U.L.T.R.A projektin raportti lasermittausdatan vertailusta akustisiin monikeilainaineistoihin

Transkriptio

1 Raportti U.L.T.R.A 1(14) U.L.T.R.A projektin raportti lasermittausdatan vertailusta akustisiin monikeilainaineistoihin Meritaito Oy PL 111 Lappeenrannan toimisto: Puh Helsinki Itäinen kanavatie 2 etunimi.sukunimi@meritaito.fi Käyntiosoite: Lappeenranta Porkkalankatu 5, Helsinki Y-tunnus:

2 2(14) Sisällysluettelo 1 Johdanto Projektiin osallistujat Käytetyt vertailuaineistot ja menetelmät Tulokset Esimerkkejä vertailusta Tilastovertailua Merenkulkulaitoksen lasermittausprojekti v Tausta Esimerkkiprofiileja laseraineisto verrattuna monikeilainaineisto Johtopäätökset Liitteet Lähdemateriaali...14

3 3(14) 1 Johdanto Tämän projektiraportin toimeksianto perustuu Merenkulkulaitoksen Merenmittaustuotannon (nykyään Meritaito Oy Merenmittauspalvelut) ja Metsähallituksen kanssa tehtyyn sopimukseen Liite 1. Tarkoituksena on verrata laserkeilausmenetelmällä mitattujen testialueiden (Ultra South East ja Ultra South West) havaintoja ko.alueilta tehtyihin akustisiin luotaustietoihin (monikeilaus). Laserkeilausaineiston on toimittanut Blom Kartta Oy. Mittauksesta ja jälkikäsittelystä on laadittu erillinen raportti (Bathymetric LiDAR Survey, BLOM Aerofilms, September 2009) jossa selostetaan yksityiskohtaisesti mittauksen kulku. Tämän raportin vertailussa ei ole käsitelty tai muokattu laseraineistoa. Arvioinnin ensisijaisena päämääränä oli tarkastella luovutetun laseraineiston soveltuvuutta merikartoituksen ja väylänsuunnittelun tarpeisiin. 2 Projektiin osallistujat Meritaito Oy:n henkilöstöstä projektiin osallistuivat seuraavat asiantuntijat: DI Kalle Muinonen suunnittelupäällikkö, merenmittaus DI Juhani Laaksonen, raportointi, lasermittaus DI Jarmo Ahonen, merenmittausaineiston evaluointi DI Vesa Mustonen, suunnittelupäällikkö, väylän suunnittelu 3 Käytetyt vertailuaineistot ja menetelmät Syvyystarkastelussa vertailuaineistoina käytettiin Merenkulkulaitoksen Merikarttaosaston syvyysaineistorekisterin (SYRE) syvyyshavaintoja. Seuraavassa on esitetty lista alueen syvyyshavaintotiedostoista(monikeilainaineisto): RSK066mB RSK066mC RSK066mD RSK066mE RSK066mF RSS066mA RSS066mB

4 4(14) Em. aineistot on mitannut vuonna 2006 väyläkartoitusta varten Merenkulkulaitoksen Merenmittausyksikön monikeilainvene M640 (luotauspäällikkönä toimi Tero Pukema). Kuva 1. M640 veneessä käytetty mittauslaitteisto: Monikeilain SeaBat 8101, 240 Khz Paikannuslaitteisto Javad Legacy+ MBX-3 tai Rx Mar Liiketilasensori Octans II Kuva 1. Monikeilainvene M640. Merenkulkulaitoksen syvyysrekisteridata on tallennettu KKJ -koordinaatistoon S2- formaatissa (MKL:n sisäinen tallennusmuoto). Käytetty vedenkorkeustaso on em. aineistoilla ollut MW2006. S2-tiedostot muunnettiin samaan koordinaatistojärjestelmään kuin laseraineisto (WGS 84, TM 35). Vedenkorkeusreferenssien(N2000, MW2006) erotus 15 cm korjattiin S2-syvyyshavaintoihin (ks. Meriveden korkeustiedot ja N2000 järjestelmä, Milla Johansson, Merentutkimuslaitos, ). Laseraineistosta vertailuun käytettiin havaintopilvi -dataa (Pointcloud Bathy -xyz). Tämän jälkeen molemmat aineistot (havaintopilvet) luettiin IVS/Fledermaus ohjelmistoon. Molempia aineistoja voitiin näin tarkastellla yhtäaikaisesti niin syvyys- paikannus- kuin havaintotiheyden osalta. Kuvassa 2 on esitetty kummankin mittausdatan kattavuus samassa pohjamallissa. Vertailuprofiilit tehtiin QPS/QINSy -ohjelmistossa. Kuvassa 3 on esitetty kuvissa käytetty väriskaala syvyyden suhteen.

