VUOSIKERTOMUS 2003 ANNUAL REPORT 2003

Transkriptio

1 TINEN VUOSIKERTOMUS 2003 LAITOS GEODEETTINEN LAITOS GEODETISKA INSTITUTET ANNUAL REPORT 2003 KA INSTITUTET

2

3 Sisällysluettelo Vuonna 1918 perustettu Geodeettinen laitos on maa- ja metsätalousministeriön alainen kartoitusalan tutkimuslaitos. Sen tehtävänä on huolehtia Suomen kartoituksen tieteellisistä perusmittauksista ja paikkatietojen metrologiasta sekä tehdä tutkimustyötä geodesian, geoinformatiikan ja kaukokartoituksen sekä niihin liittyvien tieteiden aloilla. Laitoksen tehtävänä on myös edistää geodeettisten, geoinformatiikan ja kaukokartoituksen menetelmien ja laitteiden käyttöönottoa erityisesti paikkatietojen hankinnassa ja käsittelyssä. 4 Ylijohtajan katsaus 6 Överdirektörens översikt 7 Koordinaatistot 10 Painovoima 13 Maankuoren liikkeet 18 Metrologia ja laatu 24 Kartoitusmenetelmät 26 Navigointi ja paikkatiedon liikkuva käyttö 30 Kirjasto- ja informaatiopalvelut 31 Hallintopalvelut 34 Yhteyshenkilöt 36 Julkaisut Contents The Finnish Geodetic Institute (FGI), founded in 1918, is a research institute for the mapping sciences residing under the Ministry of Agriculture and Forestry. The Finnish Geodetic Institute shall deal with the basic scientific measurements for Finnish mapping and with metrology of geospatial information and engage in research work in the fields of geodesy, geoinformatics and remote sensing and related sciences. The task of the institute shall also be to foster the introduction of geodetic, geoinformatics and remote sensing methods and equipment in the acquisition and processing of geospatial information in particular. 4 Director General s review 7 Reference frames 10 Gravity 13 Geodynamics 18 Metrology and quality 24 Mapping methods 26 Navigation and mobile use of geospatial data 30 Library and information services 31 Administration 34 Contact persons 36 Publications Taitto LAGARTO Kirjakas 2004

4 Ylijohtajan katsaus Kuluneena vuonna 2003 jatkui Euroopassa merkittävä kartastoalan kehittyminen. Tämä kehitys koski erityisesti maanosan laajuisten yhteisten karttojen ja paikkatietokantojen luomista sekä näiden karttojen perustaksi tarvittavien geodeettisten järjestelmien luomista ja ylläpitämistä. Tämän lisäksi eri Euroopan maat kehittivät kansallisia paikkatieto-ohjelmiaan tavoitteenaan luoda tehokas ja käyttökelpoinen paikkatietojen hyödyntäminen yhteiskunnan ja elinkeinoelämän tarpeisiin. Kartoitustoiminnan kehittymisen ohella on mainittava erityisesti GALILEO-paikannussatelliittijärjestelmän kehittämisen jatkuminen. Valmistuessaan vuonna 2008 tämä järjestelmä tulee lisäämään suuresti paikkatietojen käytettävyyttä, kunhan sitä ennen huolehditaan riittävästä tutkimus- ja kehitystyöstä. Tähän työhön tulee Suomenkin aktiivisesti osallistua. Geodeettisen laitoksen osalta toiminnan kehittämisen edellytykset olivat vuonna 2003 suotuisat ja laitos kehittyikin suunnitelmien mukaisesti. Laitoksessa tehdyn tutkimustyön määrä lisääntyi, samoin kuin laitoksen henkilökunta ja rahoitus. Laitoksen yhteistyö sekä naapurimaiden karttalaitosten että eurooppalaisten alan tutkimuslaitosten kanssa lisääntyi edelleen. Laitoksella on nyt hyvät valmiudet osallistua monipuoliseen eurooppalaisen tutkimukseen ja hoitaa velvoitteensa kotimaassa. Tulevaisuudessa on kuitenkin kiinnitettävä erityistä huomiota laitoksen perusvoimavaroihin. Hankittu hyvä laitekanta tulee saada ylläpidetyksi ja myöhemmin uusituksi, sekä lisääntyvän tutkimuskysynnän edellyttämä pätevän henkilökunnan rekrytointi tulee kyetä hoitamaan. Geodeettisen tutkimustyön edellytykset edelleen paranivat lisääntyneen kansainvälisen yhteistyön myötä erityisesti Pohjoismaisen Geodeettisen Komission, EUREF-työryhmän ja Venäjän yhteistyön osalta. Maallamme on nyt hyvät valmiudet kehittää ja ylläpitää maamme koordinaattijärjestelmiä erityisesti uutta korkeusjärjestelmää yhteistyössä Itämeren alueen valtioiden kanssa. Samalla syntyvät edellytykset nykyistä tarkemman maannousukartan valmistamiseksi maastamme ja sen lähialueista sekä yleensäkin Itämeren alueen geodynamiikan tutkimukseksi osana eurooppalaista koordinaattijärjestelmien kehittämistä ja ylläpitämistä. Director General s review In 2003 the development of mapping in Europe was significant, especially in production of continental-wide small scale maps and databases as well as in production and maintaining of geodetic systems. In addition, countries in Europe developed national strategies for creating and maintaining geographical databases for the benefit of society and industry. Besides the development of mapping, the development of GALILEO navigation satellite system can be mentioned. When the GALILEO system is in operational use in 2008 it will increase the use of geographical data, if research and development work can provide useful results for navigation applications. Finland will actively participate in this research. The premises for developing the activities of the Finnish Geodetic Institute were good in 2003 and thus the Finnish Geodetic Institute could be developed as planned. The amount of research work increased as well as the staff and the revenue. The co-operation between the Finnish Geodetic Institute and the mapping organisations as well as the research organisations in Europe increased. The Institute is now in a good position to participate in rich European research and to do its duties in Finland. In future special attention shall be paid to the basic resources of the Institute. The research equipment must be maintained and renewed, as well as new skilled personnel recruited. The increased co-operation between the Finnish Geodetic Institute and the Nordic Geodetic Commission, the EUREF-TWG and Russia produced good premises for geodetic research. Finland is now in a position to develop and maintain its co-ordinate systems especially the new height system together with the Baltic Sea region countries. At the same time possibilities to calculate a better land uplift map for Finland and its surroundings increased as well as the geodynamical research in the Baltic Sea area as a part of the development and maintenance of the European co-ordinate systems are created. The development of information technology is constantly providing new possibilities for developing mapping. Especially navigation, mobile mapping methods and mobile use of geospatial data will benefit from this development. In 2003 the Institute together with the European Space Agency and the Federal Agency of Cartography and Geodesy developed mobile Internet based real time GPS- and navigation methods. When we add to these the results which the Institute has achieved together with some European National Mapping Agencies in real time generalisation, harmonisation and co-ordinate transformations we are making good progress developing a 4

5 Informaatiotekniikan kehittyminen luo jatkuvasti lisää mahdollisuuksia kartastoalan kehittämiseen. Erityisen merkittävää tämä kehitys tulee olemaan paikannuksessa ja liikkuvien kartoitusjärjestelmien sekä liikkuvan kartankäytön kehittämisessä ja hyödyntämisessä. Vuonna 2003 laitos yhteistyössä Euroopan avaruusjärjestön ja Saksan karttalaitoksen kanssa kehitti Internetin joustavaan tiedonvälitykseen perustuvia reaaliaikaisia ja liikkuvaan käyttöön soveltuvia GPS-mittausmenetelmiä. Kun edellä mainittuun lisätään ne tulokset, joita laitos yhdessä eräiden Euroopan karttalaitosten ja yliopistojen kanssa on saavuttanut paikkatietojen reaaliaikaisessa yleistyksessä, harmonisoinnissa ja koordinaattimuunnoksissa, ollaan hyvässä alussa siinä tutkimus- ja kehitystyössä, jonka tuloksena syntyy liikkuva karttojen ajantasaistusjärjestelmä. Tällaisen järjestelmän kehittämisen laitos aloitti vuonna 2003, ja työtä on tarkoitus jatkaa tulevina vuosina. Vuoden 2003 aikana saatiin valmiiksi laitoksen suuret laitehankinnat, gravimetrit ja geodeettinen VLBI, jotka kaikki sijaitsevat Metsähovin tutkimusasemalla. Näiden hankintojen myötä laitoksen geodeettinen laitteisto on eräs maailman nykyaikaisimmista ja monipuolisimmista, ja Metsähovin asema hyvin merkittävä maailmanlaajuisessa tutkimuksessa. Mainitut hankinnat mahdollistavat entistä monipuolisemmat geodynamiikan tutkimukset yhteistyössä muiden tutkimusyksiköiden kanssa ja vahvistavat laitoksen asemaa eurooppalaisessa tutkimuskentässä. Kuluneena vuonna kehitettiin merkittävästi työtilojen työergonomiaa hankkimalla uusia, toimistotyöhön entisiä paremmin soveltuvia kalusteita. Näin pyritään ehkäisemään yksipuolisesta tietokonetyöskentelystä aiheutuvia vaivoja ja ylläpitämään työntekijöiden hyvää työkykyä myös tulevina vuosina. Vuosi 2003 oli laitoksen toiminnan kahdeksaskymmenesviides. Toimintansa aikana laitos on toteuttanut maamme kartoituksen vaatimat tieteelliset perusmittaukset ja tehnyt laajalti toimialaansa liittyvää tutkimusta. Laitoksen tutkimus- ja asiantuntijatoiminnasta hyötyvät valtionhallinnon lisäksi muut tutkimuslaitokset, yritystoiminta ja Suomen kunnat. Laitoksen päämääränä on edelleen kehittää toimintaansa hallinnon ja elinkeinoelämän tutkimustarpeet huomioonottavana tutkimuslaitoksena. mobile mapping system. The Institute started this work in 2003 and will continue it in coming years. In 2003 the Institute was able to complete the purchase of expensive geodetic instruments; gravimeters and the geodetic VLBI, which all are located in the Metsähovi Research Station. After these investments, the infrastructure of the Institute is one of the most modern and versatile in the world, and the Metsähovi Research Station very significant in global geodetic research. The Institute is now able to carry out versatile geodynamic research together with other research organisations was the 85th year of activity of the Institute. In the course of its activity, the Institute has implemented the basic scientific geodetic measurements and engaged broadly in research in the field of mapping sciences. The government, municipalities, companies and research organisations will benefit from the activity of the Institute. The goal of the Institute is to develop its activities so that it will take into account the needs of administration and the commercial sector. Ylijohtaja Director General 5

