4. TIIVISTELMÄ
Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää satelliittipaikannuksen tarkkuutta hak-
kuukoneissa ennen ja jälkeen hakkuun sekä puuston peitteisyyden että sa-
telliittigeometrian vaikutusta paikannustarkkuuteen. Tutkimus on osa Fibicin
rahoittamaa EffFibre tutkimus- ja kehittämisohjelman (2010‒2013) työpa-
kettia WP3, jonka tavoitteena on arvioida puukarttajärjestelmä OTMS:n (Op-
tical Tree Measurement System) käyttökelpoisuutta ja toimivuutta puustol-
taan erilaisissa leimikoissa.
Tutkimusaineisto kerättiin Fibicin EffFibre-tutkimusohjelman (2010‒2013)
osatehtävässä, jonka tavoitteena oli arvioida hakkuukoneen puukarttajär-
jestelmän OTMS:n (Optical Tree Measurement System) käyttökelpoisuutta ja
toimivuutta puustoltaan erilaisissa leimikoissa. Tutkimusaineiston analy-
sointi ja tulosten raportointi saatettiin loppuun Digilen Data to Intelligence
-tutkimusohjelman (2012-) Forest Big Data -osiossa.
Satelliittipaikannuksen avulla laserkeilauksella tuotetut lokaalit puukartat on
mahdollista kytkeä osaksi globaalia koordinaatistoa. Puiden sijainnit tulisi
olla paikannettavissa alle puolen metrin tarkkuudella. Keskeisin tavoite tut-
kimuksessa olikin selvittää ovatko hakkuukoneissa nykyisin vakiovarusteena
olevat satelliittivastaanottimet riittävän tarkkoja tähän tarkoitukseen ja
kuinka hyvin ne toimivat peitteisessä maastossa?
Tutkimuksessa koealat paikannettiin ennen ja jälkeen hakkuun Trimblen
Pathfinder ProXH -vastaanottimella, jonka jälkeen koealojen sijainti jälkikor-
jattiin käyttäen Trimnet palvelun VRS (virtual reference station) -korjausta.
Todellisena koealan sijaintina (reference) käytettiin Trimblen Pathfinder
ProXH -vastaanottimella paikannettua ja kolmella VRS-tukiasemalla korjat-
tua koealan sijaintia. Tätä sijaintia verrattiin korjaamattomaan ja yhdellä tu-
kiasemalla korjattuun koealan sijaintiin. Vertailussa laskettiin x- ja y-poik-
keamat sekä keskimääräinen sijainnin poikkeama koealan todellisesta sijain-
nista. Lisäksi tarkasteltiin satelliittigeometrian vaikutusta tuloksiin.
Hakkuun aikana paikannettiin myös ajourat kolmella eri GPS-vastaanotti-
mella, jotka olivat asennettuna hakkuukoneen hytin katolle: Trimblen Path-
finder ProXH:lla, hakkuukoneen omalla GPS -vastaanottimella sekä hakkuu-
koneessa olevan karttajärjestelmän GPS -vastaanottimella. Trimblen Pathfin-
der ProXH -vastaanottimella tallennetuille ajourille tehtiin vastaavat diffe-
rentiaalikorjaukset (VRS-korjaus) kuin Trimblen paikantimella tallennetuille
koealoille. Saatuja tuloksia verrattiin toisiinsa ajoura- ja koealatasolla.
Koealojen paikannus onnistui parhaiten Trimblen Pathfinder ProXH -vastaan-
ottimella käytettäessä VRS-korjauksessa kolmea lähintä tukiasemaa. Käytet-
täessä jälkikorjauksessa lähintä virtuaalitukiasemaa päästiin lähes yhtä hy-
vään paikannustarkkuuteen kuin kolmella lähimmällä virtuaalitukiasemalla,
sitä vastoin, mikäli jälkikorjausta ei tehty huononi paikannustarkkuus merkit-
tävästi. Verrattaessa hakkuukoneessa vakiovarusteena olevan GPS-vastaan-
ottimen paikannustarkkuutta Trimblen Pathfinder ProXH -vastaanottimella ja
Metsätehon raportti 231 13.8.2014 4
5. kolmella tukiasemalla jälkikorjattuun koealan sijaintiin oli keskimääräinen
poikkeama Viitaniemessä 3,91 m (std. dev = 1,35 m) ja Kurkisalossa 2,07 m
(std. dev = 1,04 m).
Tulevaisuudessa hakkuukoneissa olevien GPS-vastaanottimien satelliittipai-
kannustarkkuutta voitaisiin parantaa, mikäli hakkuukoneissa vakiovarus-
teena olevat GPS-vastaanottimet voisivat ottaa vastaan VRS-korjaussignaalia
sekä hyödyntää amerikkalaisen GPS -järjestelmän ohella myös eurooppalai-
sen GALILEO ja venäläisen GLONASS -järjestelmän satelliitteja.
Metsätehon raportti 231 13.8.2014 5
6. ABSTRACT
The aim of the study was to examine the accuracy of a GPS-system in a har-
vester in forest conditions. The data was collected as part of the Value
through Intensive and Efficient Fibre Supply (EffFibre) -program, Work Pack-
age 3 - Operational Efficiency of Intensified Wood Production and Supply
(2010‒2013). The program was funded by FIBIC, and its aim was to evaluate
the accuracy and suitability of the Optical Tree Measurement System (OTMS)
in different test stands and in varying weather conditions. The data analyses
and reporting was final-ized as part of DIGILE's Data to Intelligence –research
program (2012-) in the Forest Big Data -section.
