VUOSIKERTOMUS 2004 ANNUAL REPORT 2004 K A IN S TITU TE T

TINEN LAITO S VUOSIKERTOMUS 2004 ANNUAL REPORT 2004 K A IN S TITU TE T

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, kaukokartoituksen ja navigoinnin 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 Koordinaattijärjestelmät 11 Painovoima 16 Maankuoren liikkeet 22 Metrologia ja laatu 29 Kartoitusmenetelmät 33 Paikkatietojen prosessointi ja hallinta 35 Navigointi ja paikkatietojen liikkuva käyttö 40 Kohteiden sähkömagneettiset ominaisuudet 42 Kirjasto ja informaatiopalvelut 43 Hallintopalvelut 46 Yhteyshenkilöt 48 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 carries out basic scientific measurements for Finnish mapping and research on the metrology of geospatial information and also engages in research work in the fields of geodesy, geoinformatics, remote sensing and navigation and other related sciences. The task of the institute is also 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 11 Gravimetry 16 Geodynamics 22 Metrology and quality 29 Mapping methods 33 Processing and management of geospatial information 35 Navigation and mobile use of geospatial information 40 Spectral signatures 42 Library and information services 43 Administration 46 Contact persons 48 Publications Taitto: Getnet Oy Painatus: Tikkurilan Paino Oy 2005

Ylijohtajan katsaus Geodeettisen laitoksen vuoden 2004 toimintaan vaikuttivat voimakkaasti Euroopassa ja Suomessa tapahtuva koordinaattijärjestelmien ja karttojen yhteiskäytön kehittäminen sekä eurooppalaisen satelliittinavigointijärjestelmän luominen. Suomen kolmannen tarkkavaaituksen kenttätyöt saatiin valmiiksi lokakuussa 2004 Ahvenanmaalla, jolloin päättyi tämä vuonna 1978 Helsingistä aloitettu valtakunnallinen vaaitustyö. Aikaisemmat valtakunnalliset vaaitukset on toteutettu vuosina 1892-1910 ja 1935 1972, joten nyt on erinomaiset mahdollisuudet saada entistä parempi käsitys maannoususta Suomessa ja sen lähialueilla. Kuluneena vuonna aloitettiin valmistelut uuden kansallisen korkeusjärjestelmän luomiseksi. Asiaa valmistellut toimikunta luovutti esityksensä ylijohtajalle joulukuussa 2004. Luotava uusi järjestelmä pyritään saamaan mahdollisimman hyvin yhteensopivaksi yleiseurooppalaisen korkeusjärjestelmän kanssa sekä sellaiseksi, että sen ja Itämeren rantavaltioiden välisten korkeusjärjestelmien erot ovat mahdollisimman pienet. Uusi järjestelmä on tarkoitus saada valmiiksi vuonna 2006. Tämä uusi korkeusjärjestelmä yhdessä aikaisemmin luodun EUREF-FIN koordinaattijärjestelmän kanssa antaa erinomaiset mahdollisuudet modernisoida paikkatietojen keruuta ja yhteiskäyttöä Suomessa. Karttatietojen yhteiskäytön kehittäminen edellyttää kaikilla kartoitusprosessin tasoilla hyvää tietoa käytettyjen menetelmien tarkkuudesta ja tuotetun tiedon laadusta. Kartoitusmenetelmien ja paikkatiedon laatua koskevia tutkimuksia ja menetelmäkehitystyötä laitoksella on tehty seuraavista aiheista: ilmakuvien digitointimenetelmät kuvien laadun parantamiseksi, lentokoneesta tehtävän laserkeilauksen laatuun vaikuttavat tekijät, digitaalikameralla otettujen ilmakuvien laatu ja laadun testausmenetelmät, kolmiulotteisten kaupunkimallien tuottamismenetelmät ja niiden tarkkuus, maaston korkeustietojen tarkkuus ja laserkeilauksella tuotettujen maastomallien tarkkuus, satelliittien käyttöön perustuvien geodeettisten mittaus- ja laskentamenetelmien tarkkuus sekä korkeusmallien laatu ja paikkatietoanalyysi. Vuonna 2004 laitos investoi tutkimuslaitteisiin ja tutkimustiloihin kohtuullisesti. Pysyvän GPS- verkon kehittäminen aloitettiin kehittämällä nopeampi tiedonsiirtomenetelmä itse mittausasemilta laitokselle. Kun työ saadaan valmiiksi, voidaan verkkoa hyödyntää nykyistä monipuolisemmin geodynamiikan, navigoinnin ja geofysiikan tutkimuksessa ja kehitystyössä. Lokakuussa aloitettiin Metsähovin tutkimusasemalla säännölliset geodeettiset VLBI-mittaukset mittauslaitteen testausvaiheen päätyttyä. Tällä pitkäkantainterferometriaan perustuvalla mittausjärjestelmällä ylläpidetään globaalia koordinaattijärjestelmää ja seurataan man- Director General s review The harmonisation of European co-ordinate systems, the INSPIRE initiative and the development of the European component of the Global Navigation Satellite Systems had a strong effect on the activities of the Institute in 2004. Field measurements for the Third Precise Levelling were finished in October 2004 in Åland. These national measurements were started in 1978 in Helsinki. The earlier national precise levellings were carried out in 1892-1910 and 1935 1972 so now it is possible to obtain very accurate figures for the post glacial rebound in Finland and its neighbouring areas. In the past year preparations were started for creation of a new national height system. The working group of the new national height system presented its report at the end of the year. The new system will be as consistent as possible with the European height system and close to the height systems of the countries surrounding the Baltic Sea. The aim is to have the new system established by 2006. This system together with the EUREF-FIN reference frame will provide on excellent opportunity to modernize the spatial data infrastructure in Finland. The effective use of the geospatial data infrastructure enquires a good knowledge on the accuracy and quality of the mapping process at all levels. The Institute has carried out a lot of research and development work on the quality of geospatial data on the following subjects: digitalisation of aerial images, laser scanning, digital aerial images, three dimensional city models, digital elevation models, GPS-based geodetic methods and global satellite navigation and positioning methods. In 2004, the Institute was only able to make modest investments in the research infrastructure. The development of the permanent GPS network launched with the aim of creating faster data transfer from stations to the central processing unit at the Institute. When this project is completed the network will increase the potential for geodetic, geodynamical, geophysical and navigation research and development work. In October 2004, geodetic VLBI measurements were started at Metsähovi Research Station. The EGNOS RIMS station at Virolahti was completed in November. This will allow good navigation accuracy in Finland, which is important in many fields of transportation, administration and research. In December a new building together with improved infrastructure was taken in to use at the Nummela Standard Baseline. This will allow greater use of the Baseline in metrology in future. The past year was the 86th year of operations by the Institute and its goals were achieved with only minor anomalies. Research tasks were carried out as planned and the number of publications and reports increased. Co-operation increased in Finland and abroad, as did geodetic co-operation with the countries 4

