Kaukokartoitus 1/3

satelliitti

Satelliitit Suomen taivaalla

Maan pintaa kaukohavainnoivat satelliittikuvat ovat olleet siviilikäytössä kohta viisi vuosikymmentä. Niitä on päästy hyödyntämään kunnolla vasta tällä vuosituhannella.

Maapalloa kiertää parhaillaan noin 5 000 eri käyttöön tarkoitettua satelliittia. Niistä pieni osa kuvaa maanpintaa sähkömagneettista säteilyä – josta näkyvä valo on vain pieni osa – mittaavilla sensoreilla sekä mikroaaltotutkilla ja laserkeilaimilla. 

Osa näistä satelliiteista on valtioiden rahoittamia julkisen palvelun järjestelmiä, osa taas yksityisten yritysten liiketoimintaa. Osa kuvaa suoraan reittinsä varrella allaan olevaa maanpintaa, osassa taas on suunnattava optiikka tai antenni, jota voidaan kohdistaa maksavien asiakkaiden kohteisiin.

Kuvan tarkkuus ja kuva-ala vaihtelevat satelliittikohtaisesti ja niissä on suuria eroja. Tarkimmat kaupalliset satelliitit erottavat jo halkaisijaltaan muutaman kymmenen sentin kokoisia kappaleita maastossa. Korkean resoluution kääntöpuolena on kuvatiedostojen suuri koko, joka hankaloittaa kuvien siirtoa, muokkausta ja arkistointia, sekä pieni kuva-ala. 

Suomen ympäristökeskuksen SYKEn tutkimusinsinööri Markus Törmä kertoo, että kuvien dynamiikka ja erottelukyky sekä tietokoneiden laskentateho ovat hiljalleen kasvaneet. Kuvissa ei kuitenkaan kannata käyttää pienempää pikselikokoa kuin mikä riittää käyttötarkoitukseen.

Yksinkertaisimmillaan satelliittikuvaa käytetään taustakarttana, joka on otettu jonain tiettynä ajan hetkenä. – Jos kuitenkin halutaan tarkkailla jonkin asian kehittymistä, tarvitaan sarja kuvia ja tieto siitä, milloin ne on otettu, Markus Törmä sanoo.
torma

– Esimerkiksi veden ominaisuuksien seurantaan merellä tarkoitetun kuvan pikseli voi olla 300 metriä maastossa ja kuva-ala voi olla 2 000 kilometriä, ja kuva saadaan päivittäin. Kun pikselin kokoa pienennetään 10 metriin, kuva-alue on tyypillisesti 260 kilometriä ja kuva saadaan viiden päivän välein, Törmä selittää.

– Pikselikoko periaatteessa määrittelee, kuinka pienet kappaleet näkyvät kuvissa. Mutta myös kontrastilla on iso merkitys. Esimerkiksi 5 metrin levyinen suomalaisessa havumetsässä kulkeva metsäautotie erottuu jopa satelliittikuvassa, jonka pikseli on 30 metriä.

Maamme pohjoinen sijainti on satelliittikuvien kannalta edullinen. 

– Kuvaussatelliittien radat kiertävät 500–700 kilometrin korkeudella maapallon napojen kautta niin sanotussa aurinkosynkronissa. Radat kulkevat lähellä napoja lähempänä toisiaan kuin kauempana etelässä, minkä ansiosta meillä on mahdollista saada kuvia useammin kuin etelämpänä. Eli kuvien ajallinen resoluutio on tarvittaessa hyvä, Törmä sanoo.

– Mitalin kääntöpuolena on suomalainen voittopuolisesti pilvinen sää, joka vaikeuttaa näkyvän valon ja infrapuna-­alueen satelliittikuvien saamista. Kesäisin saattaa käyttökelpoisten kuvien saannissa tulla yli kuukauden taukoja, vaikka jotkut satelliitit kiertävät tästä yli parin päivän välein.

 

laivat

Sentinel-2:n maaliskuun alussa 2018 ottamassa kuvassa näkyvät eri värisinä jäähän murretut avoimet ja uudelleen jäätyneet rännit, sekä pikinä jäällä näkyvät laivojen varjot. llmatieteen laitoksen ylläpitämää jäätilannekarttaa hyödyntävät muun muassa jäänmurtajat. Pikselikoko on 10 metriä.