The Optical Tree Measurement System produces treemaps based on mobile
laserscanning. There is a need to link the local treemaps to the global coor-
dinate system -based GNSS. The main question is, whether the current GPS-
receivers in harvesters are good enough to locate the harvester's location
and movements at the stand, so that treemap data can be used as reference
data in remote sensing. The required accuracy of localization is half a meter
or less. Also the influence of satellite geometry on the accuracy of location
in different types of forest was studied.
Sample plots were located before and after cutting by using a Trimble Path-
finder ProXH -receiver. The real location (x,y -coordinates) of the sample plot
was calculated by using differential correction from three nearest virtual ref-
erence stations (Trimnet VRS-service). The real locations were compared to
uncorrected locations and differential corrected locations (VRS-data from
one base station, Orivesi). The mean difference, x-and y-difference was cal-
culated.
During the cutting, strip roads of the harvester were located with three dif-
ferent GPS-receivers: Trimble Pathfinder ProXH, GPS of the harvester and
GPS of the mapping system of the harvester. The GPS-receivers are located
at the roof of the harvester. Differential correction was done by using data
from Virtual Reference Stations. The locations were compared at the strip
road and sample plot level. Comparing the accuracy of different GPS –receiv-
ers the mean difference in Viitaniemi was 3,91 m (std. dev = 1,35 m) and in
Kurkisalo 2,07 m (std. dev = 1,04 m), when comparing the differences be-
tween the Trimbe ProXH GPS -receiver and the GPS-receiver in the harvester.
In the future, the accuracy of the position in harvesters can be improve by
using VRS-data to correct the harvester locations in real time. Also the sim-
ultaneous use of the diffrent global navigation satellite systems (GNSS) –
such as satellites of GPS, Glonass and Galileo, makes it possible to improve
the position accuracy – inparticularly satellite geometry and its accuracy.
Metsätehon raportti 231 13.8.2014 6
7. 1 JOHDANTO
Satelliittipaikannusta (GPS eli Global Positioning System) on jo pitkään hyö-
dynnetty koneellisessa puunkorjuussa ja hakkuukoneiden karttajärjestel-
missä. Tulevaisuudessa pääpaino koneellisessa puunkorjuussa tulee ole-
maan kuljettajan työolosuhteiden parantamisessa, kuljettajaa opastavien
järjestelmien kehittämisessä ja työvaiheiden osittaisessa automatisoinnissa.
Tätä varten tarvitaan yhä tarkempaa tietoa puiden sijainnista hakkuun ede-
tessä.
Yleisimmät hakkuukoneissa käytetyt vastaanottimet ovat nykyisin Fastraxin
SiRFstar III – vastaanottimia, jotka hyödyntävät lähinnä Yhdysvaltain puolus-
tusministeriön kehittämää paikannusjärjestelmää (Navstar GPS), joka koos-
tuu 24:stä operatiivisessa toiminnassa olevasta satelliitista. Tällä erää siviili-
käyttöön tarkoitettujen paikannuslaitteiden tarkkuus on muutamia metrejä.
Hakkuukoneissa olevien vastaanottimien paikannustarkkuus parani oleelli-
sesti vuosituhannen vaihteessa, jolloin Yhdysvaltain puolustusministeriö
poisti tahallisen häirinnän (Selective Availability, SA).
Nykyiset hakkuukoneiden paikannusjärjestelmät ovat pitkälti perustuneet
siis Yhdysvaltain ylläpitämään Navstar GPS -järjestelmään. Vastaavia paikan-
nusjärjestelmiä (GNSS eli Global Navigation Satellite System) on kehitetty
myös Venäjällä (GLONASS) ja Kiinassa (COMPASS), mutta niitä ei ole hyödyn-
netty Suomessa hakkuukoneiden paikannuksessa. Myös Euroopassa on ke-
hitteillä oma paikannusjärjestelmä (GALILEO), mutta sen on arvioitu olevan
operatiivisessa toiminnassa vasta vuonna 2019.
Tarkkuusvaatimusten kasvaessa ja hakkuukoneella kerätyn tiedon käyttö-
mahdollisuuksien laajetessa (Melkas ym. 2014) tarvitaan yhä tarkempaa ja
yksityiskohtaisempaa tietoa leimikon puustosta ja puiden sijainneista, jotta
eri kaukokartoitusaineistoja voidaan sujuvasti yhdistää ja hakkuukoneiden
toimintoja automatisoida. Etenkin metsävarojen inventoinnissa ja maasto-
mittauksissa on viime vuosina otettu käyttöön laserpohjaisia sekä kuvatek-
nologiaan perustuvia inventointimenetelmiä (Holopainen ym. 2013, Suomen
metsäkeskuksen.. 2014, Larsson ym. 2011, Liang 2013, Miettinen ym. 2007,
Trestima 2014, Vauhkonen 2013, Öhman ym. 2007), joiden tavoitteena on
päästä puukohtaiseen tai runkolukusarjoihin perustuvaan leimikkokohtai-
seen metsävaratietoon. Menetelmien käytön edellytys on, että puiden ja
koealojen sijainti pystytään määrittämään riittävän tarkasti. Hakkuukoneen
sijainti tulee pystyä paikantamaan reaaliaikaisesti noin puolen metrin tark-
kuudella, jotta yksittäisten puiden sijainnit voidaan laskea ja niiden perus-
teella muodostaa reaaliaikaista globaalia puukarttaa hakkuun edetessä.