nerlaattojen liikettä. Satelliittinavigointijärjestelmien (GPS ja Galileo) paikannustarkkuutta Suomessa ja sen lähialueilla parantava RIMS-maa-asema saatiin marraskuussa valmiiksi Virolahdella yhteistyössä Euroopan avaruusjärjestön kanssa, kun viimeinenkin vastaanotin oli saatu toimintakuntoon. Näin Suomi voi hyötyä tulevaisuudessa näiden satelliittijärjestelmien tarjoamasta parhaasta mahdollisesta mittaus- ja paikannustarkkuudesta. Joulukuussa pidettiin Nummelan normaaliperusviivan uuden asemarakennuksen lopputarkastus. Valmistunut rakennus ja mittalinjan parannetut suojalaitteet mahdollistavat entistä paremmat mittaukset ja perusviivan laajemman hyödyntämisen metrologisissa tutkimuksissa ja kalibrointitehtävissä. Vuosi 2004 oli laitoksen toiminnan kahdeksaskymmeneskuudes ja vuoden toiminnalliset tavoitteet saavutettiin pieniä poikkeuksia lukuun ottamatta hyvin. Tutkimushankkeet saatiin toteutettua suunnitellusti ja laadittujen julkaisujen, raporttien ja käsikirjoitusten määrä lisääntyi merkittävästi edellisestä vuodesta. Tutkimusyhteistyö lisääntyi sekä koti- että ulkomailla samoin kuin yhteistyö Itämeren maiden kanssa geodeettisissa mittauksissa ja yhtenäisten koordinaattijärjestelmien luomisessa. Vuoden lopussa laitoksen asema sekä koti- että ulkomaisessa tutkimuskentässä oli hyvä. Tulevina vuosina tapahtuu laitoksen toimialalla, elinkeinoelämässä ja työmarkkinoilla muutoksia, jotka vaikuttavat voimakkaasti laitoksen toimintaedellytyksiin. Kartoitus ja paikannusalan kaupalliset markkinat kasvavat ja Euroopan Unioni luo voimakkaasti yhtenäistävää karttapolitiikkaa. Samanaikaisesti rakenne- ja omistusmuutokset yritystoiminnan kentässä jatkuvat. Työvoiman tarjonnan vähetessä kyvykkäistä työntekijöistä tulee nykyistä suurempi kysyntä. Voidakseen taata maallemme, sen yritystoiminnalle ja valtiovallalle, korkeatasoisen kartastoalan osaamista laitosta on kehitettävä yhteistyöhakuisena tutkimuslaitoksena osana eurooppalaista tutkimusverkostoa. Näin sekä osaaminen että rahoitus voidaan säilyttää riittävän korkealla tasolla. Laitokseen vuosikymmenten aikana kertynyt henkinen pääoma on suuri, sillä henkilökunnan kokemus ja koulutustaso ovat korkeat. Tätä pääomaa kartutetaan tehostuneen tutkimushenkilökunnan jatkokoulutuksen avulla, joka ensisijaisesti tähtää uusien tohtorin tutkintojen suorittamiseen. Tämä yhdessä uuden palkkausjärjestelmän kannustavuuden sekä riittävien investointien kanssa takaa laitoksen toimintaedellytykset myös tulevina vuosina surrounding the Baltic Sea. In the coming years, changes will take place in the mapping markets, the economy in general and labour markets, which will all affect the operating conditions of the Institute. The human capital of the Institute, which has accumulated over the past decades, is vast because the educational level and experience of employees are high. This capital will continue to increase in coming years especially through further education of research personnel. This, together with the stimulus of the new salary system and investments will guarantee a good operating environment for the Institute for the years to come. Ylijohtaja Director General 5

Överdirektörens översikt Geodetiska institutets verksamhet år 2004 påverkades starkt av skapandet av ett europeiskt satellitnavigationssystem samt av utvecklingen av sambruk av koordinatsystem och kartor, som håller på att ske i Europa och i Finland. Fältarbeten för Finlands tredje precisionsnivellering slutfördes i oktober på Åland, och då fullbordades detta riksomfattande avvägningsarbete som påbörjats i Helsingfors 1978. De tidigare riksomfattande avvägningarna har genomförts 1892-1910 och 1935-1972, till följd varav man nu har utmärkta möjligheter att få en allt bättre uppfattning om landupphöjning i Finland och dess närområden. Under det gångna året påbörjades förberedelser för att skapa ett nytt nationellt höjdsystem. Den förberedande kommissionen överlät sitt förslag till överdirektören i december 2004. Målsättningen är att skapa det nya systemet så att det går väl ihop med det paneuropeiska höjdsystemet samt att skillnaderna mellan det och höjdsystemen i Östersjöländerna minimeras. Det nya systemet planeras bli färdigt år 2006, och tillsammans med det tidigare skapade EUREF-FIN koordinatsystemet erbjuder det förträffliga resurser för modernisering av insamlingen och sambruket av geografisk information i Finland. På karteringsprocessens alla nivåer förutsätter utvecklingen av kartinformationens sambruk goda insikter i de anlitade metodernas noggrannhet och i kvaliteten av den producerade informationen. Forsknings- och systemutvecklingsarbete gällande karteringsmetoder och den geografiska informationens kvalitet har utförts kring följande teman: digitalisering av luftbilder för att förbättra bildernas kvalitet, faktorer som påverkar kvaliteten av data producerade med hjälp av flygburen laserskanning, kvalitet och kvalitetstestning av luftbilder tagna med digitalkamera, framställningsmetoder av 3D-stadsmodeller och metodernas noggrannhet, noggrannhet av terrängens höjdinformation och terrängmodeller producerade med hjälp av laserskanning, noggrannhet av geodetiska mätnings- och beräkningssystem baserade på användning av satelliter samt kvalitet av höjdmodeller och analys av geografisk information. Investeringar i forskningsutrustning och utrymmen var måttliga år 2004. Utveckling av det permanenta GPS-nätet påbörjades genom att utveckla ett snabbare system för överföring av data från själva mätningsstationer till institutet. När arbetet är slutfört, blir det möjligt att utnyttja nätet mera mångsidigt än nu vid forskning i geodynamik, lokalisering och geofysik. I oktober inleddes på Metsähovi forskningsstation regelbundna geodetiska VLBI-mätningar efter det att mätningsapparatens testningsperiod upphörde. Med hjälp av detta på långbasinterferometri baserade mätningssystem upprätthåller man det globala koordinatsystemet och följer kontinentalplattornas rörelser. RIMS-jordstation som förbättrar satellitnavigationssystemens (GPS och Galileo) lokaliseringsnoggrannhet i Finland och på närområden, blev klar i Vederlax i samarbete med Europeiska rymdorganisationen efter att man hade fått även den sista mottagaren i funktion. Sålunda kan Finland i framtiden dra nytta av den bästa möjliga mätningsoch lokaliseringsnoggrannhet erbjuden av dessa satellitsystem. I december gjordes slutgranskning av en ny stationsbyggnad vid Nummela geodetiska baslinje. Den nya byggnaden och förbättrade skyddsanordningar vid mätningslinjen möjliggör allt bättre mätningar och en mera omfattande exploatering av baslinjen vid metrologiska forskningar och kalibreringsuppdrag. År 2004 var institutets åttiosjätte verksamhetsår. Årets funktionella målsättningar uppnåddes väl med några få undantag. Forskningsprojekten kunde förverkligas planenligt och antalet producerade publikationer, rapporter och manuskript växte betydligt jämfört med förra året. Forskningssamarbetet ökade både i hemlandet och utomlands, så även samarbetet med Östersjöländerna gällande geodetiska mätningar och skapande av enhetliga koordinatsystem. Vid årets slut var institutets position bra både inom det inhemska och det internationella forskningsfältet. Under de kommande åren kommer det på institutets verksamhetsområde, i näringslivet och på arbetsmarknaden att ske förändringar som starkt kommer att påverka institutets verksamhetsförutsättningar. Den kommersiella marknaden på karterings- och navigationsområdet kommer att växa och Europeiska Unionen kommer att starkt förenhetliga kartpolitiken. Samtidigt kommer det att fortgå struktur- och ägandeförändringar inom företagsverksamheten. I och med att utbudet av arbetskraft kommer att minska, kommer efterfrågan på begåvade arbetstagare att växa. För att kunna garantera vårt land, dess företagsverksamhet och statsmakten högklassig kunskap om kartering, måste man utveckla institutet som ett samarbetsvilligt forskningsinstitut och som en del av det europeiska forskningsnätverket. Sålunda är det möjligt att bibehålla både kunnandet och finansieringen på en tillräckligt hög nivå. Det intellektuella kapital som under årtionden samlats vid institutet är stort, ty personalen är mycket rutinerad och utbildningsnivån är hög. Det här kapitalet skall utökas med hjälp av en effektiverad fortbildning av forskningspersonalen som i första hand riktar sig på doktorsexamen. Detta kombinerat med det nya avlöningssystemets sporrande effekt samt tillräcklig finansiering garanterar förutsättningar för institutets verksamhet också under de kommande åren. 6