6 Överdirektörens översikt Under år 2003 fortgick en betydande utveckling på kartläggningsområdet i Europa. Utvecklingen handlade speciellt om skapande av världsdelsomfattande, gemensamma kartor och databaser av geografisk information samt uppbyggnad och underhåll av geodetiska system, som behövs till grund för dessa kartor. Därutöver utvecklade olika europeiska länder nationella program av geografisk information, med målsättning att åstadkomma effektiv och användbar exploatering av geoinformation med tanke på samhällets och näringslivets behov. Förutom kartläggningsverksamheten bör speciellt nämnas det fortsatta utvecklandet av satellitnavigationssystemet GALILEO. När systemet blir färdigt år 2008 kommer det att avsevärt öka användbarheten av geoinformation, förutsatt att man satsar tillräckligt på forsknings- och utvecklingsarbetet. Detta arbete skall också Finland aktivt delta i. År 2003 var förutsättningarna för utvecklandet av verksamheten gynnsamma för Geodetiska institutet och utvecklingen fortgick planenligt. Forskningsarbetet utfört vid institutet ökade, så även finansieringen och personalresurser. Samarbetet med både instituten för kartografi i grannländerna och europeiska forskningsinstitut fortsatte att öka. Geodetiska institutet har nu bra beredskap både att delta i mångsidig europeisk forskning och att ta hand om sina förpliktelser i hemlandet. Ändå måste man i framtiden lägga vikt vid de grundläggande resurserna vid institutet. Den anskaffade utrustningen av hög kvalitet skall kunna underhållas och förnyas. Man skall även kunna rekrytera den kompetenta personal som det tilltagande forskningsbehovet kräver. Förutsättningarna för den geodetiska forskningen förbättrades alltjämt i samband med det internationella samarbetet, i synnerhet i samverkan med Den nordiska geodetiska kommissionen, EUREF-arbetsgruppen och Ryssland. Vårt land har nu utmärkta förutsättningar att vidareutveckla och underhålla landets koordinatsystem särskilt det nya höjdsystemet i samarbete med staterna vid Östersjöområdet. Samtidigt skapas förutsättningar för tillverkning av en allt nogrannare landhöjningskarta över vårt land och dess närområden samt för geodynamisk forskning av Östersjöområdet i allmänhet som en del av utvecklande och underhåll av europeiska koordinatsystem. Utvecklingen av informationstekniken öppnar alltjämt nya möjligheter inom kartläggningsbranschen. Speciellt kommer detta att synas vid lokalisering samt utveckling och exploatering av mobila kartläggningssystem. År 2003 utvecklade institutet i samarbete med European Space Agency och det tyska Institutet för Kartografi och Geodesi GPSmätningsmetoder, som baserar sig på den flexibla informationsförmedlingen i Internet, som fungerar i realtid och lämpar sig för mobil användning. När man lägger det ovannämnda till de resultat som institutet har nått tillsammans med vissa europeiska universitet och karteringsinstitut gällande harmonisering och koordinatförändringar av geoinformation samt generalisering av geoinformation i realtid, kan man konstatera att man har fått en bra början på det forsknings- och utvecklingsarbete som resulterar i ett mobilt uppdaterinssystem av kartor. Utvecklandet av detta system, som Geodetiska institutet påbörjade år 2003, skall fortsättas under kommande år. Under 2003 slutförde institutet stora anskaffningar av utrustning, gravimetrar och VLBI, som är placerade vid Metsähovi forskningsstation. Tack vare dessa anskaffningar är institutets geodetiska apparatur bland de modernaste och mest mångsidiga i världen och Metsähovi station av stor vikt inom den globala forskningen. Anskaffningarna möjliggör allt mångsidigare geodynamisk forskning i samarbete med andra forskningsenheter och förstärker institutets ställning på det europeiska forskningsfältet. Förra året förbättrades ergonomin märkbart i arbetsutrymmena genom utbyte av gamla möbler till nya som bättre lämpar sig till kontorsarbete. Avsikten är att förebygga besvär som orsakas av ensidigt arbete vid datorer och att upprätthålla arbetstagarnas goda arbetsförmåga även i framtiden. År 2003 var institutets åttiofemte verksamhetsår. Under sin verksamhet har institutet utfört de grundmätningar som krävs för kartläggning på nationell nivå, samt annan forskning inom sitt verksamhetsområde. Förutom statsförvaltningen kan även andra finska forskningsanstalter, företag och kommuner dra nytta av institutets forskning och expertis. Målet är att vidareutveckla institutets verksamhet som en mångsidig forskningsanstalt i enlighet med förvaltningens och näringslivets behov. 6

7 Koordinaatistot Suomen pysyvä GPS-verkko FinnRef Suomen pysyvä GPS-verkko FinnRef käsittää kaikkiaan 13 GPS-asemaa, joista vanhin, Metsähovi, on toiminut jo 1990-luvun alusta lähtien. Asemien tuottamaa havaintoaineistoa käytetään sekä maankuoren liikkeiden tutkimuksessa että koordinaattijärjestelmien luonnissa ja ylläpidossa. Asemaverkko on merkittävä osa Geodeettisen laitoksen havaintoinfrastruktuuria. Uusi EUREF-FIN-koordinaattijärjestelmä on realisoitu FinnRef -verkon avulla. Neljä FinnRef -asemaa (Metsähovi, Vaasa, Joensuu ja Sodankylä) on euroopanlaajuisessa EPNverkossa (EPN, EUREF Permanent 40 GPS Network), ja lisäksi Metsähovi 20 on osa maailmanlaajuista IGS-verkkoa (International GPS Service) FinnRef luo saumattoman yhteyden maailmanlaajuisiin koor dinaattijärjestelmiin. Uuden koordinaattijärjestelmän luontia varten mitatut pisteet on kiinnitetty FinnRef -verkon asemiin ja tätä kautta eurooppalaiseen ja globaaliin järjestelmään. Vastaavasti kansainvälisiin verkkoihin kuuluvien Finn- Ref -asemien havaintoja käytetään eurooppalaisten ja globaalien koordinaatistojen ylläpidossa. Datansiirto neljältä EPN-verkkoon kuuluvalta asemalta Saksaan koordinaattijärjestelmien ylläpitämiseksi tapahtui automaattisesti, samoin kuin kaikkien asemien datan siirto Onsalan avaruustutkimusasemalle Ruotsiin Fennoskandian maankuoren liikkeiden laskentaa varten (BIFROST-projekti). FinnRef mahdollistaa myös maankuoren liikkeiden tutkimuksen. Jo lähes kymmenen vuoden aikasarjat mahdollistavat maanlaajuisten ilmiöiden seuraamisen. Jopa muutaman millimetrin vuotuiset liikkeet näkyvät selvästi; tällaisia ovat mm. maannousun aiheuttamat muutokset. Tämän lisäksi FinnRef iä voidaan käyttää ilmakehän tutkimuksessa, mm. troposfäärin vesihöyrysisällön [mm] [mm] [mm] [mm] Dist: mm/yr dh: mm/yr de: mm/yr dn: mm/yr Year Suomen pysyvän GPS-verkon kahdeksan vuoden aikasarjoista näkyy sekä maannousun että maankuoren vuotuisten kuormitusmuutosten aiheuttamat muutokset. Kuvassa on Metsähovin ja Olkiluodon koordinaattikomponenttien aikasarja. The eight-year time series of the Finnish permanent GPS network shows both land uplift and deformations due to the annual variations of crustal loading. In the picture is shown the time series of the coordinate components between Metsähovi and Olkiluoto. Reference frames and positioning The Finnish permanent GPS network FinnRef The Finnish permanent GPS network FinnRef consists of 13 permanent GPS stations. Metsähovi is the oldest one; it was established already in the beginning of 1990 s. FinnRef data are used both in crustal deformation studies and maintaining of reference frames and the network is an essential part of the FGI observational infrastructure. The network is the backbone of the Finnish realisation of the EUREF frame, referred as to EUREF-FIN. Four stations in the FinnRef network belong to the EUREF Permanent GPS-Network (EPN), and one station belong to the network of the International GPS Service (IGS). Through these stations FinnRef creates a seamless connection to the global reference frames. Similarly, FinnRef data are used in maintaining European and global reference frames. The data recorded in the EPN stations (Metsähovi, Vaasa, Joensuu, Sodankylä) are transferred automatically to the EPN computing centre in Germany for maintenance of the coordinate systems. The data are also transferred daily to the Onsala Space Research Station in Sweden for the BIFROST project, which studies the postglacial rebound. Almost ten-year-long time series of FinnRef enable country-wide deformation studies. Movements as small as a few millimetres per year are visible in the time series. These include e.g. the crustal uplift due to the postglacial rebound. Besides, the observations can be used for atmospheric studies, e.g. for determination of the water vapour content of the atmosphere. This has been done in collaboration with the Finnish Meteorological Institute, and a new project has been planned. Loading caused by the atmosphere and the sea has been studied using the GPS time series. The stability of the stations has been controlled. A precise levelling was made at the Sodankylä station 7