5 5(14) ULTRA South East ULTRA South West Monikeilain datat Kuva 2. Pohjamalli vertailuaineistoista. Laserkeilauksella mitatut alueet sekä monikeilainaineistot SYRE:stä. Kuva 3. Kuvaesityksissä käytetty väriskaala syvyyden suhteen.

6 6(14) Käyttötarkoitus tarkastelussa käytettiin perusteina IHO:n S-44 normeja sekä Merenkulkulaitoksen NAVI-normeja. (IHO=Kansainvälinen merikartoitusjärjestö, International Hydrographic Organisation) Vertailun tukena käytettiin myös tuloksia vuoden 1999 lasermittausprojektista Saaristomerellä, jonka toteutti australialainen yhtiö Lads Ltd (nyk. Lads Fugro Ltd) Merenkulkulaitoksen toimeksiannosta. Kappaleessa 5 esitetään vertailutuloksia alueella tehtyihin monikeilainmittauksiin nähden. 4 Tulokset 4.1 Esimerkkejä vertailusta Tässä kappaleessa esitetään monikeilaindatasta ja laserdatasta laskettuja mallinnuksia. Kuvissa 4-6 on esitetty yleiskuvat kohteista. Kuvissa 7 ja 8 on esitetty vertailuprofiilien A ja B sijanti. Mallinnuksessa käytetään ruutukokoa 2m x 2m, jolloin ilmenee laseraineiston havaintotiheyden ero monikeilaindataan verrattuna. Kuvatulosteet on tehty Fledermaus-ohjelmistolla. Alueelta SouthWest ei löytynyt vertailukelpoista monikeilainaineistoa. Kuva 4. Laserdata ja monikeilaindata ruutukoossa 2x2 m.

7 7(14) Kuva 8 Profiili B Kuva 5. Laserdata ja monikeilaindata ruutukoossa 2x2 m. Kuva 7 Profiili A Kuva 6. Laserdata ja monikeilaindata ruutukoossa 2x2 m. Profiili A Kuva 7. Profiili A. Laserdatan malli 25x25m ruutukoossa. Profiili B Kuva 8. Profiili B. Laserdatan malli 25x25m ruutukoossa.

8 8(14) Seuraavassa kuvasarjassa (kuvat 9-11) on esitetty esimerkki kummankin datan havaintopilvestä. Havaintopilvi esimerkki Kuva 9. Kohdealue havaintopilvi (vrt. kuvat 5j a 8). +5m -10m +10m -5m Kuva10. Monikeilaindata. +5m -10m +10m -5m Kuva 11. Laserdata.

9 9(14) 4.2 Tilastovertailua. Syvyystarkkuuden suhteen aineistojen keskinäinen eroavaisuus on pääsääntöisesti ollut alle 0.5m vertailuprofiileilla monikeilaindataan verrattuna. Nopeat topografiset vaihtelut aiheuttavat yksittäisiä paikallisia eroavaisuuksia, jotka voivat olla suurempia kuin 0.5m. Yksikanavaisen dataan (refrenssimittaus laserkeilauksen yhteydessä)) vertailu on epätarkkaa, koska ko. mittauksen linjaväli on liian suuri (yli ruudun leveyden 2 m) perusteellista vertailua varten. Seuraavissa kuvissa (kuvat 12-14) on esitetty esimerkit keskinäisistä vertailuprofiilileista syvyysdatojen suhteen. Kuva 12 Vertailuprofiili A, syvyyshavainnot. Kuva 13. Vertailuprofiili B, syvyyshavainnot.

10 10(14) Kuva 14 Vertailuprofiili syvyyshavainnoista referenssialueelta (yksikanavainen kaikuluotaindata ja laserdata, U.L.T.R.A -projekti). Allaolevassa taulukossa (taulukko 1) on esitetty esimerkkialueilta (profiilit A ja B) tehtyjen havaintopisteiden määrien vertailu. Taulukossa on esitetty alueen teoreettinen ruutujen (2m x 2m) määrä sekä kummankin mittausaineiston havaintojen määrä. Taulukosta voi havaita, että laseraineistossa ei ole joka ruutuun saatu havaintoja. Tarkastelun perusteella voidaan todeta, että 5m syvemmillä alueilla havaintojen määrä alkaa huomattavasti vähentyä ja loppuu kokonaan 10 m syvyystasossa. Alue 2 Alue 3 Koko 185m x 100 m 50m x 60m 2x2 ruutuja [kpl] s2-pisteitä [kpl] laserpisteitä [kpl] Taulukko 1. Havaintopistemäärien suhde testialuiden ruutujen (2m x 2m) määrään.