Koordinaattijärjestelmät 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 ja Suomen koordinaattijärjestelmän perusta. FinnRef luo saumattoman yhteyden maailmanlaajuisiin koordinaattijärjestelmiin. Suomen uuden koordinaattijärjestelmän, EUREF-FINin määrittelevät pisteet on kiinnitetty FinnRef -verkon asemiin ja tätä kautta eurooppalaiseen ja globaaliin järjestelmään. Neljä Finn- Ref -asemaa (Metsähovi, Vaasa, Joensuu ja Sodankylä) on euroopanlaajuisessa EPN-verkossa (EPN, EU- REF permanent GPS-network) ja lisäksi Metsähovi on osa maailmanlaajuista IGS-verkkoa (International GPS Service). Vastaavasti kansainvälisiin verkkoihin kuuluvien FinnRef -asemien havaintoja käytetään eurooppalaisten ja globaalien koordinaatistojen ylläpidossa. Datansiirto neljältä EPN-verkkoon kuuluvalta asemalta Saksaan tapahtui automaattisesti, samoin kuin kaikkien asemien datan siirto Onsalan avaruustutkimusasemalle Ruotsiin BIFROST-laskentaa varten. Vuoden aikana neljän EPN-aseman datansiirrossa siirryttiin Reference frames The Finnish permanent GPS network FinnRef The Finnish permanent GPS network FinnRef consists of 13 permanent GPS stations. Metsähovi is the oldest of use; it was established at beginning of the1990s. FinnRef data are used both in crustal deformation studies and maintaining reference frames. The network is an essential part of the FGI observational infrastructure and acts as the basis for the Finnish reference frame. The network is the backbone of Finnish realisation of the EUREF frame, referred to as EUREF-FIN. Four stations in the FinnRef network are part of the EUREF permanent GPS-network (EPN), and one station belongs to the network of the International GPS Service (IGS). FinnRef creates a seamless connection to the global reference frames through these stations. Similarly, FinnRef data are used in maintaining European and global reference frames. The data recorded by the EPN stations (Metsähovi, Vaasa, Joensuu, Sodankylä) are automatically transferred to the EPN computing centre in Germany. The data are also transferred daily to Onsala Space Research Station in Sweden for the BIFROST project. The EPN stations were established on ADSL connections during the year, to improve data transfer. The ten-year time series of FinnRef make it possible to monitor countrywide deformation. Even annual movements of few millimetres are visible in the time series. These include e.g. crustal uplift due to postglacial rebound. FinnRef observations can also be used for atmospheric studies, e.g. for determining the water vapour content of the atmosphere. This has been carried out in co-operation with the Finnish Meteorological Institute. The GPS time series have been used to study loading on the Earths crust caused by the atmosphere and the sea. The stability of the stations is continously controlled and Degerby, Romuvaara, Kivetty, Kuusamo and Oulu stations were centred. Romuvaaran GPS-aseman antennin keskistys. (Kuva Joel Ahola) Centring of the antenna of Romuvaara GPS station. (Photo Joel Ahola) käyttämään ADSL-yhteyksiä. Tämä tarjoaa paremman mahdollisuuden kehittää asemien datapalveluja. FinnRef -asemien kymmenen vuoden aikasarjat mahdollistavat maanlaajuisten maankuoren liikkeiden seuraamisen. Jopa muutaman millimetrin vuotuiset liikkeet näkyvät selvästi; tällaisia ovat mm. maannousun aiheuttamat muutokset. Tämän lisäksi FinnRef iä voidaan käyttää ilmakehän Contact persons: Hannu Koivula, Matti Ollikainen and Markku Poutanen EUREF-FIN reference frame Work on promoting the new EUREF-FIN reference frame continued during the year in collaboration with the National Land Survey (NLS). The FGI and NLS established a working group for the purpose in 2000, which published its recommendations (JHS 153) on the definition of the EUREF-FIN frame and datum 7

tutkimuksessa, mm. troposfäärin vesihöyrysisällön mittaamiseksi. Yhteistyötä Ilmatieteen laitoksen kanssa on jatkettu ja aiheeseen liittyvä tutkimusprojekti on aloitettut. Lisäksi on tutkittu ilmakehän ja meren aiheuttamaa maankuoren kuormitusta ja sen näkymistä GPS-aikasarjoissa. Asemien stabiilisuutta seurataan jatkuvasti. Degerbyn, Romuvaaran, Kivetyn, Kuusamon ja Oulun pysyvät GPS-asemat keskistettiin. Yhteyshenkilöt: Hannu Koivula, Matti Ollikainen, Markku Poutanen 10 cm Koordinaattijärjestelmät Vuoden aikana jatkettiin Suomen EUREF-FIN koordinaatiston tunnetuksi tekemistä ja sen käyttöönottoon liittyviä töitä yhteistyössä Maanmittauslaitoksen kanssa. Tämä perustui Maanmittauslaitoksen ja Geodeettisen laitoksen työryhmän laatimiin Julkisen hallinnon suosituksiin JHS 153 ja JHS 154, joissa esitellään EUREF- FIN -koordinaatiston perusteet, sekä Kartastokoordinaattijärjestelmän ja EUREF-FIN -koordinaatiston väliset muunnoskaavat ja ETRS89-järjestelmään liittyvät karttaprojektiot, tasokoordinaatistot ja karttalehtijako sekä eri koordinaatistojen väliset muunnosmenetelmät. Vuodena aikana laadittiin koordinaattijärjestelmän englanninkielinen kuvaus. Muiden valtionlaitosten, kuntien, maanmittausalan yritysten sekä yksityishenkilöiden avustaminen koordinaatistoihin liittyvissä kysymyksissä kuuluu laitoksen tehtäviin. Laitokselle tulee lukuisia koordinaatistoihin ja niiden muunnoksiin liittyviä tiedusteluja ja yhteydenottoja, joiden selvittämiseen laitoksen henkilökunta osallistuu jatkuvasti. Vuoden aikana on pidetty lukuisia aiheeseen liittyviä luentoja ja esitelmiä. Yhteyshenkilö: Matti Ollikainen Korkeusjärjestelmät Korkeusjärjestelmän luomiseksi ja ylläpitämiseksi Suomessa on tehty kolme valtakunnallista tarkkavaaitusta. Ensimmäisen suoritti Tie- ja vesirakennusten ylihallitus vuosina 1892 1910 ja se ulottui linjalle Joensuu Kajaani Oulu Tornio. Toisen tarkkavaaituksen suoritti Geodeettinen laitos vuosina 1935 1975 vaaitusten kattaessa koko maan. Toisen tarkkavaaituksen tuloksena syntyi tällä hetkellä käytössä oleva valtakunnallinen N60-korkeusjärjestelmä, jonka nollapiste on sidottu Helsingin v. 1960 keskivedenkorkeuteen ja maannousu on laskettu Kartastokoordinaattijärjestelmän (KKJ) ja EUREF-FIN koordinaatiston välisen muunnoksen jäännösvirheet ovat koko maan alueella alle 10 cm. (Kuva Matti Ollikainen / JHS154) Residuals of the transformation between the old Map Grid Coordinate System (KKJ) and EUREF-FIN are below 10 cm. (Drawing Matti Ollikainen / JHS154) transformation parameters between EUREF-FIN and the National Grid Coordinates system (Kartasto koordinaattijärjestelmä, kkj) in 2002. The second set of recommendations, which contain the new map projection, coordinate transformation methods and formulas between plane coordinates was published in 2003 (JHS 154). An English summary of EUREF-FIN was made in 2004, based on JHS153 and JHS154. The use of the new reference frame was promoted by giving lectures and presentations. Guidance and information were given to municipalities and various surveying companies, especially concerning coordinate transformations. Contact person: Matti Ollikainen 8