Tämän tutkimuksen tavoitteena oli selvittää satelliittipaikannuksen tark-
kuutta hakkuukoneissa ennen ja jälkeen hakkuun sekä puuston peitteisyyden
että satelliittigeometrian vaikutusta paikannustarkkuuteen. Tutkimusai-
Metsätehon raportti 231 13.8.2014 7
8. neisto kerättiin Fibicin EffFibre-tutkimusohjelman (2010‒2013) osatehtä-
vässä, jonka tavoitteena oli arvioida hakkuukoneen puukarttajärjestelmän
OTMS:n (Optical Tree Measurement System) käyttökelpoisuutta ja toimi-
vuutta puustoltaan erilaisissa leimikoissa. Tutkimusaineiston analysointi ja
tulosten raportointi saatettiin loppuun Digilen Data to Intelligence -tutkimus-
ohjelman (2012-) Forest Big Data -osiossa. Satelliittipaikannuksen avulla la-
serkeilauksella tuotetut lokaalit puukartat on mahdollista kytkeä osaksi glo-
baalia koordinaatistoa. Puiden sijainnit tulisi olla paikannettavissa alle puo-
len metrin tarkkuudella. Keskeisin tavoite tutkimuksessa oli selvittää ovatko
hakkuukoneissa nykyisin vakiovarusteena olevat satelliittivastaanottimet riit-
tävän tarkkoja tähän tarkoitukseen ja kuinka hyvin ne toimivat peitteisessä
maastossa?
Metsätehon raportti 231 13.8.2014 8
9. 2 AINEISTO
Koealat paikannettiin ennen ja jälkeen hakkuun Trimblen Pathfinder ProXH
-vastaanottimella, jonka jälkeen koealojen sijainti differentiaalikorjattiin käyt-
täen Trimnet palvelun VRS (virtual reference station) -korjausta. Jälkikorjauk-
sessa käytettiin kolmea lähintä virtuaalitukiasemaa (Orivesi, Jämsä, Keuruu).
Trimblen Pathfinder ProXH -vastaanotin pystyi hyödyntämään amerikkalaisen
GPS-järjestelmän satelliitteja, muttei GLONASS satelliitteja.
Aineisto kerättiin yhteensä 61 koealalta Mänttä-Vilppulan alueelta. Testialu-
eita oli kolme: Kolho (22 koealaa), Kurkisalo (16 koealaa) ja Viitaniemi (15
koealaa). Tämän lisäksi ennen varsinaista aineiston keruuta järjestelmän toi-
mivuutta testattiin pilottikoealoilla (n=8). Raportoidut tulokset perustuvat 53
koealalta kerättyyn aineistoon. Tutkimuksessa käytetty koealan säde oli 10
metriä. Koealat pyrittiin sijoittamaan niin, että ajoura kulki aina koealan kes-
keltä. Koealan keskipisteet merkittiin maastoon numeroiduin muoviputkin.
Taulukko 1. Koealojen paikannusajankohta sekä paikannettujen koealojen määrä
alueittain Trimblen Pathfinder ProXH -vastaanottimella sekä hakkuukoneen GPS -
vastaanottimella.
Koealojen puustotunnukset mitattiin ennen hakkuuta. Jokainen puu numeroi-
tiin ja siitä määritettiin suunta ja etäisyys koealan keskipisteeseen, sekä rin-
nankorkeusläpimitta ja puulaji. Varttuneissa metsiköissä mitattiin lisäksi ylä-
läpimittana läpimitta 4 metrin korkeudelta sekä laatutunnuksia, kuten latvus-
rajan korkeus ja rungon mutkaisuus ja lenkous sekä lenkouden suunta. Hak-
kuun jälkeen jäljelle jääneet puut kartoitettiin kirjaamalla ylös jäljelle jäänei-
den puiden numerot sekä mahdolliset muut havainnot. Lisäksi koealat valoku-
vattiin ennen ja jälkeen hakkuun. Jokaiselle koealalle laskettiin keskeiset puus-
totunnukset ennen ja jälkeen hakkuun (taulukko 2 ja liite 1-3).
Koealojen lkm Päivämäärä Koealojen lkm Päivämäärä Koealojen lkm Päivämäärä
Viitaniemi 15 19.10.2011 15 19.6.2012 15 18.6.2012
Kurkisalo 16 19.-20.10.2011 x x 16 26.-27.3.2012
Kolho 22 20.9.2011 18 25.-27.9.2011 x x
Trimble GeoXH GPS ennen Trimble Trimble GeoXH GPS jälkeen Hakkuukoneen GPS
Metsätehon raportti 231 13.8.2014 9
10. Taulukko 2. Koealojen puustotunnusten, kuten pohjapinta-alan (G, m2
/ha),
runkoluvun (r/ha), pohjapinta-alalla painotetun keskiläpimitan (d1.3(painotettu), cm),
mediaaniläpimitan (Dmed, cm) ja -pituuden (Hmed, m), valtapituuden (Hdom, m) sekä
tilavuuden (m3
/ha) vaihtelu kokoaineistossa (n=53) ennen ja jälkeen hakkuun.
