvipeitteen mukaan pääluokkiin, joita ovat metsätalousmaa, maatalousmaa, rakennettu maa ja muu maa (Metsävarat 2017). Tilastokeskuksen maankäyttöluokitus 2000 (2019) mukaan alueet luokitellaan maankäyttöluokkiin niiden käytön mukaan sen mukaisesti mitä maan pinnalla on. Kukin alue voi kuulua vain yhteen luokkaan, ja luokat vastaavat tosi- asiallista käyttämistä, eikä suunniteltua käyttöä. Vain maan pinnalla käyttötapa huomioidaan ja se voi olla ihmistoiminnan vaikutuksesta johtuva tai luontainen. Rakennetuksi alueeksi on luokiteltu pääasiassa kohteita, joita käytetään asumiseen, liikkumiseen tai työelämään. Myös osa virkistyskäyttöön varatuista alueista luokitellaan rakennetuksi (Maankäyttöluokitus 2000 2019).

1.4 Metsätalousmaan ja metsämaan määritelmät

Metsätalousmaan määritelmiä on hieman toisistaan eroavia. Luonnonvarakeskuksen tilastoissa metsätalousmaa sisältää muitakin alueita kuin metsätalouskäytössä pääasiallisesti käytettäviä maa-alueita, kuten puustoisia virkistysalueita ja suojelualueita. Rakennettuun maahan kuuluvaksi luetaan puustoiset puistoalueet. Koska metsätalousmaahan kuuluu muutakin kuin pääasi- allisesti metsätalouskäyttöön kuuluvia maa-alueita, se on jaettu alaluokkiin puuntuottokyvyn mukaan. Käytettyjä alaluokkia ovat metsämaa, kitumaa, joutomaa ja muu metsätalousmaa.

”Metsätalousmaa jaotellaan puuntuotoskyvyn mukaan seuraavasti:

Metsämaa: puuston potentiaalinen vuotuinen keskikasvu on vähintään 1,0 m³/ha Kitumaa: puuston potentiaalinen vuotuinen keskikasvu on vähemmän kuin 1,0 m³/ha, mutta vähintään 0,1 m³/ha

Joutomaa: puuston potentiaalinen vuotuinen keskikasvu jää alle 0,1 m³/ha Muu metsätalousmaa: sisältää metsäautotiet, metsätalouden pysyvät varasto- ja tonttialueet, metsäkokonaisuuteen kuuluvat sorakuopat, riistapellot ym. ”

(Metsävarat 2017)

(8)

Muuhun metsätalousmaahan lasketaan kuuluvaksi muun muassa metsäautotiet, riistapellot ja metsätalouden pysyviksi varasto- ja tonttialueiksi määritellyt alueet (Metsävarat 2017). Luon- nonvarakeskuksen tekemän Valtakunnan metsien inventoinnin VMI11/12:sta mukaan käytet- tävissä olevan metsätalousmaan pinta-ala on nykyään noin 26 222 tuhatta hehtaaria. VMI5 on tehty vuosina 1964-1970, jolloin metsätalousmaan pinta-alaksi on arvioitu 26 667 tuhatta hehtaaria (taulukko 1).

Taulukko 1. Maaluokat metsätalousmaalla (1000 ha) muuttujina maakunta, inventointi ja maa- luokka VMI:n (Valtakunnan metsien inventointi) mukaan.

Metsätalousmaa KOKO MAA 1000 ha

Metsä- maa

Kitu- maa

Jouto- maa

Metsä- tiet, va- rastot ym.

Yh- teensä

Muu maa

Maa- pinta- ala VMI 5 (1964-1970) 18 697 3 674 4 226 70 26 667 3 883 30 550 VMI 6 (1971-1976) 19 738 3 583 3 371 86 26 778 3 772 30 550 VMI 7 (1977-1984) 20 065 3 157 3 049 103 26 374 4 096 30 470 VMI 8 (1986-1994) 20 074 2 983 3 093 150 26 301 4 158 30 459 VMI 9 (1996-2003) 20 338 2 670 3 156 154 26 317 4 130 30 447 VMI 10 (2004-2008) 20 085 2 735 3 259 184 26 263 4 151 30 415 VMI 11 (2009-2013) 20 264 2 502 3 229 198 26 192 4 197 30 389 VMI 11/12 20 322 2 491 3 197 212 26 222 4 168 30 391

Lähde: http://statdb.luke.fi/PXWeb/pxweb/fi/LUKE/LUKE__04%20Metsa__06%20Metsavarat/1.01_Metsatalousmaa.px/table/table- ViewLayout2/?rxid=d1116b93-bd97-4b1b-8381-89a239e3003f

Suomen Metsäkeskus on tuottanut metsämaskeja, joista uusin on luotu marraskuussa 2018, ja sitä on käytetty tässä tutkimuksessa metsätalousmaan alana. Metsämaskin metsätalousmaan ala on saatu poistamalla Maanmittauslaitoksen maastotietokannasta kohteet, jotka eivät ole metsä- talousmaata, kuten muun muassa taajama-alueet, pellot, rautatiealueet, tie- ja sähkölinjat sekä vesistöt. Maskista on poistettu alle 1,5 hehtaarin rakennetut palstat ja suuremmilta palstoilta rakennusten ympäriltä puolen hehtaarin alue. Metsämaskin perusteella metsätalouskäytössä oleva maa-ala koko Suomessa on ollut vuonna 2016 noin 25990 tuhatta hehtaaria (Metsämaski 2016). Metsämaskin 2018 tarkempi kuvaus liitteessä 1.

Tilastokeskuksen tuottamissa tilastoissa metsämaan pinta-alaan ei luokitella kuuluvaksi metsien ympäröimiä tiealueita, metsätietä, metsäpuiden taimitarhoja ja siemenviljelmiä. Lievästi vesakoituneita, käytöstä pois jääneitä peltoja ei myöskään luokitella metsämaaksi (Suomen virallinen tilasto 2018).

(9)

1.5 Tavoitteet

Tutkimuksessa on pyritty selvittämään metsätalousmaan pinta-alan muutos rakentamisen ja liikenneverkostojen laajenemisen seurauksena Joensuun kantakunnan alueella 1974–2018 väli- senä aikana. Samalla on havainnoitu peruskarttojen käytettävyyttä maankäytön muutoksen tulkinnassa. Tutkimus on kolmiosainen, joista ensimmäisessä osassa on selvitetty tieverkoston kehitystä, toisessa osassa metsätalousmaan pinta-alan muutosta metsämaskin, maastotietokannan, peruskarttojen sekä ilmakuvien avulla, ja kolmannessa osassa maankäytön muutosta Land- sat-satelliittikuvien avulla käyttäen ohjaamatonta luokittelua.

2 AINEISTOT JA MENETELMÄT

2.1 Tutkimusalue

Tutkimusalueena on Joensuun kunnan alue (kuva 1) vuonna 1974 lukuun ottamatta noin 41 hehtaarin aluetta Iiksenniityllä Joensuun kantakunnan itäreunalla. Tutki- musalueesta käytetään nimitystä kantakunta, koska myö- hemmin Joensuun kuntaan on liittynyt useita naapurikun- tia. Tutkimusalueen pinta-ala on noin 11960 hehtaaria, josta vesistöpinta-alaa noin 3781 hehtaaria. Hallintorajat perustuvat maanmittauslaitoksen aineistoon vuodelta 2004, jolloin Joensuu ja siihen nykyisin liittyneet kunnat olivat vielä erillisiä kuntia.