700 600 Vuosittainen vaaitusmatka (km) 500 400 300 200 100 0 1978 1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 Kolmannen tarkkavaaituksen historia. Vuotuiset vaaituskilometrit ja vaaituksessa käytetyt laitteet. (Kuvat Mikko Takalo) History of the third precise levelling. The amount of annual levelling and the used instruments. (Photos Mikko Takalo) 1. Zeiss Ni002 2. Zeiss NIA 3. Wild N3 4. DiNi12 Kuvat Mikko Takalo Photos Mikko Takalo vuoden 1960 mukaisesti. Kolmas tarkka-vaaitus alkoi v. 1978 ja kenttätyöt päättyvät v. 2004, jolloin mitattiin viimeiset linjat Ahvenanmaalle. Vuonna 2004 vaaitusta tehtiin yhteensä 211 km sisältäen tarkkavaaituslinjat Ahvenanmaalla ja Paltamossa. Lisäksi vaaittiin Merenkulkulaitoksen tilaamana Savonlinna-Oravin limnigrafi ja tehtiin kaksi vesistöylitystä Kustavissa ja yksi vesistöylitys Ahvenanmaalla. Yhteistyössä Merentutkimuslaitoksen kanssa mitattiin kaikkien 13 mareografin sidokset tarkkavaaitusverkkoon. Tämä sidosmittaus tehdään joka kolmas vuosi. Mareografeihin sidottujen tarkkavaaitusten perusteella voidaan Suomessa ja Fennoskandiassa tapahtuva jääkauden jälkeinen maannousu määrittää sisämaassa. Nykyisin maannousua voidaan tutkia myös Suomen pysyvän GPS-verkon (FinnRef ) avulla. Kolmannen valtakunnallisen 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. GPS-mittausten lisääntyvä käyttö korkeudenmäärityksissä asettaa uudet haasteet myös tulevaisuuden korkeusjärjestelmille. Height systems Two national precise levellings have been carried out in Finland to create and maintain the height systems in Finland. The National Board of Public Roads and Waterways executed the first precise levelling between 1892-1910. This levelling extended to the line Joensuu-Kajaani-Oulu-Tornio. The FGI carried out the second precise levelling during 1935-1975, which covered the whole country. As a result of the second precise levelling, the national N60 height system was created. The zero point for N60 was adjusted to the mean sea level in Helsinki in 1960 and land uplift was also computed according to 1960. The third precise levelling was started in 1978. The last lines to neighbouring countries were measured in 2003 and field measurements were completed in 2004 on the Åland Islands. A total of 211 km of precise levelling lines were measured in 2004, including the lines on the Åland Islands and Paltamo. The limnigraph line Savonlinna- Oravi was levelled based on the order from the Finnish Maritime Administration. Two levelling water crossings were carried out at Kustavi, and one on the Åland Islands. Finnish tide gauges (13) were relevelled 9

Pohjoismaisen vaaitusverkon yhteistasoitus on alustavasti tehty tasoittamalla kaikkien Itämeren ympärysvaltioiden vaaitusdatat. Mukaan on otettu myös liitokset GPS-vaaituksen, mareografihavaintojen ja meritopografian avulla Suomenlahden yli Suomesta Viroon ja Ahvenanmeren yli Suomesta Ruotsiin. Suomen uuden as a co-operation project with the Finnish Marine Research Institute. This is done every three years. Land uplift can be determined for the whole country on the basis of repeated precise levelling, which is connected to the tide gauges. After the third precise levelling has been completed new and more accurate land uplift values can also be computed for Vaaituskoneiden testausta Metsähovin testikentällä. (Kuva J. Ahola) Testing of levelling instruments in the Metsähovi test field. (Kuva J. Ahola) korkeusjärjestelmän valmisteluun liittyen Kolmannen valtakunnallisen tarkkavaaituksen havainnot on alustavasti käsitelty ja koetasoitukset suoritettu. Pohjoismaisen vaaitusverkon yhteistasoitusta valmisteltiin osallistumalla Pohjoismaisen geodeettisen komission korkeudenmääritystyöryhmän toimintaan. Lisäksi osallistuttiin eurooppalaisen koordinaattijärjestelmätyöryhmän tekniseen valiokuntaan (EUREF- TWG). Lapland. Land uplift is also studied using observations from the permanent GPS network (FinnRef ). New height system will be created as a result of the third precise levelling. Since 1960, land uplift has changed heights at the Gulf of Bothnia by more than 40 cm. In the south-east Finland the uplift is less pronounced; the change in height is less than 10 cm. These changes have practical implications e.g. in planning waterways. The ever increasing use of GPS in height determination will also set new demands for the new height systems. In 2003 a working group was established to plan the new height system. The report of this working group was given to the FGI at the end of 2004. A common adjustment of the levelling networks of the Nordic countries was made. The common Nordic data bank in Kort- og Matrikelstyrelsen, Copenhagen was used for this purpose. The co-operation project was carried out by the working group of the height determination, under the umbrella of the Nordic Geodetic Commission (NKG). FGI participated the work of the European Reference Frame technical working group (EUREF-TWG). Yhteyshenkilöt: Pekka Lehmuskoski, Jaakko Mäkinen, Markku Poutanen ja Mikko Takalo Contact persons: Pekka Lehmuskoski, Jaakko Mäkinen and Mikko Takalo 10