8 mittaamiseksi. Yhteistyötä Ilmatieteen laitoksen kanssa on jatkettu ja aiheeseen liittyvä tutkimusprojekti on hankkeilla. Lisäksi on tutkittu ilmakehän ja meren aiheuttamaa maankuoren kuormitusta ja sen näkymistä GPS-aikasarjoissa. Asemien stabiilisuutta seurataan jatkuvasti. Sodankylän asemalla suoritettiin tarkkavaaitus, lisäksi keskistettiin Joensuun, Virolahden, Tuorlan, Vaasan, Sodankylän ja Kevon asemat. Yhteyshenkilöt: Hannu Koivula, Matti Ollikainen ja Markku Poutanen Koordinaattijärjestelmät Vuoden aikana jatkettiin Suomen EUREF-FIN-koordinaatiston käyttöönottoon liittyviä töitä yhteistyössä Maanmittauslaitoksen kanssa. Koordinaattijärjestelmän vaihtumiseen liittyviä töitä varten perustettiin Maanmittauslaitoksen ja Geodeettisen laitoksen yhteinen työryhmä v Vuonna 2002 työryhmä sai valmiiksi Julkisen hallinnon suosituksen (JHS 153), jossa esitellään EUREF-FIN-koordinaatiston perusteet. Vuonna 2003 valmistui Julkisen hallinnon suositus JHS 154, jossa esitellään järjestelmään liittyvät karttaprojektiot, tasokoordinaatistot ja karttalehtijako sekä eri koordinaatistojen väliset muunnosmenetelmät. Muiden laitosten, kuntien, maanmittausalan yritysten sekä yksityishenkilöiden avustaminen koordinaatistoihin liittyvissä kysymyksissä kuuluu laitoksen tehtäviin. Laitokselle tulee lukuisa määrä koordinaatistoihin ja muunnoksiin liittyviä tiedusteluja ja yhteydenottoja, joiden selvittämiseen laitoksen henkilökunta osallistuu jatkuvasti. Yhteyshenkilö: Matti Ollikainen Korkeusjärjestelmät Korkeusjärjestelmän luomiseksi ja ylläpitämiseksi Suomessa on tehty kaksi valtakunnallista tarkkavaaitusta. Ensimmäisen suoritti Tie- ja vesirakennusten ylihallitus vuosina , ja se ulottui linjalle Joensuu Kajaani Oulu Tornio. Toisen tarkkavaaituksen suoritti Geodeettinen laitos vuosina vaaitusten kattaessa koko maan. Toisen tarkkavaaituksen tuloksena syntyi tällä hetkellä käytössä oleva valtakunnallinen N60-korkeusjärjestelmä, jonka nollapiste on sidottu Helsingin v keskivedenkorkeuteen ja maannousu on laskettu vuoden 1960 mukaisesti. Kolmas tarkkavaaitus alkoi v Viimeiset liitokset naapurimaiden verkkoihin tehtiin v. 2003, ja kenttätyöt päättyvät v. 2004, jolloin mitataan viimeiset linjat Ahvenanmaalle. and Joensuu, Virolahti, Tuorla, Vaasa, Sodankylä and Kevo were centred. Contact persons: Hannu Koivula, Matti Ollikainen and Markku Poutanen EUREF reference frame The work on introducing the new EUREF-FIN reference frame was continued during the year in collaboration with National Land Survey (NLS). The FGI and NLS established a working group for the purpose in The working group prepared in 2002 the first recommendation (JHS 153), presenting the definition of the EUREF-FIN frame. The working group continued its work for the second recommendation, which contains the new map projection, coordinate transformation methods and formulas between plane coordinates. The second recommendation was published in 2003 (JHS 154). The use of the new reference frame was promoted in lectures. Guidance and advice were given to municipalities and various surveying companies especially in coordinate transformations. Contact person: Matti Ollikainen The height systems To create and maintain the height system in Finland, two national precise levellings have been carried out. The National Board of Public Road and Waterway executed the first precise levelling during This levelling extended to the line Joensuu Kajaani Oulu Tornio. The FGI executed the second precise levelling during and it covered the whole country. As a result of the second precise levelling, the national N60 height system was created. The zero point of N60 is adjusted to the mean sea level in Helsinki in 1960 and also the land uplift is computed according to the year The third precise levelling was started in The last connections to neighbouring countries were made in 2003 and all field measurements will be completed in 2004 on the Åland Islands. During 2003 precise levelling was continued according to the plans in the Eurajoki/Olkiluoto area and Salla. During the field period a total amount of 315 km was levelled. In addition, according to the agreement between the FGI and the Russian Land Survey (Roskartography) the Finnish and the Russian levelling networks were connected by precise levelling in Karttimo, Parikkala, Vainikkala and Vaalimaa. According to the repeated precise levelling, which are connected to the tide gauges, the land uplift can be determined over the whole country. After the third precise levelling has been completed, new and more accurate land uplift values can be computed also in Lapland. Today the land uplift is also studied using observations from the permanent GPS network (FinnRef ). As a result of the third precise levelling a new height system will be created. Since 1960, the land uplift has changed heights in the Gulf of Bothnia by more than 8

9 Vuonna 2003 vaaitusta tehtiin yhteensä 315 km, mm. Eurajoen/ Olkiluodon alueella ja Sallassa. Lisäksi vaaittiin Venäjän karttalaitoksen kanssa tehdyn yhteistyösopimuksen mukaisesti liitokset Venäjän rajan yli samanaikaisesti venäläisosapuolen kanssa Karttimossa, Parikkalassa, Vainikkalassa ja Vaalimaalla. Mareografeihin sidottujen tarkkavaaitusten perusteella voidaan Suomessa ja Fennoskandiassa Vaaitusliitoksen mittaus Venäjän rajan yli Parikkalan Kolmikannassa. (Kuva P. Häkli) Levelling connection across the Finnish Russian border at Parikkala. (Photo P. Häkli) tapahtuva jääkauden jälkeinen maannousu määrittää sisämaassa. Kolmannen tarkkavaaituksen avulla myös Lappiin voidaan määrittää aiempaa tarkemmat maannousuarvot. Nykyisin maannousua voidaan tutkia myös Suomen pysyvän GPS-verkon (FinnRef ) avulla. Kolmannen tarkkavaaituksen tuloksena Suomeen luodaan uusi korkeusjärjestelmä. Maannousu on vuodesta 1960 muuttanut korkeuksia Pohjanlahden rannikolla jo yli 40 cm. Kaakkois-Suomessa nousu on ollut vähäisempää, alle 10 cm. Näin suurilla muutoksilla on käytännön merkitystä mm. vesistörakentamisessa ja laivaväylien suunnittelussa. GPSmittausten lisääntyvä käyttö korkeudenmäärityksissä asettaa myös uudet haasteet tulevaisuuden korkeusjärjestelmille. Vuoden aikana valmisteltiin kansallisen korkeustyöryhmän perustamista. Pohjoismaisen vaaitusverkon yhteistasoitusta valmisteltiin osallistumalla Kort- og Matrikelstyrelsenin (Tanska) ylläpitämän pohjoismaisen tietopankin aineiston käsittelyyn ja Pohjoismaisen geodeettisen komission korkeudenmääritystyöryhmän toimintaan. Työryhmän puheenjohtajana on FT Mikko Takalo ja maannousua tutkivan alityöryhmän puheenjohtaja dos. Jaakko Mäkinen. Mäkinen kuuluu myös eurooppalaisen koordinaattijärjestelmätyöryhmän tekniseen valiokuntaan (EUREF-TWG). Yhteyshenkilöt: Jaakko Mäkinen, Pekka Lehmuskoski ja Mikko Takalo 40 cm. In South-East Finland the uplift is smaller; the height change is less than 10 cm. Such changes have their influence in practice e.g. in planning waterways. The increasing use of GPS in height determination will also place new demands on height systems. Establishment of a committee for the new height system was under preparation. The common adjustment of the levelling networks of the Nordic countries was prepared. The common Nordic data bank in Kort- og Matrikelstyrelsen, Copenhagen was used for this purpose. The co-operation was carried out in the Working Group on Height determination, under the umbrella of the Nordic Geodetic Commission (NKG). Dr. Mikko Takalo is the chairman of the working group, and Dr. Jaakko Mäkinen is the chairman of the land uplift subgroup. He is also a member of the European Reference Frame technical working group (EUREF-TWG). Contact persons: Jaakko Mäkinen, Pekka Lehmuskoski and Mikko Takalo Kolmeen tarkkavaaitukseen perustuva maannousumalli keskimerenpintaan nähden mm/v. Maannousun lähtötaso on Hangon mareografilla havaittu maankohoamisarvo 2,73 mm/v. Tutkimuksessa on käytetty kuvaan pisteillä merkittyjä luotettaviksi todettuja kalliokiintopisteitä. Vertical rebound rates relative to mean sea level, in mm/yr, from the three precise levellings in Finland. Only bench marks in bedrock are used (the solid circles). The tide gauge at Hanko (latitude 59 49', longitude 22 58') provides the starting value 2.73 mm/yr. 9