 

Uusia toimijoita valtiollisten rinnalle

Törmän työpaikka SYKE on yksi maan suurista kaukokartoitusta ja tiedon hankintaa satelliittikuvien avulla tekevistä organisaatioista. Muita keskeisiä toimijoita ovat Ilmatieteen laitos, joka ylläpitää Kansallista satelliittidatakeskusta, sekä Geologian tutkimuskeskus GTK, Luonnonvarakeskus Luke ja Teknologian tutkimuskeskus VTT.

– Satelliittikuvapuoli on ollut Suomessa pitkään valtion laitosten hallussa ja yksityisiä toimijoita on ollut suhteellisen vähän. Koko ala on vuosikausia ikään kuin ollut tulollaan. Se on päässyt kunnolla kehittymään vasta tämän vuosituhannen puolella. 

Valtiollisten toimijoiden rinnalle on 2010-luvulla tullut pieniä, mutta asiantuntevia yrityksiä, kuten satelliitteja valmistavat ja operoivat ICEYE ja Reaktor Spacelab. Satelliittikuvia tulkitsevat ja paikantavat puolestaan esimerkiksi Satellio ja Bitcomp.

– Suomalaisten vahvuus ja innovatiivisuus pienissä satelliiteissa perustuu Aalto-yliopiston viime vuosien hankkeisiin, jotka ovat poikineet yritystoimintaa ja osaamista.

 

kumpuaminen

 

Sentinel-3:n heinäkuussa 2018 kuvaamasta aineistosta tuotettu kuva näyttää Suomenlahdelle tyypillisen kumpuamistilanteen, jossa etelätuuli painaa lämpimän pintaveden Suomen rannikolle ja merialueen etelälaidalla tilalle nousee pohjasta kylmää vettä. Pikseli on kilometrin kokoinen.

 

Vesistöjen tarkkailua ja maataloustuotannon seurantaa

Satelliittikuvia käytetään paljon vesistöjen tarkkailuun esimerkiksi EU-raportointia varten, missä satelliittikuvista lasketut tuotteet, kuten lämpötila- tai sameuskartat, korvaavat maastossa tehtäviä mittauksia. 

– Satelliittikuvasta ei kuitenkaan voi nähdä kaikkea. Kuvat eivät yllä pintaa syvemmälle, eikä sähkömagneettinen säteily pysty välittämään tietoa kaikista mitattavista suureista. Taivaalta voidaan havainnoida vesistöjen leväpitoisuutta, sameutta ja pintalämpötilaa, mutta jos halutaan mitata syvyysprofiilia tai pH:ta, on mentävä paikan päälle.

Sään aiheuttamien ongelmien takia satelliittikuvien käytöstä maataloustukien valvonnassa luovuttiin jo vuosituhannen alussa. Parhaillaan pohditaan järjestelmää, joka hyödyntäisi sekä optista että tutkakuvaa.

– Hankkeen taustalla on komission vaatimus Sentinel-satelliittien tuottamien kuvien käyttämisestä maataloustukien valvonnassa vuonna 2021. Se, mihin kuvia käytetään ja millainen seurantajärjestelmä rakennetaan, jää jäsenmaiden vastuulle. Mikäli optista kuvaa on saatavilla, niistä koostettujen kuvamosaiikkien avulla nähtäisiin ainakin kasviryhmät, kuten syys- ja kevätviljat, sekä niitot.  

Lumen määrä, tulvat ja vesivoima

SYKE käyttää satelliittikuvaa myös eri valuma-alueiden lumen ja sen sisältämän veden määrien tarkkailuun. 

– Tietoa tarvitaan kevättulvien ennakoinnissa ja vesivoiman optimoinnissa. Lisäksi sitä tarvitaan esimerkiksi ilmastonmuutoksen seurantaan, jossa järvijään seuranta, eli kuinka pitkään järvet ovat jäässä vuosittain, on hyvä indikaattori. Lumen määrä toki kiinnostaa myös tavallisia kansalaisia, Törmä kertoo.

– Ilmatieteen laitos on kehittänyt vesiarvon määrittelyä mittaamalla maan luontaisesti lähettämän mikroaaltoalueen säteilyn vaimentumista lumen ja veden takia. Koska säteily on heikkoa, luotettavan signaalin saamiseksi on mitattava iso alue. Pikselit ovat sen vuoksi kilometrien kokoisia.

