Metsävarojen inventointi- ja suunnitteluprojekti on keskeinen osa metsävarojen hallinnan ja geoinformatiikan maisterivaiheen opintoja. Kurssin tavoitteena on suunnitella ja toteuttaa metsäalueen inventointi- ja suunnitteluprojekti, jossa tarkoituksena on, että opiskelija pystyy hyödyntämään opintojensa aikaisemmissa vaiheissa opittuja taitoja sekä oppimaan uusia muilta ryhmän jäseniltä. Tavoitteena oli myös oppia hahmottamaan metsäsuunnitteluprosessin eteneminen sekä nykyaikaisten inventointi- ja suunnittelumenetelmien käyttö kokonaisuudessaan. Projektin tavoitteena on samalla valmistaa opintojensa loppuvaiheilla olevia opiskelijoita työelämään, jossa projektiluontoisuus ja ryhmätyöskentely on yhä keskeisempää.

 

Kurssin aikana kokoonnuttiin kaksi kertaa viikossa 14.3-4.5 välisenä aikana. Tämän jälkeen alkoi kolmen viikon mittainen intensiivijakso, jonka loppuun 25.5. mennessä projekti pyrittiin saamaan päätökseen. Yhteisten kokoontumisten tarkoituksena oli seurata projektin edistymistä ja suunnitella projektin kulkua eteenpäin aikatauluttamalla sekä valmistautua viikon mittaiselle maastomittausjaksolle Hyytiälään. Projektin alussa toteutettiin osaamiskartoitus, jonka tavoitteena oli samalla kerrata keskeisimpiä metsäsuunnitteluun ja inventointiin liittyviä teemoja ja käsitteitä. Osaamiskartoitus toteutettiin kahdella ennakkotehtäväkokonaisuudella, joissa pohdittiin aiemmilta kursseilta oleellisia asioita ja niiden soveltamista projektin edistämiseksi.

 

Keskeinen teema, joka pyrittiin tuomaan heti projektin alussa esiin, oli "metsänmittauksen pyhä kolminaisuus" - havainnot, mallit ja otanta – johon metsävarojen inventointi ja siten koko inventointi- ja suunnitteluprojekti perustuu. Olennaisena osana on jatkuvasti hahmottaa, ettemme useinkaan pysty mittaamaan suoraan jokaista metsäalueen puuta, vaan joudumme käyttämään otantaa. Otanta perustuu siihen, että osa populaatiosta voidaan jättää mittaamatta, kun luotetaan siihen, että mitattavat havaintoyksiköt edustavat koko muuta populaatiota. Otanta tehostaa inventoinnin maastomittauksia, mutta samalla joudutaan turvautumaan oletuksiin. Otantamenetelmästä riippuen otantaan perustuvien inventointitulosten luotettavuutta voidaan kuitenkin arvioida tilastotieteeseen perustuvin menetelmin. Metsien inventoinnissa käytettyimpiä otantamenetelmiä ovat satunnaisotanta, systemaattinen ja ositettu otanta sekä ryväsotanta. Systemaattisella otannalla voidaan useimmiten kattaa satunnaista otantaa paremmin koko populaation vaihtelu. Tämä taas johtaa tarkempiin tuloksiin metsäympäristössä, jossa vaihtelua esiintyy jo valmiiksi. Systemaattinen otanta saattaa kuitenkin johtaa harhaisiin tuloksiin jaksollisessa aineistossa, esimerkiksi ojitusalueilla, jos otantaväli on sama kuin ilmiön jaksollisuus maastossa (esim. sarkaväli ojituksessa). Ryväsotannan avulla voidaan tehostaa maastomittauksia, kun otokseen kuuluvat yksiköt, esim. koealat, sijaitsevat rypäissä. Ositetun otannan avulla voidaan otos jakaa homogeenisempiin osapopulaatioihin, ja jokaisessa osapopulaatiossa voidaan tarvittaessa poimia otos eri kriteerein.