2.2 Maanmittauslaitoksen aineisto 2.2.1 Hallintorajat

Maanmittauslaitoksen tuottamat hallintorajat vuodelta 2004 on ladattu Paituli-palvelusta. Hal- lintorajoja on käytetty rajaamaan tutkimusalue vuoden 1974 tilannetta vastaavaksi, jolloin Jo- ensuuhun ei ollut liittynyt lähikuntia. Ensimmäiset kuntaliitokset tehtiin vuonna 2005, jolloin Kiihtelysvaara ja Tuupovaara liittyivät Joensuun kaupunkiin. Pyhäselkä ja Eno liittyivät vuonna 2009 (Vartiainen 2011).

³

Maanmittauslaitos, 2004, 2018 Tutkimusalue, Joensuu

Kuva 1. Tutkimusalue

(10)

2.2.2 Maastotietokanta 2018 ja 2005

Maanmittauslaitoksen avoimen aineiston latauspalvelun sivulta on saatavilla maastotietokanta, jota maanmittauslaitos ylläpitää. Aineisto sisältää myös Liikenneviraston hallinnoimaa DIGI- ROAD-aineistoa (Maanmittauslaitos 2018), joka sisältää ajantasaisen teiden ja katujen geomet- rian sekä ominaisuustiedot (Digiroadin sisältö 2018). Maastotietokannan avulla on saatu sel- ville vuoden 2018 maatalousmaan alat, jota on käytetty peltomaskina Landsat-kuvien yhtey- dessä. Paituli-palvelusta on ladattu vuoden 2005 maastotietokanta, josta poimittuja maatalousmaa-, puutarha- ja niittyaloja on käytetty peltomaskina vuoden 2002 Landsat-satelliittikuvien kanssa. Lisäksi maastotietokantaa on hyödynnetty apuna vuoden 1974 tieverkon selvittämiseen poistamalla tietokannasta tiet, joita ei ole aiemmilla peruskartoilla.

2.2.3 Peruskartat 1974/1975.

Maanmittauslaitoksen verkkopalvelusta on vapaasti ladattavissa lähes koko Suomen alueelta vanhat painetut peruskartat vuosien 1949-1992 väliseltä ajalta. Osa kartta-aineistosta on peruskarttoja (1:20000) ja osa puolustusvoimien topografikarttoja (1:20000). Kartat ovat vanhan yleislehtijaon (KKJ) mukaisia painettuja karttoja, jotka ovat saatavilla rasteriaineistona (Maan- mittauslaitos 2018). Peruskarttojen rasterikoko on noin 1,6 metriä kertaa 1,6 metriä.

Maatalousmaan pinta-alan muutoksen tutkimiseen on tässä tutkimuksessa käytetty Maanmit- tauslaitoksen peruskarttoja vuosilta 1974/1975. Nämä peruskartat perustuvat vuosien 1967 ja 1968 ilmavalokuvauksiin (Peruskartta-aineisto 1974), joten muutosta on tapahtunut kuvaus- ajasta painovuoteen. Tutkimuksessa maatalousmaaksi on digitoitu sekä pelloksi että niityiksi merkityt alueet peruskartta-aineistosta, jotka esiintyvät peruskartoilla keltasävyisinä. Täten ne ovat erotettavissa visuaalisesti tarkastelemalla. Nämä alueet on digitoitu ensisijaisesti peruskartan mukaan ja tarkennettu 1974 vuoden ilmakuvien mukaan. Peruskarttoja on hyödynnetty myös vuoden 1974 tieverkoston luomiseen.

2.2.4 Puolustusvoimien ilmakuvat

Maanmittauslaitokselta on saatavilla Puolustusvoimien kuvaamia ilmavalokuvia (1:60000) maanmittauslaitoksen omien ilmakuvien lisäksi. Tätä tutkimusta varten on hankittu Puolustus- voimien ilmakuvat vuodelta 1974. Kuvat on saatu rasteriaineistoina ja asemoitu koordinaatistoon ArcGIS-ohjelmalla. Puolustusvoimien ilmakuvia vuodelta 1974 (kuvauspäivämäärä 16.

6.1974) on hyödynnetty tieverkon digitoinnissa muun muassa siten, että on tarkasteltu mitkä, tielinjat näkyvät ilmakuvilla metsäisillä alueilla. Lisäksi tieverkostoon on digitoitu korjauksia

(11)

visuaalisen tarkastelun avulla sekä ilmakuvien että peruskarttojen mukaisesti. Näin ollen digitoitu tieverkosto vastaa pääpiirteissään vuoden 1974 tilannetta. Ilmakuvia on hyödynnetty myös vuoden 1974 peltomaskin tekemisessä.

2.3 Joensuun kaupungin aineisto

Joensuun kaupungin keskusvarastolta saatiin vuoden 1992 ilmakuva tutkimuksen käyttöön. Il- makuva on isokokoinen taulu, jonka skannaaminen olisi ollut mahdotonta, joten se on valoku- vattu digikameralla ja georeferoitu mahdollisimman tarkkaan oikeaan sijaintiin ArcGIS-ohjelmalla. Georeferointi osoittautui haasteelliseksi ja siksi ohjauspisteitä luotiin 100 ja georeferoin- tiin käytettiin adjust-muunnosta. Tällä muunnoksella virhe oli pienin sekä visuaalisesti tarkas- tellen että oikaisun keskivirheen mukaan. Adjust-muunnos hyödyntää sekä polynomimuunnok- sen että kolmiomuotoisen epäsäännöllisen TIN-verkon interpolointitekniikat (ArcGIS help 2018).

2.4 Suomen metsäkeskuksen aineisto 2.4.1 Ilmakuvat

Vuodelta 2002 on saatu tutkimuksen käyttöön ilmakuvia, joita on käytetty luokituksen onnistumista arvioitaessa tarkistuspisteiden määrittämisessä. Kyseiset ilmakuvat kattavat vain osan tutkimusalueesta ja ovat resoluutioltaan erittäin tarkkoja. Kyseisiä kuvia ei ole lupa julkaista, joten ne tuovat vain lisäinformaatiota luokittelun onnistumisesta.

2.4.2 Metsämaski

Metsämaski on koko Suomen kattava vektorimuotoinen tietokanta ja se on muodostettu käyt- täen Maanmittauslaitoksen kiinteistörajakartta-aineistoa ja maastotietokantaa. Metsämaskista on poistettu metsätalouskäytön ulkopuoliset aluemaiset kohteet, kuten muun muassa vesistöt, pellot, taajamat ja aluemaisiksi luokitellut tiealueet. Metsäkeskus tuottaa metsämaskin liitteen 1 mukaisesti. Tutkimuksessa käytetty metsämaski on valmistunut 27.11.2018 (Väisänen 2018).