10 Painovoima Absoluuttipainovoimamittaukset Uusi absoluuttigravimetri FG5 otettiin käyttöön vuoden 2003 alkupuolella. Laitteistossa oli alussa toimintahäiriöitä, jotka viivästyttivät käyttöönottoa. Mittauksia on tehty kotimaassa Metsähovissa, Vaasassa ja Joensuussa. Azoreilla mitattiin viidellä pisteellä, Portugalissa ja Espanjassa neljällä pisteellä. Lisäksi osallistuttiin Luxemburgissa kansainväliseen absoluuttigravimetrien vertausmittaukseen. Vuoden lopussa gravimetri kuljetettiin Etelämantereelle siellä tehtäviä mittauksia varten. Hannoverin yliopiston (Institut für Erdmessung) kanssa on valmisteltu pohjoismaista absoluuttipainovoimamittauskampanjaa. Hannoverin FG5-absoluuttigravimetrin vertausmittaus tehtiin Metsähovissa elokuussa Myös Vaasan pisteellä mittaukset tehtiin samanaikaisesti Geodeettisen laitoksen FG5- gravimetrin kanssa. Yhteyshenkilöt: Jaakko Mäkinen ja Mirjam Bilker Maannousupaino voimalinja Vuoden 2003 aikana tehtiin yhteispohjoismaisena projektina maannousupainovoimalinjan 63 N kansainvälinen mittaus. Maailman mittakaavassakin ainutlaatuista linjaa on mitattu 1960-luvun puolivälistä alkaen, ja tarkoituksena on saada tarkka yhteys painovoiman muutoksen ja maannousun välille. Mittaukset tehdään LaCoste-Rombergtarkkuusgravimetreilla, joita tämänkertaisessa kampanjassa oli yhteensä kahdeksan. Suomalais-tanskalaisessa retkikunnassa gravimetreja oli neljä. Alustavat tulokset painovoimaerojen muutoksiksi Vaasa Joensuu välillä ja Vågstranda Kramfors välillä sopivat hyvin aiempien mittausten tuloksiin. Yhteyshenkilö: Hannu Ruotsalainen Gravimetry Absolute gravimetry A new absolute gravimeter, FG5 was put into use. During the year, absolute gravity measurements were performed in Finland in Metsähovi, Vaasa and Joensuu. In the Azores, measurements were made at five sites, and in Portugal and Spain at four points. The gravimeter participated in an international intercomparison of absolute gravimeters in Luxembourg. At the end of the year, the gravimeter was transported to Antarctica. In co-operation with the University of Hanover (Institut für Erdmessung, IfE) a Nordic campaign was planned. Intercomparison of FGI and IfE gravimeters was performed in Metsähovi in August Also, in Vaasa the measurements were conducted simultaneously. Contact persons: Jaakko Mäkinen and Mirjam Bilker Land uplift gravity line Maannousupainovoimalinjan yhteispohjoismainen mittaus. Tanskalainen Gabriel Strykowski havaitsemassa. (Kuva H. Ruotsalainen) A joint Nordic campaign on the land uplift gravity line. Gabriel Strykowski from Denmark is observing. (Photo H. Ruotsalainen) As a Nordic co-operation, the land uplift gravity line of 63 was remeasured. This unique line has been measured regularly since the mid-1960s. The purpose is to get a connection between the gravity change and land uplift. The measurements were made using LaCoste-Romberg precise relative gravimeters. Eight gravimeters were used in this campaign; a Finnish- Danish expedition had four of them. Preliminary results show that gravity changes between Vaasa Joensuu and Vågstranda Kramfors agree well with the previous determinations. Contact person: Hannu Ruotsalainen Satellite gravimetry The CHAMP, GOCE and GRACE satellites probe the gravity field of the Earth. Methods for geoid determination were studied. The report on usability of the data from them, especially for geodetic operations in Finland and neighbouring areas was published. 10

11 Satelliittigravimetria Tutkimuksessa selvitetään Maan painovoimakenttää mittaavien CHAMP-, GOCE- ja GRACE-satelliittien käyttömahdollisuus ja painovoimasatelliittien mittaaman painovoima-aineiston soveltuvuus Suomen ja sen lähialueiden geodeettisissa mittauksissa. Suomen ja Ruotsin alueelle laskettujen eri geoidimallien vertailutulokset julkaistiin. Yhteistyö Stuttgartin yliopiston geodesian laitoksen kanssa jatkui mm. satelliittigravimetriaan liittyvissä tutkimuksissa. Matkojen osalta rahoitus tapahtui Suomen Akatemian tutkijanvaihtosopimuksen kautta. Stuttgartin yliopistossa kehitetyn luotiviivanpoikkeamien/ geoidin korkeuksien laskentamenetelmiä testattiin käyttäen testiaineistona 1. luokan kolmiopisteillä tehtyjä astronomisia havaintoja. Yhteyshenkilöt: Mirjam Bilker ja Markku Poutanen Painovoiman ajalliset muutokset Metsähovin painovoimalaboratorion suprajohtavalla gravimetrilla GWR T020 mitataan painovoiman ajallisia muutoksia. Gravimetrin toiminnassa oli neljän kuukauden katko, joka johtui salamaniskusta heinäkuussa Itse gravimetri säästyi, mutta aikasignaalin antava GPS-vastaanotin vaurioitui korjauskelvottomaksi. Järjestelmän iästä johtuen koko tiedonkeruujärjestelmä jouduttiin uusimaan. Uusi kokonaan GL:ssa rakennettu järjestelmä on toiminut luotettavasti. Kansainväliseen yhteistyöhön liittyen suprajohtavan gravimetrin havaintoaineisto on lähetetty GGP (Global Geodynamics Project) -projektiin. Myös muiden projektiin kuuluvien suprajohtavien gravimetrien (18) aineisto on käytettävissä mm. yhteisen tietopankin kautta ( Itämeren aiheuttamaa maankuoren kuormitusta laskettiin käyttämällä realistisia vesimalleja. Mallit perustuvat mareografien aineistoon koko Itämeren alueella. Merentutkimuslaitos on antanut käyt T020: Gres THPDG(resid) (nm/s 2 ) Casella: Precipitation (mm) Borehole: Groundwater (m) The work was continued in collaboration with the Institute of Geodesy of Stuttgart University, partly funded by the Academy of Finland. A method, utilizing deflections of the vertical in geoid determination developed at Stuttgart University was tested using the astronomical observations on first order triangulation points. Contact persons: Mirjam Bilker and Markku Poutanen Super-conducting gravimeter Vihreä käyrä näyttää sateen vaikutuksen painovoimaan [nms- 2] Metsähovissa , havaittuna suprajohtavalla gravimetrillä. Punainen käyrä kuvaa sademäärän kertymää (120 mm) ja sininen käyrä näyttää vastaavasti muutoksen pohjavedessä (0.30 m). Painovoiman muutos johtuu maaperän kostumisesta. Pohjaveden vaikutus on poistettu painovoimasta. The green curve shows gravity effect [nms-2] of precipitation at Metsähovi from 15th September to 24th October The red curve gives a precipitation with range of 120 mm. Respectively the change (0.30 m) of groundwater level is presented as blue curve. The gravity change dues to effect of soil moisture. The effect of groundwater level is removed from gravity. The super-conducting gravimeter GWR T020 in Metsähovi observes temporal variations in gravity, smaller than g. During 2003 there was a break of four months in observations. This was due to a hardware failure caused by a stroke of lightning. The gravimeter itself was saved but the GPS receiver giving the time signal was broken. Because identical spare parts no longer existed, the whole data acquisition system had to be replaced. New control software was made in the FGI. The observation data from the super-conducting gravimeter have been transmitted to the Global Geodynamics Project (GGP). Data from all 18 super-conducting gravimeters are available from the common data bank ( Loading caused by the Baltic Sea was computed using realistic water-level models. Those are based on tide gauge data around the Baltic Sea and hourly data values of Helsinki and Degerby tide gauges provided by the Finnish Institute of Marine Research. Influence of atmospheric loading on gravity was studied using a HIRLAM airpressure grid composed by the Finnish Meteorological Institute. Using this grid and local airpressure measurements correction to the gravity observed with the superconducting gravimeter is computed. Combining the air-pressure grid and sea level data was especially successful. Loading computations result in information on vertical movements and elastic deformation. Gravity variations associated with hydrology have been studied by measuring the groundwater level and precipitation. Water content in soil and bedrock has been studied in collaboration with the Laboratory of Rock Engineering of Helsinki University of Technology, Geological 11