Hakkuun aikana paikannettiin ajourat kolmella eri GPS-vastaanottimella, jotka
olivat asennettuna hakkuukoneen hytin katolle: Trimblen Pathfinder ProXH:lla,
hakkuukoneen omalla GPS-vastaanottimella sekä hakkuukoneessa olevan
karttajärjestelmän GPS-vastaanottimella. Trimblen Pathfinder ProXH -vastaan-
ottimella tallennetuille ajourille tehtiin vastaavat differentiaalikorjaukset
(VRS-korjaus) kuin Trimblen paikantimella tallennetuille koealoille. Hakkuko-
neessa vakiovarusteena olevien GPS – vastaanottimien keräämään sijaintitie-
toa ei differentiaalikorjattu.
Aineiston keruu toteutettiin osana EffFibre tutkimus- ja kehittämisohjelman
työpakettia WP3 ja liittyy olennaisena osana puukarttajärjestelmä OTMS:n
(Optical Tree Measurement System) käyttökelpoisuuden ja toimivuuden arvi-
ointiin puustoltaan erilaisissa kohteissa. Tavoitteena saada OTMS järjestel-
mällä tuotettu lokaali puukartta kytkettyä globaaliin koordinaatistoon.
Puukarttajärjestelmä OTMS (Optical Tree Measurement System) on Argone
Oy:n vuosina 2011‒2013 kehittämä mittausjärjestelmä liikkuvien työkoneiden
ympäristön havainnointiin ja mittaamiseen. Puukarttajärjestelmä on kehitetty
erityisesti puiden tunnistukseen, puukartan muodostamiseen sekä yksittäis-
ten puiden laatutunnusten laskemiseen tavoitteena leimikon puustotietojen
reaaliaikainen päivitys ja oikean harvennustiheyden saavuttaminen hakkuun
aikana kuljettajan opastusjärjestelmän avulla. Mittausjärjestelmää on kehi-
tetty Argone Oy:n omassa Tekes tuotekehitysprojektissa yhdessä Ponsse Oyj:n
kanssa. Kehitetyn järjestelmän hyvyyttä ja toimivuutta erilaisissa olosuhteissa
on arvioitu EffFibre tutkimus- ja kehittämisohjelman työpaketissa WP3 järjes-
tetyillä maastomittauksilla Metsäteho Oy:n toimesta (Melkas ym. 2014).
Puustotunnus Keskiarvo Hajonta Minimi Maksimi Keskiarvo Hajonta Minimi Maksimi
G, m
2
/ha (relaskooppi) 31,3 8,7 15,0 49,0
G, m
2
/ha (ympyräkoeala) 29,1 8,0 14,0 47,0 17,5 4,6 10,1 32,2
Puulajiosuus, % (mänty) 58,9 42,1 0,0 100,0 60,7 42,8 0,0 100,0
Puulajiosuus, % (kuusi) 34,9 40,9 0,0 100,0 34,7 41,5 0,0 100,0
Puulajiosuus, % (koivu) 6,2 17,0 0,0 87,8 4,5 16,3 0,0 98,0
Runkoluku, rl/koeala 42,3 15,2 22,0 78,0 20,5 4,8 13,0 33,0
Runkoluku, rl/ha 1347,1 484,3 700,3 2482,8 652,2 152,9 413,8 1050,4
D1,3, cm 18,8 2,9 13,9 26,3 20,0 3,0 15,2 29,0
D1,3med, cm 16,1 3,4 9,6 23,9 18,2 3,0 13,4 26,0
Hmed, m 16,3 2,6 11,8 23,0 16,8 2,1 13,8 21,6
Hdom, m 18,6 2,6 14,3 24,3 18,5 2,6 14,3 24,2
V, m
3
/ha 246,1 81,7 100,3 469,1 149,6 52,8 71,1 319,5
Ennen hakkuuta (n=53) Hakkuun jälkeen (n=53)
Metsätehon raportti 231 13.8.2014 10
11. 3 MENETELMÄT
Trimble Pathfinder ProXH:n paikannustarkkuus
Todellisena koealan sijaintina (reference) käytettiin Trimblen Pathfinder ProXH
-vastaanottimella paikannettua ja kolmella VRS-tukiasemalla korjattua koe-
alan sijaintia (Orivesi, Jämsä, Keuruu). Tätä sijaintia verrattiin korjaamatto-
maan ja yhdellä VRS -tukiasemalla korjattuun koealan sijaintiin (Orivesi). Ver-
tailussa laskettiin x- ja y-poikkeamat sekä keskimääräinen sijainnin poikkeama
koealan todellisesta sijainnista. Lisäksi tarkasteltiin satelliittigeometrian vaiku-
tusta tuloksiin. Satelliittigeometrian hyvyys tai huonous ilmaistaan yleisimmin
DOP-luvuilla (Dilution of precision). Mitä pienempi luku on, sitä pienempi on
satelliittigeometrian vaikutus paikannuksen tarkkuuteen. Tässä tutkimuksessa
käytettiin PDOP (Position DOP) -arvoa. Sen lisäksi, että tuloksia verrattiin tar-
kimpaan Trimblen Pathfinder ProXH -vastaanottimella paikannettuun ja kol-
mella virtuaalitukiasemalla korjattuun koealan sijaintiin, voitiin koealojen pai-
kannustarkkuutta tarkastella Trimblen PathFinder Office -ohjelmiston avulla.