Painovoima Absoluuttipainovoimamittaukset Geodeettisen laitoksen FG5 (no. 221) absoluuttigravimetrilla suoritettiin mittauksia kotimaassa, Etelämantereella, Etelä-Afrikassa, Ghanassa ja Puolassa. Geodeettinen laitos on aloittanut Etelämantereella Kuningatar Maudin maalla tutkimusohjelman, jossa toistetaan absoluuttisia painovoimanhavaintoja usealla tutkimusasemalla. Vuonna 2004 mittaukset pisteillä Aboa (Suomi), Sanae IV (Etelä- Afrikka), ja Novolazarevskaya (Venäjä). Sanae IV:llä mittaukset tehtiin ensimmäistä kertaa Etelämantereella teltassa suoraan kalliolla, muilla pisteillä rakennuksen sisällä olevilla betonipilareilla. Aboalla edelliset mittaukset oli tehty 1994 ja 2001. Aboan pisteen mittaukset ja ennen kaikkea mittausten jatkaminen ovat arvokkaita painovoiman muutosten seuraamiseksi, koska vastaavia toistomittauksia ei Etelämantereella ole. Etelämantereen jäätiköitymishistoriaa ei tunneta hyvin ja mallit poikkeavat osin suuresti toisistaan. Jäätikön menneistä ja nykyisistä muutoksista saadaan tietoa tutkimalla maankuoren liikkeitä ja painovoiman ajallista vaihtelua. Havaintopaikan ympäristössä vuosittain vaihtuvat lumi- ja jääolot vaikuttavat havaittuun painovoimaan. Näiden mallintamiseksi Aboan painovoimalaboratorion lähiympäristöön mitattiin noin 2000 pistettä käsit- Gravimetry Absolute gravimetry Absolute gravity measurements using the FG5 (Nr. 221) gravimeter belonging to FGI were made in Finland, Antarctica, South Africa, Ghana and Poland. The FGI has started a research programme in Dronning Maud Land, Antarctica, where repeated absolute gravity measurements are taken at several stations. In 2004 measurements were made at Aboa (Finland), Sanae IV (South Africa) and Novolazarevskaya (Russia). The measurements at Sanae IV were made for the first time in Antarctica in a tent, directly on the bedrock. At all other stations, the measurements were taken inside a building, on a concrete pillar. Previous measurements at Aboa were made in 1994 and 2001. These measurements, and especially time series, are very valuable for following the changes in gravity. Similar long repeated time series do not exist at other stations. The ice history of Antarctica is not well known. Absolute gravity is sensitive to both elevation changes and to variation in density. The relationship between the change in gravity and elevation change is different for past and present day variation in ice mass. Thus combining gravity change and vertical motion it would be Etelämantereella tehdyt absoluuttiset painovoimamittaukset. Toistettuja mittauksia on tehty vain Aboalla, Syowalla, McMurdossa ja Terra Nova Bayssä. Absolute gravity measurements in Antarctica. Repeated measurements have been made only at Aboa, Syowa, McMurdo and Terra Nova Bay. 11

tävä maastomalli käyttäen reaaliaikaista GPS-mittausta. Lisäksi painovoimalaboratorion alarinteeseen mitattiin liikkuvalla realiaikaisella GPS:llä 21 profiilia, joiden pituus vaihteli 100 m ja 2 km välillä. Tukiasemana käytettiin vuonna 2003 Aboalle pystytettyä pysyvää GPSasemaa. GPS-asema tuottaa ympärivuotista dataa, jolla voidaan seurata maankuoren liikkeitä. Etelä-Afrikassa yhteistyössä Kapkaupungin yliopiston kanssa mitattiin Paarliin toistomittaus (edelliset 1994 ja 2001). Piste palvelee vertauspisteenä Etelämantereen mittauksissa. Yhteistyössä GeoForschungsZentrumin (Potsdam) kanssa mitattiin absoluuttipiste Etelä- Afrikan tähtitieteelliseen observatorioon Sutherlandiin, jossa on GFZ:n suprajohtava gravimetri. Kyseessä oli toistomittaus, sillä edellinen mittaus tehtiin vuonna 2001. Kesäkuussa 2004 mitattiin yhteistyössä Ghanan Geological Survey Departmentin kanssa kolme pistettä Ghanaan (Accra, Bolgatanga ja Kukurantumi). Pisteet muodostavat Ghanan painovoimaverkon peruspisteet. Euroopan komission rahoittamassa projektissa mitattiin absoluuttipiste Władysławowoon Puolaan yhteistyössä Polish Space Centerin, Varsova, kanssa. Lisäksi Geodesian ja kartografian tutkimuslaitoksen (Varsova) kanssa mitattiin piste Zakopaneen. Kotimaan pisteillä mitattiin Metsähovissa, Vaasassa (kaksi pistettä) ja Joensuussa. Yhteyshenkilöt: Jaakko Mäkinen ja Mirjam Bilker possible in principle to separate their contributions. Gravity is affected by snow and ice conditions in the vicinity of the site. Therefore, a terrain model, consisting of about 2000 points was measured with real-time GPS in the vicinity of the Aboa gravity point. Additionally, 21 profiles were measured with GPS down the slope. The length of the profiles varied between 100 m and 2 km. The permanent GPS station, which was established at Aboa in 2003, was used as the reference station. The continuous GPS data can be used for crustal movement studies. A repeated gravity measurement was taken in Paarl as a co-operation research project with Cape Town University, South Africa. Previous measurements were made in 1994 and 2001. The site servers as a reference point for the Antarctic measurements. Another co-operation project was undertaken with GeoForschungsZentrum (Potsdam) at the South African Astronomical Observatory, Sutherland, where the gravity point was remeasured. The superconducting gravimeter of the GFZ is located at the observatory. The gravity point was measured previously in 2001. Three absolute points were measured in Accra, Bolgatanga and Kukurantumi in June 2004. as a co-operative project with the Geological Survey Department of Ghana. The points will be used as the basic points for the Ghana gravity network. Five absolute gravimeters from four institutes participated in the intercomparison of gravimeters at Metsähovi. The participating institutes were the Federal Agency for Cartography and Geodesy (BKG, Frankfurt), the Central Research Institute of Geodesy, Aerial Surveying and Cartography (TsNIIGAiK, Moscow), Institut für Erdmessung (IfE, Hannover) and the FGI. The Nordic gravity measurement programme continued with the IfE of Hannover University. In addition to Metsähovi, an intercomparison of FGI and IfE gravimeters was carried out at Vaasa. Additionally, in October 2004 an intercomparison of gravimeters from the IfE, FGI and IMT (Agricultural Unversity of Norway, Aas) was carried out at Onsala Sweden. An absolute gravity point was measured in Władysławowo, Poland as a co-operation project with the Polish Space Center, Warsaw with funding from the European Commission. In addition, a point in Zakopane was measured together with the Institute of Geodesy and Cartography (Warsaw). In Finland, points in Metsähovi, Vaasa (two points) and Joensuu were remeasured. Absoluuttigravimetrien vertausmittaukset Metsähovissa kesällä 2004. Kuvassa BKG:n ja TsNIIGAiK:n gravimetrit. (Kuva Markku Poutanen) Intercomparison of absolute gravimeters of BKG and TsNIIGAiK at Metsähovi in the summer of 2004. (Photo Markku Poutanen) Contact persons: Jaakko Mäkinen and Mirjam Bilker 12

