UAV-alustainen hyperspektrikuvaus; testimittaus Terrafame Oy:n kaivosalueella Sotkamossa Maarit Middleton Geologian tutkimuskeskus

Transkriptio

1 UAV-alustainen hyperspektrikuvaus; testimittaus Terrafame Oy:n kaivosalueella Sotkamossa Maarit Middleton Geologian tutkimuskeskus

2 Kiitokset GTK Antti Pasanen, Heikki Salmirinne, Hannu Panttila, Clayton Larkins, Tatu Lahtinen Jussi Soukkamäki, Senop Oy Jukka Tienhaara, Maailmasta Ilkka Pölönen, Jyväskylän yliopisto Eija Honkavaara, Tomi Rosnell, Paikkatietokeskus Milla Punkari, MetropoliLab Oy Susanna Arvilommi, Labtium Liisa Luostarinen, GWM-engineering Oy

3 Aallonpituus Hyperspektrispektroskopia Spektrometria käsittää joukon tekniikoita, joilla mitataan kohteen takaisinheijastaman säteilyn spektriä. Spektrometri on näkyvän valon ja lähi-infrapunan aallonpituuksien ( nm) spektriä tiheästi mittaava laite. Kymmeniä tai satoja kapeita aallonpituuskanavia Aineisto voi olla spektrisesti jatkuvaa Voidaan mitata etätunnistuksena tai kuvata kaukokartoituksena satelliiteista, lentokoneesta tai lennokista (kuvaava spektrometria) y X

4 Terrafame Oy:n Kolmisoppi järven tutkimusalue Sotkamossa

5 Työn tausta ja tavoite Tavoite: Klorofyllin määrän kartoitus Kolmisoppi järvellä Phytoplanktonin eli yhteyttävien levien määrä järvissä on spatiaalisesti heterogeenisesti jakaantunut järven rehevyys eli N ja P vedessä säätelevät phytoplanktonin määrää Klorofylliä on kaikkien yhteyttävien levien rakenteessa Kolmisoppijärvi kuuluu Terrafame Oy:n velvoitetarkkailun piiriin Kolmisoppi järvellä mitattu klorofyllipitoisuus maksimissaan 15 µg/l

6 Veden ja klorofyllin spektrit (Siegmund A & G Menz, 2005) (Schalles et al., 1997) Klorofylli heijastaa vihreää ( nm) valoa ja absorpoi 450 nm (sininen) and 670 nm µm (punainen) -klorofylli a 429 nm, 659 -klorofylli b 455 nm, 642 nm

7 Valmistelut 50% 25% 75%

8 Rikolan UAV snapshot hyperspektrikamera Fabry-Pérot interferometer based hyperspectral imager of Rikola Oy nm Paino ~720g 1010x1010 pikseliä (ei interpolaatiota) Valotusaika: 12 ms

9 Lentomittauskampanja

10 Klorofyllimittaukset EXO sond1 (YSI Ltd.)

11 Klorofyllitulokset Kolmisopen klorofyllipitoisuudet Hiidenveden klorofyllipitoisuudet

12 Hyperspektriaineiston analyysi Maastoreflektanssi Maailmasta Oy, Rikola Oy UAV HSI Data capture Georeferointi Pix4D by FGI Kanava registeröinti FGI radba Radiometrinen kalibrointi FGI radba Rikola preprocessing software GCPs Jyväskylä yo Data preprocessing Klorofyllimallinnus Reflektanssiaineisto mosaiikki pistepilvet FGI radba Ilkka Pölönen Veden klorofyllimittaukset maastossa GTK Ilkka Pölönen

13 Kolmisoppi tulokset Klorofyllisuhde 4 µg/l Klorofylliabsorptio Klorofyllipitoisuus mallinnettiin kahdella menetelmällä: Klorofylli suhde, R 672 /R 706 R= , p= RMSE= 0.14 ug/l Klorofylli absorptio R= , p= RMSE=0.14 ug/l 2.8 µg/l

14 Hiidenvesi 30 µg/l (Viite: Pölönen et al. 2017) 0

15 Johtopäätökset Kolmisoppijärven klorofyllimäärä pystyttiin luotettavasti mallintamaan Rikolan spektriaineistosta Kolmisoppi järvellä, vaikka klorofyllin määrä oli pieni ja vaihteluväli oli suppea Jopa µg/l klorofyllipitoisuuksia pystyttiin mallintamaan UAV:stä kuvatulla hyperspektriaineistolla Vesistöjen hyperspektrikuvauksessa ajankohta on kriittinen: Heinä-elokuu, jolloin levää on vedessä runsaimmin pilvetön ja tyyni sää

16 Johtopäätökset Vesistöjen hyperspektikuvaus on toimiva menetelmä klorofyllin määrän spatiaaliseen kartoittamiseen Hintava menetelmä korvaamaan velvoitetarkkailussa vaadittavaa klorofyllin monitorointia Kehityskohteita Aineistonkäsittelyssä on vielä tuotteistamisen varaa halvempi hinta Myytäviä tuotepaketteja, johon kuuluu myös maastoreferointi

17 UAV-hyperspektriaineistojen kaupalliset sovellukset Suomessa Kamerateknologia on kehittymässä Sovellukset hyvin kohdekohtaisia kaivosympäristöissä ja malminetsinnässä tutkimushankkeita tarvitaan 1. Kivilajien tunnistus ja mineraalien määräsuhteet 2. Happamien suotojen ja sakkojen tunnistus 3. Vesien tilan seuranta (Järvet, lammet) Klorofyllin määrä (levä) tai sedimenttisuspensio vedessä 4. Kasvillisuuskartoitus 5. Kasvillisuusstressi 6. Pöly

18 Kiitos!