Ohjelmisto laskee automaattisesti jokaiselle paikannetulle pisteelle sekä verti-
kaalisen että horisontaalisen paikannustarkkuuden ja hajonnan.
Koealan paikannustarkkuus hakkuukoneen
GPS -vastaanottimella
Koealojen keskipisteet määritettiin myös laskennallisesti hakkuukoneen tal-
lentamasta sijaintitiedosta. Hakkuukoneen sijainti tallentui koneen omaan tie-
donsiirto- ja tallennusjärjestelmään aina koneen kaataessa puun (StanForD
2014). Näistä sijaintitiedoista laskettiin koealalle kolme eri sijaintia, joita ver-
rattiin Trimblen PathFinder ProXH -vastaanottimella tallennettuun ja kolmella
tukiasemalla korjattuun koealan sijaintiin. Ensimmäisenä hakkukoneen sijain-
titiedoista laskettiin koealan keskipiste käyttämällä hakkuukoneen sijaintitie-
toja kaikkien koealalta hakattujen runkojen keskiarvona, toinen tapa määrittää
koealan keskipiste oli laskea koealalta viiden viimeisen hakatun rungon sijain-
nin keskiarvo ja kolmas tapa määrittää koealan keskipiste oli valita hakkuuko-
neen sijainti sen hakatessa koealan viimeinen runko.
Ajourien paikannustarkkuus
Hakkuun aikana paikannettiin ajourat kolmella eri GPS-vastaanottimella, jotka
olivat asennettuna hakkuukoneen hytin katolle: Trimblen Pathfinder ProXH:lla,
hakkuukoneen omalla GPS -vastaanottimella sekä hakkuukoneessa olevan
karttajärjestelmän GPS -vastaanottimella. Trimblen Pathfinder ProXH -vas-
taanottimella tallennetuille ajourille tehtiin vastaavat differentiaalikorjaukset
(VRS-korjaus) kuin Trimblen paikantimella tallennetuille koealoille. Saatuja tu-
loksia verrattiin toisiinsa ajoura- ja koealatasolla.
Jotta ajoura-aineistoja voitiin vertailla keskenään sekä Trimblen Pathfinder
ProXH -vastaanottimella, että hakkuukoneen GPS-vastaanottimella kerättyjä
Metsätehon raportti 231 13.8.2014 11
12. aineistoja suodatettiin, tavoitteena saada ajourasta selkeämpi, koska havain-
totiheys vaihteli eri vastaanottimien välillä. Trimblen Pathfinder ProXH -vas-
taanottimella sijainti tallentui 1 sekunnin välein, hakkuukoneen GPS-vastaan-
ottimella jokaiselle puulle ja karttajärjestelmästä saatiin käytännössä valmis
ajoura, jota oli jo suodatettu automaattisesti.
Trimblen Pathfinder ProXH -vastaanottimella paikannetuille ajourille tehtiin
tästä johtuen suodatus. Viitaniemen ajourapisteille suodatus tehtiin laske-
malla seitsemän sijaintipisteen keskiarvo ja tiivistämällä seitsemän sijaintipis-
tettä yhdeksi pisteeksi. Kolhon ja Kurkisalon aineiston suodatus laskettiin yh-
deksän sijaintipisteen keskiarvona ja yhdeksän sijaintipistettä tiivistettiin yh-
deksi sijainniksi. Suodatuksessa käytettiin voimakkaampaa suodatusta, koska
poistettavan puuston tiheys oli koealoilla suurempi. Puuston tiheys vaikuttaa
hakkuukoneen etenemisnopeuteen ja näin ollen tallennettuja sijaintipisteitä
tulee ajouralle tiheämmin suhteessa kuljettuun aikaan.
Hakkuukoneen GPS-paikantimen ajouran sijaintitiedot laskettiin kymmenen
sijaintipisteen keskiarvona, mutta aineistosta ei suodatettu pisteitä pois. Kart-
tajärjestelmän GPS-paikantimen tallentamaa ajouratietoa vertailtiin suoraan
muihin ajouriin.
Tarkimpana GPS -sijaintina tutkimuksessa pidettiin kolmella tukiasemalla kor-
jattua Trimblen PathFinder ProXH -vastaanottimella tallennettua paikannus-
tietoa. Trimblen PathFinder ProXH -paikantimella ja kolmella tukiasemalla kor-
jatuille koealapisteille laskettiin lähimmät etäisyydet Trimblen, hakkuukoneen
ja karttajärjestelmän GPS-paikantimien tallentamille ajourille.
Ajourista muodostettujen sijaintipisteiden vertailu
mittausajankohdan perusteella
Kurkisalon ja Viitaniemen ajourien sijaintipisteille tehtiin vielä ajourien sijain-
tipisteiden vertailu tallennetun sijaintipisteen ajankohdan mukaan. Sekä hak-
kuukoneen että Trimblen paikantamille jokaiselle ajouran sijaintipisteelle tal-
lentui kellonaika (UTC), jolloin piste oli paikannettu. Tallennusajankohdan mu-
kaan oli mahdollista poimia kahdella eri GPS:llä samaan aikaan paikannetut
havainnot ja vertailla paikantimien luotettavuutta. Karttajärjestelmän GPS-
paikantimen aineistossa ei ollut tallennettuna paikannusajankohtaa yksittäis-
ten sijaintipisteiden tasolla.