Taulukossa 2 on metsämaskia muodostettaessa käytetyt linjaluokat, -nimet ja -leveydet. Linja- leveyksien mukaisesti on tuotettu aluemaiset leveysvyöhykkeet, jotka on poistettu metsämas- kista. Aluemaisille leveysvyöhykkeille käytetään tiemaski-nimitystä. Samoja leveyksiä on käy-

(12)

tetty myös vuoden 1974 digitoidussa tieverkostossa. Tutkimuksessa on pyritty käyttämään Suo- men Metsäkeskuksen luoman metsämaskin perustana olleita kriteerejä muodostettaessa vuoden 1974 metsämaskia.

LUOKKA NIMI LEVEYS

12111 Autotie_Ia 50

12112 Autotie_Ib 50

12121 Autotie_IIa 25

12122 Autotie_IIb 25

12131 Autotie_IIIa 15

12132 Autotie_IIIb 15

12141 Ajotie 10

12314 Kävely_ja_pyörätie 5

12316 Ajopolku 5

14111 Rautatie_sähköistetty 40

14112 Rautatie_sähköistämätön 30

14121 Kapearaiteinen_rautatie 15

22311 Sähkölinja_suurjännite 30

22312 Sähkölinja_jakelujännite 10

Lähde: Väisänen 2018

Metsämaskista on poistettu alle 1,5 hehtaarin kokoiset palstat kokonaan ja suuremmilta palstoilta on rakennusten ympäriltä poistettu puolen hehtaarin alue (Väisänen 2018). Vuoden 1974 metsätalousmaan digitoinnissa on pyritty käyttämään suunnilleen samaa periaatetta. Lisäksi digitoinnissa on hyödynnetty vuoden 1974 peruskarttoja ja ilmakuvia.

2.5 Landsat-aineistot

Landsat-aineistot mahdollistavat maankäytön muutosten tulkinnan pitkällä aikavälillä. Nyky- ään niiden suuri etu on aineiston saatavuus korvauksetta, kun aineistot avattiin vapaasti saata- ville vuonna 2015. Tutkimuksessa käytettiin Landsat-satelliittikuvia vuosilta 2018, 2002, 1992 ja 1975. Näin on saatu selvitettyä noin 43 vuoden aikana tapahtunut maankäytön muutos. Maan- peitteen tarkastelemiseen Landsat-satelliittikuvilta vaikuttaa huomattavasti pilvisyys, siksi tutkimusta varten on pyritty hankkimaan mahdollisimman pilvettömät aineistot. Vuodelta 1975 on saatavilla melko pilvetön Landsat on 2 MSS satelliittikuva, mutta sen 60 metrin spatiaalinen resoluutio (taulukko 3) on rakennetun ympäristön tulkintaan kovin alhainen. Vuodelta 1992 löytyy lähes pilvetön Landsat 5 TM -kuva, jossa tutkimusalueella ei ole analyysiä haittaavaa

Taulukko 2. Metsämaskin linjaluokat, -nimet ja -leveydet

(13)

pilvisyyttä. Landsat 5 TM aineistoilla (taulukko 4) sekä uudemmilla Landsat-satelliittiaineis- toilla spatiaalinen resoluutio on 30 metriä. Vuoden 2002 satelliittikuvatulkintaan on käytetty Landsat 7 ETM+ -kuvaa. Myös vuodelta 2018 on saatavilla pilvetön Landsat 8 OLI -satelliittikuva. Landsat 7 ETM+ (taulukko 5) ja Landsat 8 OLI (taulukko 6) aineistoissa on lisäksi mukana pankromaattinen kanava, jonka spatiaalinen resoluutio on 15 metriä. Landsat 4-5 TM ja sitä uudemmat Landsat-aineistot soveltuvat tarkempaan alueiden maankäytön muutoksen tut- kintaan kuin Landsat 2 MSS.

Tutkimuksessa käytetyt Landsat-satelliittikuvat 1975: Landsat 2 Multispectral Scanner (MSS):

• LM02_L1TP_202016_19750608_20180425 1992: Landsat 5 Thematic Mapper (TM):

• LT05_L1TP_186016_19920628_20180225

2002: Landsat 7 Enhanced Thematic Mapper Plus (ETM+):

• LE07_L1TP_185016_20020711_20170130 2018: Landsat 8 Operational Land Imager (OLI):

• LC08_L1TP_187016_20180729_20180814

Taulukko 3. Landsat 2 MSS kanavat, aallonpituudet ja resoluutiot

Landsat 2 Multispectral Scanner (MSS)

Kanavat Aallonpituus

(mikrometriä)

Resoluutio (metriä)

Kanava 4 - Vihreä 0.5-0.6 60

Kanava 5 - Punainen 0.6-0.7 60

Kanava 6 - Lähi-infra (NIR) 0.7-0.8 60

https://landsat.usgs.gov/what-are-band-designations-landsat-satellites

Taulukko 4. Landsat 5 TM kanavat, aallonpituudet ja resoluutiot

Landsat 5 Thematic Mapper (TM)

(mikrometriä)

Kanava 1 - Sininen 0.45-0.52 30

Kanava 5 - Keski-infra (SWIR) 1 1.55-1.75 30

Kanava 6 - Lämpö 10.40-12.50 120 (30)

(14)

Taulukko 5. Landsat 7 ETM+ kanavat, aallonpituudet ja resoluutiot

Landsat 7 Enhanced Thematic Mapper Plus (ETM+)

(mikrometriä)

Kanava 1 - Sininen 0.45-0.52 30

Kanava 6 - Lämpö 10.40-12.50 60 (30)

Kanava 8 - Pankromaattinen 0.52-0.90 15

Taulukko 6. Landsat 8 OLI kanavat, aallonpituudet ja resoluutiot

Landsat 8 Operational Land Imager (OLI) ja Thermal Infrared Sensor (TIRS)

(mikrometriä)

Resoluutio (metriä) Kanava 1 - Ultra Sininen (rannikko/aerosoli) 0.435 - 0.451 30

Kanava 2 - Sininen 0.452 - 0.512 30

Kanava 3 - Vihreä 0.533 - 0.590 30

Kanava 4 - Punainen 0.636 - 0.673 30

Kanava 5 - Lähi-infra (NIR) 0.851 - 0.879 30 Kanava 6 - Keski-infra (SWIR) 1 1.566 - 1.651 30 Kanava 7 - Keski-infra (SWIR) 2 2.107 - 2.294 30

Kanava 8 - Pankromaattinen 0.503 - 0.676 15

Kanava 9 - Cirrus 1.363 - 1.384 30

Kanava 10 - Lämpöinfrapuna (TIRS) 1 10.60 - 11.19 100 (30) Kanava 11 - Lämpöinfrapuna (TIRS) 2 11.50 - 12.51 100 (30)

2.6 Tieverkoston, metsä- ja maatalousmaiden pinta-alojen selvittäminen peruskartto- jen, ilmakuvien, metsämaskin ja maastotietokannan avulla

2.6.1 Tieverkostot

Tiestön muutoksen selvittämistä varten maastotietokanta-aineistosta valittiin seuraavat tieluokat: 12112, 12121, 12122, 12131, 12132, 12141, 12314,12312, 14111 ja 14121, joita käytettiin vuoden 2018 tieverkostona. Vuoden 1974 tieverkostoa varten on muokattu uusi tietokanta, jonka lähtöaineistona käytettiin maastotietokannasta poimittua tieverkostoa. Tieverkostosta on poistettu peruskarttaan verraten tiet, joita ei ole ollut peruskarttojen 1974/1975 mukaan. Perus- karttojen tekemiseen on käytetty pääosin 1967/1968 ilmakuvauksia, joten osa tieverkosta on

(15)

muuttunut myös peruskarttojen julkaisuvuosiin 1974/1975 verrattuna. Muuttuneet tiet on digitoitu uudelleen vastaamaan vuotta 1974 käyttäen hyväksi peruskartta-aineistoa sekä vuoden 1974 ilmakuvia. Kuvassa 2 tieluokat, jotka on otettu huomioon digitoitaessa teitä peruskartoilta.

