Metsää puilta

Metsävaramittaus kunnostamattomissa metsissä -projektin verkkoblogi

Tag Archives: mittasakset

Masser Sonar Caliperin suuntapoikkeamien jälkikorjaus

Kirjoittaja: Taisto Kuikka, 2014

Taustatietoa

Metsävaramittaus kunnostamattomissa metsissä -yhteisprojektin yhteydessä mitattiin hoitotarpeessa olevia nuoria metsäpalstoja. Projektin tarkoituksena oli kehittää ja tutkia uusia menetelmiä, joilla metsänomistajat ja metsäalan ammattilaiset voivat arvioida hoitotarvetta. Vertailukohdaksi otettiin Masser Sonar Caliper -mittalaitteella tehtävillä mittauksilla koostettavat puukartat. Masser Oy:n Sonar Caliper on monisensorinen inventointityökalu, jolla voidaan mitata läpimittasarjat, puiden pituuskäyrät, puukartat ja laadutukset. Sonar Caliperissa on sisäänrakennettu kompassi, joka voidaan kalibroida mittaajan ja hänen varusteiden vaikutusten eliminoimiseksi. Mittalaitteen ilmoittama suuntakulma ilmoitetaan kuitenkin ilman eranto- eli deklinaatiokorjausta. (Sonar – Masser).

Metsäpalstoilla mitattiin kaikkien yli 4 cm halkaisijaltaan olevien puiden läpimitta, kulma ja etäisyys koealan keskipisteestä, sekä merkittiin puulaji ja mitattiin otanta puiden pituuksista. Koska yksittäisen metsäpalstan sisälle muodostui useita koealoja, näiden tiedot yhdistettiin jälkikäteen. Koealojen yhteensovittamiseksi valittiin koealojen rajoilla olevista puista yhteisiä puita, jotka otettiin mukaan kahteen tai kolmeen koealaan. Koealojen sovittamisen yhteydessä havaittiin tarpeelliseksi korjata mittaustulosten kulmavirhe.

Koordinaatistot ja virhelähteet

Projektiot

Suomessa Maanmittauslaitos otti käyttöön uuden koordinaattijärjestelmän ETRS89 ja sen kanssa käytettävät tasoprojektiot ETRS-TM35FIN ja ETRS-GKn vuonna 2010. Näistä ETRS-TM35FIN on valtakunnallinen projektio ja ETRS-GKn -projektioita voidaan käyttää paikallisesti esimerkiksi kaavoitus- ja rakentamistoimintaan. ETRS-TM35FIN käyttää yhtä levennettyä TM35-projektiokaistaa mikä eroaa eurooppalaisesta normista, mistä kertoo pääte FIN. ETRS-GKn ovat kapeakaistaisia projektioita, joissa n kertoo keskimeridiaanin asteluvun, ja on välillä 19–31. (JHS 154, 2008) Kuvattaessa maan ellipsoidipinta tasolle on pintaa venytettävä. Tällöin syntyy mittakaava- ja suuntavirhettä eli projektiovirheitä. Lisäksi kompassilla suuntaa mitattaessa suuntavirheeseen vaikuttaa deklinaatio. Kompassiin voivat vaikuttaa myös paikalliset magneettiset anomaliat eli häiriöt magneettikentässä.

Deklinaatio

Maantieteellinen pohjoissuunta eroaa magneettisesta pohjoissuunnasta, ja ero vaihtelee ajan myötä, kun magneettisten napojen sijainti muuttuu. Pohjoisen magneettinavan sijainti liikkuu vuosittain 30-40 km, eteläisen vähemmän. Suuntien välistä kulmaa kutsutaan erannoksi. Suomessa eranto eli magneettinen deklinaatio vaihtelee välillä 4°-14° maan eri osissa. Kuvassa 1 on vuoden 2013 deklinaatiokartta Ilmatieteen laitoksen sivuilta. (Magneettiset navat ja kentän hitaat muutokset)
deklinaatiokartta_iso

Kuva 1. Suomen eranto- eli deklinaatiokartta vuodelta 2013 (Magneettiset navat ja kentän hitaat muutokset)

Meridiaanikonvergenssi

Karttapohjoisen ja napapohjoisen välistä kulmaa kutsutaan meridiaanikonvergenssiksi. Se on positiivinen keskimeridiaanin itäpuolella ja negatiivinen länsipuolella. Siirryttäessä kauemmaksi keskimeridiaanista kulmavirhe kasvaa. ETRS-TM35FIN-projektiokaistalla virhe kasvaa suuremmaksi kuin kapeilla ETRS-GKn-kaistoilla. Myös maantieteelliset navat liikkuvat hieman, mutta ETRS89-koordinaattijärjestelmässä napojen sijainti on kiinnitetty. (JHS 154, 2008)