Hakkuukoneen sijaintitiedoissa oli tallennettuna rungon kaatoaika sekä aika
kun koneen hakkuupää oli uudelleen ylhäällä. Trimble tallensi ajouran sijainti-
pisteet sekunnin välein. Ajankohdan mukaan vertailtaviksi pisteiksi valittiin
hakkuukoneen ja Trimblen sijaintitiedoista ne pisteet, jotka sijaitsivat 10 met-
rin säteellä koealan keskipisteestä. Hakkuukoneen sijaintipisteiden kellonaiko-
jen perusteella valittiin Trimblellä tallennetujen sijaintipisteiden aikaväli ja mo-
lempien aineistojen sijaintipisteille laskettiin keskiarvo. Näiden sijaintipistei-
den eroa verrattiin toisiinsa. Näin saatiin yhteensä 30 pistettä aikavertailuun.
Metsätehon raportti 231 13.8.2014 12
13. 4 MAASTOTESTIEN TULOKSET
Trimble Pathfinder ProXH:n paikannustarkkuus
Koealojen paikannus onnistui parhaiten Trimblen Pathfinder ProXH -vastaan-
ottimella käytettäessä VRS-korjauksessa kolmea lähintä tukiasemaa. Käytettä-
essä jälkikorjauksessa lähintä virtuaalitukiasemaa päästiin lähes yhtä hyvään
paikannustarkkuuteen kuin kolmella lähimmällä virtuaalitukiasemalla, sitä
vastoin, mikäli jälkikorjausta ei tehdä huononee paikannustarkkuus merkittä-
västi. Satelliittigeometrian ja puuston peitteisyyden todettiin vaikuttavan pai-
kannustarkkuuteen. Hakkuun jälkeen paikannustarkkuus oli parempi kuin en-
nen hakkuuta. Tämä on voinut aiheutua, joko paremmasta satelliittigeometri-
asta tai puuston peitteisyyden vähenemisestä. Paikannustarkkuuden todettiin
korreloivan puuston tilavuuden (peitteisyyden) kanssa. Harvemmissa männi-
köissä paikannus onnistui paremmin kuin tiheissä kuusikoissa. Tuloksia vertail-
taessa on huomioitava, että ajouria paikannettaessa GPS-vastaanottimet oli-
vat hakkuukoneen katolla, kun taas koealoja paikannettaessa kartoitusmit-
taukset on tehty, 1,2 metrin korkeudelta. Myöskään paikantimien sijoittelusta
(koneen katolla) aiheutuvaa virhettä ei ole otettu laskennassa huomioon.
Taulukko 3. Koealan paikannustarkkuus Trimblen Pathfinder ProXH -vastaan-
ottimella ennen ja jälkeen hakkuun käyttäen korjaamatonta, yhdellä tukiasemalla
korjattua sekä kolmella tukiasemalla korjattu sijaintia perustuen Trimblen
PathFinder Office -ohjelmiston tunnuslukuihin.
Taulukko 4. Koealan paikannustarkkuus Trimblen Pathfinder ProXH -vastaan-
ottimella ennen ja jälkeen hakkuun verrattaessa differentiaalikorjattua (BT3)
sijaintia korjaamattomaan ja yhdellä tukiasemalla korjattuun sijaintiin.
max PDOP 4,75 4,60 5,21 3,37 2,78 5,24
horz. tarkkuus 0,17 0,15 0,23 0,12 0,12 0,11
hajonta 0,84 0,72 1,21 0,32 0,30 0,39
max PDOP 4,87 4,70 5,41 3,46 2,94 5,10
horz. tarkkuus 0,17 0,16 0,20 0,12 0,12 0,11
hajonta 0,89 0,80 1,17 0,35 0,34 0,41
max PDOP 1,82 1,76 2,00 1,62 1,48 2,03
horz. tarkkuus 4,19 4,16 4,28 3,23 3,15 3,49
hajonta 1,45 1,29 1,95 1,02 0,94 1,26
N, kpl 33 25 8 33 25 8
Mittausajankohta
Ennen hakkuuta Hakkuun jälkeen
Trimble PROXH,
korjattu (BT3)
Trimble PROXH,
korjattu (BT1)
Männiköt
Kuusikot /
Sekapuustot
Trimble PROXH,
korjaamaton
Yhteensä Männiköt
Kuusikot /
Sekapuustot
YhteensäTunnuksetKorjaustapa
korjattu (1BT) korjaamaton
Ennen hakkuuta, kaikki yht. 33 0,18 1,90
puhtaat männiköt 25 0,13 1,70
kuusikot ja sekapuustot 8 0,34 2,53
Hakkuun jälkeen, kaikki yht. 33 0,10 1,46
puhtaat männiköt 25 0,10 1,48
kuusikot ja sekapuustot 8 0,09 1,40
Mittausajankohta N, kpl
Keskimääräinen poikkeama, m
Metsätehon raportti 231 13.8.2014 13
14. Laajemmin Trimblen Pathfinder ProXH -vastaanottimen tulokset Kolhon, Kur-
kisalon ja Viitaniemen osalta on esitetty koealoittain liitteen 3 taulukoissa 1-7.