12 töön Helsingin ja Degerbyn mareografien tuntiarvot. Ilmakehän aiheuttamaa kuormitusta ja vaikutusta painovoimaan on tutkittu käyttämällä ilmatieteen laitoksen toimittamaa HIRLAM ilmanpainehilan aineistoa lokakuusta 1994 elokuuhun Tuloksista yhdessä paikallisen barometrin kanssa on saatu ilmanpaineesta johtuva korjaus suprajohtavan gravimetrin painovoimaan. Ilmanpainehilan ja Itämeren vedenkorkeuden yhdistäminen on ollut erittäin tuloksellista. Kuormituslaskuilla ja käyttäen HIRLAM hilaa voidaan koko Suomen alueelle laskea ilmanpaineen muutoksista johtuvia vertikaaliliikkeitä ja tutkia maankuoren elastista deformaatiota. Metsähovin painovoimalaboratorion ympäristö on kohteena Suomen Akatemian tutkimusprojektissa, joka tutkii maankosteuden ja painovoiman välistä yhteyttä. Yhteistyökumppaneina ovat Teknillisen korkeakoulun kalliotekniikan osasto, Geologian tutkimuskeskus ja Suomen ympäristökeskus. Laboratorion ympäristössä tehtiin kevään ja kesän 2003 aikana useita maatutkamittauksia kalliorakenteen ja irtomaan paksuuden selvittämiseksi. Metsähovin ja lähiympäristön geologinen kartoitus suoritettiin TKK:n kalliotekniikan osaston harjoitustyönä. Survey of Finland and the Finnish Environment Institute, financed by the Academy of Finland. Contact person: Heikki Virtanen Yhteyshenkilö: Heikki Virtanen 12

13 Maankuoren liikkeet Maankuoren deformaation tutkiminen Geodynamics FinnRef-verkon GPS-havainnoista jatkettiin Metsähovin ja muiden verkon asemien välisten maannousuerojen tutkimusta ja tutkittiin ilmanpaineen aiheuttamaa maankuoren kallistusta käyttäen myös suprajohtavan gravimetrin havaintoja. Aikasarjoissa havaittuja periodisuuksia tutkittiin ja pyrittiin löytämään niille syy mm. maankuoren kuormituksesta. Töistä on tehty useita julkaisuja tai kokousesitelmiä. BIFROST (Baseline Inferences for Fennoscandian Rebound Observations, Sea Level and Tectonics) -projekti jatkui. Tulosten avulla voidaan tutkia mm. alueen geofysiikkaa ja maannousun mekanismia. Tutkimusprojektiin liittyen mm. FinnRefdata siirretään päivittäin Onsalaan avaruustutkimusasemalle Ruotsiin. Projektissa on mukana tutkijoita Yhdysvalloista, Kanadasta, Iso-Britanniasta, Ruotsista ja Geodeettiselta laitoksesta. Aiheesta laadittiin useita julkaisuja. Posiva Oy:n kanssa solmitun yhteistyösopimuksen mukaisesti tehtiin geodeettiset GPS-mittaukset huhtikuussa ja lokakuussa Olkiluodossa sekä syyskuussa Kivetyssä ja Romuvaaralla. Olkiluodossa kahden GPS-pilarin välinen perusviiva mitattiin GPS-mittausten yhteydessä TKK:n maanmittausosastolta lainatulla Mekometri 5000:lla. Mittauksesta kirjoitettiin mittanormaalitoiminnan mukainen kalibrointitodistus Posivalle. Mittaukset julkaistaan v Posivan sarjassa. Laitos osallistui Satakunnan alueen kallioperän jännityskenttää koskeviin tutkimuksiin. Tässä Geo- Satakunta-projektissa on mukana mm. Geologian tutkimuskeskus, Posiva Oy, Porin kaupunki ja Kallio- Studies of the deformation of Earth s crust The study of the land uplift was continued by re-computing the uplift values between Metsähovi and other FinnRef stations using data from the permanent GPS network FinnRef. The GPS determinations were used together with the observations obtained by the superconducting gravimeter to model the atmospheric loading effect. The periodical change in the GPS time series was studied and an explanation was sought e.g. from loading. The BIFROST (Baseline Inferences for Fennoscandian Rebound Observations, Sea Level and Tectonics) project continued. The research area covers the whole of Fennoscandia. The aim of the project is to develop models for the mechanism of the post glacial rebound. The basic observation data are collected from the permanent GPS station in the area. Therefore the data from the FinnRef stations are transferred daily to the Onsala Space Research Station in Sweden. Researchers in United States, Canada, Great Britain, Sweden and the FGI take part in the BIFROST project. According to the agreement with Posiva Ltd., GPS observations were made in April and October at Olkiluoto research area and in September at Kivetty and Romuvaara research areas. In Olkiluoto a baseline for electronic distance measurements was measured twice with Mekometer 5000 in connection with the GPS observations. The results will be published in 2004 in the report series of Posiva. The FGI co-operated in the Geo Satakunta project, to investigate the stress field in the bedrock at Satakunta area. The other institutions collaborating in the project Olkiluodon havaintoverkkoa laajennettiin kahdella uudella pilarilla. Toinen sijaitsee Iso Pyrekarilla Olkiluodon edustalla. (Kuva J. Ahola) Olkiluoto network was expanded with two new pillars. One of them is on a small island Iso Pyrekari. (Photo J. Ahola) 13

14 suunnittelu Oy. Vuoden 2003 aikana alueelle rakennettu GPS-verkko mitattiin kolmesti. Yhteyshenkilöt: Markku Poutanen, Joel Ahola, Hannu Koivula ja Matti Ollikainen Metsähovin tutkimusasema Metsähovin tutkimusasemasta on vuosien kuluessa muodostunut merkittävä osa Geodeettisen laitoksen toimintaa. Asemalla tehtävät mittaukset palvelevat sekä laitoksen omaa tutkimusta että kansainvälistä tiedeyhteisöä. Laitteistonsa puolesta se on eräs monipuolisimmista asemista maailmassa. Tällä hetkellä Metsähoviin on sijoitettu seuraavat tutkimuslaitteet: satelliittilaser, GPS- ja GLONASS-vastaanottimet, DORIS-maa-asema ja suprajohtava gravimetri. Helsingin Yliopiston Seismologian laitos asensi asemalle v seismometrin, joka toimii samassa huoneessa suprajohtavan gravimetrin kanssa. Vuoden aikana valmisteltiin geodeettisen VLBI-toiminnan aloittamista TKK:n Metsähovin radiotutkimusaseman kanssa. Tutkimusaseman lähellä, Kylmälässä, on fotogrammetrinen testikenttä, jota on käytetty vuodesta 1995 lähtien fotogrammetristen testausmenetelmien kehittämiseen ja kuvausjärjestelmien laadunvalvontaan. Nykyinen satelliitttilaser hankittiin v Laserpulssit tuotetaan muotolukitulla Nd:YAG laserilla, jonka pulssin pituus on alle 50 ps. Pulssit heijastuvat takaisin satelliittiin asennetusta prismaheijastimesta. Satelliitista palaava pulssi havaitaan 1 m:n teleskoopilla, joka on valmistettu Latvian yliopistossa Riiassa. Satelliittilaserilla havaittiin vuoden aikana 817 satelliittirataa, yhteensä 17 eri satelliitista. Satelliittiratojen lukumäärä on paras tähänastisista. Laitteisto on ollut toiminnassa koko vuoden ja ILRS (International Laser Ranging Service) -verkon tavoitetarkkuus, 20 mm, on saavutettu. Havaintoja voidaan tehdä rajoitetusti myös valoisaan aikaan, kun Aurinko on lähellä taivaanrantaa. Tutkimusaseman pysyvällä GPS-vastaanottimella on tehty mittauksia vuodesta Aseman GPShavainnot lähetetään jatkuvasti kansainväliseen radanlaskentapalveluun (IGS, International GPS Service) ja Euroopan pysyvän GPS-verkon (EPN, EUREF Permawere Geological Survey of Finland (GSF), Posiva Ltd., the City of Pori and Rockplan Ltd. The City of Pori built the concrete pillars for GPS observations according to the plans made in the FGI and GSF. Three GPS observation campaigns were carried out in Contact persons: Markku Poutanen, Joel Ahola, Hannu Koivula and Matti Ollikainen, The Metsähovi research station Teknillisen korkeakoulun Metsähovin radiotutkimusaseman 14 m:n radioteleskoopin kupu. (Kuva M. Poutanen) The radome of the 14-m radio telescope of Metsähovi radio research station of the Helsinki University of Technology. (Photo M. Poutanen) The Metsähovi research station was founded in the mid-1970 s, and it has over the years become an essential part of the activities of the FGI. The measurements made at the station serve both the Institute s own research and the international scientific community. Currently, there are the following instruments in the Metsähovi station: satellite laser ranging, GPS and GLONASS receivers, a DORIS beacon and a superconducting gravimeter. Absolute gravity is regularly measured in the gravimetric laboratory building. During 2001 Helsinki University settled a seismometer in the station. The instrument is working in the same building where the superconducting gravimeter is located. During the year, preparations for the geodetic VLBI (Very Long Baseline Interferometry) observations were made in collaboration with the Metsähovi Radio Research Station of Helsinki University of Technology. In the vicinity, at Kylmälä village, there is a photogrammetric test field that has been used since 1995 for developing photogrammetric testing methods and quality control of imaging systems. The satellite laser used today was acquired in It consists of one meter telescope, made by the Latvian University in Riga, and a mode locked Nd:YAG laser with less than 50 ps pulse length. The pulses reflect from prisms onboard various geodetic and remote sensing satellites. The ranging data show a precision of about ±20 mm. The ranging data are submitted to the International Laser Ranging Service (ILRS). During 2003, 17 different satellites were observed, and the number of observed orbits was 817. The observations can be made on some satellites even when the sun is above the horizon. Since 1992 the permanent GPS receiver has been operational. The data have been submitted to the International GPS Service (IGS) and to the computation centre of the EUREF Permanent GPS Network (EPN). 14

