Paikkatietomenetelmät tehostavat metsäsuunnittelun maastotöitä

Yksityismetsien uudessa inventointimenetelmässä maastotarkastukseen valitaan vain tietyt kohteet. Paikkatieto-ohjelmistot ovat tässä oiva apu. Ne jopa optimoivat reitin metsään.

Kirjoittajat: Ron Store, Harri Antikainen ja Jarmo Rusanen
Artikkeli pdf-muodossa (Positio 1/2008)

Yksityismetsien metsäsuunnittelujärjestelmän muutokset mullistavat maastotöiden käytännöt. Kehitteillä oleva maastoinventoinnin suunnittelumenetelmä vastaa uusiin haasteisiin hyödyntämällä paikkatietomenetelmiä, moderneja päätöstukimenetelmiä sekä reittioptimointimenetelmiä inventointikohteiden valinnassa ja maastotyöreittien suunnittelussa.

Perustaksi jatkuvasti ajan tasalla oleva metsävaratieto

Yksityismetsien uuden sukupolven metsäsuunnittelujärjestelmää rakennetaan parhaillaan kiivaasti. Järjestelmän metsävaratietokanta tulee pohjautumaan määrävälein toistuvien ja pinta-alallisesti kattavien maastoinventointien sijaan jatkuvasti ajan tasalla olevaan metsävaratietoon. Tiedot pidetään uudessa järjestelmässä ajan tasalla hyödyntämällä moderneja kaukokartoitusmenetelmiä, kuten laserkeilausta ja digitaalisia ilmakuvia, sekä yhdistämällä nämä kasvumalleihin, toimenpidetietojen päivitykseen sekä kohdennettuihin maastoinventointeihin.

Uuden suunnittelujärjestelmän mukaisessa maastoinventoinnissa ei enää käydä jokaisella metsikkökuviolla. Kalliit maastotyöresurssit suunnataan sellaisiin kohteisiin, joista muilla menetelmillä ei pystytä hankkimaan tarvittavia tietoja riittävän luotettavasti. Tällaisia kohteita ovat muun muassa alueet, joilta toimenpidetietoa ei ole saatu, kiireelliset nuoren metsän kohteet sekä metsikkökuviot, joihin liittyy epävarmoja toimenpide-ehdotuksia tai muita tarkistustarpeita. Myös metsänomistajan tavoitteista lähtevät lisätietotarpeet voivat vaatia maastotarkastuksia. Lisäksi laserkeilausmenetelmä vaatii tuekseen suuren määrän maastokoealoja ja -mittauksia, jotka olisi järkevää suorittaa muun maastotyön yhteydessä.

Maastokohteiden priorisointi tärkeää

Metsäsuunnittelujärjestelmän muutokset asettavat maastotyölle ja sen suunnittelulle kokonaan uudenlaiset haasteet. Uuden järjestelmän mukaisissa maastotöissä maastotyökohteet sijaitsevat harvakseltaan laajalla alueella ja kohteista on pystyttävä valitsemaan ne, joilla käynnistä saadaan suurin hyöty. Toisaalta kohteiden valinnassa on otettava huomioon myös spatiaaliset tekijät eli kohteiden sijainti suhteessa toisiinsa. Maastotyökohteiden priorisointiin tarvitaan työkaluja, joiden avulla voidaan käsitellä ja analysoida integroidusti suurta määrää paikkaan sidottua tietoa. Paikkatietojärjestelmät (GIS) ovat osoittautuneet oivalliseksi työkalupakiksi tällaisten rutiinien kehittämiseen.

Kuortaneella on käynnissä Etelä-Pohjanmaan metsäkeskuksen vetämä pilottihanke, jossa testataan ja kehitetään menetelmiä sekä metsävaratiedon ajantasaistamiseen että maastoinventointien tehostamiseen. Hanketta rahoittaa maa- ja metsätalousministeriö yhdessä hankkeeseen osallistuvien organisaatioiden kanssa. Metsäntutkimuslaitos ja Oulun yliopisto kehittävät osana hanketta uutta maastoinventoinnin suunnittelumenetelmää, joka perustuu paikkatietomenetelmiin, monikriteeriseen arviointiin ja reittioptimointiin.

Kartta kertoo kohteen tärkeyden

Maastoinventoinnin suunnittelumenetelmän ensimmäisessä vaiheessa kehitetään GIS-ympäristössä menetelmä, jonka avulla voidaan arvioida metsikkökuvioiden keskinäistä maastotyötärkeyttä. Aluksi selvitetään mitä ajantasainen metsävaratieto edellyttää maastotöiltä. Tarpeet liittyvät toisaalta ajantasaistetun tiedon tarkistuksiin ja täydennyksiin ja toisaalta erilaisista tavoitteista aiheutuvien lisätietotarpeiden tyydyttämiseen.

Havaittujen maastotyötarpeiden keskinäiset tärkeydet arvioidaan monikriteerisellä päätösanalyysillä. Se koostuu joukosta menetelmiä, joiden avulla voidaan arvottaa kokonaisvaltaisesti erilaisia päätösvaihtoehtoja useiden ristiriitaistenkin tavoitteiden suhteen. Maastotyön kohdalla tämä tarkoittaa erilaisten maastotyötarpeiden yhteismitallistamista ja niiden keskinäisten tärkeyksien selvittämistä esimerkiksi asiantuntijatietämyksen mallinnuksen avulla.

Seuraavaksi menetelmässä sovelletaan paikkatietotekniikoita, joiden avulla maastotyötarpeet voidaan kohdentaa tietyille metsikkökuvioille ja kuvata erilaiset tarpeet karttatasoina paikkatietojärjestelmässä. Kun maastotyötarpeet on saatu kohdennettua oikeille kuvioille, voidaan kartografisen mallinnuksen avulla eri tarpeisiin liittyvät kohteet yhdistää ja painottaa halutulla tavalla. Lopuksi kuvataan alueen maastotyötarve kuviokohtaisesti esittämällä se karttamuotoisena tärkeyspintana.