Painovoiman suhteelliset mittaukset Amatöörigeologien vuonna 2003 löytämän Keurusselän meteoriitti-impaktin muotoa on tutkittu laitoksen painovoimarekisterin Bouguer-anomalian avulla. Lisäksi on osallistuttu posterin laatimiseen Rio de Janeirossa olleeseen impakteja käsittelevään kokoukseen yhdessä Helsingin Yliopiston Geofysiikan osaston kanssa. Geodeettisen laitoksen uudella Scintrex CG5 -gravimetrilla mitattiin 122 painovoimapistettä n. 100 metrin välein Metsähoviin 1km x 1 km alueelle painovoimalaboratorion ympäristöön. Mittausten paikan määritys suoritettiin Leican RTK-GPS paikannuslaitteistolla. Painovoima-aineistosta pyritään määrittämään kallioperän rakennetta painovoimalaboratorion mittausreduktioiden tarpeisiin. Relative gravimetry A study on Keurusselkä meteorite impact, discovered by amateur geologists in 2003, was made using the Bouguer anomalies in the FGI gravity database. A poster on this topic was prepared together with the Department of Geophysics of the University of Helsinki for a meteorite impact meeting in Rio de Janeiro. A total of 122 new gravity points in a 100 m grid were measured with the FGI s new Scintrex CG5 gravimeter in the vicinity of Metsähovi gravimetric laboratory. Positioning the measurements was carried out with a Leica RTK-GPS instrument. Gravimetric data are used for determining the structure of the bedrock for data reductions in the gravimetric laboratory. Yhteyshenkilö: Hannu Ruotsalainen Contact person: Hannu Ruotsalainen Bouguer-anomaliassa on n. 7 mgal suuruinen kuoppa Keurusselän meteoriitti-impaktin kohdalla. Arvioitu impaktin paikka on merkitty ympyrällä. Pienet ympyrät kuvaavat painovoiman mittauspisteitä. Törmäys on tapahtunut yli miljardi vuotta sitten. About 7-mgal depressions can be found in the Bouguer anomaly at the Keurusselkä meteorite impact. The circle shows the estimated place of the impact. Small circles denote points where the gravity values have been measured. The age of the impact is more than 1000 million years. Satelliittigravimetria Tutkimuksessa selvitetään painovoimakenttää mittaavien satelliittien käyttömahdollisuus ja painovoimasatelliittien mittaaman painovoima-aineiston soveltuvuus Suomen ja sen lähialueiden geodeettisissa mittauksissa. Uusia CHAMP- ja GRACE-satelliittien mittauksista määritettyjä globaaleja geoidimalleja oli vuoden 2004 loppuun mennessä saatavissa 11 kappaletta. Aloitettiin painovoimakentän kuukausivaihtelun tutkiminen Suomen alueella GRACE:n kuukausimallien avulla. GRA- CE:n kuukausidatan analysointi jatkuu vuonna 2005, jolloin aloitetaan tutkimus ilmakehän, meren, vesivaipan/lumen aiheuttamasta kuormituksista maankuoreen. Yhteistyö Stuttgartin yliopiston kanssa jatkui vuonna 2004 satelliittigravimetriaan liittyvissä tutkimuksissa. W0 -arvoja on laskettu eri potentiaalimallien avulla. Yhteyshenkilöt: Mirjam Bilker ja Markku Poutanen Satellite gravimetry The CHAMP, GOCE and GRACE satellites probe the gravity field of the Earth. Methods for geoid determination in Finland and the surrounding areas were studied. New CHAMP and GRACE geoid models became available so that at the end of 2004, a total of 11 were being used in this work. Monthly variation in gravity in Finland, based on GRACE monthly data were studied. The work will be continued and loading of atmosphere, sea, groundwater and snow will be included in the model. The work was continued in co-operation with the Institute of Geodesy of Stuttgart University. Contact persons: Mirjam Bilker and Markku Poutanen 13

Painovoiman ajalliset muutokset Metsähovin painovoimalaboratorion suprajohtavalla gravimetrilla GWR T020 mitataan painovoiman ajallisia muutoksia. Laitteelle suoritettiin syksyllä kallistustestejä ja laitteen vertikaalisuuntausta muutettiin jonkin verran. Kansainväliseen yhteistyöhön liittyen suprajohtavan gravimetrin havaintoaineisto on lähetetty GGP- (Global Geodynamics Project) projektiin. Myös muiden projektiin kuuluvien suprajohtavien gravimetrien (18) aineisto on käytettävissä yhteisen tietopankin kautta. Itämeren aiheuttamaa maankuoren kuormitusta laskettiin käyttämällä meriveden pinnankorkeusmalleja. Mallit perustuvat laitoksen mareografien aineistoon koko Itämeren alueella. Merentutkimuslaitos on antanut käyttöön Helsingin ja Degerbyn mareografien tuntiarvot. Ilmakehän aiheuttamaa maankuoren kuormitusta ja sen vaikutusta painovoimaan on tutkittu käyttämällä Ilmatieteen laitoksen toimittamaa HIRLAM ilmanpainehilan aineistoa. Näistä tuloksista on yhdessä paikallisen barometrin kanssa saatu ilmanpaineesta johtuva Temporal variations in gravity The super-conducting gravimeter GWR T020 at Metsähovi observes temporal variations in gravity smaller than 10-12 g. Observation data from the super-conducting gravimeter are transmitted to the Global Geodynamics Project (GGP). Data from all 18 super-conducting gravimeters are available in the common data bank. Loading caused by the Baltic Sea was computed using realistic water-level models. The models are based on tide gauge data from around the Baltic Sea and hourly data values from the Helsinki and Degerby tide gauges provided by the Finnish Institute of Marine Research. The influence of atmospheric loading on gravity was studied using a HIRLAM air-pressure grid created by the Finnish Meteorological Institute. Corrections to the gravity observed with the super-conducting gravimeter are computed using this grid together with local airpressure measurements. Combining the air-pressure grid and sea level data was especially successful. Loading computations result in information on vertical movements and elastic deformation. 0.0020 0.3 0.0015 0.2 0.0010 0.1 0.0005 21-12-04 10-01-05 30-01-05 19-02-05 11-03-05 31-03-05 0.0 Suprajohtavan gravimetrin havainnoista näkyy tapaninpäivänä 2004 Sumatran lähellä sattuneen 9.5 magnitudin maanjäristyksen synnyttämä maan värähtely. Vasemman reunan pystysuora punainen palkki on itse järistyksen aiheuttama häiriö. Maan sisässä 20 minuutin jaksolla edestakaisin etenevä aaltoliike näkyy hitaasti vaimenevana vaakasuorana palkkina, joka jatkuu useita kuukausia. Muut aaltoliikkeet vaimenevat huomattavasti nopeammin. Pystyakselilla on taajuus ja vaaka-akselilla aika. Punainen kuvaa suurinta vaihtelua, tumman sininen/musta pienintä. One can see the seismic waves born in the 9.5 magnitude earthquake on December 25, 2004 in the data of the super conducting gravimeter. The red vertical bar is caused by the primary waves of the earthquake. The standing wave in the period of 20 minutes can be seen as a slowly damping vertical bar. Other modes are damping much faster. Ordinate is the frequency and abscissa is time. Red is the most prominent frequency, blue/black the smallest one. 14

korjaus suprajohtavalla gravimetrilla mitattavaan painovoimaan. Ilmanpainetietojen ja Itämeren vedenkorkeustietojen yhdistäminen on ollut erittäin tuloksellista, sillä näiden avulla voidaan koko Suomen alueelle laskea ilmanpaineen muutoksista johtuvia maankuoren vertikaaliliikkeitä ja tutkia maankuoren elastista deformaatiota. Metsähovin painovoimalaboratorion ympäristössä on kohteena Suomen Akatemian tutkimusprojektissa, joka tutkitaan maankosteuden ja painovoiman välistä yhteyttä. Yhteistyökumppaneina ovat Teknillisen korkeakoulun kalliotekniikan osasto, Geologian tutkimuskeskus ja Suomen ympäristökeskus. Laboratorion ympäristössä jatkettiin maatutkamittauksia alueen kalliorakenteen ja irtomaan paksuuden selvittämiseksi. Yhteyshenkilö: Heikki Virtanen Gravity variations associated with soil moisture and groundwater has been studied by measuring the ground-water level and precipitation. Water content in soil and bedrock has been studied in co-operation with the Laboratory of Rock Engineering of the Helsinki University of Technology, the Geological Survey of Finland and the Finnish Environment Institute. Contact person: Heikki Virtanen 15

