Sähkötekniikan korkeakoulun väitöskirjat ovat saatavilla yliopiston ylläpitämässä avoimessa Aaltodoc-julkaisuarkistossa.
Väitös, avaruustiede ja -tekniikka, MSc Ziyi Feng
Characterizing Boreal Forest Structure and Estimating Above-Ground Biomass with Helicopter-borne Ku-band Profiling Radar
Väitös Aalto-yliopiston sähkötekniikan korkeakoulusta, elektroniikan ja nanotekniikan laitokselta
Väitös Aalto-yliopiston sähkötekniikan korkeakoulusta, elektroniikan ja nanotekniikan laitokselta
Noudatamme tapahtumissamme Aalto-yliopiston turvallisemman tilan periaatteita.
Väitöskirjan nimi: Characterizing Boreal Forest Structure and Estimating Above-Ground Biomass with Helicopter-borne Ku-band Profiling Radar
³Õä¾±³Ù³Ù±ð±ô¾±Âáä: Ziyi Feng
³Õ²¹²õ³Ù²¹±¹Ã¤¾±³Ù³ÙäÂáä: Prof. Johan Fransson, Linnaeus University, Ruotsi
Kustos: Prof. Jaan Praks, Aalto-yliopiston sähkötekniikan korkeakoulu
Lyhytaaltoiset Ku-kaistan tutkasignaalit voivat läpäistä boreaalisen metsän latvustoa tehokkaammin kuin yleisesti on oletettu. Väitöstutkimus osoittaa, että kevyt lentotutka pystyy määrittämään maanpinnan ja latvuston ylärajan sekä tuottamaan tietoa puuston pituuden, runkotilavuuden ja maanpäällisen biomassan arviointiin. Näiden metsätunnusten luotettava mittaaminen on tärkeää ilmastotutkimukselle, metsien seurannalle ja uusiutuvien metsävarojen kestävälle käytölle.
Tutkamittauksia voidaan tehdä vuorokaudenajasta ja pilvipeitteestä riippumatta. Ku-kaistan signaalien on kuitenkin usein oletettu heijastuvan pääasiassa latvuston yläosista, minkä vuoksi niiden käyttöä koko metsäprofiilin kuvaamiseen on pidetty rajallisena. Oletusta testattiin Maanmittauslaitoksen Paikkatietokeskuksessa kehitetyllä kevyellä Tomoradar-tutkalla, joka kiinnitettiin helikopteriin ja jolla mitattiin Evon koealuetta Etelä-Suomessa. Tavanomaisesta tutkakuvasta poiketen jokainen mittaus kuvaa eri korkeuksilta helikopterin alapuolelta palaavien radiosignaalien voimakkuutta ja muodostaa metsän pystysuuntaisen profiilin. Tutka-aineistoa verrattiin samanaikaisesti kerättyyn ilmalaserkeilausaineistoon sekä maastomittauksiin.
Vakaissa, suoraan alaspäin suunnatuissa mittauksissa tutka määritti maanpinnan keskimäärin noin 0,4 metrin virheellä. Latvuston ylärajan keskimääräinen virhe oli noin 0,8 metriä. Tutkimuksessa kehitetty uusi tunnusluku kuvaa heijastuneen energian jakautumista latvuston ja koko metsäprofiilin välillä. Se korreloi vahvasti laserkeilauksella arvioidun latvuston tiheyden kanssa. Koealatasolla tutka-aineistosta arvioitiin myös puuston keskipituutta ja runkojen keskiläpimittaa sekä runkotilavuutta ja maanpäällistä biomassaa. Arvioiden suhteellinen virhe vaihteli noin 10 prosentista puuston keskipituuden osalta noin 20 prosenttiin runkotilavuuden ja biomassan osalta.
Tulokset lisäävät ymmärrystä lyhytaaltoisten tutkasignaalien vuorovaikutuksesta boreaalisten metsien kanssa ja osoittavat, että Ku-kaistan profiloiva tutka voi täydentää laserkeilausta ja satelliittitutkamittauksia. Kun järjestelmää kehitetään edelleen miehittämättömiin ilma-aluksiin sopivaksi ja sen aineistoa yhdistetään muiden mittalaitteiden aineistoihin, menetelmä voisi tukea joustavaa ja kustannustehokasta metsien inventointia sekä metsähiilivarastojen parempaa seurantaa.
Avainsanat: Ku-kaistan tutka; profiloiva tutka; boreaalinen metsä; metsän rakenne; maanpäällinen biomassa; kaukokartoitus
Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 7 päivää ennen väitöstä):
Sähkötekniikan korkeakoulun väitöskirjat
Zoom pikaopas