Miehittämättömän lennokin ottamien ilmakuvien käyttö energiakäyttöön soveltuvien biomassojen määrän nopeassa arvioinnissa

Transkriptio

1 Miehittämättömän lennokin ottamien ilmakuvien käyttö energiakäyttöön soveltuvien biomassojen määrän nopeassa arvioinnissa Anna Lopatina, Itä-Suomen yliopisto, Metsätieteiden osasto, Ohjaaja, Prof. Lauri Sikanen, Mekrijärven tutkimusasema

2 Johdanto EU:n 20/20/20 tavoitteet Eurooppalaisen maisemakokouksen (EU:n maisemadirektiivi) asettamien tavoitteiden saavuttamiseksi tarvitaan uusia työkaluja maisemasuunnitteluun Maiseman kehittäminen kestävällä tavalla vaatii yksityiskohtaisempaa tietoa biomassan määrien arviointiin Miehittämättömän lennokin käyttö

3 Tavoitteet Tutkimuksen tavoitteena on kehittää menetelmä energiakäyttöön soveltuvan biomassan kartoittamiseen käyttämällä miehittämättömän lennokin (UAV) ottamaa korkealaatuista kaukokartoitusdataa Tutkimus jaettiin seuraaviin kysymyksiin: 1. Järviruo on biomassan kartoittamiseen soveltuvan yleiskäyttöisen algoritmin kehittäminen 2. Järviruo on biomassan arvioinnin testaaminen edullisella UAV-menetelmällä 3. Arvioida UAV-menetelmällä arvioidun järviruo on biomassan määrän oikeellisuutta 4. Arvioida UAV-menetelmään perustuvan biomassa-arvioinnin nopeutta ja tehokkuutta Aineistot JÄREÄ-projektiin kerättiin Mekrijärven tutkimusasemalla

4 Data: UAV-lento UAV-lento tehtiin Ojalahdella Liperissä. Kuvat otettiin tutkimusalueella CropCam koneella. Koneessa oli Canon IXUS 960 digitaalikamera. Kaikkiaan 173 valokuvaa otetttiin 109 metrin korkeudesta 60% päällekkäisyydellä.

5 Ilmakuvat otettiin näkyvän valon aallonpituuksilla lokakuussa 2012 käyttämällä CropCam UAV 1 pikseli = 2 cm

6 Aerial images were obtained in October 2012 from infra red camera

7 Menetelmät: Aineiston käsittelyn vaiheet 1. UAV-datan keruu 1. Lentosuunnitelma 2. Lento 3. Kuvioiden mosaiikin laskenta 2. Maastoaineiston keruu 1. Suunnitelma maastoaineiston keruuseen 2. Maastoaineiston keruu 1. Maankamaran tukipsteet 2. Järviruo on biomassanäytteet 3. Maastoaineioston käsittely 3. Aineiston käsittely 1. 3D-mallin laskenta 2. Ortokuvamosaiikin laskenta 3. Ortokuvamosaiikin segmentointi 3D pistepilvillä 4. Segmenttien luokittelu (järviruoko, puut, muut) 5. Biomassan mittaaminen kussakin segmentissä 6. Energiasisällön laskeminen 4. Tarkkuuden arviointi 1. UAV-kuvista luodun 3D-mallin laadun arviointi 5. Maastoaineistoon ja ilmakuviin perustuvien biomassan mittaustuslosten vertailu

8 Menetelmät: biomassan laskenta h e i g h t Kolmiulotteiset pistepilvet laskettiin käyttäen kuvamittauksellisia tekniikoita Kasvit tunnistettiin kuvista ja korkeudet rekonstruoitiin location: X, Y, Z coordinates

9 Tulokset: 3-ulotteinen malli ja ortokuvamosaiikki Ortokuvamosaiikki tutkimusalueesta Rekonstruoitu digitaalinen korkeusmalli

10 Tulokset: Biomassan levinneisyys maisemassa Biomassatyyppien alueellinen jakautuminen tutkimusalueella Järviruokobiomassan alueellinen jakautuminen tutkimusalueella

11 Tulokset: Järviruokobiomassa Järviruo on biomassa arvioitiin jakamalla järviruovikot segmentteihin ja arvioimalla kasvien korkeutta sekä korkeuden ja vedenpinnan eroa. Kun ortokuvamosaiikin resoluutio oli 0,02m/pikseli oletettiin, että alueen arviointivirhe oli vähemmän kuin 0,04 m. Kullekin segmentille laskettiin minimi- ja maksimiarvot korkeusmallista. Kaikkiaan kasvia tai kasviryhmää kartoitettiin tutkimusalueelta Kokonaisbiomassa m 2 :n alueella oli m 3 eli järviruo on keskimääräinen biomassa oli 0,57 m 3 /m 2

12 Tulokset: Järviruokobiomassa-arvioiden tarkkuus UAVtekniikan aineistojen perusteella Kuvamittauksellisten mittaustulosten tarkkuus Lennon kuvaus: Kuvien lukumäärä 171 Lentokorkeus Ground resolution (Maankamaran tarkkuus) m/pix Kamera-asemat 88 Ankkuripisteet Projektiot Virhe pix 1. Järviruo on biomassa-arvion virhe oli 0,04 m 3 / m 2 2. Kuvamittauksellisen biomassan mittaustulokset ilmentävät tarkkuutta ja hyötysuhdetta Kameran sijainnit ja kuvien päällekkäisyys

13 Johtopäätökset Menetelmää UAV-lennokin ottamien korkean resoluution kuvien käyttämisestä energiakäyttöön soveltuvien biomassojen kartoituksessa testattiin Tulosten perusteella järviruo on biomassa-arvioiden hyötysuhde on hyvä 6,8 ha alueen arviointiin kului aikaa alle 4 tuntia Järviruo on biomassan arviointivirhe oli 0,04 m 3 / m 2 Kuvamittauksellisten biomassa-arvioiden käyttäminen antaa tarkkoja ja luotettavia arvioita