Suuntapoikkeamien korjaus

Karttapohjoisen, magneettisen pohjoissuunnan ja napapohjoisen välisten erojen aiheuttama virhe voidaan korjata lisäämällä tai vähentämällä suuntien välinen kulma riippuen siitä, korjataanko suuntaa kartalta maastoon vai päinvastoin. Neulalukukorjaus Nek eli eranto on napapohjoisen ja magneettisen pohjoissuunnan välinen kulma. Napalukukorjaus Nak on napapohjoisen ja karttapohjoisen välinen kulma, joka on itseisarvoltaan yhtä suuri kuin meridiaanikonvergenssi, mutta vastakkaismerkkinen. Kokonaiskorjaus Kok saadaan laskemalla Nak ja Nek yhteen.

Kanadan luonnonvaraministeriön sivuilla oleva laskin antaa Lapinmäen metsäpalstalle mittausajankohtana syksyllä 2012 deklinaatioksi 8° 19′ eli noin 8,3167° (Magnetic declination calculator). Napalukukorjaus voidaan laskea geodeettisten koordinaattien avulla kaavoilla 1-5 (JHS 154, 2008).

kaava_1

Kaavoissa (φ, λ) ovat geodeettiset koordinaatit, λ0 on projektion keskimeridiaani ja f on ellipsoidin litistyssuhde 1/298,257223563. Apumuuttujina on lisäksi käytetty ensimmäisen epäkeskisyyden neliötä e2 ja toisen epäkeskisyyden neliötä e’2. Tuloksena on meridiaanikonvergenssi γ. Käyttäen koordinaatteja (62,409334°, 24,131680°) napaluvuksi saadaan

kaava_2

ja kokonaiskorjaukseksi saadaan Kok = Nak + Nek = –γ + δ = 4,0441° + 8,3167° ≈ 12,4°.

Tulokset

Kuvassa 2 on Keuruun Lapinmäessä sijaitsevan metsäpalstan puukartta ennen korjausta ja kuvassa 3 korjauksen jälkeen. Puukartat on luotu Gnuplot-ohjelmalla mittaustuloksia käyttäen. Koska mittalaite ei tallenna puiden koordinaatteja, vaan kulman ja etäisyyden suhteessa koealan keskipisteeseen, on puukarttaan laskettu koordinaatit käyttäen kaavoja 6 ja 7.

kaava_3

Edellä olevissa kaavoissa (Nk, Ek) ovat koealan keskipisteen koordinaatit, d on etäisyys koealan keskipisteestä senttimetreinä, α on mitattu kulma, δ on neulalukukorjaus ja γ on napalukukorjaus. Tuloksena on mitatun puun koordinaatit (Np, Ep). Metsäpalstan nurkat ja palstan sisällä olevien kahden koealan keskipisteiden koordinaatit määriteltiin tarkalla GPS-paikantimella.

lapinmaki_ennen_3

Kuva 2: Lapinmäen metsäpalstan puukartta ennen korjausta

lapinmaki_jalkeen_3

Kuva 3: Lapinmäen metsäpalstan puukartta korjauksen jälkeen

Johtopäätökset

Alkuperäisten mittaustulosten perusteella piirretyssä puukartassa eivät koealat sopineet yhteen. Ottamalla huomioon neulalukukorjaus sekä napalukukorjaus, Lapinmäen metsäpalstan koealat täsmäsivät hyvin toisiinsa ja muodostuneita puukarttoja käytettiin vertailupohjana laserkeilausaineistosta laskettavan mallin ja puusta-puuhun -menetelmän analysointiin. Virhemarginaalia puukartoissa kasvattivat Sonar Caliperin vain asteen tarkkuudella tallentama kulma, suurehkot koealakoot sekä siitä seurannut etäisyyden kasvaminen koealojen keskipisteistä.

Lähteet

JHS 154. 2008. ETRS89-järjestelmään liittyvät karttaprojektiot, tasokoordinaatistot ja karttalehtijako. Versio 6.6.2008. Viitattu 23.3.2014. http://www.jhs-suositukset.fi/suomi/jhs154.

Magneettiset navat ja kentän hitaat muutokset. Ilmatieteen laitos. Viitattu 20.3.2014. http://www.ilmatieteenlaitos.fi/maan-magneettikentan-synty.

Magnetic declination calculator. Natural Resources Canada. Viitattu 25.3.2014. http://geomag.nrcan.gc.ca/calc/mdcal-eng.php.

Sonar – Masser. Masser Oy. Viitattu 23.3.2014. http://www.masser.fi/fi/product-category/sonar/.