15 nent GPS Network) laskentaan. Metsähovin asema on mukana globaalin ITRF-koordinaatiston (International Terrestrial Reference Frame) määrityksessä. GPS- ja laserhavaintoja tukevan sääaseman havainnot on lähetetttiin IGS-verkon tietopankkiin. GPS/GLONASS vastaanotin hankittiin v. 1998, mistä alkaen sillä kerätyt havainnot on lähetetty kansainväliseen GLONASS-satelliittien tietopankkiin (IGLOS, International GLONASS service pilot project). Kaikki asemalla tehdyt GPS- ja GLONASShavainnot on talletettu myös Geodeettisen laitoksen tietopankkiin. DORIS-asema on toiminut Sjökullassa vuodesta Sen havaintoja käytetään mm. SPOT- ja TOPEX/ POSEIDON-satelliittien radanmääritykseen. DORISasema toimii yhteistyössä Ranskan avaruushallituksen (CNES) kanssa. Vuoden aikana valmisteltiin Geodeettisen VLBI-toiminnan aloitusta TKK:n Metsähovin radiotutkimusaseman kanssa. Espanjasta TTINorte-yhtiöstä tilattu S/X-vastaanotin testattiin ja sen todettiin täyttävän vaatimukset. Uuden apupeilin rakentaminen saatiin valmiiksi. Ensimmäiset havainnot tehdään v Metsähovin mittauslaitteilla mitattujen tietojen avulla osallistutaan seuraavien tieteellisten havaintoverkkojen tai tietopankkien toimintaan: IGS: International GPS Service, IAG:n (International Association of Geodesy, Kansainvälinen geodeettinen assosiaatio) alainen maailmanlaajuinen palvelu, jonka yli 200 aseman datoja käytetään mm. GPS-satelliittien tarkkojen ratojen laskemiseen, ITRF-koordinaatiston ylläpitoon, geodynamiikan tutkimukseen yms., EPN: EUREF permanent GPS-network, Euroopanlaajuinen pysyvien GPS-asemien verkko, IGLOS: International GLONASS service pilot project, globaali GLONASS-havaintoverkko, DORIS: Doppler Orbitography by Radiopositioning Integrated on Satellite, ranskalaisten (IGN) perustama maailmanlaajuinen verkko, ILRS: International Laser Ranging Service, joka on IAG:n alainen satelliittilaserasemien havaintoverkko, IVS: International VLBI Service, joka on IAG:n alainen VLBI-asemien havaintoverkko, GGP: Global Geodynamics Project, suprajohtavien gravimetriasemien verkko, sekä Information System and Data Center, ICET: International Center for Earth Tides (ICET), joka kerää kansainvälisesti suprajohtavien gravimetrien dataa. Yhteyshenkilö: Jukka Piironen Satelliitti Satellite Ratoja Orbits Normaalipisteitä Normal points AJISAI BE-C CHAMP ENVISAT ERS ETALON ETALON GFO GLONASS GRACE-A GRACE-B JASON LAGEOS LAGEOS STARLETTE STELLA TOPEX Yhteensä Total Metsähovin aseman satelliittilaserilla v tehdyt mittaukset. SLR observations in Metsähovi in Metsähovi is also included in the computation of the International Terrestrial Reference Frame (ITRF). A GPS/GLONASS receiver was purchased in The GLONASS data have been used since then in the International GLONASS Service Pilot Project (IGLOS; previously IGEX, International GLONASS Experiment). The DORIS beacon has worked since 1991 in the vicinity, in Sjökulla, at Kylmälä village. The station has been used for the determination of the orbits of the SPOT and the TOPEX/POSEIDON satellites in cooperation with the French Space Agency (CNES). Geodetic VLBI observations were prepared in a cooperation with the Metsähovi Radio Research Station of Helsinki University of Technology. The S/X receiver manufactured by the TTINorte in Spain was tested, and a new secondary mirror was built. The first VLBI campaigns are planned for Currently, the data collected by various observation instruments in the Metsähovi station are stored in several international data banks and used in the following international scientific projects: IGS: International GPS Service, EPN: EUREF Permanent GPS Network, IGLOS: International GLONASS Service Pilot Project, DORIS: Doppler Orbitography by Radiopositioning Integrated on Satellite, ILRS: International Laser Ranging Service, GGP: Global Geodynamics Project, ICET: International Center for Earth Tides. Contact person: Jukka Piironen 15

16 Etelämanner-projekti Vuoden 2003 alussa Geodeettinen laitos asensi Etelämantereelle Suomen Aboa-asemalle Javad Euro89 GDA GPS-vastaanottimen. Tarkoituksena on tutkia sekä maankuoren liikkeitä että tarjota alueella oleville tutkijoille tarkan reaaliaikaisen paikannuksen mahdollisuus. Antarktiksen jääkuorman vaihtelut aiheuttavat kiinteän maan muodonmuutoksia. Sama vaikutus on myös jo päättyneillä jääkuorman muutoksilla, aivan kuten Fennoskandiassa, jossa maa vieläkin nousee vuotta sitten sulaneen mannerjään jäljiltä. Siten kiinteän maan pysty- ja vaakaliikkeet antavat tietoa sekä nykyisistä että muinaisista jääkuorman vaihteluista. Liikkeitä voidaan mitata GPS-satelliittipaikannuksella. Vuoden 2003 lopussa kaksi laitoksen tutkijaa matkusti Aboalle. Edellisenä kenttäkautena asennettu pysyvä GPS-asema oli toiminut moitteitta ja tuottanut dataa koko vuoden. Alustavien maannousutulosten saamiseksi tarvitaan muutaman vuoden aikasarjat. Datat on tarkoitus purkaa vuosittain suomalaisretkikunnan käynnin yhteydessä. Vuoden 2003/2004 retkikunnan yhteydessä Aboalla mitattiin absoluuttipainovoima, joka oli sarjassaan kolmas asemalla tehty absoluuttimittaus. Aboalla tehtävien tutkimusten tarkoituksena on selvittää laaja-alaisia jäätikön muutoksia. Painovoima on kuitenkin erityisen herkkä paikallisille ilmiöille. Siksi työhön liittyy Aboan lähialueen lumi- ja jääkenttien pinnankorkeuden ja tiheyden seuranta yhteistyössä lumi- ja jäätutkijoiden kanssa. Työssä käytetään mm. tosiaikaista GPS-paikannusta jääkerroksen pinnanmuotojen ja muutosten seurantaan. Yhteyshenkilöt: Hannu Koivula, Jaakko Mäkinen ja Joel Ahola Maankuoren liikkeiden mittaus SAR-tutkalla SAR-interferometria on tekniikka, jota voidaan käyttää korkeusmallien tuottamiseen ja, kun korkeusmalli on tunnettu, maanpinnan liikkeiden havaitsemiseen SAR-tutkakuvilta (Synthetic Aperture Radar). Liikkeen havaitseminen perustuu kohteesta takaisin tutkaan heijastuneen signaalin vaiheen mittaamiseen ja kahtena eri ajankohtana otetun tutkakuvan vaiheiden vertaamiseen. Jopa muutaman millimetrin vuosivauhdilla 16 Geodeettisen laitoksen Etelämantereelle Aboan asemalle asentama pysyvä GPS-asema. (Kuva H. Koivula) The GPS station at Aboa in Antarctica built by FGI. (Photo H. Koivula) Antarctic project In the beginning of 2003 a Javad Euro80 GDA GPS receiver was installed in the Finnish Antarctic base Aboa by the FGI. The purpose is to study crustal deformations and at the same time offer for the expeditions an opportunity for precise real time positioning. Changes in the Antarctic ice load cause crustal deformations. The past changes have the same influence, like the deglaciation in Fennoscandia more than 10,000 years ago where the postglacial rebound is still continuing. Vertical and horizontal movements of the crust give information on current and past ice load changes. Movements can be measured with GPS. At the end of 2003 two researchers of the FGI participated in the field expedition. The GPS receiver which was installed one year earlier was in perfect condition, and the one-year-long data set was uninterrupted. Several year time series are needed for determination of the land uplift. Expeditions visiting the station will download the data annually. During the 2003/3004 expedition, the absolute gravity was also measured; this was the third absolute determination in the station. The purpose of geodetic measurements performed in Aboa is to study large scale glacier changes. However, gravity is sensitive to local effects. Therefore, the height of the ice and snow are also measured regularly. In this work real-time kinematic GPS is used. Contact persons: Hannu Koivula, Jaakko Mäkinen and Joel Ahola Use of SAR interferometry in geodesy SAR-interferometry (INSAR) is a technique often used for digital elevation model generation from synthetic aperture radar (SAR) images. If the DEM is known, INSAR can be applied to measure land movement. To detect the displacement the phase of the radar signal scattered back from the target is measured and phases of two radar images acquired at different times are compared. In optimum conditions deformation rates of a few millimetres per year have been detected. In order to measure the displacement reliably, the two signals must be coherent or the backscattering must come from the same sources. Often changes in the target area corrupt the phase values, especially in areas covered by vegetation. Finland is sparsely inhabited and heavily vegetated, thus the use of INSAR-techniques is difficult. In addition, changing weather conditions cause changes in the target area and also delay the signal as it passes through the atmosphere, and this also causes problems in the

