Metsästä pistepilvi ja pistepilvestä numeroiksi (GeoSLAMin matkassa osa 2)

Oletko käyttänyt maalaserkeilainta metsäinventoinnissa? Tuntuuko sen metsään pystyttäminen ja kantaminen liian työläältä sekä aikaa vievältä? Voit vähentää vaivaa kokeilemalla GeoSLAM ZEB HORIZON -mobiililaserkeilainta. Sen kanssa ei tarvita kolmijalkaa, koska kevyttä keilainta pidetään kädessä. Tällä tavalla nopeutat koealueen laserkeilausta ja vältät painavan laserkeilaimen ja kolmijalan kantamisen metsään. 

GeoSLAM ZEB HORIZON on aikaisemmin blogissamme esiintyneen ZEB-REVO:n ulkokäyttöön paremmin sopiva rinnakkaismalli. Molemmat laitteet kulkevat kätevästi kädessä mittauksen aikana. ZEB HORIZON eroaa sisarestaan muun muassa mittausetäisyyden ja pistepilven intensiteetin osalta (kuva 1). Mittausetäisyys on 100 m. Nämä ominaisuudet auttavat metsäinventoinnissa puulajien tunnistamisessa. Lisäksi laitteen nopeus mahdollistaa useiden hehtaarien koealueiden kartoittamisen minuuteissa.

Kuva 1. ZEB HORIZON ja sen tuottama intensiteettipistepilvi metsästä.

Kuinka kerään pistepilven ZEB HORIZON -laserkeilaimella metsäkoealasta?

Saapuessasi koealalle saat ZEB HORIZON -laserkeilaimen käyttövalmiiksi hetkessä. Tämä vaatii vain yhden kaapelin kytkennän laserkeilaimen ja tallennusyksikön välille, niin laite on käyttövalmis. Aineiston keruun aloittamiseksi aseta laserkeilain maahan tai sopivan kiven/kannon päälle ja käynnistä se. Tällöin laserkeilain alustaa mittauksen ja kertoo käyttäjälle valmiutensa vilkkuvien valojen avulla. 

Merkkivalon muututtua vihreäksi (muutamassa sekunnissa) ja laserkeilaimen keilaimen pyöriessä on laserkeilain valmis mittaukseen. On siis aika nostaa laserkeilain käteen ja lähteä kävelylle. Voit valita kulkemasi reitin vapaasti, mutta varmista pistepilven kattavuus mutkittelemalla puiden väleissä. Tällainen reitti mahdollistaa puiden runkojen havainnoinnin mahdollisimman kattavasti, joten lopulliset pistepilvestä mitatut arvot ovat luotettavampia. 

Seuraavassa kuvassa 2 on tekemämme metsäretken aikana HORIZON:illa kerätty pistepilvi. Aloitimme mittauksen ison kiven vierestä ja kiertelimme kuvan mukaisesti puiden väleissä. Kierros lopetettiin samaan paikkaan mistä se oli aloitettu, jossa yhden painikkeen painalluksella lopetetaan mittaus. Lopuksi irrotetaan kaapeli laitteiden väliltä ja pakataan kaikki osat kantolaukkuun. Tämän noin minuutin mittaisen kierroksen aikana kierreltiin noin 30 metrin mittainen lenkki metsässä. Pistepilvestä mitattujen metsäalueen ulkomittojen perusteella se mahdollisti noin 5000 neliömetrin suuruisen alueen kartoittamisen.

Kuva 2 Vasemmalla on koko noin 5000 neliömetrin kokoinen koeala korkeuden mukaan värjättynä. Keskellä olevasta lähikuvasta voidaan havaita mittausreitti puiden lomassa. Sama reitti esiintyy oikealla, mutta tällä kertaa ylhäältä päin kuvattuna. Tässä pistepilvestä on poistettu puiden latvat ja maan pinta.  

Kuinka saada mobiililaserkeilaimen pistepilvestä irti puuparametreja?

Toimistolle saavuttua siirretään kerätty pistepilvi pois laserkeilaimesta yhdistämällä muistitikku tallennusyksikköön. Aineisto rekisteröidään lopulliseksi pistepilveksi GeoSLAM HUB-ohjelmistossa. Tiedoston voi raahata ohjelmistoon, jolloin se aloittaa automaattisesti aineiston rekisteröinnin. Tämän jälkeen voit tallentaa pistepilven halutussa formaatissa.  

Pistepilven muuttamien puuparametreiksi vaatii kolmannen osapuolen ohjelmiston käyttöä. Puuparametrit voidaan mitata missä tahansa pistepilviohjelmistossa, jossa on mittaustyökalu. Tällöin parametrit täytyy määrittää manuaalisesti, mikä ei ole tehokasta. Tähän ratkaisuksi ohjelmistoissa on kehitetty automatisointeja myös maan tasalta kerättyjen pistepilvien puuparametreille. Näistä esimerkki ohjelmistoina: Trimble Business Center (TBC), GreenValley International LiDAR360, Laserdata sekä avoimen lähdekoodin 3DForest. 