Spatiaalisuus otetaan huomioon reittioptimoinnilla

Menetelmän toisessa vaiheessa hyödynnetään reittioptimointimenetelmiä maastotyökohteiden lopulliseen valintaan ja reitin suunnitteluun. Perinteinen reittioptimointi perustuu lineaarisen reittiverkostomallin, kuten tieverkon, hyödyntämiseen. Maastosovelluksissa reittioptimoinnin hyödyntämistä rajoittaa fyysisen reittiverkoston puuttuminen. Fyysinen reittiverkosto voidaan kuitenkin korvata maastosovelluksissa eräänlaisella virtuaalisella reittiverkostolla, joka määritellään maaston kulkukelpoisuuden perusteella. Tämän idean pohjalta hankkeessa on ryhdytty kehittämään uudenlaista maastoinventointireittien suunnitteluprosessia ja reittioptimointimenetelmää, jossa lähtökohtana toimivat inventoitavan alueen maaston kulkukelpoisuuteen vaikuttavat tekijät sekä inventoitavien kohteiden tärkeysinformaatio.

Reittisuunnitteluprosessi käynnistyy luomalla erilaisten maaston kulkukelpoisuuteen vaikuttavien ominaisuuksien (esimerkiksi vesistöt, jyrkänteet, vaikeakulkuiset suot ja tiheät taimikot) sekä mahdollisten suunnitteluteknisten rajoitteiden pohjalta suunnittelualueen kattava "kustannuspinta". Kustannuspinta on rasterimuotoinen kartta, jonka jokaisen solun sisältämä indeksimuotoinen arvo kuvaa solun läpi kulkemiseen liittyvää kulkuvastusta.

Kustannuspinnan pohjalta voidaan metsikkökuvioiden välille laskea edullisimmat kulkureitit hankalia maastonkohtia välttäen sekä edullisia suosien. Yhdistämällä edullisimmat kulkureitit toisiinsa saadaan tuotettua virtuaalinen reittiverkosto, jonka solmukohtina ovat metsikkökuvioiden keskipisteet. Verkoston jokaiselle viivaelementille määritetään laskennallinen matka-aika, ja jokaiselle kuviolle puolestaan sen inventointiin arviolta kuluva aika sekä hyötyarvo. Tämän jälkeen varsinaiselle reittioptimointitoiminnolle voidaan syöttää käytettävissä oleva maastotyöaika, jonka puitteissa se arvioi heuristisesti eri metsikkökuviokombinaatioiden inventoinnin vaatimaa aikaa suhteessa inventointireitin tuottamaan kokonaishyötyyn. Lopputuloksena on reittisuunnitelma, jossa reitin tuottama kokonaishyöty on ainakin hyvin lähellä teoreettista maksimia.

Apuväline suunnittelijan päätöksentekoon

Hankkeessa kehitetty menetelmä on rakennettu ArcGIS 9.2 -ohjelmiston päälle hyödyntäen sekä ohjelmiston tarjoamia valmiita perusratkaisuja että ohjelmiston ulkopuolisia tekniikoita.

Menetelmää testataan Kuortaneen kunnan alueella, missä kunnan länsiosassa sijaitsevalle tutkimusalueelle tuotetaan maastotöiden tärkeyskartta ja suppeammille testialueille vaihtoehtoisia maastotyöreittisuunnitelmia. Tärkeyskartassa maastokohteiden tärkeydet kuvataan havainnollisesti teemakarttoina, mikä mahdollistaa tulosten helpon soveltamisen käytäntöön. Tavoitteena on, että tärkeystietoja voitaisiin hyödyntää maastotyöresurssien suuntaamiseen strategisessa suunnittelussa, suoraan käytännön maastotöissä esimerkiksi kohteiden valinnassa ja reittisuunnitelmien tukena, sekä lähtötietona reittioptimointimenetelmässä.

Vaikka menetelmän testaus onkin rajoittunut maantieteellisesti varsin suppealle alueelle, on se suunniteltu sovellettavaksi mille tahansa alueelle. Menetelmä ei ole myöskään sidottu mihinkään tiettyihin aineistoihin, vaan käyttäjä pystyy syöttämään sille oman substanssitiedon perusteella laatimansa tärkeyskartat, kustannuspinnan ja hyötymuuttujan.

On selvää, ettei nyt kehitettävä menetelmä pysty kokonaan korvaamaan metsäsuunnittelijan tekemää maastotyön suunnittelua, koska mallia tai menetelmää, joka sisältäisi kaikki päätökseen vaikuttavat tekijät, on mahdotonta rakentaa. Parhaimmillaan menetelmä toimii maastotöiden suunnittelun apuvälineenä, jonka avulla suunnittelija voi tuottaa vaihtoehtoisia maastotyöreittejä ja valita niistä itselleen sopivimman.

Ron Store työskentelee Metsäntutkimuslaitoksella varttuneena tutkijana erityisalueenaan paikkatietomenetelmät ja monitavoitteinen metsäsuunnittelu. Sähköposti: ron.store[at]metla.fi

Harri Antikainen toimii projektitutkijana Metsäntutkimuslaitoksella ja valmistelee väitöskirjaa Oulun yliopiston maantieteen laitoksella. Sähköposti: harri.antikainen[at]oulu.ti

Jarmo Rusanen toimii geoinformatiikan professorina Oulun yliopiston maantieteen laitoksella. Sähköposti: jarmo.rusanen[at]oulu.fi.