11 11(14) 5 Merenkulkulaitoksen lasermittausprojekti v Tausta Merenkulkulaitos teetti tilaustyönä lasermittausprojektin Saaristomerellä vuonna 1999 (Kuva 15). Mittauksen suoritti australialainen yhtiö LADS Ltd (nykyään LADS-Fugro). Alueen koko n. 160 km 2 ja havaintoresoluutio 5x5 m. Mittausajankohta marraskuuu ja lentopäiviä 4 kpl(3 mittauspäivää + 1 sääolosuhteiden takia hylätty). Laserlaitteistona käytettiin LADS Mk II systeemiä. Alueelle tehtiin vertailumittauksia monikeilainveneellä M640 SeaBAt 8101 (Reson a/s) mittauskaudella 2000 (luotauspäällikkönä toimi Kimmo Sipilä). Seuraavassa kappaleessa on esitetty kahden vertailu profiilin tulokset. Lasermittauksen tavoitetarkkuutena oli IHO S-44 normin Order 1 luokka. Lasermittaus täytti Order 1 luokan kriteerit. Alueella vallitsi hyvät optiset olosuhteet Itämeren olosuhteet huomioon ottaen. Tästä huolimatta mittauksen saavuttama käytännöllinen maksimi syvyystaso oli vain 15m. Monikeilaus/ lohkare Kuva 15. Merenkulkulaitoksen vuonna 1999 teettämä lasermittausprojekti (LADS Ltd). 5.2 Esimerkkiprofiileja laseraineisto verrattuna monikeilainaineisto Seuraavassa esitetään kahden vertailuprofiilin tulokset, jossa on tarkasteltu monikeilainhavaintoja lasermittauksen 5 x5 m ruudussa. Jokaiselta ruudulta on laskettu monikeilaindatan havaintojen minimi- ja maksimiarvot sekä 50% edustavuusarvo. Lasermittauksessa yhden ruudun havainnon syvyysarvo

12 12(14) määräytyi LADS:n käyttämässä laskenta-algoritmissa 50% energiavasteen mukaan. Kuvassa 16 on esitetty profiili tasaiselta alueelta. Kuvassa 17 on lisäksi esitetty miten lohkare n. 5m x 3m näkyy molempien mittausmenetelmien havaintopilvissä ja kuvassa 18 on esitetty profiili, joka sisältää ko. lohkareen. Laser/Multibeam[Testi] Syvyys [m] Havainto Laser Multib_keskia Multib_50% Multib_min Multib_maks Kuva 16 Vertailu profiili tasaiselta pohjalta. Laser/Multibeam[Alue Kivi] Syvyys[m] Havainto Laser Multibeam[Keskiaarvo] Multibeam[50%] Multibeam[Min] Multibeam[Maks] Kuva 17 Vertailuprofiili, joka sisältää lohkareen (n. 5x 3 m).

13 13(14) Laser depths = italic / colour boxes Boulder size ~5x3 m Kuva 18 Vertailu miten lohkare (n. 5x 3 m) näkyy molemmissa havaintopilvissä. 6 Johtopäätökset Aineiston käytettävyys merikartoituksen ja väylänsuunnittelun tarpeisiin on hyvin rajoitettu. Tämä johtuu aineiston havaintotiheyden vaihtelevuudesta sekä rajoitetusta (optisista olosuhteista riippuvainen) pohjan tavoitettavuudesta (n. 9-10m syvyyteen). Lisäksi on kiinnitettävä huomiota mittausmenetelmästä johtuvaan epävarmuusalueeseen syvyyksillä 0-3m. Varsinkin luotojen ja karien ympärille olevista matalikoista ei saada laadukasta havaintoaineistoa. Väyläsuunnitteluun liittyen tällä havaintotiheydellä (1,5m x 1,5m) esitettyä aineistoa on rinnastettava linjaluotausmittauksiin eikä monikeilaus- tai kaikuharausmittauksiin. Väyläsuunnittelussa aineisto soveltuu veneväylien alustavaan suunnitteluun ja laivaväylien osalta kattavampien syvyysmittausten ohjelmointiin. Merikartoituksen osalta laseraineisto sopii käytettäväksi esitutkimuksiin ja yleikartoituksen pohjaksi tarkemmille mittauksille tai täydennysmittauksena hyvin matalilla ja karikkoisilla vesialueilla. Laserkeilausaineiston yhteiskäyttö akustisten mittausten, vertikaalilaserkeilauksen sekä ilmavalokuvausaineiston kanssa luo ympäristönmallinnusta varten käyttökelpoisen kokonaisuuden. Mittaustarkkuutensa puolesta laserdata voidaan käyttää S-44 oder 1 luokan merikartoituksiin,mikäli havaintotiheys säilyy mittauskohteilla kauttaaltaan yhtenäisenä (vain yksittäisiä tyhjiä soluja 2m x 2m ruudukossa).

14