Kuva 2. Tieluokat peruskartoilla

Kuvan 3 tie- ja polkumerkinnät on jätetty tarkastelun ulkopuolelle, koska niillä ei ole käytännön merkitystä metsän kasvulle tilapäisyytensä tai kapeutensa takia.

Kuva 3. Tieluokat, joita ei digitoitu vuoden 1974 tieverkostoon.

(16)

Tieverkostoaineistoille on muodostettu aluemaiset leveysvyöhykkeet, tiemaskit. Koska tutkimusalue on melko laaja ja tieverkko on kasvanut huomattavasti, muuttuneiden teiden uudelleen digitoinnissa on virheitä erityisesti leveyttä määritettäessä. Myös merkinnät kartoilla eivät vastanneet täysin kuvan 2 määrityksiä, joten osalle teistä on määritetty luokitusta mittaamalla ilmakuvilta tieleveys. Tiemaskien luomisessa on käytetty taulukon 7 mukaisia tieleveyksiä, jotka vastaavat Metsäkeskuksen metsämaskissa käytettyjä tieleveyksiä.

Taulukko 7. Tieluokat ja käytetyt leveydet

LUOKKA NIMI LEVEYS

12112 Autotie_Ib 50

12121 Autotie_IIa 25

12122 Autotie_IIb 25

12131 Autotie_IIIa 15

12132 Autotie_IIIb 15

12141 Ajotie, Auto- tai traktoritalvitie, tilapäinen kärrytie 10

12314 Kävely_ja_pyörätie 5

12316 Ajopolku 5

14111 Rautatie_sähköistetty 40

14112 Rautatie_sähköistämätön 30

2.6.2 Maatalousmaa-alueet

Vuoden 1974 maatalousmaan pinta-ala on selvitetty metsätalousmaan pinta-alan selvittämistä varten. Maatalousmaan selvityksen yhteydessä luodut tietokannat on nimetty vuosien mukaisesti peltomaskiksi. Peltomaskeja käytetään tutkimuksen kolmannessa osassa Landsat-aineistoista tehtävissä analyyseissä.

Maatalousmaan pinta-alan kartoittamiseen vuodelta 1974 on tässä tutkimuksessa käytetty Maanmittauslaitoksen peruskarttoja vuodelta 1974, jotka vastaavat pääosin 1968 ilmakuvauk- sien tarkkuutta. Maatalousmaan pinta-alan muutoksen selvittämiseksi asemoitiin vuoden 1974 peruskarttalehdet koordinaatistoon ja leikattiin karttalehdiltä varsinaisen peruskartta-alueen ulkopuoliset tietoalueet. Näin saadut alueet mosakoitiin yhteen ja muunnettiin samaan EUREF- FIN koordinaatistoon maastotietokannan kanssa. Tutkimuksessa maatalousmaaksi on digitoitu sekä pelloksi että niityiksi merkityt alueet peruskartta-aineistosta, jotka esiintyvät kartoilla kel- tasävyisinä. Tutkittaessa peruskarttoja havaittiin, että osa niittyalueista oli valkoisella pohjalla, joten niitä ei erikseen digitoitu peltomaskiksi, koska niiden havaitseminen olisi ollut paljon

(17)

vaikeampaa ja digitointi hitaampaa. Peruskartta-aineistoa on verrattu myös puolustusvoimien vuoden 1974 ilmakuviin ja korjattu havaitut muutokset. Tämän lisäksi peltomaskista on leikattu pois aiemmin luotu vuoden 1974 tiemaski päällekkäisyyksien välttämiseksi. Kuvassa 4 on vuoden 1974 tie- ja peltomaskin prosessikaavio.

Kuva 4. Pelto- ja tiemaskin 1974 prosessikaavio

Vuoden 2018 peltomaski on luotu poimimalla maatalousmaaksi luokitellut alueet maastotietokannasta. Maatalousmaaksi on tässä tutkimuksessa luokiteltu pellot (32611), niityt (32800) ja puutarhat (32612) sekä turvetuotantoalueet (32113). Vuodelle 1992 luotiin peltomaski yhdistä- mällä vuoden 1974 peltomaski vuoden 2018 peltomaskiin ja verrattiin saatua aineistoa vuoden

(18)

1992 ilmakuvaan sekä poistettiin alueet, jotka ilmakuvan perusteella olivat muuta kuin maatalousmaata. Vuoden 2002 peltomaskia ei voitu luoda digitoimalla, koska koko tutkimusalueelle ei ollut saatavilla kyllin tarkkaa ilmakuvaa koko alueelle. Sen sijaan hyödynnettiin Paitulista ladattua vuoden 2005 maastotietokantaa, olettaen ettei suuria muutoksia ole tapahtunut vuosien 2002 ja 2005 välisenä aikana. Myös tästä tietokannasta poimittiin pellot (32611), niityt (32800) ja puutarhat (32612), mutta lisäksi poistettiin muutamia ranta-alueita, joita oli merkitty niityiksi, koska ne vaikuttivat lähinnä olevan vesijättömaita.

2.6.3 Metsätalousmaa-alueet

Metsäkeskuksen tuottamaa metsämaskia on käytetty vuoden 2018 metsätalousmaan alueena.

Vuoden 1974 metsätalousmaan pinta-alan selvittämiseen on hyödynnetty maastotietokannan perusteella luotua 2018 peltomaskia ja Metsäkeskuksen tuottamaa metsämaskia. Nämä on lii- tetty yhteen ja poistettu alueet, jotka aiemmin digitoitiin vuoden 1974 maatalousmaaksi. Met- sätalousmaaksi on digitoitu alueet, jotka vuoden 1974 ilmakuvien mukaan ovat metsäisiä alueita. Digitoinnin yhteydessä on hyödynnetty myös peruskarttaa erityisesti asuinrakennusten ha- vaitsemiseksi. Peruskartan avulla on jätetty digitoimatta metsäalueiksi pieniä tonttialueita, vaikka ilmakuvan perusteella ne näyttävät metsäisiltä. Näin toimien on saatu tietokanta vastaamaan paremmin Metsäkeskuksen luomaa metsämaskia, jossa alle 1,5 hehtaarin palstat on poistettu, mikäli niiden alueella on rakennuksia. Myös kaikkien havaittujen asuinrakennusten ym- pärille on jätetty metsäksi määrittelemätön alue. Metsärajauksen tekemisen apuna näissä ta- pauksissa on lisäksi hyödynnetty ilmakuvaa. Näin luodun 1974 metsämaskin tarkentamiseen on hyödynnetty samalle vuodelle luotua tiemaskia ja poistettu metsämaskista alueet, jotka si- joittuivat päällekkäin aineistoissa. Kuvassa 5 on vuoden 1974 metsämaskin prosessikaavio.