 

Otantamenetelmien yhteydessä pohdittiin, miten otantaan perustuvat inventointimenetelmät poikkeavat esimerkiksi kuvioittaisesta arvioinnista, jota metsäsuunnittelussa yleisesti käytetään. Merkittävä ero on tuotetun tiedon tarkkuuden arviointi, johon kuvioittaisessa arvioinnissa ei pystytä ottamaan kantaa ilman toistomittauksia tai referenssiaineistoja. Kuvioittainen arviointi on subjektiivinen kuvaus metsikkötason puustotunnuksista, jolloin satunnaisuuden osuus jää kuvauksesta pois. Satunnaisuuteen perustuvia otantamenetelmiä (satunnaisotanta sekä myös systemaattinen otanta) käytettäessä mittauksien luotettavuutta voidaan arvioida otoskeskivirheen avulla. Tässä inventointiprojektissa käytämme kuvioittaista arviointia metsäsuunnitelman maastomittauksissa. Ideaalitilanne olisi, jos pystyisimme esimerkiksi kontrollimittauksin arvioimaan kuviotiedon tarkkuutta.

 

Merkittävä osa metsäsuunnittelua ja –inventointia on mallinnus. Jokaisesta otokseen kuuluvasta puusta emme annettujen resurssien puitteissa pysty mittaamaa jokaista puutunnusta, vaan joudumme johtamaan osan niistä epäsuorasti malleilla. Mitattavat tunnukset määräävät suurilta osin, mitä voimme mallintaa. Usein malleissa vaikeammin mitattavia tunnuksia selitetään helpommin mitattavilla tunnuksilla. Esimerkiksi puun pituuden mittaus on verrattain hidasta, joten usein se ennustetaan rinnankorkeusläpimitan avulla pituusmallilla, jonka parametrit estimoidaan metsikkökohtaisesti. Puun runkotilavuutta on puolestaan mahdotonta määrittää tarkasti perinteisin mittavälinein ilman puun kaatamista, joten se useimmiten ennustetaan suoraan malleilla. Maastomittausten ohella myös kaukokartoitusaineistot ovat havaintoja: pikseliarvoja ja pistepilviä, joita voidaan käyttää maastomittausten tapaan selittävinä muuttujina malleissa. Mallinnuksessa on huomioitava mallien käytöstä johtuva epävarmuus tuloksiin. On pidettävä kuitenkin mielessä, että mallin lähtötiedoilla on myös vaikutusta mallinnustuloksiin: hyväkään malli ei pysty korjaamaan virheitä mittauksissa, eli havainnoissa. Havainnot ovat harvoin täysin virheettömiä, mutta jos virheet ovat satunnaisia ja mittauksia toistetaan riittävästi, havainnot ovat harhattomia.

 

Metsäsuunnitelman tarkoituksena on toimia päätöksenteon tukena metsänomistajalle. Metsäsuunnitelman on siis oltava metsänomistajalle kannattava työkalu, jonka hän kokee hyödylliseksi. Tämä voidaan nähdä joko taloudellisena hyötynä tai muuna hyötynä. Puuntuotannollisesti yleisesti tärkeimpänä nähdään toimenpiteiden ja hakkuiden ajoittaminen oikein. Tässä tapauksessa on hyvä nähdä kokonaisuus opetusympäristön läheisyydessä: kuinka metsäsuunnitelma olisi hyödyllinen opetuskohteen läheisyydessä ja kuinka sitä voitaisiin siihen räätälöidä. Osa metsäsuunnittelua on myös sidosryhmien osallistaminen. Hyvänä esimerkkinä toimii opettajien haastattelu opetuksessa ja tutkimuksessa tarvittavien demokohteiden kartoittamista varten. Metsäsuunnittelu toteutetaan kuviotasolla, jonka tarkoituksena on luoda metsiköistä puuston ja metsänhoitotoimenpiteiden suhteen mahdollisimman yhtenäisiä alueita. Metsälössä on alueellisesti suuriakin vaihteluja, joten koko alueelle ei voida suorittaa samoja toimenpiteitä, eikä koko metsälöä voida siten käsitellä yhtenä käsittely-yksikkönä. Ennakkokuvioinnissa metsälö rajataan kuvioiksi ennen metsäsuunnittelun maastotöitä, ja siinä hyödynnetään karttoja ja kaukokartoitusaineistoja. Maastossa kuvioilta kerätään kuvion perustiedot (esim. kehitysluokka, kasvupaikka, maalaji) sekä puustotunnukset puusto-ositteittain (esim. puulaji, ikä, pohjapinta-ala/runkoluku, pohjapinta-alamediaanipuun pituus ja läpimitta). Puustotunnusten avulla muodostetaan puusto-ositteittain runkolukusarjat, jolloin puutavaralajeittaiset tilavuudet sekä puiden kasvut ja kuolemiset voidaan toteuttaa puukohtaisilla malleilla.

 

Projekteissa on tärkeää, että kaikki puhuvat samaa kieltä. Tällä tarkoitetaan ensisijaisesti sitä, että terminologia on yhtenäistä ja että termejä käytetään oikein. Kansainvälisissä ryhmissä myös työskentelykielellä on merkitystä. Näihin asioihin kiinnitettiin huomiota projektin alkuvaiheessa toisessa ennakkotehtävässä, jossa erilaisia teemaan liittyviä suomenkielisiä käsitteitä käännettiin englanniksi. Projekti aloitettiin englanninkielisenä, mutta ryhmän tiivistyessä käännöstehtävä jäi vapaavalintaiseksi, kun siirryimme toimimaan kokonaan suomenkielisessä ympäristössä.

Henkilökohtaiset vastuualueet

 

Osaamiskartoituksen perusteella opiskelijoille jaettiin henkilökohtaiset vastuualueet, joiden myötä kukin osallistui koko projektin etenemiseen: projektivastaava, suunnitteluvastaava, aineistovastaava, kaukokartoitusvastaava, kartta- ja piirrevastaava, tiedotus- ja ideointivastaava. Vastuualuejako ja kurssin kokoonpano on esitelty myös Tekijät-osiossa.

 

Projektivastaavan tehtävänä kartoittaa projektin kulkua ja vastata sen etenemisestä. Tehtäviä olivat mm. erilaiset varaukset, sisällysluettelon määrittäminen, lokin ylläpito, tehtävien etenemisen seuranta ja aikataulutus.

 

Suunnitteluvastaavan rooliin kuului kuvioittaisen arvioinnin tekeminen tutuksi kurssilaisille. Tehtäviä olivat mm. ForestKit- ja ForestKit Go- sovellusten käyttöönottokoulutus, metsäsuunnittelun koordinointi ja suunnittelulaskelmien toteutus, kuvioittaisen metsäsuunnittelun kertaus sekä metsäsuunnitelman raportointi.

 

Aineistovastaavan roolin kuului lentolaserkeilaus- ja ilmakuva-aineistojen käsittelymenetelmät ja niiden demoaminen siten, että aineistoja voitiin hyödyntää erilaisissa paikkatietoanalyyseissä LAStools, R- ja ArcMap-ohjelmistoilla. Lisäksi aineistovastaavan tehtävänä oli varmistaa aineistojen saatavuus ja erilaisten tiedostomuotojen muuntaminen SVG-grafiikaksi html-sivustoa varten.

 

Kaukokartoitusvastaavan rooliin kuului erilaisten kaukokartoitusaineistojen prosessointi, sekä näihin liittyvät demot. Keskeisiä demoja olivat yksinpuintulkinta Vuorijärvensuon alueella, sekä UAV:lla tehty 3D-mallinnus Vuorijärvensuon lähiympäristössä, noin 45 ha kattavalla alueella. Lisäksi kaukokartoitusvastaava vastasi DEM-analyyseistä, sekä avohakkuualueiden ja lehtipuiden tunnistusalgoritmeista, ja avusti R & LAStools ohjelmien yhdistämistä (LAStools-analyysit R:n kautta). Lopuksi kaikki tehdyt 16 m hilat yhdistettiin yhdeksi suureksi hila-aineistoksi, joka on jaettu kurssin OneDrive-kansiossa sekä paikkatietoikkunassa interaktiivisena karttatasona.

 

Tiedotus- ja ideointivastaavan roolin kuului selvittää erilaisia mahdollisuuksia lopputuotteiden esittämiseen. Selvityksessä olivat esimerkiksi HTML- ja SVG-esitystavat. Hän vastasi myös lopullisen esityksen ulkoasun muokkauksesta ja designista.

 

Kartta- ja piirrevastaavan roolin kuului eri vuosien aineistojen hyödyntämisen vaihtoehtojen kartoittaminen maastotyössä, analyyseissä ja alueen kuvaamisessa esimerkiksi teemakartoilla. Yhdessä tiedotus- ja ideointivastaavan kanssa tehtävänä oli myös lopullisen esityksen luonti verkkoon ja sivustojen muokkaus.

 

Projektille saatiin myös yliopistolta budjetti, josta suuri osa kului GNSS-laitteiden ja lisenssien vuokraan. Budjetista maksettiin myös majoitus ruokailuineen viikon maastomittausjaksolle Hyytiälän.

 

Projektin aikana tuli tarpeita jakaa yksittäisten opiskelijoiden osaamista ryhmän kesken, joka toteutettiin pitämällä demoja. Demojen tarkoituksena oli yhdessä tutustua kunkin vastuualueeseen kuuluvaan osa-alueeseen. Demoja järjestettiin esimerkiksi SVG-grafiikkaan ja HTML-animaatioihin perustuvista tiedon esitystavoista sekä lentolaserkeilausaineiston (ALS-aineiston) käsittelystä LAStools- ja R-ohjelmistoilla, ArcGIS:n käyttöä ilmakuvien georeferointiin ja shapefilejen muokkaukseen ja luomiseen. Lisäksi tutustuttiin ALS-aineistojen hyödyntämiseen puustotietojen tuottamiseen automaattisella yksinpuintulkinta-algoritmillä sekä topografisten piirteiden tuottamiseen maastomallin (DEM, digital elevation model) analysoinnilla. Maastomittausviikkoa varten harjoiteltiin kahtena päivänä kuvioittaisen arvioinnin menetelmiä. Demojen järjestäminen oli opiskelijoiden käsissä, ja ne suunniteltiin alusta loppuun ja esitettiin sovittuna päivämääränä. Demojen tärkeimpänä tarkoituksena oli antaa valmiudet muille opiskelijoille työskennellä samassa työympäristössä ja samoilla työvälineillä yhteisen projektin hyväksi.

Projektin suunnittelusta lopputuotteisiin

 

Projektin alussa oli tarkoituksena suunnitella projektin toteutusta ja lopputuotteita. Hyytiälän metsäaseman välittömässä läheisyydessä on useita erilaisia metsäalueita, joilla on myös erilaisia käyttökohteita. Metsät toimivat niin opetus-, tutkimus- kuin virkistyskäytössä. Lisäksi jotkut alueet ovat suojelun alla. Suunnittelu- ja inventointialueen sijainti Hyytiälässä mahdollisti saatavuuden poikkeuksellisen kattavaan aikasarjaan ilmakuva- ja lentolaserkeilausaineistoja, joita voitaisiin hyödyntää projektin suunnittelu- ja toteutusvaiheissa sekä lopputuoteissa. Toiveena oli, että laatisimme metsätaloussuunnitelman jonkinlaiselle mallimetsälölle, jota tultaisiin käyttämään jatkossa osana metsätieteiden opetusta. Aseman tontin metsikkökuviot ovat ahkerassa opetus- ja tutkimuskäytössä, jotka on kertaalleen inventoitu aikaisemman kurssin toimesta. Tässä projektissa halusimme hyödyntää kattavaa kaukokartoitusaineistoa, jonka avulla voisimme tuottaa aseman tontille yksityiskohtaisen puukartan.

 

Lopputuotteiden määritystä varten osalle ryhmäläisistä annettiin tehtäväksi selvittää metsäaseman henkilökunnan sekä metsätieteiden osaston opetuksesta vastaavien henkilöiden toiveita opetuksen ja tutkimuksen näkökulmasta huomioitavista asioista, jotka olisi hyvä ottaa suunnittelussa huomioon. Opetusta varten kaivattiin uusia harvennuskokeita puun kasvatuksen ja metsänhoidon menetelmien demoamista varten. Lisäksi metsäaseman lähistöllä olisi hyvä olla opetuskohteina taimikko, kasvatusmetsä ja vanha metsä. Metsäekologian puolelta toivottiin tuulituhoaukon kartoittamista luontaisen sukkession opetuskohteeksi. Nämä toiveet pyrittiin ottamaan huomioon aseman tontin ja lähialueen suunnittelussa sekä opetuskohteiden kartoittamisessa.

 

Merkittävä osa metsäaseman toimintaa on SMEAR-tutkimusasema, jonka tarpeissa olisi saada tietoa mittaustornin lähiympäristön metsistä tulevia kokeita varten. Tavoitteena on tulevina vuosina harventaa mittausmastoa ympäröivät metsät kahdessa vaiheessa vastaamaan hoidettua talousmetsää, jotta alueella tehtävät tutkimukset olisivat paremmin yleistettävissä suomalaisiin talousmetsiin. Tässä vaiheessa oli selvää, että ainakin kaukokartoitusaineistoihin perustuvia tuotteita toimitetaan SMEAR-tutkijoiden käyttöön. Alueelle perustetaan samalla koealaverkko, jonka puusto inventoidaan metsätieteen opiskelijoiden ensimmäisen vuosikurssin kenttäkurssilla kesän aikana. Maastotöitä varten puusto kartoitettiin lisäksi ilma- ja laserkeilausaineistojen avulla.

 

Mallimetsälöä koskevat toiveet tulivat pääasiassa ryhmän sisältä: metsälön tulisi sisältää rakenteeltaan erilaisia metsiköitä, ja sen tulisi olla opetus- ja demokohteiden vuoksi helposti saavutettavissa. Metsälön koko tuli rajata siten, että maastotyöt olisi mahdollista toteuttaa käytettävissä olevilla resursseilla. Suunnittelun kohteeksi valikoitui metsälö, joka on toiminut jo vuosikymmenien ajan opetus- ja tutkimusympäristönä. Metsälö sijaitsee metsäaseman läheisyydessä ja on aineistomielessä ainutlaatuinen kohde, sillä alueelta on saatavissa kattavaa laserkeilausaineistoa ja ilmakuvia useilta eri vuosilta. Tämä mahdollistaa useat erilaiset paikkatietoanalyysit, joiden avulla saadaan yksityiskohtaistakin tietoa suunnittelualueen metsiköiden nykytilasta sekä kehityksestä ilman erillisiä maastomittauksia.

 

ALS-paikkatietoanalyysien lisäksi mallimetsälölle oli tarkoitus laatia metsätaloussuunnitelma, jossa huomioitaisiin erilaiset opetus- ja tutkimustoiminnan vaatimukset metsälön alueella. Metsäsuunnittelu perustui kuvioittaiseen arviointiin, jota varten metsälö ennakkokuvioitiin ilmakuvien, laserkeilaukseen perustuvan puuston pituusmallin sekä yksityiskohtaisen maastokartan (MapAnt) avulla. Suunnittelussa käytettiin ForestKIT-metsäsuunnittelujärjestelmää. Kuvioittaisen arvioinnin maastotöissä käytimme ForestKIT GO –mobiiliapplikaatiota, jonka beta-testaajina samalla toimimme.

 

Projektin lopputuotteiden esittämisessä ja visualisoinnissa halusimme hyödyntää erilaisia verkkopohjaisia ratkaisuja, joiden avulla lopputuotteet olisivat tarvittaessa helposti saatavilla. Tämä sivusto on koottu paitsi lopputuotteiden myös niiden valmistuksessa hyödyntämiemme aineistojen ja menetelmäkuvauksien esittämiseen. Aineistojen ja menetelmien kuvaukset koostettu html-sivustoiksi, ja lisäksi lopputuotteiden esittämisessä on hyödynnetty javascriptiä sekä SVG-grafiikkaa. Esityksen kannalta vektori ja rasteridatojen vertailu oli tarpeellista. Lopputuotetta varten pohdittiin, mikä toteuttaisi parhaiten halutun esitystavan. Vektorimuotoinen data on erinomainen kuvaamaan tilarajoja, kuviorajoja ja pistemäisiä kohteita. Rasterimuotoista dataa tarvitaan ALS-piirre- ja puustotunnusrastereiden esittämiseen.

 

Ylös