UAV-alustainen hyperspektrikuvaus; testimittaus Terrafame Oy:n kaivosalueella Sotkamossa Maarit Middleton Geologian tutkimuskeskus
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
Aallonpituus Hyperspektrispektroskopia Spektrometria käsittää joukon tekniikoita, joilla mitataan kohteen takaisinheijastaman säteilyn spektriä. Spektrometri on näkyvän valon ja lähi-infrapunan aallonpituuksien (350-2500 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
Terrafame Oy:n Kolmisoppi järven tutkimusalue Sotkamossa
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
Veden ja klorofyllin spektrit (Siegmund A & G Menz, 2005) (Schalles et al., 1997) Klorofylli heijastaa vihreää (500-600 nm) valoa ja absorpoi 450 nm (sininen) and 670 nm µm (punainen) -klorofylli a 429 nm, 659 -klorofylli b 455 nm, 642 nm
Valmistelut 50% 25% 75%
Rikolan UAV snapshot hyperspektrikamera Fabry-Pérot interferometer based hyperspectral imager of Rikola Oy 500-900 nm Paino ~720g 1010x1010 pikseliä (ei interpolaatiota) Valotusaika: 12 ms
Lentomittauskampanja 28.8.2016
Klorofyllimittaukset EXO sond1 (YSI Ltd.)
Klorofyllitulokset Kolmisopen klorofyllipitoisuudet Hiidenveden klorofyllipitoisuudet 80 60 50 40 30 20 10 0 0 5000 10000 15000
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
Kolmisoppi tulokset Klorofyllisuhde 4 µg/l Klorofylliabsorptio Klorofyllipitoisuus mallinnettiin kahdella menetelmällä: Klorofylli suhde, R 672 /R 706 R=0.56449, p=0.00018169 RMSE= 0.14 ug/l Klorofylli absorptio R=0.54201, p=0.00036533 RMSE=0.14 ug/l 2.8 µg/l
Hiidenvesi 30 µg/l 25 20 15 10 5 (Viite: Pölönen et al. 2017) 0
Johtopäätökset Kolmisoppijärven klorofyllimäärä pystyttiin luotettavasti mallintamaan Rikolan spektriaineistosta Kolmisoppi järvellä, vaikka klorofyllin määrä oli pieni ja vaihteluväli oli suppea Jopa 2.8-4 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
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
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
Kiitos! maarit.middleton@gtk.fi