(19)

Kuva 5. Metsämaskin 1974 prosessikaavio

2.7 Metsäpinta-alan selvittäminen Landsat-aineistojen avulla

Landsat-aineistot on luokiteltu ohjaamattomasti ERDAS-ohjelmalla. Ohjaamattomassa luokittelussa on käytetty K-means metodia, jonka avulla ohjaamattomalla luokittelulla on muodostettu enintään 50 luokkaa lukuun ottamatta vuoden 1975 Landsat-satelliittikuvaa, joka on luokiteltu enintään 30 luokkaan. K-means käyttää Iterative Self-Organizing Data Analysis (ISODATA) -algoritmia klustereiden muodostamiseen (Lillesand ym. 2004). Ohjaamattoman

(20)

luokittelun jälkeen muodostuneet luokat on visuaalisesti tarkastelemalla ja ilmakuvia hyödyn- täen luokiteltu teemoittain maankäyttöluokkiin; vesi, metsä, paljas/vähäpuustoinen ja rakennettu (kuva 6). Maatalousmaiden erottamiseen on hyödynnetty vuosien 1974, 1992, 2002 ja 2018 peltomaskeja, joiden avulla on saatu luokittelua parannettua. Koska vuodelta 2002 ei ollut käytettävissä koko tutkimusalueen kattavaa tarkempaa ilmakuva-aineistoa, niin peltomaskia ei voitu digitoida vastaamaan kyseisen vuoden maatalousmaan pinta-alaa. Sen sijaan hyödynnet- tiin Paituli-palvelusta ladattua 2005 vuoden maastotietokantaa muodostaen sen avulla peltomaski. Alueiden poistaminen maskin avulla parantaa satelliittikuvien luokittelua, jonka tavoitteena on löytää metsätalousmaa ja rakennettu ympäristö. Peltoalueet luokittuvat ohjatussa luokittelussa herkästi paljaaksi tai vähäpuustoiseksi ympäristöksi erityisesti alkukasvukaudesta sekä kasvukauden aikana vähäisen kasvupeitteen omaavilla peltoalueilla. Myös hakkuualueet luokittuvat helposti rakennetuksi, mikä heikentää luokittelun luotettavuutta.

2.7.1 Luokituksen luotettavuusarviointi

Ohjaamattomasti luokitellun aineiston uudelleen luokittelun onnistumista ja sen luotettavuutta temaattisiin luokkiin voidaan tarkastella virhematriisin avulla. Luokituksen luotettavuuden arvioimiseksi on ArcGIS-ohjelmalla tehty Create accuracy assesment toiminnolla stratified_ran- dom pisteet, jolloin on saatu muodostettua satunnaisesti tarkistuspisteet tutkimusalueelle. Vuo- den 1975 Landsat-satelliittikuvalle on luotu 200 tarkistuspistettä ja muille vuosille 300 tarkis- tuspistettä tutkimusalueelle. Ilmakuvilta on haettu todelliset luokitukset kyseisille pisteille (truth-points). Vuoden 2002 tulkinnassa on käytetty hyväksi myös vuoden 1992 ja 2018 ilmakuvia sekä alkuperäistä Landsat-kuvaan mahdollisimman hyvän tulkinnan saavuttamiseksi.

Kun kaikki pisteet on luokitettu vastaamaan todellisia maankäyttöluokkia ilmakuvien avulla, on luotu Confusion Matrix-toiminnolla virhematriisiksi. Virhematriisista näkyy oikein luokit- tuneiden prosenttiosuudet sekä kappa-arvo. Kappa-arvo suhteuttaa luokituksen onnistumisen tarkasteltavaan aineistoon. Näin mahdollisesti yhden luokan suhteettoman suuri osuus ei vää- ristä luokittelun kokonaisonnistumista. Kappa-arvo yli 0,75 tarkoittaa luokittelun onnistuneen 75 % satunnaista paremmin (Parviainen 2011).

(21)

Kuva 6. Landsat maankäyttökarttojen prosessikaavio

3 TULOKSET

3.1 Osa I – Tieverkoston muutos ja tiealueiden pinta-alat.

Tieverkostolle on muodostettu taulukon 7 mukaisilla leveyksillä aluemaiset tievyöhykkeet, tiemaskit. Tieverkoston vaatima pinta-ala on laajentunut huomattavasti vuodesta 1974 vuoteen 2018. Tiemaskin pinta-alaksi vuodelle 1974 on saatu 631 hehtaaria (kuva 7), kun taas vuoden 2018 tiemaskin pinta-alaksi 1067 hehtaaria (kuva 8).

(22)

Kuva 7. Tieverkosto 1974. Pinta-ala noin 631 hehtaaria.

Muokattu Maanmittauslaitoksen maastotietokannasta 2018.

Kuva 8. Vuoden 2018 tieverkosto. Pinta-ala noin 1067 hehtaaria.

(c) Maanmittauslaitos, maastotietokanta 2018.

(23)

3.2 Osa Ⅱ – Maankäytön muutostulkinta peruskartoilta, metsämaskista ja maastotie- tokannasta

Metsätalousmaan pinta-ala on ollut vuonna 1974 noin 4677 hehtaaria, kun taas vuonna 2018 pinta-ala on ollut 3919 hehtaaria (kuva 9). Luvut eivät ole täysin vertailukelpoisia, koska vuoden 1974 digitoitu metsätalousala on tuotettu pääosin visuaalisen tarkastelun perusteella, kun taas metsämaski on tuotettu koko Suomen alueelle lukuisten tietokantojen avulla. Tutkimusta tehdessä havaittiin maanmittauslaitoksen tietokannan tietojen puute metsämaskin tuottamisen kannata, sillä jotkin alueet eivät kuulu mihinkään eriteltyyn luokkaan, ja siten luokittuvat met- sämaskia tehdessä metsäksi, vaikka kuuluisivat johonkin muuhun maankäyttöluokkaan. Täl- lainen alue esimerkiksi on Joensuun keskustori.

Kuva 9. Metsä- ja maatalousmaat vuonna 1974. Metsä- ja maatalousmaat on digitoitu perus- karttojen ja ilmakuvien perusteella. Taustakartta (c) Maanmittauslaitos/puolustusvoimat 2018/1974.

(24)

Kuva 10. Metsä- ja maatalousmaat 2018. Maatalousmaana kartalla alueet, jotka maastotieto- kannan mukaan ovat peltoa, niittyä, puutarhaa tai turvetuotantoaluetta. Metsätalousmaana ovat Metsäkeskuksen metsämaskin alueet.

Maatalousmaan pinta-alan kokonaispinta-alan muutos on selvitetty peltomaskin ja vuoden 2018 maastotietokannan erotuksella. Maatalousmaan kokonaispinta-ala vuonna 1974 on peruskarttojen mukaan ollut noin 1474 hehtaaria, kun vuonna 2018 maatalousmaan pinta-ala on 715 hehtaaria maastotietokannan mukaan (kuva 10). Kuitenkin on huomioitava, että maastotieto- kannassa luokittelu on tarkempi kuin vanhoilla peruskartoilla, joten luvut eivät ole täysin vertailukelpoisia. Vuoden 2018 maatalousmaan alasta on noin 22 hehtaaria turvetuotantoaluetta, noin 28 hehtaaria niittyjä ja noin 3,6 hehtaaria puutarha-alueita. Vuoden 1974 peltomaskissa ei ole mukana kaikkia niittyalueiksi peruskartoilla mainittuja alueita, sillä osa niittyalueista on merkitty karttoihin valkoisella pohjavärillä, jolloin niiden digitoiminen olisi vaatinut huomattavasti enemmän aikaa, sillä niiden havaitseminen peruskartalta on huomattavasti vaikeampaa kuin keltaisten alueiden.