Trimblen Pathfinder ProXH -vastaanottimella paikannettua ja yhdellä tukiase-
malla korjattua sekä korjaamatonta sijaintia on verrattu samalla vastaanotti-
mella paikannettuun ja kolmella virtuaalitukiasemalla korjattuun koealan si-
jaintiin. Tulokset Trimblen PathFinder Office -ohjelmiston ilmoittaman paikan-
nustarkkuuden ja satelliittigeometrian osalta on myös esitetty liitteen 4 taulu-
koissa 1-7 korjaamattomana, yhdellä virtuaalitukiasemalla korjattuna ja kol-
mella virtuaalitukiasemalla korjattuna.
Koealan paikannustarkkuus hakkuukoneen
GPS-vastaanottimella
Viitaniemen alueella Trimblen Pathfinder ProXH GPS -paikantimen ja hakkuu-
koneen GPS-paikantimesta laskettujen koealojen sijaintien vertailussa lähim-
mäksi osui hakkuukoneen viimeiseksi tallentama sijaintipiste. Viiden viimeisen
sijaintipisteen arvot olivat keskimäärin toiseksi lähimpänä ja kauimmaiseksi si-
joittui koealalta kaikkien sijaintipisteiden keskiarvosta lasketut koealan sijain-
titiedot (taulukko 5).
Taulukko 5. Viitaniemen Trimblen ProXH GPS -paikantimella tallennettujen ja
kolmella tukiasemalla korjattujen ( 3 BT) koealojen sijainnit, hakkuukoneen (STM)
GPS-paikantimen sijaintitiedoista lasketut koealojen sijainnit (kaikkien keskiarvo,
viiden viimeisen keskiarvo ja viimeinen sijaintipiste) ja näiden vertailu.
Koeala Referenssi
Trimble (3 BS)
y-koord.
Referenssi
Trimble (3 BS)
x-koord.
Sijaintiero
(kaikki koealalta
hakatut puut), m
Sijaintiero
(5 viimeisintä
puuta), m
Sijaintiero
(koealan
viimeisin puu),
31 6871512,8 373495,9 9,58 3,20 2,45
32 6871499,2 373435,4 7,94 5,77 2,89
33 6871379,4 373408,7 9,88 4,30 4,68
34 6871358,9 373393,0 12,15 5,79 0,79
35 6871452,2 373450,2 12,35 6,71 1,91
36 6871432,2 373431,5 10,90 4,88 2,74
37 6871368,9 373372,4 11,38 7,37 6,06
38 6871263,6 373140,5 12,36 5,46 7,72
39 6871290,9 373147,6 11,37 9,32 7,14
40 6871264,1 373119,4 5,17 2,42 3,44
41 6871230,0 373082,4 10,00 7,42 7,33
42 6871255,2 373086,1 7,04 4,99 6,12
43 6871280,2 373093,5 10,53 6,30 4,93
44 6871314,9 373110,9 8,02 5,12 7,01
45 6871313,3 373136,6 6,82 5,15 2,93
Keskiarvo 9,70 5,61 4,54
Hajonta 2,16 1,65 2,17
Metsätehon raportti 231 13.8.2014 14
15. Kurkisalon alueella vastaavassa vertailussa lähimmäksi osui hakkuukoneen vii-
den viimeisen sijaintipisteen keskimääräiset arvot, seuraavaksi lähin oli vii-
meiseksi tallentama sijaintipiste ja kauimpana olivat kaikkien koealalta mitat-
tujen sijaintipisteiden keskimääräiset arvot (taulukko 6).
Tutkimuksessa saadut tulokset ovat varsin loogisia, sillä hakkuukoneen kuljet-
tajan aloittaessa koealan hakkaamisen hakkuukone sijaitsee vielä koealan ul-
kopuolella ja siinä vaiheessa, kun koeala on hakattu kokonaan, hakkuukone on
lähimpänä koealan keskipistettä. Koealalta hakattujen puiden sijannit (hak-
kuukoneen tallentamat) poikkeavat siis systemaattisesti todellisista puiden si-
janneista, koska hakkuukone tallentaa koneen sijaintia, ei puiden todellisten
sijaintien perusteella laskettua koealan sijaintia. Tämä on otettava huomioon
yhdistettäessä toisiinsa eri kaukokartoitusaineistoja.
Taulukko 6. Kurkisalon Trimblen ProXH GPS -paikantimella tallennettu-jen ja
kolmella tukiasemalla korjattujen ( 3 BT) koealojen sijainnit, hakkuukoneen (STM)
GPS -paikantimen sijaintitiedoista lasketut koealojen sijainnit (kaikkien keskiarvo,
viiden viimeisen keskiarvo ja viimeinen sijaintipiste) ja näiden vertailu.
Koeala Referenssi
Trimble (3 BS)
y-koord.
Referenssi
Trimble (3 BS)
x-koord.