17 tapahtuva liike voidaan hyvissä olosuhteissa mitata. Jotta liike voidaan mitata luotettavasti, signaalien on oltava koherentteja eli kuvien takaisinsironnan on tultava samoista lähteistä. Kohteen muuttuminen kuvienoton välillä usein kuitenkin aiheuttaa virheitä vaihe-arvoihin, etenkin kasvillisuuden peittämillä alueilla. Suomessa asutus on harvaa ja kasvillisuus on runsasta, mikä vaikeuttaa tekniikan soveltamista liikkeen mittamiseen. Lisäksi vaihtelevat sääolot aiheuttavat muutoksia kohteessa ja signaalin taittumista sen kulkiessa ilmakehän läpi, mikä myös aiheuttaa ongelmia tulosten tulkinnassa. Nämä ongelmat voidaan ratkaista käyttämällä liikkeen havaitsemiseen vain nk. pysyvien sirottajien tarjoamaa vaihetietoa. Pysyvät sirottajat ovat kohteita, jotka säilyvät muuttumattomina kuvienoton välillä, esimerkiksi rakennuksia tai kallioita. Näitä sirottajia ja pitkää kuvien aikasarjaa hyväksi käyttäen voidaan ilmakehän aiheuttamat virheet mallintaa ja poistaa kuvilta sekä mitata liike luotettavasti. Mahdollisuuksia käyttää tätä tekniikkaa Suomen olosuhteissa on tutkittu testialueella Lounais-Suomessa. Alueelta on hankittu 24 kappaletta ERS-satelliittien vuosina ottamia SAR-kuvia, jotka kattavat 100 km 100 km alueen, johon sisältyy Turun, Salon ja Hangon kaupungit. Mahdollisesti SAR-interferometrialla havaittavissa olevia ilmiöitä on alueella kaksi. Turun keskustan vanhojen rakennusten on havaittu vajoavan sentin vuosivauhdilla pohjaveden pinnan laskun ja savisen maaperän takia. Lisäksi koko alueella tapahtuu jääkauden jälkeistä maannousua muutama millimetri vuodessa. Tutkimuksen ensimmäisessä vaiheessa oli tärkeää selvittää mahdollisten pysyvien sirottajien määrä testialueella ja erilaisissa maankäyttöluokissa. Kaikki kuvat yhteensovitettiin yhdelle kuvista, jolloin ne olivat kaikki samassa geometriassa. Pysyviä sirottajia etsittiin takaisinsironnan voimakkuuden stabiilisuuteen ja kahden kuvan signaalien väliseen korrelaatioon, koherenssiin, perustuen. Ilmastosta johtuen arvot olivat hieman huonompia kuin muilla eteläisemmillä alueilla. Erityisesti kaupungeissa ja muissa asutuskeskuksissa mahdollisia pysyviä sirottajia löytyi runsaasti (10 20/ km 2 ), kuten oli odotettavissakin. Yllättävää oli se, että ainakin amplitudin stabiilisuuden perusteella, myös metsäisellä alueella on tällaisia sirottajia (5/km 2 ). Alueella on runsaasti avokallioita, jotka saattavat selittää tämän. Pelloilla ja merialueilla tiheys on alle 2/km 2. Tekniikan sovellettavuuden kannalta on tärkeää, että sirottajien tiheys on riittävän suuri. Tämän tutkimuksen perusteella näyttää siltä, että alueella on tällaisia sirottajia ja että pitkän ajanjakson vaihe-arvojen analysointi voidaan suorittaa käyttäen hyväksi pysyviin sirottajiin perustuvaa tekniikkaa. Yhteyshenkilöt: Kirsi Karila ja Mika Karjalainen interpretation of the results. The above problems can be solved by using only phase information from so-called permanent scatterers. Permanent scatterers are targets that remain changeless between the acquisitions, for example buildings or rocks. By exploiting these scatterers and long time-series of SAR-data the atmospheric delay can be modelled and removed from the images and displacement can be measured. The potential for using this technique in Finland has been studied at the test area located on the southwest coast of Finland. A total of 24 SAR images from acquired by ERS-satellites were ordered. Images cover an area of km, and it includes the cities of Turku, Salo and Hanko. As regards INSAR, two interesting phenomena occur in the area. Firstly, subsidence of buildings has been detected in the city centre of Turku at the rate of 1 cm per year. This is caused by the ground water level subsidence and clay soil. And secondly, postglacial rebound of a few millimetres per year is known to take place in the area. As a first part of the study it was important to determine the amount of possible permanent scatterers in the study area and in different land-use classes. All images were coregistered on the sampling grid of a common master image, in order to make the image pixels comparable. The amount of permanent scatterers was estimated based on the stability of backscattering intensity and correlation between two image signals, coherence. Because of the long winter season the values were expected to be lower than values in the more studied southern areas. Nonetheless, particularly cities and other built-up areas had a dense network of possible permanent scatterers (10 20/km 2 ). Unexpectedly, also forested areas had such targets (5/km 2 ). The many open rocks in the area may be the reason for this. In agricultural fields and the archipelago the density was under 2/km 2. To be able to use the interferometric technique reliably the density of stable targets must be high enough. Based on this study such targets exist in the area and the analysis of long-term phase values can be carried out using techniques that are based on permanent scatterers. Contact persons: Kirsi Karila and Mika Karjalainen 17

18 Metrologia ja laatu Geodeettinen laitos toimii pituuden ja putoamiskiihtyvyyden kansallisena mittanormaalilaboratoriona. Laitoksessa tehdään näihin liittyviä tutkimuksia ja mittauksia. Putoamiskiihtyvyyteen liittyen ylläpidetään ja kehitetään kansallista painovoimaverkkoa ja tehdään painovoiman absoluutti- ja relatiivimittauksia sekä mittauksia suprajohtavalla gravimetrillä. Toiminta pituuspuolella liittyy geodeettisten horisontaali- ja vertikaalirunkoverkkojen ylläpitoon ja kehittämiseen: tutkimus- ja kalibrointikohteita ovat mm. korkeudenmittauslaitteet ja -järjestelmät sekä perusviivat ja etäisyysmittarit. Geodeettinen laitos liittyi vuonna 2002 metrikonvention kansallisten mittanormaalien ja kansallisten metrologian laitosten antamien kalibrointi- ja mittaustodistusten vastavuoroiseen tunnustamissopimukseen (MRA). Laitoksen kansallisten mittanormaalilaboratorioiden laatujärjestelmää kehitettiin vastaamaan standardeja ISO/IEC ja ISO 9001, ja otettiin käyttöön uusi laatukäsikirja. Metrology and quality The Finnish Geodetic Institute is the National Standards Laboratory of acceleration of free fall and length. Metrological research and measurements include maintenance and development of the national gravity network, absolute and relative gravity measurements, and continuous recording of temporal gravity variations with a super-conducting gravimeter. We also maintain and develop horizontal, vertical and 3D reference frames. Calibration and research subjects include instruments and systems used in height determination, geodetic baselines and electronic distance measurement instruments. In 2002 the Finnish Geodetic Institute entered the Mutual Recognition Arrangement (MRA) of national measurement standards and of calibration and measurement certificates issued by national metrology institutes. The requirements of the ISO/IEC ja ISO 9001 standards were implemented in the new quality management system of the National Standards Laboratories, described in the quality manual. Painovoiman absoluuttimittaukset Painovoiman absoluuttiarvon mittaamista varten Geodeettisessa laitoksessa oli kolme absoluuttigravimetria, JILAg-1, JILAg-5 ja FG5. Absoluuttigravimetreilla mitataan tyhjiössä vapaasti putoavan prisman kiihtyvyyttä. Pudotusmatka mitataan laserinterferometrilla ja putoamisaika rekisteröidään rubidiumtaajuusstandardilla. Absoluuttigravimetrit toimivat putoamiskiihtyvyyden kansallisina mittanormaaleina. Absoluuttipainovoimamittausten sarjaa on jatkettu Metsähovin painovoimalaboratoriossa mm. jääkauden jälkeisen maannousun aiheuttaman painovoimamuutoksen tutkimiseksi. Absolute gravity measurements Geodeettisen laitoksen FG5-absoluuttigravimetri kansainvälisessä vertailussa Luxemburgissa. (Kuva M. Bilker) The FG5 absolute gravimeter of the FGI at the International Comparison of Absolute Gravimeters in Luxemburg with another FG5 instrument in the background. (Photo M. Bilker) The Finnish Geodetic Institute has three absolute gravimeters, JILAg-1 and JILAg-5. A third instrument, FG5, was purchased in In an absolute gravimeter, the acceleration of a prism falling in a vacuum is observed. Length is measured with a laser interferometer, and time is based on a rubidium frequency standard. Absolute gravimeters are national measurement standards of acceleration of free fall. In Metsähovi, the time series to study the change in gravity caused by the postglacial land uplift has been continued. The results of FG5 have been compared with results from absolute gravimeters abroad. The gravimeter participated in an international intercomparison of absolute gravimeters in Luxembourg and with the University of Hanover (Institut für Erdmessung, IfE) gravimeter in Metsähovi in August Also, in Vaasa the 18