Eurooppalaista ja suomalaista yhteistyötä

Tällä hetkellä tärkeimmät julkisen palvelun satelliittikuvien lähteet ovat Euroopan avaruusjärjestön kuusi Sentinel-satelliittia, joista ensimmäinen laukaistiin avaruuteen 2013. Ne ovat osa EU:n Copernicus Land -ohjelmaa, johon sisältyy myös määrävälein tehtävä Corine-maapeitekartoitus maanpeitteen käytöstä ja sen muutoksista.  

– Suomi on tuottanut Corine-­karttoja koko 2000-luvun, kuitenkin Euroopan ympäristöviraston ohjeita suuremmalla tarkkuudella ja yhdistäen satelliittikuvia muihin aineistoihin. Nyt hanke on siirtymässä isojen yritysten toteuttamaksi, ja meidän roolimme on vaihtunut datan tuottajasta tarkistajaksi, Törmä kertoo.

– Lopputulokset ovat välillä sitä sun tätä, sillä kuvien tulkinnassa tarvitaan myös paikallista asiantuntemusta, mitä eurooppalaisilla isoilla firmoilla ei ole. Corine käy kuitenkin suunnittelun karkeaksi lähtökohdaksi. Esimerkiksi ravinnehuuhtoumamalleja laskettaessa pystytään hyödyntämään sen tietoja alueiden metsistä, maataloudesta ja asutuksesta.

Ilmatieteen laitoksen ylläpitämä Sodankylässä toimiva Kansallinen satelliittidatakeskus on ESAn virallinen yhteistyökumppani. Keskus arkistoi Suomesta ja lähialueilta Sentinel-kuvia, ja sillä on kapasiteetti ottaa vastaan suoraa satelliittidataa.  

– Arkistoidut kuvat eivät ole kovin helppokäyttöisiä, esimerkiksi tutkakuvista pitää osata poistaa maan pinnan korkeusvaihteluiden vaikutukset ja oikaista ne karttakoordinaatistoon. Raakakuvien käsittelytarve vaihtelee satelliittikohtaisesti. Työ on joka tapauksessa hidasta, Törmä kertoo.

– Parhaillaan rakentuvassa julkishallinnon Paikkatietoalusta-hankkeessa aineistojen käyttöä helpotetaan kokoamalla satelliittien raakakuvista, esimerkiksi tutkakuvista, mosaiikkeja, joita julkaistaan säännöllisesti. •

Lue seuraavaksi Kaukokartoitus 2/3 tästä.

teksti: Jussi-Pekka Aukia • kuvat: ESA, SYKE, Jussi-Pekka Aukia

 

Metsiä inventoitu avaruudesta jo pitkään

Satelliittikuvia käytettiin valtakunnan metsien inventointiin jo 1990-luvulla. Tällä hetkellä Lukeksi muuttuneen entisen Metlan valtakunnan metsien inventointijärjestelmä eli VMI-järjestelmä perustuu satelliittikuvien ja muiden lähteiden sekä maastossa tehtävien mittausten rinnakkaiseen käyttöön.

Tutkimusinsinööri Markus Törmä muistuttaa, että kaikessa kaukokartoituksessa kuvien tulkintaan tarvitaan aina maastoaineisto. Esimerkiksi Lukella on 70 000 VMI-mittauspisteitä, joiden avulla tutkijat voivat arvioida puun määriä satelliittikuvien pikseleissä

Hakkuita valvova Suomen metsäkeskus on ottanut tänä vuonna käyttöön Manner-
Suomessa hakkuiden satelliittiseurannan. Jo muutamia vuosia pilottikäytössä ollut palvelu tuottaa koneellisesti toteutuneista hakkuista karttoja, joita sitten verrataan metsänomistajien ja puunostajien tekemiin metsänkäyttöilmoituksiin. Laiminlyönnit ja suojelukohteisiin tehdyt toimenpiteet paljastuvat siten aikaisempaa tehokkaammin.

 
 

 

Anna palautetta

Viesti välitetään sähköpostilla sivuston ylläpitäjille. Sitä ei julkaista.

Anna palautetta

Viesti välitetään sähköpostilla sivuston ylläpitäjille. Sitä ei julkaista.