Lennokit ovat oiva apu tutkimukselle monella tieteenalalla

Maantieteilijä Henri Riihimäki paneutui väitöstutkimuksessaan lennokkien käyttöön kaukokartoitusaineistojen keruussa. Uudenlaisen välineen avulla päästään ennennäkemättömään tarkkuuteen.

Lennokki, nelikopteri, drone tai drooni – maantieteilijä Henri Riihimäen väitöstutkimuksen päähenkilöllä on monta nimeä. Tohtorikoulutettava tutkii, miten hienoresoluutioisia kaukokartoitusaineistoja voi kerätä ja hyödyntää arktisen alueen tutkimuksessa. Kartoitukseen Riihimäki käytti lennokkia, jossa on kamera.

High-precision topography and vegetation models with drones

 

Kaukokartoituksella voi kerätä tietoa esimerkiksi maan pinnan muodoista ja kasvillisuudesta.

Käsivarren Lapissa Kilpisjärven seudulla tehdyissä kuvauksissa selvisi, että lennokki on tehokas, tarkka, halpa ja ketterä laite aineiston keruuseen.

Riihimäki kuvasi lennokeilla kolmea 6,25 hehtaarin suuruista aluetta. Laite pörräsi noin 30 metrin korkeudella ennalta ohjelmoitua lentoreittiä pitkin ja otti kustakin alueesta satoja valokuvia.

Kuviin tallentui yksityiskohtaista tietoa alueiden kasvillisuudesta ja topografiasta eli maaston muodoista.

– Mitenkään muuten ei näin tarkkaa, jopa senttimetrin tarkkuuteen ulottuvaa aineistoa voisi näin isolta alalta kerätä. Lennokkien kuvaamasta materiaalista voi jopa tunnistaa yksittäisiä kasveja, Riihimäki selittää.

Kaukokartoitusaineistoa on perinteisesti koottu esimerkiksi satelliittien ja lentokoneiden avulla. Kasvillisuudesta taas on kerätty tietoa pieniä koealoja tutkimalla.
Perinteisten satelliittikuvien tarkkuus on verrattain epätarkka. Niiden yksittäiset pikselit voivat olla jopa samankokoisia kuin Riihimäen lennokilla kuvaamat alueet.

– Tuohon yhteen pikseliin mahtuu aivan älytön määrä maan pinnanmuotojen ja kasvipeitteisyyden vaihtelua, Riihimäki tähdentää.

Väitöstutkimuksessaan hän yhdistää lennokkikuvauksista saatua materiaalia satelliittikuviin.

Näin kasvillisuutta voi tutkia eri mittakaavoissa, ja tutkia mitä satelliittikuvien pikselit sisältävät. Lennokkiaineistoa voidaan käyttää arvioimaan pikseleiden kasvipeitteisyyttä. Satelliittikuvia voidaan edelleen käyttää arvioimaan kasvipeitteisyyttä laajemmalta alueelta.

Virtuaalimaailmaa rakentamassa

Kuvausten jälkeen tutkimustyö on vasta alussa.

Sadoista lennokin ottamista kuvista voi koota kolmiulotteisen mallin. Sen rakentaminen onnistuu, kun samoja kohteita on kuvattu lukuisista eri kulmista.

– Kun laittaa virtuaalilasit päähän voi tavallaan itse astua tuohon maisemaan sisään. Syntynyt maailma on lähes fotorealistinen. Sopivalta etäisyydeltä tarkastellen pystyy tunnistamaan jopa yksittäisiä kasvilajeja, Geotieteiden ja maantieteen osaston digiloikkaa vetävä yliopisto-opettaja Arttu Paarlahti kertoo.

Kuvista voi tehdä myös kaksiulotteisen kuvamosaiikin, joka muistuttaa perinteisiä ilmakuvia. Niihin verrattuna lennokkikuvat ovat kuitenkin moninkertaisesti tarkempia.

Hyvä väline seurantatutkimukseen

Riihimäki halusi tehdä koekuvauksia nimenomaan Käsivarren Lapissa.

– Arktinen luonto on herkkä. Ilmastonmuutoksen vaikutukset näkyvät pohjoisessa nopeammin kuin muualla. Suuria muutoksia on havaittu jo nyt ja lisää on tulossa. Toisaalta nuo seudut ovat yleensä vaikeasti saavutettavissa ja aineiston keruu siellä on muulla tavoin kallista ja aikaa vievää, hän perustelee.

Tulevaisuudessa aineiston avulla voisi seurata ilmastonmuutoksen etenemistä tai vaikkapa porotalouden tai turismin vaikutuksia Kilpisjärven seudun luontoon.

– Samat alueet voisi kuvata aivan samoin menetelmin kymmenen vuoden päästä ja katsoa, mikä on muuttunut, Riihimäki selittää.

Lennokkien käyttö soveltuu maantieteen lisäksi monille muillekin tieteenaloille. Kuvamateriaalia ja 3D-malleja voisi hyödyntää esimerkiksi kaupunkitutkimuksessa, geologiassa tai vaikkapa biologiassa.

Paarlahden mukaan lennokit ovat mukana opetuksessa geotieteiden ja maantieteen osastolla. Jo ensimmäisen vuoden opiskelijat opettelevat dronejen käyttöä.

– Tämä on yksi kustannustehokas tutkimusmenetelmä muiden joukossa. Sitä on hyvä harjoitella alusta lähtien, hän sanoo.

Voisi kuvitella, että tutkimuksissa käytettävät lennokit olisivat erityisen kalliita. Riihimäki ja Paarlahti kertovat kuitenkin kuvaavansa pääasiassa tavallisilla kuluttajille tarkoitetuilla nelikoptereilla.

– Olen pannut merkille, että kalliit laitteet eivät välttämättä ole ominaisuuksiltaan tai toimintavarmuudeltaan merkittävästi parempia kuin kuluttajamallit. Edullisiin laajasti harrastuskäytössä oleviin lennokkeihin on tarjolla paljon monipuolisia ohjelmistoja, Paarlahti sanoo.

Riihimäen väitöskirjaan perustuva artikkeli Estimating fractional cover of tundra vegetation at multiple scales using unmanned aerial systems and optical satellite data julkaistiin helmikuussa Remote Sensing of Environment -lehdessä.

Tutkimusta ovat rahoittaneet National Geographic Society ja Suomen Akatemia.

Riihimäki on mukana Helsingin yliopiston geotieteiden ja maantieteen osaston BioGeoClimate modelling lab -tutkimusryhmässä ja kuuluu GeoDoc-tohtoriohjelmaan.

Referenssi:

Estimating fractional cover of tundra vegetation at multiple scales using unmanned aerial systems and optical satellite data, Henri Riihimäki, Miska Luoto, Janne Heiskanen.  https://doi.org/10.1016/j.rse.2019.01.030 https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0034425719300367

Lisätietoja:

Tohtorikoulutettava Henri Riihimäki
Sähköposti: henri.riihimaki@helsinki.fi
Twitter: @hriihima

Professori Miska Luoto, the BioGeoClimate research group
Sähköposti: miska.luoto@helsinki.fi
Puhelin: +358 44  2727327

Janne Heiskanen (PhD), Ilmakehätieteiden keskus INAR
Sähköposti: janne.heiskanen@helsinki.fi