Metsälle digitaalinen kaksonen uuden teknologian avulla

Metsässä tehty laserkeilaus luo kolmiulotteisen kuvan metsästä ja puiden rakenteesta ja antaa uudenlaisen mahdollisuuden ekosysteemin tarkasteluun. Helsingin yliopiston tutkijat ovat edelläkävijöitä tekniikan soveltamisessa ekosysteemien mittaamiseen niin Suomen havumetsissä kuin Amazonin viidakossa.

Maanpäällinen laserkeilaus eli TLS (terrestrial laser scanning) mahdollistaa metsien ja puiden tarkan 3D-kuvaksen, mikä avaa uusia mahdollisuuksia metsärakenteen mittaamiseen, muutosten seurantaan ja ekosysteemien simulointiin. 

–TLS antaa meille uuden tavan tarkastella metsiä – ei vain ylhäältä, vaan sisältä käsin. Se auttaa ymmärtämään puiden kasvua, metsien reagointia häiriöihin ja metsän rakenteen vaikutuksia monimuotoisuuteen ja palautumiskykyyn, Helsingin yliopiston apulaisprofessori  toteaa. 

Maeda toteaa, että syvällisempi ymmärrys auttaa tutkijoita, päätöksentekijöitä ja yhteisöjä tekemään paremmin perusteltuja päätöksiä – ja viime kädessä sovittamaan ihmisen toiminnan paremmin yhteen ympäristön kanssa. 

Eduardo Maedan johtama The (Tree-D Lab) on edelläkävijä teknologian käytöstä ekosysteemin muutoksista tarkastelussa. Maanpäällisen laserkeilauksen lisäksi tutkijat hyödyntävät satelliittitietoa, droneihin asennettuja antureita sekä kentällä tehtyjä mittauksia. Äskettäin -tiedelehdessä julkaistussa artikkelissa kerrotaan maanpäällisen laserkeilauksen mahdollisuuksista. 

Tree-D Lab:n tutkijat ovat soveltaneet TLS-teknologiaa eri puolilla maailmaa, erilaisissa ekosysteemeissä. Tropiikissa, kuten Kaakkois-Aasiassa ja Amazonilla, laserkeilausta ja koneoppimista on käytetty arvioimaan metsien pirstoutumisen ja hakkuun vaikutuksia. Tutkimus on paljastanut muutokset hakkuuaukkojen reuna-alueilla. Olosuhteet ovat siellä erilaiset kuin keskellä isoa metsäaluetta. 

Äskettäin Amazonilta palannut tutkijatohtori  käsitteli väitöskirjassaan  Suomen havumetsiä. Tutkimus toi uutta tietoa metsänhoidon vaikutuksista yksittäisten puiden rakenteeseen ja kasvuun. Nyt hän jatkaa tutkimusta globaalilla tasolla. 

Starck oli Brasiliassa kuusi viikkoa yhdessä apulaisprofessori Maedan ja väitöskirjatutkija Elisa Sillforsin kanssa. Tutkijat keräsivät laserkeilauksen avulla dataa yksittäistä puulajeista useasta eri kasvupaikasta eri puolilta Amazonia. 

–TLS-datasta on tarkoitus tutkia miten sademetsän rakenne vaikuttaa mikroilmastolliseen vaihteluun eri puolilla Amazonia, kertoo Starck.
Lue lisää
Puun rakenteen visualisointi:

Laserkeilauksella tuotettu visualisointi rungosta ja oksista muuttuu algoritmin avulla dataksi: 

Digitaalinen malli, QSM-malli (Quantitative Structure Model) on luotu TreeQSM-algoritmilla, ja se koostuu sylintereistä, jotka kuvaavat puun puumaista osaa. Jokainen oksa on esitetty eri värillä. Neljä paneelia korostavat mallista laskettua kvantitatiivista rakenteellista tietoa:

  • A: Oksien kokonaispituus oksaluokittain (rungon ulkopuolella), korostaen pienempien ja korkeampien oksaluokkien jakaumaa.
  • B: Oksien tilavuusjakauma oksaluokittain, osoittaen että suuremmat oksat keskittyvät alempiin oksaluokkiin.
  • C: Oksien tilavuus suhteessa korkeuteen, havainnollistaen kuinka puumainen tilavuus jakautuu pystysuunnassa puussa.
  • D: Oksasegmenttien (rungon ulkopuolella) halkaisijan ja tilavuuden välinen suhde, korostaen pienempien halkaisijoiden merkitystä puun kokonaisvolyymiin.