TERRAMONITOR HAKKUIDEN MUUTOSTULKINTA JA RAJAUS PERUSTUEN SENTINEL-2 SATELLIITTIKUVA-AINEISTOON SUOMEN METSÄKESKUKSELLE RAPORTTI 13.2.2019 Terramonitor 00240 Helsinki FINLAND contact@terramonitor.com
1 (5) Sisällys 1 Johdanto 2 2 Aineisto 2 2.1 Metsäkeskuksen toimittama aineisto 2 2.2 Muutostulkinnassa käytetty satelliittiaineisto 3 3 Menetelmä 3 3.1 Muutostulkinta 3 3.2 Tunnistettujen kohteiden rajaus 4 4 Tulokset 4 5 Toteuttaja 5
2 (5) 1 Johdanto Tämä raportti on Terramonitorin (:n aputoiminimi) tuottama yhteenveto aikavälille 2016 2018 suoritetusta hakkuiden muutostulkinnasta kohdassa 2.1 esitetylle alueelle Suomen Metsäkeskukselle. Työn tarkoituksena on selvittää satelliittierotuskuvamenetelmän mahdollisuuksia (hakkuiden tunnistaminen ja rajaus) metsävaratiedon päivityksessä Suomen metsäkeskuksen käyttöön. Erotuskuvatulkinnan pääkohteena oli havaitut päätehakkuut, lisäksi työn osana tehtiin myös analyysi kasvatushakkuista alueella. 2 Aineisto 2.1 Metsäkeskuksen toimittama aineisto Metsäkeskus toimitti Terramonitorille shape-tiedostona aluerajauksen (Kuva 1), jolle muutostulkinta laskettiin. Aluerajaus muodostui 204 karttalehdestä (6 km x 6 km), jotka sijaitsivat Etelä-Suomessa. Karttalehdet kattoivat yhteensä 7344 km 2 alueen. Kuva 1. Karttalehdet (6 km x 6 km), joiden alueella muutostulkita suoritettiin.
3 (5) 2.2 Muutostulkinnassa käytetty satelliittiaineisto Terramonitor käytti muutostulkinnassa Euroopan Avaruusjärjestön (ESA) operoiman Sentinel-2-satelliittien aineistoja. Sentinel-2-satelliittikuvista muodostettiin aikasarja vuosien 2015 2018 ajalta (esim. kuva 2), jotta muutokset vuosien 2016 ja 2018 välillä voitiin laskea. Kuva 2. Esimerkki Sentinel-2-kuvien aikasarjasta yhden karttalehden alueella. 3 Menetelmä 3.1 Muutostulkinta Muutostulkinta sisälsi kaksi työvaihetta 1. automaattisen koneoppimiseen perustuvan muutostulkinnan ja 2. visuaalisen tarkastamisen tuloksille. Ensimmäisessä vaiheessa muutosten tunnistamiseksi käytettiin Terramonitorin kehittämää aikasarjaan perustuvaa muutostulkintamenetelmää. Automatisoidussa aikasarjaan perustuvassa muutostulkinnassa kuvaparivertailun sijaan verrataan ja ristiintarkistetaan aikasarjan tuottamia kuvia. Aikasarjatulkinta poistaa pilviset kuvat automaattisesti ja nostaa analyysin luotettavuutta sekä tekee työstä huomattavasti tehokkaampaa. Toisessa vaiheessa automatisoidun muutostulkinnan jälkeen tehtiin visuaalinen tarkastus, jossa merkittävimmät virheet poistettiin. Muutostulkinnan tulokset ovat vektorimuodossa (Shapefile tai GeoJSON).
4 (5) 3.2 Tunnistettujen kohteiden rajaus Metsäkeskuksen pyynnöstä tulosvektoreille suoritettiin myös reunaviivan pehmennys (Kuva 3). Pehmennyksen toteuttamiseksi kokeiltiin erilaisia vektorin reunaviivaan kohdistuvia operaatioita ja niiden yhdistelmiä, joista valittiin visuaalisen tulkinnan perusteella paras lopputulos. Kuvan 3 ja 4 mukaisen lopputuloksen saavuttamiseksi käytettiin operaatioita, joilla pehmennettiin vektorin sahalaitaista reunaviivaa ja yksinkertaistettiin reunapisteiden lukumäärää. Prosessilla pyrittiin käytettävyydeltä parempaan kuvioiden vektorointiin. Kuva 3. Esimerkki pehmennyksestä. Sinisellä muutostulkinnan tulos ilman pehmennystä ja punaisella pehmennetyn vektorin reuna. Kuva 4. Esimerkki kohteen rajauksesta. a) ja c) tilanne ennen hakkuuta. b) ja d) hakkuun jälkeen. a) ja b) vektorin reuna ilman pehmennystä. c) ja d) pehmennetyn vektorin reuna. 4 Tulokset Muutostulkinnassa havaittiin yhteensä 6635 muutosta, joista avohakkuita (min 0,3 ha) oli 5610 kpl ja harvennushakkuita (min. 1 ha) 1025 kpl (Kuva 4). Pilvettömien tai muuten laadullisesti puutteellisten satelliittikuvien vuoksi 23 karttalehdellä ei havaittu yhtään luotettavaksi kategorisoitavaa muutosta.
5 (5) Terramonitor on toimittanut muutostulkinnan tulokset sekä pehmentämättömällä että pehmennetyllä reunaviivalla Suomen Metsäkeskukselle. Kuva 4. Muutostulkinnassa havaitut avohakkuut 5610 kpl (punaisella) ja harvennushakkuut 1025 kpl (keltaisella). Jokaiselle havaitulle vektorille löytyy seuraavat attribuuttitiedot: - MAGNITUDE = muutoksen (hakkuun) voimakkuus - DATE_AFTER = hakkuun havaintopäivä (kuvan kuvauspäivämäärä) - DATE_START = alkutilanteen vahvistuspäivämäärä (hakkuuta ei ole vielä tehty) - CHANGE_TYP = muutoksen tyyppi (avohakkuu tai harvennus) - DATE_BEFOR = vertailukuvan päivämäärä (hakkuuta ei ole vielä tehty) - DATE_VERIF = havainnon vahvistuspäivämäärä - PARENT_POL = karttalehti tms. - RELIABILIT = tunnistetun muutoksen luotettavuus (arvot asteikolla 0-1) 5 Työn toteutus Tilatun työn toteutti Terramonitor tammi-helmikuun 2019 aikana. Tilaajana toimi Suomen metsäkeskus (SMK) ja Juho Heikkilä. Terramonitorilla työn suoritti Rosanna Huotari, Lauri Häme ja Joni Norppa.