Riippumatta ohjelmasta automaattinen puuparametrien irrottaminen vaatii pääpiirteittäin samat vaiheet. Ensimmäisessä vaiheessa kannattaa poistaa suurimmat virheet ja kohinat. Näitä voi syntyä oksien liikehdinnästä ym. mittauksen aikaisista ympäristön muutoksista. Tämä onnistuu oikeilla työkaluilla käden käänteessä. Siivottu pistepilvi luokitellaan kasvillisuuteen ja maanpintaan. Tämä toteutetaan automaattisesti ohjelmistosta riippuen tason tai alimpien pisteiden avulla. Luokitellun pistepilven kasvillisuus luokitellaan vielä yksittäisiksi puiksi (kuva 3), jotta niiden puuparametrien määrittäminen helpottuu. Tässä kohtaa Trimble Business Center eroaa muista ohjelmistoista, koska TBC ei luokittele puita omiksi luokiksi vaan hyödyntää suoraan kasvillisuuden luokkaa. Ennen kuin päästään varsinaisiin puuparametreihin määritetään vielä puiden runkojen paikat. Tämä toteutetaan automaattisesti yksittäisten puuluokkien avulla. Tätäkään vaihetta ei tarvita TBC:ssä, koska automatiikka tunnistaa kaikki puuparametrit samaan aikaan.

Kuva 3. Vasemmalla on 3DForest-ohjelmistolla luokiteltu pistepilvi pinkiksi maan pinnaksi ja punaiseksi kasvillisuudeksi. Oikealla on samalla ohjelmistolla luokitellut puut omiksi pistepilvi luokiksi.

Varsinaiset puuparametrit eli rungon halkaisija rinnan korkeudella, puun korkeus ja latvuston mitat saadaan myös automaattisesti, mutta monissa ohjelmistoissa voi tulosta manuaalisesti muokata. Tämä auttaa luotettavampien tulosten saamisessa, koska ohjelmistojen työkalut eivät aina tunnista kaikkia puita oikein. Monissa ohjelmistoissa rungon sijainnin ja maanpinnan perusteella määritetään rinnan korkeudella puun rungon halkaisija. Voit myös itse säätää rinnankorkeuden lukuarvoa tarpeen vaatiessa. Puiden korkeuksien ja latvuston mittojen määrittäminen onnistuu suoraan pistepilvien avulla. 

Testasimme ohjelmistoja kuvassa 2 esitetyllä GeoSLAM ZEB HORIZON pistepilvellä. Näiden testien pohjalta ohjelmistot ovat helppokäyttöisiä ja niihin löytyy monipuolisesti ohjeita (mm. TBC, 3D-Forest ja LiDAR360). Harmiksemme huomasimme ettei avoimen lähdekoodin 3D-Forest -ohjelmistossa tällä hetkellä toimi puun latvuksen mittojen määrittäminen. Muut puuparametrit saatiin ohjelmistolla, kun aineistosta poistettiin puita ja jäljelle jäi kuvan 3 puut. Ohjelmistoista saadaan lopulliset puuparametrit ulos esimerkiksi taulukkona, yksittäisiin puuluokkiin pohjautuen. Tai arvoja voi tarkastella ohjelmistossa, jolloin pysyy visuaalinen ja numeerinen tieto samassa paikassa. Kuvassa 4 on esimerkki tulos GreenValley International LiDAR360 -ohjelmiston vaiheista ja puuparametreista.

Kuva 4 a) Rinnan korkeudelta poikkileikkaus pistepilvestä ja algoritmin laskemat halkaisijat puille. b) Tuloksia on mahdollista tarkastella puukohtaisesti. c) Metsä luokiteltuna yksittäisiin puihin d) Lopullinen taulukko metsän puuparametreista.

 

Metsien koealoista saadaan tehokkaasti muodostettua numeerisia arvoja GeoSLAM ZEB HORIZON -laserkeilaimen pistepilven ja pistepilviohjelmistojen avulla. Tällöin aikaa ei hukata kantamalla metsään painavia laitteita tai aineiston keräämiseen käytettäviä ylimääräisiä minuutteja. Itse pistepilvi saadaan helposti muutettua numeroiksi hyödyntämällä kolmannen osapuolen ohjelmistoa. Näistä saadaan automaattisesti puuparametrit. Mikäli automatiikka havainnoi parametrin virheellisesti, on ohjelmistoissa selkeät visuaaliset käyttöliittymät manuaalisia korjauksia varten. Helpota elämääsi ja valitse uuden sukupolven laserkeilain avuksesi.

Kirjoittaja:

Aino Keitaanniemi
DI, PhD-opiskelija, osa-aikaisesti töissä Geotrimillä

aino.keitaanniemi(at)geotrim.fi

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *