Lumen ja jään mittaus

Vastaa

Lumisen uuden vuoden kunniaksi aloitamme vuoden pohtimalla lumi- ja jääpeitteiden mittausta – aina niin ajankohtaista aihetta sekä normaalissa lumitilanteen seurannassa että ilmastonmuutoksen olemusta miettiessä.

Lumikerroksen paksuutta mitataan esimerkiksi pistemäisesti kiinteissä mittausasemissa ympäri maailmaa, mutta paljon kattavampaa tilannekuvaa saadaan seuraamalla laajoja alueita aktiivisen ja passiivisen kaukokartoituksen keinoin. Lumi ja jää ovat muuten optisen mittauksen kannalta inhottavia mittauskohteita, sillä ne voivat olla hyvin huokoisia pintoja, joihin mittaussäde saattaa tunkeutua varsin syvälle ja sama ongelma on muuten pitempää aallonpituutta käyttävissä tutkapohjaisissa mittauksissa. Toinen ongelma on erottaa lumi ja jää toisistaan sekä luonnollisesti maanpinnasta. Joka tapauksessa koko maapallon lumitilannetta seurataan esimerkiksi NASA:n Terra (maa) ja Aqua (vesi) satelliitteihin asennetuilla MODIS-sensoreilla, joiden avulla tilannetta mitataan 1-2 vuorokauden välein. Tässä esimerkkikuva Balkanin lumitilanteesta Tapaninpäivänä 2012.

MODIS antaa lumitilanteesta hyvän kokonaiskuvan, mutta sen resoluutio ei riitä yksityiskohtien seuraamiseen. Niinpä jäätiköitä ja lumipeittoja, erityisesti niiden muutoksia, seurataan myös lentokoneista ja maasta tehtävin mittauksin esimerkiksi laserkeilaamalla. Ilmalaserkeilauksen käytöstä jäätiköntutkimuksessa kirjoitimme jo aikaisemmin syksyllä, lue blogi täällä. Maa- tai mobiililaserkeilausta voi puolestaa käyttää aivan vastaavalla tavalla mittaustulosten tarkentuessa mutta mittausalueiden tyypillisesti pienentyessä vaikkapa laskettelurinteiksi tai pienemmiksi jäätiköiksi.

Koska skannereissa on tyypillisesti käytössä vain yksi aallonpituus, niin laitevalinnassa on kiinnitettävä huomiota siihen, miten lumi- ja jää heijastuvat kyseisellä aallonpituudella. Muuten mittausmatka saattaa jäädä liian lyhyeksi. Totuus ei luonnollisesti ole näin yksinkertainen, sillä lumen ja jään monet muut ominaisuudet kuten lämpötilä ja vesipitoisuus vaikuttavat myös huomattavasti mittausmatkaan. Otetaanpa esimerkiksi kuivan lumen heijastuminen eri aallonpituuksilla:

Kuivan lumen heijastavuus on merkitty sinisellä käyrällä.

Kuivan lumen heijastavuus on merkitty sinisellä käyrällä. Kuva: Riegl

Monet Rieglin skannerit toimivat silmäturvallisella 1,5 μm aallonpituudella, jolla maanpinta saadaan mitattua hyvin. Mutta haluttaessa erityisesti mitata lunta ja jäätä, on kehitetty näiden mittaamiseen paremmin soveltua malleja kuten VQ-580 ja pitkän matkan maalaserskanneri VZ-6000, joissa käytettävä aallonpituus on 1064 nm.

Käytettävän laserin aallonpituuteen vaikuttavat monet tekijät, joista mittaajan kannalta on tärkeätä miettiä mitattavaa kohteen heijastusominaisuuksia. Valmistaja pohtii tämän lisäksi myös muunmuassa lasereita koskevaa turvallisuuslainsäädäntöä sekä eri lasereiden saatavuutta ja hintaa. Mittauksen kannalta ei myöskään sovi unohtaa häiriötekijöitä, joista esimerkkinä alla olevassa kuvassa näkyvä auringon taustasäteilyn vaikutus ilmakehässä. Taustasäteily olisi siis hyvä minimoida ja toisaalta, eri aallonpituuksien fotonit imeytyvät eri tavoin tavoin ilmakehään.

Auringon aina läsnäolevan taustasäteilyn voimakkuus eri aallonpituuksilla.

Auringon aina läsnäolevan taustasäteilyn voimakkuus eri aallonpituuksilla. Kuva: Riegl

Lopuksi esimerkkikuva siitä, miten pitkiltä etäisyyksiltä Riegl VZ-6000 -skannereilla voidaan mitata kuivaa lunta ja märkää jäätä:

Riegl VZ-6000 -laserskannerin mittausmatkat kuivaan lumeen ja märkään jäähän.

Riegl VZ-6000 -laserskannerin mittausmatkat kuivaan lumeen ja märkään jäähän. Kuva: Riegl

Käytetyllä 1064 nm aallonpituudella kuiva lumi heijastaa erittäin hyvin, mutta märkä jää on jo huomattavasti heikompi heijastaja, vain hiukan kuivaa asfalttia parempi. Kuitenkin tällä skannerilla märkää jäätä voidaan mitata heikommissakin näkyvyysolosuhteissa (oranssi käyrä, 5 km) yli 2 km etäisyydeltä ja näkyvyyden parantuessa (sininen viiva, 23 km) saavutetaan yli 4 km mittausmatkoja. Ei hullumpaa!

Joulutarina GT-formaatista

Vastaa

Suomalaisessa maanmittausmaailmassa on jo yli 25 vuotta kukoistanut siirtoformaattina GT, johon viitataan usein myös Tielaitoksen formaattina. Tässä GT:n lyhyt historiikki niille, jotka eivät tunne kyseisen tiedostomuodon alkuperää.

Kauan aikaa sitten, aikojen alussa, takymetreihin oli saatavilla hyvin vähän ohjelmia, mutta eri maissa ryhdyttiin heti koodaamaan sovelluksia kun siihen tuli mahdollisuus 1980-luvulla. Suomessa syntyi tässä vaiheessa GT-ohjelmisto, jonka vuokaavion Hannu Heinonen hahmotteli joulun pyhinä 1986. Tällöin ”hitaat aavistukset” ja kokemukset käytännön mittauksesta, opetuksesta, laitemyynnistä ja eri alan asiakkaiden mittaustarpeista kulminoituivat uuden luomiseen.

GT-formaatti syntyi osana vuokaavion suunnittelua, koska lähtöajatus oli mittatiedon sujuva tiedonsiirto sen ajan tärkeimpiin jatkokäsittelysovelluksiin, joista vastasivat Kunnallistieto Oy (nyk.Logica, v. 2012 alkaen CGI) ja Teknillinen laskenta Oy (nyk. Tekla). Molempien ohjelmissa oli käytössä 4 eri pituista ja eri järjestyksessä olevaa koodikenttää, jotka sisälsivät kaupunkinosan (T1), korttelin (T2), pistenumeron (T3) ja maastokoodin (T4). Näiden ohjelmien pisimmät kentät olivat 7 merkkisiä, joten Hannu päätyi 8 merkin pituisiin kenttiin. Näin molempien ohjelmien tiedot voitiin lukea GT:hen kentän pituudesta huolimatta ja päinvastoin eli GT mahdollisti ensimmäisenä myös tiedonsiirron eri ohjelmien välillä.

GT-ohjelmiston eri osia. Ajatus oli aikoinaan vallankumouksellinen: kaikki mittaukset ja laskennat voitiin tehdä kentällä ja työn lopussa oli mahdollista tulostaa vaikka valmis kartta.

GT-ohjelmiston eri osia. Ohjelma oli aikoinaan ”häiritsevä” keksintö olemassa olevaan tekniikkaan nähden: kaikki mittaukset ja laskennat voitiin tehdä kentällä ja työn lopussa oli mahdollista tulostaa vaikka valmis kartta.

Kun formaattiajatus oli valmis, niin se toimi alkuna maastomittausohjelman suunnittelulle. Ohjelman tarkoituksena oli mittaajien käytännön työn tarpeiden nopeuttaminen ja helpottaminen. Päällimmäisenä ajatuksena oli myös yhteensopivuus 3D-suunniteluun ja CAD maailmaan, joka juuri teki tuloaan myös tien- ja katujen suunnitteluun. Hannun visiona oli kehittää ”objektiorientoitunut, reaaliaikainen 3D-mittausohjelmisto”. Tämä tarkoitti sitä, että maastotietokoneen muistiin ladattiin olemassa oleva kiintopisterekisteri, maastoon merkittävien pisteiden tiedosto CAD’istä tai kaavalaskennasta ja tiegeometriatiedostot parametritiedostoineen. Takymetri orientoidaan koordinaatistoon ja kaikki mittaukset tehdään suoraan kohteen (objektin) koordinaatistossa, olipa sitten kyseessä maantieteellinen tai paikallinen vaakatasokoordinaatisto tai teollisuusmittauksen mielivaltaisessa asennossa oleva koordinaatisto. Mittauksen aikana syntyi myös loki, johon tallentui mittauksen tapahtumat niin, että sitä voitiin käyttää jälkikäteen työn oikeellisuuden todentamisessa. Maastossa GT mahdollisti helpon ja nopean tavan kartoittaa ja mitata 3D-maastomalli symboleineen, pisteineen ja viivoineen samanaikaisesti. Kuullostaako tutulta?

1987 alussa Hannu palkkasi ensimmäisen ohjelmoitsijan, Markku Salorannan, joka aloitti ohjelman koodaamisen Hannun ohjelmarungon perusteella. Syyskesällä ohjelmaa päästiin jo testaamaan maastomallimittauksissa ja ohjelmaa kehitettiin alusta alkaen käyttäjälähtöisesti testiryhmien palautteen perusteella. Vuoden lopulla ohjelmistosta ja takymetrijärjestelmästä saatiin ensimmäiset tilaukset. Ohjelman kehitystä jatkettiin vuosien ajan, vaikka takymetrimerkit vaihtuivat ja eräs versio myytiin Japaniin Nikonille. Loppujen lopuksia ohjelmalisenssejä myytiin yli 2200 kappaletta erityisesti Pohjois-Eurooppaan, mutta myös Kairon kaupunki osti niitä Egyptiin. Suomessa jo edesmennyt Tielaitos otti formaatin ja mittausohjelmat myös käyttöönsä, josta johtunee GT:n toinen nimi: Tielaitos-formaatti.

GT toimi aluksi ulkoisessa GeoNic/MicroNic-maastotietokoneessa. Vuonna 1988 Hannu teki sopimuksen uuden takymetrin kehittämisestä Nikonin kanssa, joten vuoden 1993 jälkeen GT toimi suoraan Nikonin ja myöhemmin Zeissin takymetreissä. Tämä monipuolisti ja nopeutti mittausta. Sittemmin tämä mahdollisuus suljettiin pois ja tyypillisesti takymetrit eivät ole vielä tänä päivänäkään avautuneet kunnolla uudestaan ulkopuolisille ohjelmille. Näin valmistajat voivat toisaalta suojata omaisuuttaan ja kilpailukykyään, mutta suljetut systeemit on loppujen lopuksi vaikea pitää hengissä pitkällä tähtäimellä. Steven Johnsonin sanoin: ” Suljettujen ympäristöjen ongelmana on, että ne estävät onnekkuutta ja pienentävät ongelmaa potentiaalisesti selvittävien mielten verkostoa”.

Kun käyttäjät ja ulkopuoliset sovelluskehittäjät pääsevät prosessoimaan suoraan raakadataa ja ohjelmoimaan suoraan omia sovelluksiaan laitteisiin, niin niiden käyttö yleensä monipuolistuu eri tarpeiden mukaan ja näin luodaan uutta kysyntää. Sellainen kehitys olisi myös suotavaa laserskannerien puolella, mutta osa laitteista pysyy tiukasti suljettuna. Onneksi avautumistakin on, sillä esimerkiksi Rieglin skannereihin voi ohjelmoida oman käyttöliittymäsovelluksen ja niiden tuottamaa täyden aallonmuodon dataa voi prosessoida halutessa itse. Kokonaisuudessaan ulko- ja sisäpaikannus sekä laserskannausmaailma ovat kehittyviä aloja sekä laiteiden, ohjelmien että palveluiden osalta, joten sinäkin, hyvä lukija, voit ideoillasi muokata tulevaisuutta.

Hyvät lukijamme, GT:n tarinan siivittämänä toivotamme teille hyvää, rentouttavaa ja idearikasta Joulua sekä menestyksekästä Uutta Vuotta 2013!

Kartoitusta, vakoilua ja arvoketjujen muuttumista

Vastaa

Globaalissa kartoitusmaailmassa kuhisee: kaupallisen kartoituksen suurtekijät Nokia ja Google kilvoittelevat kumpi ehtii ensin kartoittamaan maapallon paikkatietopalvelujensa pohjaksi. Samaan aikaan OpenStreetMap luo vapaata ja avointa maailmankarttaa, jota tehdään vapaaehtoisvoimin eri maissa. Ja kuin pisteenä i:n päälle Unkarissa suunnitellaan lakia tarkemman ilmakuvauksen rajoittamiseksi miltei täysin. Quo vadis agrimensor?

Kuten aina, niin myös nykytilanteessa soppaan sekoittuu monia tekijöitä kuten esimerkiksi maailmanlaajuinen yritysten arvoketjujen uusjako, karttatietojen avoimuus ja perinteinen poliittinen valtapeli: valta on edelleenkin tarkan karttatiedon haltijoilla. Lähdetäänpä liikkeelle kaupalliselta sektorilta.

Googlen kartoitussuunnitelmat ovat kunnianhimoiset, kuten tuoreessa The Guardian-lehden haastattelussa selviää. Vielä vuonna 2008 Googlen kartat tehtiin talon ulkopuolella, mutta hidas päivitystahti – tyypillisesti virheen korjaaminen kesti 6 – 18 kk – johti karttojen tuottamiseen talon sisällä. Nyt Google tuottaa 3D-karttaa huimaan tahtiin ja Google Mapsissä on lähes 45 miljoonaa kilometriä teitä, luontokohteita ja kasvavassa määrin myös sisätiloja. Google luo ja päivittää yhtiönä omia karttojaan, mutta samalla se käyttää vapaaehtoista talkoovoimaa varsinkin muutoksenseurannassa ja päivitystyön tekemisessä. Vapaaehtoisten työtä voi jopa seurata reaaliajassa Googlen MapMaker-palvelussa. Paikkatiedon tuottaminen on huima lisä Googlen arvoketjuun, koska paikkatietoon sidottujen hakujen määrä kasvaa koko ajan. Eipä tarvitse maksaa ulkopuolisille ydintuotteesta. Varjopuolena on valtioiden ja yksityisten ihmisten huoli tietoturvasta ja yksityisyydestä, joten esimerkiksi Google StreetView on Saksassa erittäinen kiistanalainen palvelu.

Nokia siirtyi kartoittamisen raskaaseen sarjaan vuonna 2007 ostamalla alan ison yrityksen Navteqin. Kilpailu Googlen kanssa on kova, mutta näin ulkopuolelta katsottuna kartoitusmenetelmät ovat pääosin samat. Esimerkiksi molemmat käyttävät laserskannerin sisältäviä mobiilimittausjärjestelmiä – tästä esimerkki Navteq True -mainosvideossa. Nokia on hankkinut hiljan myös mobiiliin stereokartoitukseen erikoistuneen Earthmine-yhtiön ilmeisesti Google StreetView:n kilpailijaksi. Joukkoistamisessa Google näyttää sen sijaan kulkevan omia, tehokkaampia polkujaan.

Molemmat yhtiöt tekevät sinänsä tehokasta kartoitusta, mutta tuotetun karttatiedon käyttö tapahtuu luonnollisesti niiden ehdoilla – kysymys ei ole hyväntekeväisyystoiminnasta. Tästä syystä valtioiden tarve omaan kartoitustoimintaan julkisten karttojen tekemiseksi ja päivittämiseksi ei suinkaan ole kuollut. Koska kansallisen kartoituksen päivittämistahti ja käyttäjäehdot ei ole kaikkien käyttäjien mielestä riittäviä, niin on olemassa myös talkooperiaatteen nojautuva OpenStreetMap-projekti, jolla on myös Suomessa muutama kymmenen aktiivitoimijaa. Tässä projektissa kartoitus tehdään pääosin GPS:n avulla, mutta Suomessa Maanmittauslaitoksen avoimet datat antavat myös valtavan määrän pohjatietoa projektiin.

Kannattaako kartoitusfirmojen huolestua Googlen, Nokian tai vaikkapa OpenStreetMapin puuhista? Kyllä ja ei. Jossain määrin suuren yleisön keskuudessa on syntynyt mielikuva, että maailma on jo mitattu ja paikallisia tekijöitä ei enää tarvita. Googlen toiminta vaikuttaa monien mielestä suorastaan hyväntahtoiselta, sillä kehittymättömissä maissa ihmiset voivat kartoittaa viimein omia lähiympäristöjään. Loppujen lopuksi maailman kartoitusurakka päivityksineen on kuitenkin niin suuri, etteivät edes isot toimijat kerkiä kaikkialle ja todella syrjäiset seudut eivät niitä edes kiinnosta. Oman ongelmankenttänsä muodostaa myös tuotetun paikkatiedon epäyhtenäisyys sekä vaihteleva sisäinen ja ulkoinen tarkkuus. Esimerkiksi Googlen Maps ja Earth-palveluissaan käyttämän korkeustiedon tarkkuus vaihtelee alueittain, joten tarkan suunnittelun pohjaksi aineistoista ei siis vielä ole.

Miten otsikossa mainittu vakoilu puolestaan liittyy karttojen tuottamiseen? No, Unkarissa suunniteilla oleva lakiesitys tarkan ilmakuvauksen rajoittamisesta tuntuu ensitietojen perusteella nojautuvan tarpeeseen salata maan strategiset kohteet ulkopuolisilta silmiltä. Tosin näinä maailmanaikoina on vaikeaa palata menneeseen ja estää korkearesoluutioista ilmakuvaamista, sillä myös kaupallisten satelliittikuvien resoluutio on nykyään niin hyvä. Esimerkiksi kymmenen vuotta sitten Kreikassa allekirjoittaneen oli vaikea saada käsiinsä ilmakuvia, mutta ongelmasta selvisi ostamalla jo silloin laadukasta satelliittikuvaa ulkomailta. Satelliittikuvauksen ollessa ylikansallista toimintaa Unkarin mahdollisesta kiellosta kärsisivät todennäköisesti lähinnä paikalliset pienyritykset.

Vakoilu ja kartoittaminen tarjovat lopuksi oivan aasinsillan palauttaa mieleen mikkeliläinen Kyyhkylän kartanon isäntä Otto Carl von Fieandt, jota 1700-luvun lopulla pidettiin Ruotsi-Suomen etevimpänä sotilastiedustelukarttojen tekijänä. Tätä aihepiiriä hän opetti Haapaniemen sotilaskoulussa ja julkaisi 1804 kirjan ”: Om sättet att rita militäriske cartor och att med säkerhet urskiljä föremålen, som i dem bör utsättäs”.

1700-luvun maanmittari työssään. Lähde: Wikimedia. Johann Heinrich von Denffer und Mitarbeiter bei der Landvermessung

1700-luvun maanmittari työssään. Lähde: Wikimedia. Johann Heinrich von Denffer und Mitarbeiter bei der Landvermessung

Ilmeisen näppäränä miehenä Otto Carl säästyi jopa kuolemantuomiolta Anjalan liiton jälkipyykeissä, koska hän ei nykypolitiikkojen ja yritysjohtajien tapaan kuulusteluissa ”muistanut” mitään kapinayrityksestä kuningasta vastaan. Melkein heti vankilasta vapautumisen jälkeen vuonna 1789 Kustaa III lähetti Otto Carlin ja ruotsalaisen Carl Fredrik Königin kartoittamaan Seine-joen laakson Le Havresta Pariisiin, sillä Kustaan kunnianhimoinen suunnitelma oli palauttaa Ranskan vallankumouksessa syrjäytetty kuningas Ludvig XVI ja kuningatar Marie Antoinette takaisin valtaan. von Fieandt ja König todellakin toteuttivat jännittävän kartoitusretken, mutta Ruotsin sotajoukot eivät koskaan lähteneet Ranskaan. Koko tarinan voi lukea Königin jälkeläisen Thorsten Sandbergin julkaisemasta kirjasta Gustav III:s Spioner (Historiska Media, 2006), joka perustuu Königin päiväkirjamerkintöihin. Mahdollisesti jo ensi kesänä Kyyhkylässä voi puolestaan tutustua von Fieandtin ja Königin piirtämän kartan kopioon.

ELMF 2012 @Salzburg

Vastaa

Loppuvuoden mielenkiintoisin tapahtuma 3D-laserskannauksen saralla on Salzburgissa 4.-5. joulukuuta järjestettävä European Lidar Mapping Forum – ELMF 2012. Vain ja ainoastaan laserskannaukseen keskittynyt tapahtuma kerää paikalle kaikki laite- ja ohjelmistovalmistajat ja nähtävillä on siis laaja valikoima maa-, ilma- ja mobiiliskannereita ohjelmistoineen. Intergeon ohella ELMF lienee paras paikka Euroopassa lyödä monta kärpästä yhdellä iskulla ja saada rautaisannos laserskannaustietoutta.

ELMF

Messujen ohella ohjelmassa on valmistajien työpajoja, joissa voi tutustua tarkemmin vaikkapa IXsean uuteen Atlans-inertianavigointijärjestelmään tai Rieglin tehokkaaseen VMX-450 liikkuvaan kartoitusjärjestelmään.

Alan toimijoiden kannalta ELMFin mielenkiintoisin osio voi kuitenkin olla konferenssi, jonka esitysten kautta pääsee näkemään mitä muut yritykset puuhaavat. Vertaisarviointia, verkostoitumista ja oman ideapakin kehittämistä siis! Tänä vuonna me voimme ilolla todeta, että asiakkaamme VR Track Oy esittelee osallistujille laserskannaustoimintaansa esimerkkitapauksena Helsingin ja Turun välisen rantaradan tunnelit – kalustona Rieglin skanneri. Tunneleita on pakko seurata vuoden ympäri, sillä vuodenaikojen vaihtelu – varsinkin talvi – aiheuttaa helposti erilaisia muutoksia rakenteissa.

On hienoa nähdä suomalaisia yrityksiä mukana näillä areenoilla. Onnea esitykseen!

3D-streamausta gexcel R3:n avulla

Vastaa

Näinä päivinä ohjelmistotalot esittelevät kilvan ratkaisuja aineistojen jakamiseen internetin välityksellä, jotta yhteistyö aineistojen eri käyttäjien välillä olisi helpompaa. Tähän pyritään luonnollisesti myös 3D-pistepilvien käsittelyssä, vaikka aineistot ovat suuria – helposti jopa gigatavujen kokoisia. Globaalissa työympäristössä tilanne voi näet olla seuraavassa kuvassa esitellyn kaltainen:

Gexcel_streaming

Tehdäkseen pistepilvet helpommin saavutettaviksi, italialainen ohjelmistovalmistaja gexcel on lähtenyt pistepilvien jakamisratkaisussaan harvinaisemmalle 3D-streamauksen linjalle. Tällöin tyypillisen 2D-projektion sijaan käyttäjät voivat tarkastella pistepilviä suoraan 3D-näkymässä. Tämä on mahdollista käyttämällä gexcelin kehittämää R3 pistepilvimoottoria ja R3Xtream-tekniikkaa, jotka tuovat pistepilvet myös iOS ja android-pohjaisiin älypuhelimiin ja tablet-tietokoneisiin.

Lähtökohtana käytetään R3-ohjelmassa luotuja solid-kuvia, joissa voidaan verkon välityksellä myös tehdä ja tallentaa mittauksia. Pistepilvien varsinainen analysointi tehdään Gexclin JRC Reconstructor ja R3-ohjelmistoissa, joiden etuna on monipuolisuuden lisäksi yhteensopivuus usean eri skannerivalmistajan kuten Faron ja Rieglin formaattien kanssa.

Miten SolidImage Streaming-ohjelma toimii? Katso Gexcelin esimerkkivideo täällä. Kohteena on Kapernaumista esiin kaivettu Pietarin talo, jonka aineistossa on nähtävissä 600 miljoonaa valokuvilla värjättyä pistettä.

Lisätietoja Gexcelin ohjelmista Nordic Geo Center Oy:n sivuilla

Spatiaalinen rannikonmuutos & ilmalaserkeilaus

Vastaa

Marraskuun alussa USA:n itärannikolle iskeneen Sandy-hurrikaanin vahinkoja arvoidaan kovaa vauhtia. Koska vahingoittunut alue on erittäin laaja, niin erilaiset kaukokartoitusmenelmät satelliittimittauksista lentokoneesta/helikopterista tehtyihin ilmakuviin ja ilmalaserskannauksiin ovat luonnollisesti ykkösvalintoja työn tekemiseksi. Pikkulennokkien käyttö eivät oikein istu tällaisiin kuvioihin, sillä tuhoalueille pitäisi ensiksi päästä – tiet olivat poikki ja sähköjä ei ollut päiväkausiin – ja lisäksi kartoitettavat alueet ovat suuria. Isot miehittämättömät lennokit, jotka kantavat tehokkaan laserkeilaimen, ovat taas niin hintavia, ettei kustannussäästöjä helikoptereihin ja lentokoneisiin nähden taida oikein syntyä.

Yhdysvalloissa paikallinen geologinen tutkimuskeskus USGS kävi ilmalaserskannaamassa pahimman tuhoalueen keskellä olevan Fire Islandin marraskuun 5. päivänä. Tuloksia verrattiin ennen myrskyä tehtyihin mittauksiin ja tuloksena ollaan saamassa tukku uutta tietoa rannikon muutoksista. Seurannalla voidaan tehdä päätelmiä muun muassa myrskyjen vaikutuksesta spatiaaliseen rannikonmuutokseen kuten rantojen eroosioon, dyynien siirtymiseen ja uusien saarien muodostumisen. Tulokset ovat tässä vaiheessa vielä alustavia, mutta hiekkaa on selkeästi siirtynyt metrikaupalla rannasta sisämaahan tai se on huuhtoutunut kokonaan pois. Katsopa ennen ja jälkeen kuvasarjat USGS:n sivuilta.

Mielenkiintoinen on myös USGS:n arvio, että tuhoa pahensi merenpinnan nousu. Vuoden 1962 edellisestä suuresta myrskystä merenpinnan korkeus on noussut runsaat 20 cm, joten merivesi ulottuu nyt laajemmille alueille noustessaan.

Mitenkähän myrskyssä kävi Delawaren rannikolla sijaitsevalle keinotekoiselle riutalle? Red Bird -riutta on luotu käytöstä poistetuista metrovaunuista (n. 700 kpl), joiden avulla on luotu kaloille ja kasvillisuudelle superhedelmällinen alusta. Riutan toinen tarkoitus hidastaa eroosiota.

Rannikon eroosio on iso ongelma myös ilman katastrofaalisia myrskyjä ja rannikon muutoksia seurataan erilaisin keinoin myös Suomessa. Tästä löytyy hyvä selvitys ja animaatio Geodeettisen laitoksen sivuilta. Meillähän maa nousee länsirannikolla, mutta maissa, joissa maata menetetään merelle vuosittain, tilanne on luonnollisesti vakavampi asukkaiden kannalta. Näin käy esimerkiksi Englannissa, jonka itärannikko katoaa Pohjanmereen kovaa vauhtia. Tilastollisesti laskettuna keskimääräinen muutosvauhti vuosien 1852-2010 välisenä aikana on 1,27 metriä vuosittain. Tilaston takana on vaihtelevia mittausmenetelmiä, sillä aluksi muutosta seurattiin karttakäyrien muutoksena, vuodesta 1951 alkaen muutamalta pysyvältä mittausasemalta, 1999 alkaen pistemäisesti GPS-mittauksin ja vuodesta 2009 alkaen ilmalaserkeilaamalla.

Englannin itärannikkoa seurataan myös maalaserkeilauksen avulla, kuten tässä Englannin geologisen tutkimuskeskuksen videossa näkyy. Rannikon pehmeä maaperä on eroosion lisäksi altis myös maanvyöryille, joita halutaan näin tarkkailla. Mittalaitteena on muuten Rieglin vanhempi, 6 km mittaava malli.

Vuosisatojen aikana kokonaisia kyliä on siis menetetty merelle. Katsopa tilannetta pelkästään Itä-Yorkshiressä täältä.

Lisätietoja:

Ilmalaserskannaus Nordic Geo Center Oy:n sivuilla: http://www.geocenter.fi.testwww.yritysweb.fi/NGC/riegl/ilmalaserskannerit/ (sivun alaosassa)

Ilmalaserskannaukset Fire Islandilta: http://coastal.er.usgs.gov/hurricanes/sandy/lidar/

Sandyn opetukset: http://www.usgs.gov/blogs/features/usgs_top_story/shifting-sands-sandys-lessons-in-coastal-geology/

Tietoa eroosiosta ja kadonneista kylistä Itä-Yorkshiresta: http://urbanrim.org.uk/Holderness.htm sekä http://urbanrim.org.uk/erosion%20map.htm

Maannousu Suomessa: http://www.fgi.fi/fgi/fi/teemat/maannousu

Nätti-Jussin jalanjäljillä

Vastaa

Olemme parhaillaan – epämuodikkaasti – Jyväskylässä kaivannaisalan ja maanrakennuksen messuilla FinnMateriassa. Kaivokset ovat nyt vastatuulessa, mutta kannattaa muistaa Suomessa olevan myös useita pitkään toimineita ja ympäristöasiansa vastuullisesti hoitavia kaivoksia. Pitkällä tähtäimellä kaivosten suunnittelua ei voi kuitenkaan kuin parantaa, sillä niiden vaikutus näkyy ympäristössä pitkään. Esimerkiksi Espanjassa ja Jordaniassa roomalaisajan kaivokset ovat edelleen näkyvissä saastuneena maaperänä – 2000 vuotta kaivostoiminnan jälkeen – ja kaivostoiminta on muokannut myös paikallista maisemaa rajusti.

Messuilla on nähtävillä niin isoja kaivoskoneista, että aikoinaan Aku Ankassa seikkaillut Nätti-Jussi suorastaan kalpenee niiden rinnalla.

Nähtävillä on myös Rieglin skannereita, jotka pitkän matkan mittalaitteina soveltuvat erinomaisesti isojen avolouhostosten, kasojen ja maastomallien mittaamiseen ja seurantaan. Talvivaaran tapahtumat ovat osoittaneet, että valuma-alueiden määrittämiseksi tarvitaan nykyistä huomattavasti tarkemmat maastomittaukset, joita skannereilla voidaan tuottaa ilmasta, mobiilisti tai maasta. Määrämittausten lisäksi Rieglin skannereilla voidaan tuottaa lisätietoja geologisiin arvioihin kivi- ja maa-aineksen osalta. Samasta työstä kilpailevat tietysti myös erilaiset kuvamittausjärjestelmät, mutta onneksi kasvillisuuden peittämissä kohteissa ei kuvilla pärjää. Laserskanneri sen sijaan tunkeutuu kasvien läpi maan pintaan. Me näemme työn eduksi myös nopeuden, sillä kuvista mallin tuottaminen näyttää kestävän useita viikkoja ja kaiken lisäksi paikalla täytyy mitata kuviin kontrollipisteitä. Vaivalloista.

Riegl VZ-1000-skanneri kaivosmittauksessa. Työturvallisuus paranee huomattavasti, koska mittaukset voidaan tehdä etäältä.

Mitä skannereilla saadaan aikaan? Katsopa esimerkkivideo avolouksen mittauksesta ja mallinnuksesta Chilessä.Valtavan kaivoksen pohjalla näkyy aukko, koska puolen päivän aikana ei enää ehditty mitata viimeistä mittausasemaa. Kaivoksen mittasuhteista johtuen suurin aika kului kulkemiseen paikasta toiseen.

Toinen esimerkki näyttää esimerkin tilanteesta ennen ja jälkeen räjäytyksen, jonka jälkeen siirtyneet massat on helppo laskea RiScan Prossa.

Kolmas esimerkki on maanlaisesta kaivoksesta, sillä Riegl sopii erinomaisesti myös umpinaisiin tiloihin. Myös umpinainen 3D-mesh-mallinnus voidaan tehdä suoraan RiScan Prossa.

Taivaalla jo 4 Galileo-satelliittia

Vastaa

Viime maanantai-iltana Ranskan Guayanassa ammuttiin kiertoradalle 2 uutta eurooppalaisen Galileo-paikannusjärjestelmän satelliittia. Tällä hetkellä maata kiertää järjestelmän 4 ensimmäistä satelliittia nimeltään Thijs, Natalia, David ja Sif, jotka on nimetty eurooppalaisten lasten mukaan. Tämänhetkisen suunnitelman mukaan satelliitteja on 18 kappaletta vuoden 2014 loppuun mennessä ja järjestelmä on täydessä toimintatilassa vuonna 2018, jolloin siihen kuuluu 30 satelliittia. Lue lisää ESAn sivulta.

Galileo-järjestelmän toimintamenoihin on pedattu miljardien rahoitusta Horizon 2020-ohjelmassa, mutta täytyy kuitenkin muistaa, että EU:n tulevista tutkimus- ja kehitysrahoista kiistellään parhaillaan. Erään esityksen mukaan Galileon toteutuessa EU:lla olisi hallussaan 20% globaalista GNSS-markkinasta vuoteen 2020 mennessä ja projekti synnyttäisi euroalueelle 400 000 uutta työpaikka. Paikantaminen on iso bisnes!

EU ei rahoita paikannusinfran luomista puolustusmenoista kuten muut alan valtiot, joten ESA tarvitsee tukea tavoitteissaan. Mitenhän muuten saisi vaikkapa Rovion Peter Westerbackan ja Angry Birdsit mukaan ESAn projekteihin samalla tavalla kun he ovat solmineet kumppanuuden NASAn ja CERNin kanssa? Paikannus on sinänsä muodikasta mutta kalliin infran rakentaminen taas ei ole.

No, uuden paikannusjärjestelmän valmistumista toivoessamme muistutamme myös edustamiemme Stonexin GNSS-vastaanottimien valmiudesta hyödyntää Galileo-järjestelmää. Stonexin vastaanottimet ovat kohtuuhintaisia ammattilaismittauslaitteita moniin käyttötarkoituksiin kuten RTK- tai GIS-mittauksiin. Tutustu tarkemmin Stonex S9:iin ja S7:aan sivuillamme.

Kuvassa Stonexin uusi maastopaikannuslaite S7.

Oman polut kulkijat

Vastaa

Toisin kuin nykyään monasti halutaan uskotella, syvallinen osaaminen ja siitä pulppuavat keksinnöt eivät ole saavutettavissa lyhyellä tähtäimellä. Tästä hyvänä esimerkkinä olkoon Johannes Rieglin keksintöjen tarina. Hän aloitti tutkijana Wienin teknillisessä korkeakoulussa 1968 ja loi siellä 10 vuoden aikana perustan yhtiölleen, Riegl Laser Measurements Systemsille. Yhtiön historian sen tuotteiden kautta voi katsastaa täältä. Ja kyllä, joukossa on myös ne nopeustutkat, joita esimerkiksi Saksan poliisi käyttää.

Tohtorit Andreas Ullrich ja Johannes Riegl

Samanlaisia kehittäjiä tarvitaan koko ajan, sekä laitteiden ja ideoiden kehittäjinä että käytön soveltajina. Kun meillä Suomessa halutaan nykyään usein valmiiksi pureskeltuja ratkaisuja, ihmettelemme hieman minne on kadonnut kokeilunhalu? Ei kai kukaan oikeasti kuvittele luovansa taloudellista menestystä esimerkiksi vain kopioimalla muita tai tekemällä kaiken varman päälle? Tietysti on harmillista, että monet rahoitusmuodot suosivat vain pikavoittojen hakua eivätkä pitkän tähtäimen tavoitteita, mutta lyhytnäköistä ajattelutapaa vastaan on kamppailtava. Ajatelkaapa esimerkiksi, että laserin keksijät hyödynsivät 1960-luvulla Albert Einsteinin 40 vuotta aiemmin kehittämiä ideoita ja todennäköisesti he eivät ajatelleet keksintöään käytettävän 60 vuoden kuluttua silmäkirurgiassa tai 3D-laserskannereissa. Ideasta on joskus pitkä matka käytännön sovelluksiin.

Entäpä sitten olemassa olevien tekniikoiden soveltaminen muista poikkeavalla tavalla? Kiinassa Rieglin monikäyttöinen maalaserskanneri VZ-1000 laitettiin miehittämättömän kopterin kyytiin kameran kera ja tulokset olivat käyttäjien mielestä erinomaisia. Jo ennen systemaattisten virheiden poistoa saavutettu X/Y tarkkuus oli < 10 cm ja korkeustarkkuus Z < 5 cm. Lentokorkeus oli runsaat 200 m ja pisteitä saatiin mitattua noin 25 kpl/m2. Ilmakeilaukseen on paljon optimaalisempiakin skannereita, mutta tässä on selvästi käytetty mitä on saatavilla. Samalla skannerilla voi mitata myös staattisesti ja mobiilista maassa, joten käyttöaluiden lisääntyessa voimme todella alkaa puhua 3D-skannerien monitoimilinkkuveitsestä.

Toinen esimerkki on tunnelimittausten maailmasta Espanjasta, jossa on nykyään Euroopan pisin nopeiden junien verkko. Viranomaiset vaativat kahden vierekkäisen 25 km pituisen tunnelin tarkkaa kartoittamista mutta perinteisin menetelmin mittaus olisi kestänyt kuukausia. Riegl VMX-250 mobiiliskannausjärjestelmän IMU-yksikkö ei kestä pitkiä GPS-katkoksia, joten portugalilaiset kartoittajat ratkaisivat yli tunnin mittaiset GPS-katkokset muilla keinoin. Miten? Sen voi voit lukea täältä. Lopputuloksena saadun reitin (trajectory) absoluuttinen sijaintitarkkuus oli 2 cm!

Loppujen lopuksi myös mittaamisen voi ottaa pelaamisen kannalta. Tavoitteena on siis mitata nopeammin, tarkemmin, tehokkaammin ja luotettavammin! Parhaat pelaajat ajattelevat luovasti ja keksivät uutta. Ota yhteyttä, emme ole koskaan olleet luomassa jo keksittyä pyörää.

Täysi aallonmuoto, FW LIDAR, metsäntutkimuksessa

Vastaa

Maailmalla kirjoitellaan mielenkiintoisia tutkimuksia täyden aallonmuodon ilmalaserkeilauksen käytöstä monilla aloilla kuten metsäntutkimuksessa. F. Pirotti on iForestlehden artikkelissaan tehnyt yhteenvedon alan tämän hetkisestä tutkimuksesta eli missä mennään metodien ja tulosten suhteen.

Todettakoon siis, että täyden aallonmuodon analyysi tarjoaa tarkempaa mittaustekniikkaa sekä maanpinnan että puuston suhteen ja puuston tarkempia luokittelumahdollisuuksia. Esimerkiksi saksalainen J. Reitberger on saavuttanut automaattisessa havupuu – lehtipuu -luokittelussa 85% (puissa lehdet) ja 96% (lehdetön aika) tuloksia. Ai mistä näitä aineistoja saa? Katsopa RIEGLin laitevalikoima aineiston tuottamiseksi täältä.

Täyden aallonmuodon reaaliaikaisessa analyysissa palautuva signaali digitoidaan ja eri kaiut määritellään automaattisesti. Jos digitoitu signaali tallennetaan, niin aineistoa voidaan tarkastella tarkemmin vielä jälkikäteen ja se voidaan käsitellä erilaisin algoritmein tarkempien analyysien saamiseksi.

Suomessa metsätutkijat eivät ole kokemustemme perusteella innostuneet täyden aallonmuodon hyödyntämisestä tutkimuksissaan. Kysymys on useimmiten kustannusten suhteesta hyötyyn eli pelkona on ettei täydestä aallonmuodosta saada tarpeeksi lisäarvoa diskreetteihin mittauksiin verrattuna. Maanmittauslaitoksen järjestämässä laserkeilausseminaarissa kuultiin jopa sellainen metsäntutkijan kannanotto, etteivät aineistot edes kiinnosta. Ihmettelemme hieman moista asennetta, mutta onneksi muualla maailmalla ja jopa naapurimaissammekin tutkijoiden asenteet ovat jo toiset 🙂 Hassua muuten on se, etteivät Rieglin ilmalaserskannerit ole kilpailijoitaan kalliimpia, joten esimerkiksi reaaliaikaisesta täyden aallonmuodon analyysistä pääsee nauttimaan ihan samaan hintaan kuin vanhanaikaisemmasta tekniikasta.

Matalien vesistöjen kartoitus

Kuvassa Riegl VQ-820-G ilmalaserskannerilla kartoitettuja maa- ja vesistöalueita. Puusto- ja maastoskannauksen lisäksi myös vedenalaisia alueita voidaan mitata tarkemmin hyödyntämällä täyden aallonmuodon analyysiä. Ilmassa näkyvät pisteet ovat puolestaan voimajohtojen poikkileikkauksia. Voimajohdot ja muut ilmakaapelit on helppo skannata ja samalla nähdään onko kasvillisuus liian lähellä.

Mittaustekniikka on dynaaminen ala ja kehittyy koko ajan! Se tuntuu unohtuneen geodesian ja fotogrammetrian entisessa edelläkävijämaassa, jossa nykyään mitataan lennokkien ottamista ilmakuvista jopa kasvillisuuden peittämien alueiden maastomalleja. Ja tosiaan, kuvia puuston yläpinnasta lasketusta pintamallista esitellään myös valtakunnallisessa tekniikan alan yleislehdessä maastomallina… O tempora, o mores.

Lähde: Pirotti, F. 2011. Analysis of full-waveform LiDAR data for forestry applications: a review of investigations and methods. iForest, vol 4 (100-106)

IXSEA Atlans

Vastaa

Inertianavigointijärjestelmiä sekä mittauslaitteita maalle, ilmaan ja veden alle tuottava ranskalainen IXSEA/IXBLUE on esitellyt uuden, monikäyttöisen kuituoptisen gyroskooppinsa (FOG) nimelta Atlans.

Atlans on kustannustehokas inertianavigointijärjestelmä, joka sopii sekä liikkuviin kartoitusjärjestelmiin että helikoptereihin/lentokoneisiin. Kustannustehokkuutta tuo muun muassa pitkä käyttöikä ilman ylläpitohuoltoja sekä rakenne, jossa ei ole liikkuvia osia.

Laite painaa vain 3 kg ja sen virrankulutus on myös pieni. Koska laserskannausjärjestelmän nopeuden yhtenä kehittämisen esteenä ilmassa on myös virrankulutus – mitä nopeampi ilmalaserskanneri sen enemmän se kuluttaa virtaa – niin järjestelmän muiden osien virtapihiyttä voi tosiaan arvostaa.

Atlansin esitteessä voi tutustua tarkemmin millaisiin paikannustarkkuuksiin laitteella – yhdistettynä erilaisiin GPS-järjestelmiin – päästään.

Robotiikkaa & skannausta

Vastaa

Kurssien inspiroimana tässä muutama sana geomatiikan ja robotiikan yhdistämisestä eli mitä tutkimuspuolella tapahtuu. Robotiikan puolella pyritään täyteeen automaatioon ja reaaliaikaiseen laskentaan, jotta robotti voi liikkuessaan samanaikaisesti paikantaa itsensä ja kartoittaa samalla ympäristöään, jotta se voi samanaikaisesti taas miettiä etenemistään. Samanaikanen paikantaminen ja kartoitus tunnetaan nimellä lyhenteellä SLAM, simultaneous locationing and mapping. Tätä lähestymistä tarvitaan vaikkapa Mars-mönkijän tilanteessa tai kotona robotti-imuria käytettäessä. Pölynimurin ei tarvitse tietenkään tallentaa kartoitustietoa, mutta edistyneen imurin logiikan täytyy kuitenkin päätellä milloin työmaa on valmis.

Geomatiikan puolella mennään myös kohti automatisaatiota ja reaaliaikaisuutta, mutta kartoituksen ja paikannuksen tarkkuus on kuitenkin määräävä tekijä systeemeitä suunnitellessa. Tulevaisuudessa yhdistymistä tapahtuu varmasti kasvavassa määrin. Esimerkkinä tarkan laserskannerin ja SLAM-tekniikan yhdistämisestä on nähtävissä Andreas Nüchterin tutkimuksissa, joissa hän on yhdistänyt Riegl VZ-400-skannerin liikkuvan alustaan. Nüchterin tutkimuksia tarkastellessa huomaa, miten hän on aloittanut edullisilla skannereilla laskenta-algoritmeja kehittäessä, mutta lopulta työn kehittyessä yhdistänyt järjestelmään laadukkaan skannerin paremman kartoitusaineiston saamiseksi.

Esimerkkivideoissa paikannetaan ja kartoitetaan kahdella eri tapaa: mobiilisti 2D:nä ja mobiilisti (stop&go) 3D:nä. Molempia tekniikoita voi sitten mainostaa sisätila-tai ulkoskannauksena ilman tähysten käyttöä. Huomatkaa liikkuvan alustan suuren pyörät, jolloin robotti ei juutu kynnyksiin ja lattian muihin pieniin epätasaisuuksiin.

Stop&Go video antiikin Ostian kartoituksesta

Irma3D-robotti mittaa toimistoa

Jos haluat kokeilla ja kehittää laskenta-algoritmia omien komponenttien avulla, niin Nüchterin SLAM6D laskentatyökalupakki on kaytössäsi.

Intergeon satoa

Vastaa

Näin kolmannen päivän aamuna voi tehdä jo yhteenvetoa vuoden 2012 Intergeosta. Päivillä on paljon uusia laite- ja ohjelmistojulkaisuja, mutta kävijöitä vaikuttaisi olevan hieman edellisvuosia vähemmän. Messujen viimeinen päivä on perinteinen opiskelijapäivä, joten messuhallit täyttynevät tänään alan opiskelijoista.

RIEGL GmbH julkaisi tänä vuonna peräti viisi uutta skanneria: VZ-6000 maalaserkeilaimen sekä neljä ilmalaserkeilainta: VQ-380i, VQ-480-U, VQ-480i, ja LMS-Q780. Nämä skannerit sopivat UAS-järjestelmiin, helikoptereihin ja lentokoneisiin.

Ohjelmistojulkaisuista hehkutimme etukäteen RiSOLVEa. joka automatisoi maalaserskannausta. Messujen aikana olemme päivittäneet tietämystämme myös mobiiliskannauksen saralla ja päässeet vierestä seuraamaan tämänhetkistä State-of-the-Art –järjestelmää datan hankkimisesta aina sen prosessointiin valmiiksi pistepilveksi. RIEGL VMX-450 on jo suorastaan hämmentävä mobiiliskannausjärjestelmä: tehdaskalibroitu, helposti alustalta toiselle siirrettävä, nopea , tehokas ja tarkka.

Mikään laitteisto ei ole hyvä ilman toimivaa ohjelmistoratkaisua ja myös tämän puolen RIEGL on kehittänyt pitkälle. RiAcquire, RiProcess ja RiWorld saivat seurakseen RiPrecisionin, jonka avulla voidaan yhdellä napin painalluksella korjata IMUn ja GNSS-järjestelmän avulla tallennettua reittiä (Trajectory). Lopputuloksena tällä hetkellä 10 km tienpätkän mittausaineiston prosessointi valmiiksi pistepilveksi kestää vain 20 minuuttia! Huom! Tämä pätee vain Rieglillä.

FARO ei esitellyt suuria uutuuksia tänä vuonna, vaan päähuomion saivat sopimukset Trimblen ja Topconin kanssa. Molemmat myyvät nyt Faro Focus3D-skanneria, luonnollisesti omissa nimissään. Topconin väriessä skanneria ei näkynyt messuilla, joten Eurooppa kuulunee myyntisopimuksen ulkopuolelle?

STONEX yllätti esittelemällä täysin uuden skannerin, X300, joka nähtiin messuilla toimivana protona. Ensimmäiset skannerit tulevat tuotantolinjalta vuoden 2013 alussa, kunhan suuri, useamman sadan kappaleen ennakkotilaus on ensin toimitettu. Kyseessä on italialaissuunnitteinen pulssilaser (TOF), jonka mittausetäisyys on nimensä mukaan 300 metriä. Skannerissa on sisäänrakennettu kamera. Skanneri ei häikäise ainakaan vielä teknisillä ominaisuuksillaan, mutta hinnaltaan se sijoittuu edullisten skannerien sarjaan. Nyt saatiin skannaavia takymetrejä edullisempi 3D-laserskanneri!

Uusi Stonex X300 laserskanneri

Laitteiden lisäksi Stonex esitteli oman älypuhelinsarjansa. Näistä saamme lisätietoa jatkossa.

Ohjelmistovalmistajana tunnettu GEXCEL esitteli myös uusia ohjelmistoratkaisujaan. Laitepuolella Gexcel esitteli kamerajärjestelmän, joka voidaan yhdistää mihin tahansa mobiiliskannausjärjestelmään. Myös kameravalinta on käyttäjän päätettävissä, sillä alustaan voidaan laittaa erilaisia teollisuuskameroita, videokameroita, järjestelmäkameroita tai vaikka GoPro-kamerat. Katso video aiheesta.

Mitä messuilta jäi mieleen? Tänä vuonna miehittämättömiä kuvausjärjestelmiä (UAS) esiteltiin pilvin pimein, mutta kuinka moni näistä jää elämään? Pari vuotta sitten piha oli täynnä erilaisia mobiilimittausjärjestelmiä, joista vain pieni osa on enää jäljellä. Tämän perusteella myös UAS-puolella käy kova eloonjäämiskamppailu, jonka lopputuloksen näemme parin vuoden kuluttua. Lisäksi ilmeisesti vuonna 2015 julkaistava, UAS-järjestelmien käyttöä säätelevä EU-direktiivi tulee määräämään alan kehityksen suunnan ainakin Euroopassa. Saksassa säännöt ovat jo kiristyneet muutaman pahan UAV-onnettomuuden takia, joten lienee selvää, että tulevaisuudessa säännöt kiristyvät kaikkialla, jos laitteiden määrä lisääntyy kuten Saksassa. UAS-laitteiden hyviä ja huonoja puoli käsitellään laajasti Spiegelin artikkelissa ja sotilaskäytön siviileihin kohdistuvista ongelmista raportoi puolestaan The Guardian.

RIEGL RiSOLVE – laserskannauksen automatisointi

Vastaa

Virallisesti Intergeossa esiteltävästä RiSOLVE-ohjelmasta on ilmestynyt esittelyvideo. Videosta näkyy miten mittaustapahtuma ja aineiston käsittely on mahdollista automatisoida työn nopeuttamiseksi. Tässä esimerkissä on skannattu 5 skannausasemaa ja niistä tuotettu pohjakartta; kaikki alle puolessa tunnissa. Ajankulku näkyy videon alareunassa. Tämän automatisoinnin avulla RIEGL voitti Englannin poliisiin tarjouskilpailun 25 kappaleen VZ-400-skannerin toimittamisesta viranomaiskäyttöön.

Esittelyvideossa lopputuote on valittu tilaajan eli poliisin tarpeiden mukaisesti. Prosessi voidaan automatisoida eri käyttäjäryhmien tarpeisiin eli saapa nähdä mitä seuraavaksi kehitetään!

Ilmalaserkeilattujen korkeusmallien tarkkuus toistomittauksissa

Vastaa

Mittalaitteiden virheitä koskevat tutkimukset ovat aina mielenkiintoisia, sillä niiden avulla menelmiä ja laitteita voidaan kehittää ja alan ammattilaiset voivat arvioida omaa toimintaansa sekä mittaustilanteissa että aineistojen käsittelyssä.

Tällä kertaa pohdinnan kohteena on ilmalaserskannereilla mitattujen korkeusmallien kokonaisepävarmuus. Kuinka usein sitä tulee ajatelleeksi, että aineiston epävarmuus vaihtelee jo yksittäisen aineiston sisällä saatikka sitten eri aikoina mitattujen aineistojen välillä? Yksi merkittävä epävarmuustekijä on jo mitattava kohde itsessään. Ja huomio, sama pätee myös muihin optisiin mittalaitteisiin.

Tämän osoittavat mielenkiintoisesti Zürichin yliopiston tutkijat, jotka tutkivat jäätikön muutoksia vuosina 2005-2010. He keräsivät samalla 4 ilmalaserkeilausaineistoa, joista valmistetuilla korkeusmalleilla voidaan tarkastella menetelmän tarkkuutta seurannan kannalta. Referenssimittauksina on käytetty muun muassa pistemäisiä dGPS- ja takymetrimittauksia sekä referenssipintoina lähistöllä sijaitsevien neljän alppimajan vinoja kattoja. Ilmalaserkeilaukseksessa aineistojen tarkkuuksia tarkastellaan normaalisti yksittäisillä referenssipisteillä ja kohtisuorilla tasoilla (joissa epävarmuus on muuten pienin), mutta jäätikköympäristössä näitä kohteita on vaikea löytää, samoin kuin muitakaan tarkkoja kontrollipisteitä. Toisaalta majojen kattojen vino pinta mahdollistaa hyvin mahdollisten pysty- ja vaakapoikkeaminen tarkastelun, vaikkakin mittauspulssin osuminen vinosti kohteeseen aiheuttaa kokonaisepävarmuuden kasvua.

Mittauksissa on siis monenlaisia virhelähteitä. Tässä tutkimuksessa kokonaisepävarmuus on laskettu stokastisista ja systemaattisista epävarmuuksista. Stokastiset virheet aineutuvat pääosin lentokoneen sijainnin ja asennon määrittelyn virheistä, laitteiston suhteellisen sijainnin määrittelystä lentokoneessa sekä skannausprosessin epävarmuustekijöistä. Sijaintitarkkuuksissa havaittin Glennien nyrkkisäännön paikkaansapitävyys eli se on 2 cm + 1 ppm (ppm lentokoneen sijainnin ja GPS-maa-aseman välillä). Suurin osa xy-sijainnin virheestä aiheutui tutkijoiden mukaan kuitenkin IMU-yksiköstä.

Myös systemaattisilla epävarmuuksilla on monta lähdettä, joista tässä mainittakoon mittaussäteen kohtauskulma kohteeseen: hyvin kaltevat rinteet kasvattavat systemaattista epävarmuutta selkeästi. Rinteiden jyrkkyys erottui myös lentojen kaistoissa, jotka erottuivat varsinkin lennettäessä kohtisuoraan rinnettä nähden. Jäätikön tasaisissa osissa on puolestaan pieni systemaattinen epävarmuus.

Tarkkojen korkeusmallien (DEM) osalta tutkimuksen päätelmät ovat seuraavat: tarkin malli saadaan GPS-satelliittien hyvällä geometrialla, tarkalla IMU-yksiköllä ja mittaamalla referenssipintoja paikan päällä. IMU-yksikön tarkkuus on lentokorkeuden ohella suurin mittausepävarmuutta aiheuttava tekijä. Myös kohde vaikuttaa tulokseen eli jyrkät rinteet ja mittaussäteen vino kohtauskulma kohteeseen heikentävät tulosta aiheuttaen muun muassa systemaattisen vertikaalisen siirron. Lisäksi todettiin, että korkealaatuiseen korkeusmalliin päästään ennenkaikkea mittauskampanjan hyvällä suunnittelulla ja pitkällä aikavälillä, haluttaessa vertailukelpoisia aineistoja, myös aineistojen yhdenmukaisellä jälkikäsittelyllä.

Tutkimuksessa kokonaisvirheen suuruus oli vain muutamia desimetrejä vaaka-ja pystysuunnassa, mikä osoittaa ilmalaserskannauksen olevan käyttökelpoinen menetelmä jäätiköiden seurannassa.

Jäätiköntutkimuksen osalta tulos on sama kuin muuallakin maailmassa eli tutkittavat jäätiköt pienenivät selkeästi 5 vuoden seurantajakson aikana. On kuitenkin huomionarvoista, että tulokset poikkeavat selkeästi pistemäisesti toteutettuun jäätikkömonitorointiin verrattuna. Tähän syynä lienee se, että jäätikkö käyttäytyy kokonaisuutena eri tavalla kuin yksittäiset seurantapisteet. Tämä on muuten huomionarvoinen asia myös maamassojen liikettä seurattaessa. Pistemäiset monitorointimenetelmät eivät näytä kohteen kokonaismuutosta riittävällä tarkkuudella.

Verrattaessa ilmalaserskannausta maan päällä tapahtuvaan mobiiliskannaukseen yhtälaisyys virhelähteiden kohdalla on huomattava ja luonnollinen: valmistajien mukaan suurin virhe aiheutuu GPS- ja IMU-mittausten epätarkkuudesta.

Lähde: Philip Claudio Joerg , Felix Morsdorf and Michael Zemp. 2012. Uncertainty assessment of multi-temporal airborne laser scanning data: A case study
on an Alpine glacier. Remote Sensing of Environment 127 (2012) 118–129.

RIEGL-uutuudet Intergeossa

Vastaa

Maanmittausalan vuosittaiset päämessut, Intergeo 2012, lähestyvät. Tänä vuonna Intergeo järjestetään lokakuun 9-11 Hannoverissa.

Messuilla kaikki laitteisto- ja ohjelmistovalmistajat esittelevät uutuuksia, joista alkaa näin messujen alla tihkua jo hieman ennakkotietoja. RIEGL Laser Measurement Systems esittelee kaksi uutuusskanneria ja omien sanojensa mukaan ”ohjelmistoilotulituksen”. Pääpaino tänä vuonna on ohjelmistoissa, joilla eri alojen käyttäjien elämää halutaan helpottaa. Uusia ohjelmistoja ovat muun muassa RiSOLVE, RiDB ja RiPRECISION.

Laiteuutuudet ovat seuraavat:

RIEGL VZ-6000 maalaserkeilain

Skanneriuutuus jatkaa pitkän matkan keilainten sarjaa VZ-4000 skannerin rinnalla. Nimensä mukaan VZ-6000-skanneri mittaa yli 6 km etäisyyksiä maastotyössä. Laitteen laserin aallonpituus on valittu niin, että lumen ja jään mittaus onnistuvat tällä skannerilla myös pitkillä etäisyyksillä.

Koje sisältää GPS-, LAN-, WLAN-, USB-liittymät sekä ison sisäisen muistin, sisäisen kameran, kompensaattorin, laserluodin ja kompassin.Laitteen päälle voi myös laittaa ulkoisen geodeettisen GPS-vastaanottimen tarkemman sijaintitiedon mittaamiseksi.

Tarkan mittaustekniikan varmistaa kaikujen digitointiin perustava Rieglin ainutlaatuinen reaaliaikainen aallonmuodon analyysi.

RIEGL LMS-Q780 ilmalaserkeilain

Myös ilmapuolella Riegl siirtyy korkeammalle uudella LMS-Q780 -keilaimella. Uuden skannerin operatiivinen maksimilentokorkeus on 10 000 jalkaa 100 kHz pulssintoistotaajuudella. Hyödyntämällä MTA-prosessointitekniikkaa RiMTA-ohjelmalla pitkän matkan etäisyysmittausten ambiguiteetti ratkaistaan automaattisesti, joten tällä tekniikalla päästään 2450 m etäisyysmittauksiin 400 kHz pulssintoistotaajuudella. Tällöin ilmassa on samanaikaisesti jopa 8 laserpulssia ja niiden kaiut.

Laite soveltuu topografisiin maastomittauksiin korkealta sekä valitusta laserin aallonpituudesta johtuen myös lumen ja jäätiköiden mittaukseen. Skannerin mukana tulevat ohjelmistot RiACQUIRE, RiANALYZE, RiWORLD, RiPROCESS ja RiMTA mahdollistavat koko käsittelyprosessin tiedon keruusta aina valmiiseen pistepilveen. Ohjelmistoissa on hyvät käsittelymahdollisuudet kompleksisen maaston kartoitukseen.

Lisäksi esitellään Schiebelin UAV-kopteri integroituna RIEGL VQ-820-GU ilmalaserskanneriin. Yhdistelmällä voi hankkia korkealaatuosta hydrografista ja topografista mittausaineistoa. Schiebel valmistaa kuvauskoptereita, joita ovat hankkineet mm. Saksan laivasto, Arabiemiraatit ja Itävallan sisäministeriö.

Olemme tavattavissa Rieglin osastolla (halli 7, I10). Thomas Gaisecker pitää myös esityksen aiheesta:

”Terrestrial Laser Scanning with the RIEGL VZ-4000: surveying and monitoring of open-pit mines and glaciers”
Tuesday, October 9, 2012, 14:20, Room 16

Nähdään messuilla!

Käsipaikannin Stonex 7 ja GeoGis

Vastaa

Stonex on hiljan esitellyt uuden käsipaikannuslaitteen nimeltään Stonex S7. Kyseessä on vankkarakenteinen maastolaite, josta on mahdollista hankkia kolme eri versiota aina ns. GIS-tarkkuudesta RTK-tarkkuuteen. Tietojen kerääjä päättäköön, tarvitseeko hän metriluokan, desimetriluokan vai senttimetriluokan tarkkuutta aineistoilleen ja sen mukaan tarvittavan laitteen.

S7 integroi koko joukon eri tekniikkaa sisältäen standardiominaisuuksina Wi-Fin, Bluetoothin, GPRS modeemin, 5 Mpx kameran, äänipuhelut ja MMSit, vedenkestävän Mini-USB-liittimen. Onkin mielenkiintoista, miten kännykät ja GPS-paikantimet lähenevät toisiaan, mutta toisaalta yhteenkään kännykkään ei tietääkseni saa vielä RTK-korjausta. Myös maastokestävyys on kännyköiden kanssa usein koetuksella.

Laitteessa on Windows 6.5 Mobile käyttöjärjestelmä ja ohjelmistoksi voi hankkia Stonex GeoGis-ohjelman tietojen keruuseen ja hallintaan. GeoGis mahdollistaa muun muassa tietojen keruun käyttäjän omilla attribuuteilla, vektori- ja rasterikarttojen käytön taustalla sekä erilaisten ilmaiskarttojen hyödyntämisen. GeoGis jakautuu kahteen osioon, kentällä käytettävä Mobile ja toimistossa käytettävä Office.

Lisätietoja: Stonex S7

Lisätietoja: GeoGis

3D-skannaussanastoa

Vastaa

Skannausjuttuja ja teknisiä tuote-esitteitä lukiessa lukijan pitää olla tarkkana: mitä käytetyillä käsitteillä oikein tarkoitetaan? Vuorenvarmaa on se, että jokainen lukija ymmärtää ne omalla tavallaan ja teknisissä tiedoissa jokainen valmistaja ilmaisee asiat eri tavalla. No, saman hienon kokemuksen saa lukiessa kotimaisia tarjouspyyntöjä ja kilpailutuksia 😉

ASTM International on kerännyt valmistajien, käyttäjien ja eri järjestöjen vakiinnuttamia määritelmiä E2544 – 11A standardisanastoon. Kyseessä ei siis ole mikään yksittäisen tahon luoma määritelmä, vaan standardointityöhön osallistuvat monien tahojen edustajat. Kuvaavaa työn nopeudelle on se, että tähän pisteeseen on päästy 6 vuoden työn jälkeen, ja erään komitean jäsenen mukaan pelkkä 3D Imaging systems -käsitteen määritelmän luominen kesti useita vuosia…

ASTM standardi on maksullinen tuote, mutta luotuun sanastoon pääset tutustumaan täällä.

Gexcel Viewer: pistepilvet 3D:nä verkon yli

Vastaa

Tekniikka kehittyy koko ajan ja sitä myöten myös pistepilvien hallinta. Niistä alkuajoista, kun aineistot täytyi siirtää kokonaisuudessaan omalle tietokoneelle katsottavaksi edistyttiin ensin katsomaan aineistojen 2D-panoraamoja internet-selaimen kautta, mistä esimerkkinä on Faro Webshare-tekniikka. Webshare ei tosin tyydy enää pelkkiin aineistonäkymiin, vaan pistepilvet halutaan nähdä kontekstissa eli niiden pohjalta automaattisesti muodostetussa pohjakartassa. Samalla aineistosta voidaan tehdä mittauksia, niihin voi kirjoittaa kommentteja tarpeen mukaan aineistot voi ladata omalle koneelle. Webshare on näin ollen työkalu joukkotyöskentelyyn.

Nyt tulossa tuntuu olevan aineistojen 3D-streamaus verkon yli, josta esimerkkinä olen näin kesän lopussa kokeillut Gexcelin toistaiseksi julkaisematonta Demo Vieweria. Tätä katselutyökalua kehitetään nimenomaan isojen projektien tarpeisiin, kun asemia ja pisteitä on paljon, niinpä tarkastelemassani esimerkkiprojektissa on 290 skannausasemaa ja 700 miljoonaa pistettä. Aineisto sijaitsee Gexcelin palvelimella Italiassa ja minä oln kokeillut sen katselua eri nopeuksisilla nettiyhteyksillä täällä Suomessa. Vaikuttavaa.

2D-panoraamojen sijaan pistepilvet pyörivät ruudullani 3D:nä eli voin siis käännellä aineistoa ruudullani ihan kuten normaalissa pistepilvityöskentelyssä, ja tarkastella kohdetta eri suunnista. Demo Viewerissa on jo mukana mittatyökalu ja saapa nähdä mitä muuta siihen vielä ilmestyy ennen julkaisua.

Jos haluat kokeilla testiversiota ja antaa siitä kommentteja kehittäjille, niin ota meihin yhteyttä tunnuksien saamiseksi.