Maankuoren liikkeet Maankuoren deformaation tutkiminen FinnRef-verkon GPS-havaintoja jatkettiin Metsähovin ja muiden verkon asemien välisten maannousuerojen tutkimusta sekä tutkittiin ilmanpaineen aiheuttamaa maankuoren kallistusta käyttäen myös suprajohtavan gravimetrin havaintoja. Aikasarjoissa havaittuja periodisuuksia tutkittiin ja pyrittiin löytämään niille syy mm. maankuoren kuormituksesta. BIFROST (Baseline Inferences for Fennoscandian Rebound Observations, Sea Level and Tectonics)-projekti jatkui. Tulosten avulla voidaan tutkia mm. Fennoskandian geofysiikkaa ja maannousun mekanismia. Projektissa on mukana tutkijoita Yhdysvalloista, Kanadasta, Iso-Britanniasta, Ruotsista ja Geodeettiselta laitoksesta. Aiheesta laadittiin useita julkaisuja. Posiva Oy:n kanssa solmitun mittaussopimuksen mukaisesti tehtiin geodeettiset GPS-mittaukset huhtikuussa ja lokakuussa Olkiluodossa sekä syyskuussa 2004 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. 2005 Posivan sarjassa. Edellisen vuoden mittauksista laadittiin julkaisu. Kolmen valtakunnallisen tarkkavaaituksen avulla määritetty Suomen maanousu verrattuna kahteen GPS-määritykseen. FinnRef-asemia kuvaavien pisteiden vasemmalla puolella olevat pylväät kuvaavat eroa BIFROST-projektin tulokseen nähden, oikealla puolella olevat pelkästään FinnRef-verkon avulla laskettuun ratkaisuun nähden. Land uplift in Finland based on three repeated nation-wide precise levelling, and compared with two different GPS determination. Black dots are the permanent FinnRef GPS stations. At the left of each point is the difference between levelling and BIFROST determination; right hand side GPS solution is based on FinnRef network alone. Geodynamics Research into the deformation of the Earth s crust The study of land uplift was continued by recomputing the uplift values between Metsähovi and other FinnRef stations using data from the permanent GPS network FinnRef. The GPS determinations were used together with observations obtained from 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 of the project covers the whole of Fennoscandia. The aim of the project is to develop models to mechanism of the postglacial rebound. Basic observation data is collected from the permanent GPS stations in the area, and 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 from the FGI are taking part in the BIFROST project. According to the agreement with Posiva Ltd., GPS observations were made in April and October at the Olkiluoto research area and in September at Kivetty and Romuvaara research areas. In Olkiluoto a baseline for electronic distance measurements was measured twice in connection with the GPS observations with a Mekometer 5000. The results will be published in 2005 in the Posiva report series. The FGI co-operated in the Geo Satakunta project to investigate the stress field in the bedrock in the Satakunta area. The other institutions collaborating in the project included the Geologial Survey of Finland (GSF), POSIVA Ltd. and the City of Pori. The City of Pori built the concrete pillars for the GPS observations according to plans drawn up by the FGI and GSF. Three GPS observation campaigns were made in 2004, and the first two years of data have been processed. Contact persons: Joel Ahola, Hannu Koivula, Matti Ollikainen, Markku Poutanen 16

Laitos osallistui Satakunnan alueen kallioperän jännityskenttää koskeviin tutkimuksiin. Geo-Satakuntaprojektissa on mukana mm. Geologian tutkimuskeskus, POSIVA ja Porin kaupunki. Vuoden 2003 aikana alueelle rakennettu GPS-verkko mitattiin kolmesti ja kahden ensimmäisen vuoden mittaustulokset laskettiin. Yhteyshenkilöt: Joel Ahola, Hannu Koivula, Matti Ollikainen, Markku Poutanen Geo-Satakunta-verkkoon kuuluva Porin Tahkoluodon GPS-piste. (Kuva Joel Ahola) GPS point at Pori Tahkoluoto is a part of the Geo- Satakunta network. (Photo Joel Ahola) The Metsähovi research station 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. 2001 seismometrin, joka toimii samassa huoneessa suprajohtavan gravimetrin kanssa. Vuoden aikana aloitettiin geodeettiset VLBI-havainnot yhteistyössä 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. 1994. 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. Laserin toimintaikä alkaa olla lopussa, ja vuoden aikana aloitettiin valmistelut laserjärjestelmän korvaamiseksi Itävallan tiedeakatemian Grazin observatoriosta lainattavalla laitteella. The Metsähovi research station was founded in the mid-1970s, and through the years it has become an essential part of the activities of the FGI. The measurements taken at the station serve both the Institute s own research and the international scientific community. The following instruments are currently installed at the Metsähovi research station: satellite laser ranging equipment, GPS and GLONASS receivers, a DORIS beacon and a superconducting gravimeter. Absolute gravity is regularly measured in the gravimetric laboratory building. During 2001, the University of Helsinki settled a seismometer in the station. The instrument operates in the same building where the superconducting gravimeter is located. During 2004, geodetic VLBI (Very Long Baseline Interferometry) observations were started in a co-operation with the Metsähovi Radio Research Station of the Helsinki University of Technology. There is a photogrammetric test field in the vicinity at Kylmälä village, that has been used since 1995 for developing photogrammetric testing methods and for quality control of airborne imaging systems. The satellite laser used today was acquired in 1994. It consists of a one metre telescope, made by the University of Latvia in Riga, and a mode locked Nd: YAG laser with less than 50 ps pulse length. The pulses are reflected from prisms onboard various geodetic and remote sensing satellites. Ranging data show a precision of about ± 20 mm, and are submitted to the International Laser Ranging Service (ILRS). The laser will be renewed in 2005. Plans were made for substituting the laser by an instrument borrowed from the Austrian Academy of Sciences, Graz. The permanent GPS receiver has been operational since 1992. The data are submitted to the International 17

Metsähovin aseman satellittilaserilla v. 2004 tehdyt mittaukset. SLR observations in Metsähovi in 2004 Satelliitti Ratoja Normaalipisteitä Satellite Orbits Normal points AJISAI 24 377 BE-C 1 15 CHAMP 15 387 ENVISAT 42 493 ERS-2 44 629 GFO-1 13 113 GLONASS-84 1 6 GP-B 12 96 GPB 1 7 GRACE-A 4 59 GRACE-B 3 40 JASON 33 656 LAGEOS-1 16 143 LAGEOS-2 12 75 LARETS 7 32 STARLETTE 6 38 STELLA 9 82 TOPEX 51 1258 Yhteensä/Total: 294 4506 Tutkimusaseman pysyvällä GPS-vastaanottimella on tehty mittauksia vuodesta 1992. Aseman GPS-havainnot lähetetään jatkuvasti kansainväliseen radanlaskentapalveluun (IGS, International GPS Service) ja Euroopan pysyvän GPS verkon (EPN, EUREF Permanent GPS Network) laskentaan. Metsähovin asema on mukana globaalin ITRF-koordinaatiston (International Terrestrial Reference Frame) määrityksessä. GPS- ja laserhavaintoja tukevan sääaseman havainnot on lähetettiin IGS-verkkon 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 GLONASS-havainnot on talletettu myös Geodeettisen laitoksen tietopankkiin. DORIS-asema on toiminut Sjökullassa vuodesta 1991. Sen havaintoja käytetään mm. SPOT- ja TO- PEX/POSEIDON-satelliittien radanmääritykseen. DORIS-asema toimii yhteistyössä Ranskan avaruushallituksen (CNES) kanssa. Vuoden aikana aloitettiin geodeettiset VLBI-mittaukset TKK:n Metsähovin radiotutkimusaseman kanssa osallistumalla IVS:n havaintoprojekteihin. Loppuvuodesta valmisteltiin lainassa olevan MARK V tallennuslaitteiston korvaamista uudella. Metsähovin geodeettinen VLBI-vastaanotin ja ensimmäiset testimittaukset. (Kuvat Markku Poutanen) Metsähovi geodetic VLBI receiver and first test measurements. (Photos Markku Poutanen) GPS Service (IGS) and to the computation centre of the EUREF Permanent GPS Network (EPN). Metsähovi data are also included in the computation of the International Terrestrial Reference Frame (ITRF). A GPS/GLONASS receiver was purchased in 1998. 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 been operational since 1991. It is located in Sjökulla, at the village of Kylmälä. The station has been used for determining the orbits of the SPOT and the TOPEX/ POSEIDON satellites and it is operated in co-operation with the French Space Agency (CNES). Geodetic VLBI obervations were started in co-operation with the Metsähovi Radio Research Station of Helsinki University of Technology. Metsähovi participated in the IVS campaigns. At the end of the year, plans were made to replace the MARK V data storage on loan with a new one. Currently, the data collected by various observation instruments at the Metsähovi station are stored in several international data banks and used in the following international scientific projects: 18

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 Etelämanner-projekti Vuoden 2003 alussa asennettiin Etelämantereelle Suomen Aboa asemalle Javad Legacy GPS-vastaanotin. 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 10000 vuotta sitten sulaneen mannerjään vaikutuksesta. Siten kiinteän maan pysty- ja vaakaliikkeet antavat tietoa sekä nykyisistä että muinaisista jääkuorman vaihteluista. Liikkeitä voidaan mitata GPSsatelliittipaikannuksella. Vuoden 2004 alussa Etelämantereelta palannut retkikunta totesi, että GPS-asema oli toiminut moitteitta ja tuottanut vuoden dataa ilman katkoja. 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 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, IVS: International VLBI Service, GGP: Global Geodynamics Project, ICET: International Center for Earth Tides. Contact person: Jukka Piironen Antarctic project At the beginning of 2003, a Javad Legacy GPS receiver was installed at the Finnish Antarctic base Aboa. The purpose of the project is to study crustal deformations and at the same time offer research expeditions the possibility of precise real time positioning. Changes in the Antarctic ice load cause crustal deformations. Past changes have the same impact, like deglaciation in Fennoscandia where postglacial rebound is still continuing more than 10,000 years after the ice melted. Vertical and horizontal movements of the crust give information on current and past ice load changes. Movements can be measured with GPS. At the beginning of 2004, two researchers from the FGI returned from a field expedition. The GPS receiver which has been installed one year earlier was in complete working oder, and the one-yearlong data set was uninterrupted. Time series from several years are needed in determinating land uplift. Expeditions to the station will download the data annually. During the 2003/3004 expedition, the absolute gravity was also measured; this was the third absolute determination taken at the station. The purpose of geodetic measurements taken at Aboa is to study large scale changes in glaciers. 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: Jaakko Mäkinen, Hannu Koivula and Joel Ahola 19

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 sen muutosten seurantaan. Mittaustuloksista raportoitiin mm. Bremenissä pidetyssä tieteellisessä kokouksessa. Aboan GPS-asema 450 400 350 300 290 N 280 Yhteyshenkilöt: Jaakko Mäkinen, Hannu Koivula ja Joel Ahola. Lumen kertymä 1 m Vaakaliike 1 m 0km 1km Vuotuinen lumen kertymä ja jäätikön liike GPS-mittausten perusteella. Annual snow accumulation and movement of the glacier based on GPS measurements. Aboan painovoimamittausten yhteydessä mitataan myös painovoimalaboratorion läheisen alueen maastomalli reaaliaikaista GPS-tekniikkaa käyttäen. (Kuva Joel Ahola) During the absolute gravity measurements at Aboa, a local terrain model is measured in the vicinity of gravimetric laboratory with real-time GPS. (Photo Joel Ahola) Annual snow accumulation and movement of the glacier based on GPS measurements. Pysyvät sirottajat Turussa SAR-tutkakuvien vaihetietoa voidaan käyttää korkeusmallien tuottamiseen ja maanpinnan liikkeiden tutkimiseen. Tämän tekniikan käyttömahdollisuuksia on Suomessa on tutkittu Turun alueella. Turku on rakennettu osittain kymmeniä metrejä paksun savikerroksen päälle. Pohjaveden pinnan laskiessa vanhat puiset paalut lahoavat, rakennukset painuvat ja vahingoittuvat. Turun kaupungin kiinteistövirasto on tarkkaillut yksittäisiä vaurioituneita rakennuksia vaaitusmittauksin, mutta alueellisesti kattavaa tietoa Permanent Scatterers in Turku Phase information of SAR images can be used to produce digital elevation models and to detect ground deformations. The possibility of using this technique in Finland has been studied in the Turku area. Turku has been partly built on a layer of clay dozens of metres thick. As the ground water level lowers the old wooden pile work decomposes and buildings subside and suffer damage. The Real Estate Department of the city of Turku has been observing individual buildings that have been damaged using levelling measurements, but spatially extensive data on the subsidence is not available. There 20

painumisesta ei ole. Kaupungissa sijaitsee monia historiallisesti arvokkaita rakennuksia, joiden paalutusten korjaaminen on kallista. are many historically valuable buildings in the city, and renovation of the pile work is expensive. A total of 35 ERS SAR images have been processed from the area using Coherent target monitoring approach, which is based on SAR interferometry and has been developed by Vexcel Canada. The idea is to use a long time series of SAR data and stable pixels. As a result, a subsidence map of Turku city centre was obtained. The map shows subsiding areas by the river Aurajoki near the Market square and the Cathedral and also the area around the railway station. The rate of subsidence is a few millimetres per year. The subsidence rates measured from SAR images correspond with the levelling data of the buildings. The subsiding areas are located on clay soil and the stable areas between have been built on bedrock areas. Techniques based on stable targets are needed to measure deformation in areas where traditional differential SAR interferometry is not possible. Spatially extensive data on subsidence of buildings in city areas can be obtained and even millimetre scale movements can be detected. SAR-kuvilta muodostettu Turun painumakartta. Keltaiset alueet pysyvät paikoillaan ja siniset painuvat. Subsidence map of Turku composed from SAR images. Yellow areas are stable and blue areas subside. Contact person: Kirsi Karila Alueelta on prosessoitu 35 kpl ERS SAR-kuvaa SARinterferometriaan perustuvalla Vexcel Canadan kehittämällä Coherent target monitoring menetelmällä. Siinä ideana on käyttää pitkää SAR-kuvien aikasarjaa ja muuttumattomia pikseleitä. Tuloksena on saatu painumakartta Turun keskustan alueelta. Kartan mukaan vajoavia alueita on Aurajoen varrella Kauppatorin ja Tuomiokirkon läheisyydessä sekä rautatieaseman ympäristössä. Painumisnopeus on muutamia millimetrejä vuodessa. SAR-kuvilta mitatut painumisnopeudet sopivat hyvin yhteen rakennusten vaaitustietojen kanssa. Vajoavat alueet ovat savikoita, ja niiden välissä on kallioalueita, joilla painumista ei tapahdu. Muuttumattomiin kohteisiin perustuvia mittausmenetelmiä tarvitaan maanpinnan liikkeiden mittaamiseen alueilla, joilla perinteinen differentiaalinen SAR-interferometria ei anna tuloksia. Menetelmällä saadaan kattavaa tietoa rakennusten painumisesta kaupunkialueella, ja pieni millimetriluokan liikekin pystytään havaitsemaan. Yhteyshenkilö: Kirsi Karila 21