(25)

3.2.1 Metsätalousmaan pinta-alamuutokset karttoina

Kuva 11. Metsätalousmaan pinta-alamuutos vuodesta 1974 vuoteen 2018 ja maankäytöltään samana säilyneet alueet.

Metsätalousmaita on siirtynyt rakennetuksi tai muuhun käyttöön vuodesta 1974 noin 1243 hehtaarin alueella (kuva 11). Lisäksi maatalouskäyttöön on raivattu noin 78 hehtaaria ja turvetuo- tantoalueiksi noin 22 hehtaaria. Niityksi ja puutarha-alueiksi on siirtynyt lähes 5 hehtaaria.

3.2.2 Maatalousmaan pinta-alan muutokset karttoina ja muutossuunta.

Vuoden 1974 maatalousmaan pinta-alasta on siirtynyt metsätalousmaaksi noin 428 hehtaaria vuoteen 2018 mennessä. Vuodesta 1974 vuoteen 2018 samana säilyneiden pelto/niittyalueiden pinta-ala on yhteensä noin 586 hehtaaria (kuva 12).

(26)

Kuva 12. Metsämaskin, maastotietokannan ja digitoitujen alueiden erotuksena muodostettu muutos- kartta 1974- 2018. Ruskeat alueet ovat olleet maatalousmaata vuonna 1974 ja vuonna 2018 rakennettua. Tumman vihreällä merkityt alueet ovat metsitettyjä maatalousmaita. Keltaisella merkityt alueet ovat säilyneet maatalousmaina. Vaalean vihreät alueet ovat maatalousmaiksi rai- vattuja metsätalousalueita.

(27)

3.2.3 Maa- ja metsätalousmaan muutos rakennetuksi tai muuhun käyttöön

Kuva 13. Metsä- ja maatalousmaiden yhteismuutos vuodesta 1974 vuoteen 2018 kuluessa. Ra- kennetuksi tai muuhun käyttöön siirtyneet maa- ja metsätalousmaat ruskealla sekä nykyiset maatalousmaat keltaisella ja metsätalousmaat vihreällä.

Maatalousmaata on otettu rakennus- tai muuhun käyttöön vuosien 1974 ja 2018 välisenä aikana noin 462 hehtaaria ja metsätalousmaata noin 1243 hehtaaria eli yhteensä 1705 hehtaaria. Kuvan 13 kartta ilmentää hyvin kaupungin kasvusuunnat. Eniten rakentaminen on lisääntynyt ydin- keskustan pohjoispuolella, Marjalassa, Noljakassa, Pilkossa, Rantakylässä ja Utrassa. Lisäksi uudisrakentamista on eteläpuolella, muun muassa Karhunmäen alueella.

Taulukko 8. Maankäyttö maapinta-alasta (ha)

1974 % 2018 %

Metsätalousmaa 4677 58 % 3919 48 %

Maatalousmaa 1474 18 % 715 9 %

Rakennettua 1870 23 % 3576 44 %

Yhteensä 8021 100 % 8210 100 %

(28)

3.3 Osa Ⅲ – Tulokset Landsat-aineistoista

Kuvissa 14–17 nähtävissä Landsat-aineistojen luokittelun tuloksena saadut maankäyttökartat tutkimusvuosilta 1975, 1992, 2002 ja 2018. Kuvista havaitaan rakennetun alan laajeneminen metsä- ja maatalousalueille.

Kuva 14. Maankäyttö 1975 Landsat-aineistosta. Maatalousmaan määrittämiseen on käytetty 1974 vuodelle digitoitua peltomaskia 1974.

(29)

Kuva 15. Maankäyttö 1992 Landsat-aineistosta. Maatalousmaa määritetty vuoden 1992 ilma- kuvan perusteella luotua peltomaskia 1992.

Kuva 16. Vuodelle 2002 ei saatu muodostettua peltomaskia vuoden 2002 karttojen mukaan, joten on käytetty 2005 maastotietokannan pelto-, niitty- ja puutarha-alat muokattuna.

(30)

Kuva 17. Maankäyttö 2018 Landsat-aineistosta. Maatalousalueet maastotietokannan 2108 mu- kaisesti.

Taulukko 9. Pinta-alat Landsat-luokituksen mukaan (ha).

1975 % 1992 % 2002 % 2018 %

Metsätalousmaa 3819 47 % 3485 43 % 3278 39 % 3470 42 %

Maatalousmaa 1477 18 % 1079 13 % 1050 13 % 717 9 %

Rakennettu 1537 19 % 2559 31 % 2846 34 % 3380 41 %

Paljas/vähäpuustoinen 1023 13 % 984 12 % 1096 13 % 551 7 %

Vesi 212 3 % 61 1 % 54 1 % 53 1 %

Yhteensä 8068 8168 8324 8171

Metsätalousmaan pinta-ala vuonna 1974 on ollut maapinta-alasta 47 % ja vuonna 2018 pinta- ala se on ollut 42 %. Vastaavasti rakennetun maan pinta-ala on kasvanut 19 prosentista 41 prosenttiin (taulukko 9). Landsat-aineiston mukaan vesialueeksi on luokittunut 3 % vuonna 1974 ja muutoin 1 %. Vesipinta-alassa ei ole mukana alueet, jotka ovat maastotietokannan mukaan vesialueita. Maatalousmaan pinta-alat ovat peltomaskeista tuotetut. Kuvissa 18 ja 19 maan- käyttö pylväsdiagrammissa prosentteina ja hehtaareina. Kuvissa näkyy hyvin rakennetun maan pinta-alan lisääntyminen ja maa- ja metsätalousmaan väheneminen.

(31)

Kuva 18. Maankäyttö prosentteina Landsat-aineiston analyysin mukaan. Maa- ja metsätalous- maa vähentynyt ja rakennetun maan ala lisääntynyt.

Kuva 19. Maankäyttö Landsat-aineiston analyysin mukaan hehtaareina. Rakennetun maan ala lisääntynyt huomattavasti vähentäen maa- ja metsätalousmaan alaa.

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

1975 1992 2002 2018

Pinta-alat

Metsätalousmaa Maatalousmaa Rakennettu Paljas/vähäpuustoinen Vesi

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000

1975 1992 2002 2018

Pinta-alat

Metsätalousmaa Maatalousmaa Rakennettu Paljas/vähäpuustoinen Vesi

(32)

3.3.1 Luokituksen luotettavuusarviointi

Luokituksen onnistumisen luotettavuuden arviointi on tärkeä tekijä maankäytön muutoksen tulkinnassa. Jokaiselle tutkimusvuodelle on tehty satunnaispisteet ArcGIS-ohjelmalla sekä tarkas- tettu ilmakuvilta ja peruskartalta mikä on ollut todellinen maankäyttö kyseisessä pisteessä.