19 Mittanormaalitoiminnassa tärkeänä osana ovat absoluuttigravimetrien keskinäiset vertailut. Uusi FG-5-gravimetri osallistui kansainväliseen vertailuun Luxemburgissa. Hannoverin yliopiston ja Geodeettisen laitoksen FG-5-gravimetrit verrattiin Metsähovissa. Niillä tehtiin myös peräkkäiset havainnot Vaasassa kahdella pisteellä. Yhteyshenkilöt: Jaakko Mäkinen ja Mirjam Bilker Painovoiman relatiivimittaukset Relatiivigravimetrien toimintavalmiutta on pidetty yllä seurantamittauksin Masala Vihti-kalibrointilinjalla ja mittauksia tehtiin mm. Fennoskandian 63ºN maannousupainovoimalinjalla. Yhteyshenkilö: Hannu Ruotsalainen Vaaituskalibroinnit Korkeuden mittauslaitteita ja -järjestelmiä kalibroidaan ja tutkitaan automatisoidulla pystyasentoisella laserlattakomparaattorilla sekä digitaalisen tarkkavaaituskojeen ja viivakoodilattojen järjestelmäkalibrointina. Kertomusvuonna kalibroitiin 49 invarlattaa ja 62 systeemikalibrointia. Laitoksen omien tarpeiden ja kotimaisten asiakkaiden lisäksi kalibrointeja on kertomusvuonna tehty Latvian, Liettuan, Viron, Norjan ja Islannin karttalaitosten latoille ja vaaituskojeille. Tutkimusyhteistyötä on ollut Ruotsin maanmittauslaitoksen (Lantmäteriet) ja Itävallan Grazin Teknillisen korkeakoulun kanssa. Yhteyshenkilöt: Mikko Takalo ja Paavo Rouhiainen Pituusmetrologia Geodeettisen laitoksen uusi Leica TC2003 -takymetri kalibroitiin Nummelan normaaliperusviivalla kuudesti toukokuussa ja kahdesti syyskuussa Geodeettisen laitoksen vanha Wild T DI2002 -takymetri kalibroitiin kahdesti toukokuussa ja kahdesti syyskuussa. Kalibrointeihin liittyvät projektiomittaukset tehtiin kahdesti toukokuussa ja kahdesti syyskuussa. TKK:n Mekometri etäisyysmittari kalibroitiin kahdesti POSIVAn mittauksiin liittyen. measurements were performed simultaneously with the IfE instrument. Contact persons: Jaakko Mäkinen and Mirjam Bilker Relative gravity measurements The Finnish Geodetic Institute maintains the Masala Vihti calibration line for calibrating relative gravimeters used in prospecting, and for monitoring of relative gravimeters used in geodesy. The Fennoscandian land uplift gravity 63ºN line was re-measured. Contact person: Hannu Ruotsalainen Calibration of levelling instruments Laserheijastimen kohdistus digitaalivaaituksen systeemikalibroinnissa. (Kuva M. Takalo) Adjustment of the prism in the system calibration of the digital level. (Photo M. Takalo) Instruments and systems used in height determination are calibrated and researched with a horizontal and an automated vertical laser rod comparator, and as system calibration of digital levelling. For system calibration, new observation pillars were built in the comparator laboratory. In 2003, 49 invar rods were calibrated and 62 system calibrations were made. In addition to the domestic calibrations, the levels and rods of Estonia, Latvia, Lithuania, Norway and Iceland were calibrated. Co-operation with the Swedish Land Survey (Lantmäteriet) and Graz University of Technology (TUG) was continued. Contact persons: Mikko Takalo and Paavo Rouhiainen Geodetic baselines Calibrations for scale transfer measurements were performed at the Nummela Standard Baseline; the Nummela Calibration Baseline is a self-service freely available baseline. The baselines are maintained with regular control and projection measurements. Planning of new working premises in Nummela began. Leica TC2003 and Wild T2002+DI2002 tacheometers with high precision reflectors were calibrated in Nummela twice in May and September. Projection measurements were made simultaneously. The Mekometer 5000 of Helsinki University of Technology was calibrated twice in connection with the POSIVA baseline measurements. According to the instructions of the BIPM (Bureau International des Poids et Mesures) intercomparison of Leica TC2003 and Wild T2002+DI2002 tacheometers was performed in July 2003 in NMIJ (National Metrology Institute of Japan), Tsukuba, Japan. Contact person: Jorma Jokela 19

20 BIPM:n (kansainvälinen painojen ja mittojen toimisto) ohjeiden mukaiset vertailumittaukset Wild T2002/DI2002 ja Leica TC2003 osalta on tehty NMIJ:n (National Metrology Institute of Japan) kanssa Tsukubassa, Japanissa heinäkuussa Nummelan normaaliperusviivan rakennusten uusimista on valmisteltu yhdessä Senaatti-kiinteistöjen kanssa. Yhteyshenkilö: Jorma Jokela GPS-laatu GPS-laadun tutkimuksessa on selvitetty mm. VRStekniikkaan (virtuaali-rtk GPS) liittyviä seikkoja. Kesällä ja syksyllä 2003 toteutettiin yhteistyössä Geotrim Oy:n ja Tampereen kaupungin kanssa laaja VRS-testimittaus, jonka tulokset valmistuvat v Työssä tutkittiin mm. mittauksen tarkkuuteen vaikuttavia seikkoja simuloimalla erilaisia havainto-olosuhteita, tukiasemaetäisyyksiä ja havaintopaikkoja. Yhteyshenkilö: Pasi Häkli Korkeusmallin laatu paikkatietoanalyyseissä Tarkimpia kansallisten maanmittausorganisaatioiden tuottamia m hilakokoon laskettuja korkeusmalleja käytetään pääasiassa ortokuvatuotannossa sekä kartantuotannossa rinnevarjosteiden laskentaan. Lisäksi ne ovat usein lähtöaineistoina maanpinnan muotoihin liittyvissä paikkatietoanalyyseissä, kuten esimerkiksi valumaalueiden automaattisessa rajauksessa, eroosiomallinnuksessa sekä näkyvyyssanalyyseissä. Korkeusmallien käytön ongelmana on ollut puutteellinen tieto mallien laadusta sekä niistä menetelmistä, joilla mallin laatu voitaisiin paikkatietoanalyyseissä huomioida. Työssä on pyritty edistämään korkeusmallien Jorma Jokela, Souichi Telada, Atsushi Watanabe ja Tamio Niwa suorittivat elektronisten etäisyysmittareiden ja kalibrointipalvelujen vertailuja NMIJ/AIST:n 310 metrin perusviivatunnelissa Tsukubassa, Japanissa. (Kuva S. Telada) Jorma Jokela, Souichi Telada, Atsushi Watanabe and Tamio Niwa performed comparisons of EDM instruments and calibration services in the 310-m baseline tunnel of NMIJ/AIST in Tsukuba, Japan. (Photo S. Telada) Virtuaali-RTK GPS (VRS) mittauksia Tampereella osana laajempaa VRStarkkuustutkimusta. (Kuva T. Salo) Testing Virtual Reference Station (VRS) concept in Tampere as a part of extensive study on quality of VRS. (Photo T. Salo) GPS quality The accuracy and performance of the VRS (Virtual Reference Station) GPS technique were studied with an extensive field test. The study was made in co-operation with Geotrim Ltd and the City of Tampere. The results of the study will be published in The work included e.g. the effect of different observing conditions and sites and the distance effect of the reference stations. Contact person: Pasi Häkli Digital elevation model (DEM) quality in GIS analyses The most accurate DEMs (resolution of m) produced by the national mapping authorities are mainly used in orthophoto production and analytical hillshading in map production. In addition, DEMs are widely used as source data in a variety of geomorphometrical geographical information system (GIS) analyses, such as automatic drainage basin delineation, erosion modelling and viewshed analysis. The challenge in the use of DEMs has been the insufficient information about the model quality, as well as the inadequate knowledge of how the model quality can be included in the GIS analyses. In the project we have tried to promote the use of DEMs by making accuracy assessments and by developing methods for investigating the DEM error propagation to GIS analyses results. In 2003, airborne laser scanning from a flight altitude of 800 m was performed from the Hämjoki drainage basin (sub-basin of Karjaanjoki drainage basin). The measurement campaign resulted in 850 million height observations with an average density of 6.6 points / m2. The data were classified and the accuracy of the TIN-model based on ground class points was 0.09 m. The data were used for detailed DEM production with resolutions of 1 10 m (the standard deviations of the height errors were m), which will be used as reference data for DEM quality and GIS analysis research. As part of the project, the quality analysis of the fundamentally 20