Vuoden 2002 kuvan tarkastamisessa on käytetty apuna myös luokittelematonta Landsat-kuvaa, koska kyseiseltä vuodelta ei ollut koko tutkimusalueen kattavaa ilmakuvaa. Vuoden 1975 Land- sat-aineistolle tehtiin 200 tarkistuspistettä ja muille 300. Pisteiden tarkistuksen jälkeen luotiin virhematriisi (Confusion Matrix) ArcGIS-ohjelmalla ja saatiin taulukoiden (9-12) mukaiset tulokset. Kappa-arvo on kaikissa virhematriisesissa yli 0.70, joten luokitus on onnistunut erittäin hyvin.

Taulukko 10. Virhematriisi 1975. Vesi ja metsä ovat luokittuneet melko hyvin oikein. Pal- jas/vähäpuustoinen ja rakennettu alue ovat sekoittuneet keskenään melko paljon. Kuitenkin kappa-arvo hieman yli 0.7.

1975 Vesi Metsä Paljas Rakennettu Yhteensä Käyttäjän tarkkuus

Kappa

Vesi 62 0 1 0 63 0,984 0

Metsä 3 64 2 3 72 0,889 0

Paljas 0 9 18 4 31 0,581 0

Rakennettu 0 8 12 14 34 0,412 0

Yhteensä 65 81 33 21 200 0 0

Tuottajan tarkkuus

0,954 0,790 0,545 0,667 0,000 0,790 0

Kappa 0 0 0 0 0 0 0,704

Taulukko 11. Virhematriisi 1992. Vesi ja metsä ovat luokittuneet melko hyvin. Myös raken- nettu on luokittunut kohtalaisen hyvin. Kappa-arvo on yli 0,76.

Kappa

Vesi 90 1 0 0 91 0,989 0

Metsä 2 86 6 4 98 0,878 0

Paljas 0 5 24 14 43 0,558 0

Rakennettu 1 11 8 48 68 0,706 0

Yhteensä 93 103 38 66 300 0 0

Tuottajan tarkkuus

0,968 0,835 0,632 0,727 0 0,827 0

Kappa 0 0 0 0 0 0 0,761

(33)

Taulukko 12. Virhematriisi 2002. Vesi on luokittunut erinomaisesti. Rakennettu on luokittunut heikoimmin. Kappa-arvo erinomainen: yli 0,75.

Kappa

Vesi 90 0 0 0 90 1,000 0

Metsä 9 75 2 1 87 0,862 0

Paljas 0 13 33 1 47 0,702 0

Rakennettu 3 13 11 48 75 0,640 0

Yhteensä 102 101 46 50 299 0 0

Tuottajan tarkkuus

0,882 0,743 0,717 0,960 0 0,823 0

Kappa 0 0 0 0 0 0 0,758

Taulukko 13. Virhematriisi 2018. Vesi on luokittunut hyvin. Rakennettu on luokittunut hei- koimmin, mutta kokonaisuutena luokitus on varsin hyvin onnistunut kappa-arvon ollessa lähes 0,75.

Kappa

Vesi 88 1 1 0 90 0,978 0

Metsä 5 73 10 8 96 0,760 0

Paljas 0 4 21 0 25 0,840 0

Rakennettu 1 8 18 62 89 0,697 0

Yhteensä 94 86 50 70 300 0 0

Tuottajan tarkkuus

0,936 0,849 0,420 0,886 0 0,813 0

Kappa 0 0 0 0 0 0 0,745

4 TULOSTEN TARKASTELU

Joensuun alueella on erittäin selkeästi näkyvissä kaupungistumisen vaikutus rakennetun pinta- alan laajentumisena, ja sen myötä maa- että metsätalousmaan pinta-alan vähenemisenä. Myös tieverkoston pinta-ala on lisääntynyt huomattavasti, mikä lienee seurausta osaltaan ajoneuvo- liikenteen lisääntymisestä, kaupungistumisesta ja osaltaan myös metsäautoteiden rakentami- sesta. Sama kehitys on odotettavissa tulevaisuudessa kaupungin kaavoituskatsauksen perusteella (Kaavoituskatsaus 2019). Uusia asuinalueita on kaavoitettu muun muassa Multimäen alueelle ja Karhumäen asuinalueelle (Maankäytön toteutusohjelma 2018). Myös Landsat-aineiston avulla on saavutettu hyvin maankäytön kehityksen suuntalinjat. Epätarkkuuksia on erityisesti

(34)

alueilla, jotka ovat pienipiirteisempiä, kuten kapeammat tielinjaukset. Virhematriisien perusteella voidaan kuitenkin sanoa, että luokittelu on päälinjoittain onnistunut erinomaisesti kappa- arvon ollessa yli tai lähes 0,75 kaikilla tarkasteluvuosilla.

Tutkimuksen mukaan suuri osa maatalousmaasta on siirtynyt rakennetuksi alueeksi tai metsi- tetty. Maapinta-alasta vuonna 1974 on ollut metsätalousmaata 58 prosenttia (4677 ha) ja vuonna 2018 48 prosenttia (3919 ha) osan II analyysin mukaan (taulukko 8). Vastaavat maatalousmaan- pinta-alat ovat olleet 18 ja 9 prosenttia (1474 ja 715 ha). Rakennettua pinta-alaa on ollut vuonna 1974 23 prosenttia (1870 ha), kun taas vuonna 2018 sen pinta-ala on ollut 44 prosenttia (3576 ha). Väestömäärään suhteutettuna 1970-luvulla on ollut noin 520 neliömetriä henkilöä kohden rakennettua pinta-alaa, kun taas vuonna 2018 noin 620 neliömetriä.

Kuten taulukon 8 mukaan voi havaita, että maapinta-ala on muuttunut lähes 200 ha, mikä osit- tain selittyy täytemaiden siirtämisellä vesistöalueille, kuten syväsataman alueella ja Noljakan seudulla. Todellisuudessa maapinta-alan muutos ei liene niin suuri, sillä ero selittyy osaltaan analyyseistä. Luokitus onkin ongelmallista eri kriteerein ja erilaisista tietolähteistä koostuvissa aikasarjoissa (Holopainen ym. 2015). Osassa II vuoden 1974 metsämaskia digitoitaessa on jää- nyt osa metsäalueista huomioimatta metsäalueiksi, jotka vuoden 2018 metsämaskissa ovat met- säalueiksi luokittuneet. Näitä alueita on muun muassa ranta-alueilla (kuva 20), jotka ilmakuvien perusteella eivät näytä metsältä, vaan enemmänkin vesijättömailta tai muuten puuttomilta alu- eilta. Samoin Landsat-aineiston analyysissä osa näistä ranta-alueista on luokittunut maa-alueeksi, vaikka todellisuudessa ovat puuttomia tai vesikasvillisuutta kasvavia alueita (kuva 21).

Landsat-aineiston perusteella havaitaan sama maapinta-alan muutos kuten osassa II. Koska vesialueet luokittuvat melko tarkasti Landsat-aineistosta tehdyissä analyyseissä (Torahi & Rai 2010, Coulter ym. 2016), voidaan saadun pinta-alan muutosta pitää kohtalaisen oikein tulkit- tuna, huomioiden kuitenkin Landsat 2-satelliitin resoluution (60 metriä). Tämä seikka voi aiheuttaa epävarmuutta pinta-alan määrityksessä suuntaan tai toiseen. Huomion arvoista on myös ranta-alueiden kasvillisuuden vaikutus vesialueiden luokittelussa. Kuten taulukosta 9 voi havaita maapinta-alaksi tulkitun alueen pinta-ala vaihtelee, mikä ilmeisesti osaltaan johtuu ranta- kasvillisuudesta. Kuvasta 21 voidaan havaita myös, että Landsat-aineisto ei vastaa sijainniltaan todellisuutta ja olisi tarvinnut georeferoinnin paremman lopputuloksen saamiseksi. Saman orto- oikaisun epätarkkuuden ovat havainneet Tatem ym. (2006) tutkimuksessaan. Landsat-satelliittikuvien geometrinen tarkkuus olisi tarkastettava ennen tutkimuksen aloittamista (Phiri & Mor- genroth 2017).

(35)

Kuva 20. Metsämaski 2018 Noljakan alueelta. (c) Metsäkeskus ja ilmakuva: Maanmittauslai- tos/Esri Finland

Kuva 21. Landsat 2018 metsätalousmaaksi ja vedeksi luokittuneet alueet. Maastotietokannan vesialueet poistettu.

(36)

4.1 Peruskarttojen soveltuvuus tutkimukseen

Tutkimuksen mukaan peruskartat ovat hyvä lisä maankäytön muutoksen tulkinnassa, tosin suu- rempien alueiden tutkimiseen on varattava aikaa alueiden digitointiin visuaalisen tarkastelun avulla. Erityisesti pienempialaisilla tutkimusalueilla niitä kannattaa käyttää, mikäli niitä on saatavilla. Peruskartat ovat tuotettu ilmakuvien perusteella maanmittauslaitoksella, joten ne ovat jo eräänlainen valmis tulkinta ilmakuvista, ja niiden digitointi on huomattavasti nopeampaa kuin epätarkalta ilmakuvalta. Myös ilmakuvien georeferointi on aikaa vievää, kun taas peruskarttojen asemointi on nopeaa peruskartoille merkittyjen koordinaattipisteiden avulla.

Tieverkoston digitointi oli haastavaa, koska peruskartoilla merkinnät eivät täysin vastanneet kartan tietotaulun värejä tai leveyksiä. Ongelmallista oli myös peruskarttojen ja Puolustusvoi- mien ilmakuvien eroavaisuus, koska muutoksia oli tapahtunut peruskarttoja varten kuvattujen ilmakuvien ja Puolustusvoimien ilmakuvausten välillä. Tieverkoston kehitys on kuitenkin saatu melko hyvin vastaamaan vuoden 1974 tilannetta ilmakuvien ja peruskarttojen tietoja yhdistele- mällä. Huomattavaa oli myös, ettei peruskartoilla ole merkittynä keskusta-alueella sijaitsevia kevyen liikenteen väyliä, vaikka niitä on ollut jo vuonna 1974. Tosin niiden puuttuminen peruskartoilta ei suuresti vaikuta metsätalousmaan pinta-alan määrittämiseen, sillä vuoden 1974 metsätalousalueet on digitoitu visuaalisen tarkastelun avulla peruskartoilta ja ilmakuvilta.

4.2 Osan II ja III tulosten vertailua

Tulosten perusteella voidaan todeta kaupunkialueen laajentuneen lähes kaksinkertaiseksi vuosien 1974 ja 2018 välisenä aikana ja maatalousmaan pinta-alan supistuneen 18 prosentista alle 10 prosenttiin kokonaismaapinta-alasta. Maatalousmaan prosentit kummassakin osassa ovat sa- mat, koska Landsat-aineistosta on otettu peltomaskilla pinta-ala. Metsätalousmaan pinta-ala on pienentynyt, mutta prosentuaalisesti huomattavasti vähemmän, kuin maatalousmaan pinta-ala.

Tarkasteltaessa vuosien 1974 ja 2019 prosentuaalisia pinta-aloja sekä osassa II että osassa III, voidaan havaita niiden olevan melko lähellä toisiaan kuten kuvista 22 ja 23 sekä taulukosta 14 on havaittavissa. Toki on huomioitava, että osassa II ei ole selvitetty paljaan tai vähäpuustoisen maan pinta-alaa. Näin ollen tulokset eivät ole täysin vertailukelpoisia.

(37)

Taulukko 14. Osan II ja Osan III erot vuosina 1974/1975 ja 2018. Tulokset ovat hyvin saman- laiset kummankin analyysin perusteella, erityisesti rakennetun maan osalta.

Peruskartta ym. Landsat Peruskartta ym. Landsat

1974 % 1975 % 2018 % 2018 %

Metsätalousmaa 4677 58 % 3819 49 % 3919 48 % 3470 43 % Maatalousmaa 1474 18 % 1477 19 % 715 9 % 717 9 % Rakennettu 1870 23 % 1537 20 % 3576 44 % 3380 42 % Paljas/

vähäpuustoinen 0 % 1023 13 % 0 % 551 7 %

8021 100 % 7856 100 % 8210 100 % 8118 100 %

Kuva 22. Maankäyttö 2018 osan II mukaan. Ruskealla rakennettu maa, keltaisella maatalous- maa ja vihreällä metsätalousmaa.

(38)

Kuva 23. Maankäyttö 2018 Landsat-aineiston luokittelun perusteella. Rakennettu ruskealla, maatalousmaa keltaisella ja metsätalousmaa vihreällä sekä paljas/vähäpuustoinen vaalean ruskealla. Punaisella ympyröity alue on luokittunut väärin, sillä se on luonnossa harvaa metsäalu- etta.

Tutkimuksen mukaan Landsat-aineistolla (kuva 23) saadaan hyvin samansuuntaisia tuloksia kuin peruskarttojen, metsämaskin ja ilmakuvien avulla (kuva 22). Kuitenkin on huomioitava, että Landsat-analyysin mukaan alueet luokittuvat toisin paikoin väärin. Kuvassa 23 punaisella ympyröity alue on todellisuudessa hyvin harvaa metsäaluetta, mutta se luokittuu Landsat-analyysin mukaan rakennetuksi. Pienialaisesti tarkasteltuna Landsat-aineiston mukaan tarkkuus on heikompi, mutta laajemmassa mittakaavassa tulos on hyvinkin riittävä. Huomioitaessa peruskarttojen digitointiin vaadittavien resurssien tarve voidaan suositella Landsat-aineistoa laajem- pien alueiden maankäytön muutosten tulkintaan, mikäli halutulta ajanjaksolta on saatavilla aineistoa. Kuitenkin haluttaessa selvittää ennen vuotta 1972 tapahtunutta maankäytön muutosta tulisi hankkia esimerkiksi ilmakuvia tai vanhoja peruskarttoja, koska vanhempaa Landsat-aineistoa ei ole saatavilla.

4.3 Epävarmuustekijät ja virhetulkintamahdollisuus.

Peruskarttojen ja ilmakuvien pohjalta luodut peltoja metsämaskit ovat tarkempia luokittelul- taan kuin Landsat-aineiston perusteella saatu luokittelu. Kuitenkin on huomioitava ilmakuvien