Sijaintiero
(kaikki koealalta
hakatut puut), m
Sijaintiero
(5 viimeisintä
puuta), m
Sijaintiero
(koealan
viimeisin puu), m
46 382046,3 6884643,8 9,73 5,55 2,19
47 382050,6 6884616,3 6,29 4,91 5,20
48 382041,4 6884583,2 5,90 4,32 2,71
49 382029,4 6884636,5 8,25 2,22 1,80
50 382002,8 6884631,5 8,49 4,08 5,55
51 382011,0 6884589,1 7,69 0,85 4,36
52 382096,4 6884048,0 7,59 9,36 11,53
53 382114,4 6884133,8 3,95 0,93 4,29
54 382122,2 6884058,3 12,40 4,35 1,98
55 382085,3 6884085,1 10,70 4,22 4,39
56 382063,1 6884091,9 9,73 2,00 1,95
57 382099,1 6884099,5 8,76 4,07 2,47
58 382087,2 6884119,3 9,62 7,40 5,02
59 382060,5 6884706,5 9,02 3,40 3,28
60 382012,4 6884696,4 14,05 8,00 7,14
61 382056,6 6884726,9 6,15 4,99 8,46
Keskiarvo 8,65 4,42 4,52
Hajonta 2,51 2,38 2,69
Metsätehon raportti 231 13.8.2014 15
16. Ajourien paikannustarkkuus
Viitaniemen Trimble Pathfinder ProXH:lla paikannettuja koealoja ja ajourien
etäisyyttä vertailtaessa lähimmäksi osui keskimäärin Trimble Pathfinder
ProXH:lla paikannettu ajoura, seuraavaksi lähimpänä oli karttajärjestelmän
GPS, hakkuukoneen GPS -vastaanottimella lasketun ajouran ollessa kauimmai-
sena (taulukko 7).
Taulukko 7. Viitaniemen alueella eri GPS-vastaanottimella tallennettujen ajourien
lähin etäisyys koealan keskipisteeseen.
Kurkisalon koealojen ja ajourien etäisyyttä vertailtaessa lähin ajoura oli
Trimble Pathfinder ProXH -vastaanottimella määritetty ajoura, seuraavaksi lä-
hin oli hakkuukoneen GPS-vastaanottimella määritetty ura ja kaukaisimpana
karttajärjestelmän GPS-vastaanottimella tallennettu ajoura (taulukko 8). Mer-
kittävää eroa hakkuukoneen ja karttajärjestelmän GPS-vastaanottimien välillä
ei ollut.
Taulukko 8. Kurkisalon alueella eri GPS-paikantimilla tallennettujen ajourien lähin
etäisyys koealan keskipisteeseen.
Vertailtaessa koealojen ja ajourien paikannustarkkuutta on huomioitava, että
hakkuukoneen katolle asennetut GPS-vastaanottimet (3 kpl) sijaitsivat hak-
kuukoneen katon kolmessa eri kulmassa. Riippuen koneen kulkusuunnasta ja
asennosta, voi tästä aiheutua maksimissaan noin 30 cm:n virhe koneen keski-
pisteen sijaintiin. Tutkimustulokset on mahdollista yhtenäistää tämän osalta,
mutta korjaus on tehtävä jälkikäteen ja se vaatii tiedon koneen orientaatiosta.
Tässä raportissa esitetyt tulokset on laskettu ilman korjausta. Kuvissa 1-3 on
esitetty Trimble PathFinder ProXH -vastaanottimella paikannetut differentiaa-
likorjatut (VRS - 3 tukiasemaa) koealojen sijainnit sekä suodatetut ajourat pai-
kannettuna kolmella eri GPS-vastaanottimella.
GPS - vastaanotin 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 Keskiarvo
Trimble GeoXH (suodatettu) 1,61 0,68 0,23 0,02 0,80 0,55 0,50 0,50 0,14 0,25 0,09 0,76 0,66 0,61 0,09 0,50
Hakkuukoneen GPS 1,44 0,01 0,89 0,67 2,17 1,08 1,16 5,50 4,95 0,30 2,80 2,89 3,39 2,84 0,70 2,05
MetsäGroup GPS 0,53 6,68 1,17 3,51 4,11 1,00 2,69 3,01 5,12 1,17 6,43 0,85 0,53 4,87 2,09 2,92
Etäisyys koealaan, m
GPS - vastaanotin 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 Keskiarvo
Trimble GeoXH (suodatettu) 0,05 0,36 1,01 0,85 0,53 0,49 1,01 2,50 1,01 0,04 0,42 0,42 0,01 1,31 0,00 0,67
Hakkuukoneen GPS 0,72 4,34 3,99 0,61 3,50 0,75 5,55 1,26 2,36 3,95 1,03 3,05 4,59 4,88 4,53 2,52 2,98
MetsäGroup GPS 1,62 3,42 1,43 0,60 5,58 4,96 0,03 5,32 1,73 6,80 3,24 4,86 7,07 3,30 8,80 2,81 3,85
Etäisyys koealaan, m
Metsätehon raportti 231 13.8.2014 16
17. Kuva 1. Viitaniemestä Trimble ProXH GPS:llä paikannetut koealat ja
ajourat paikannettuna eri GPS-tallentimilla.
Metsätehon raportti 231 13.8.2014 17
18. Kuva 2. Kurkisalosta Trimble ProXH GPS:llä paikannetut koealat ja
ajourat paikannettuna eri GPS-tallentimilla.
Metsätehon raportti 231 13.8.2014 18
19. Kuva 3. Kolhosta Trimble ProXH GPS:llä paikannetut koealat ja ajourat
paikannettuna eri GPS-tallentimilla.
Metsätehon raportti 231 13.8.2014 19
21. Kuva 4. Samanaikaisesti Trimblen ProXH GPS ja hakkuukoneen GPS-
paikantimella (STM) paikannettujen sijaintipisteiden sijainnit
Viitaniemessä.
Metsätehon raportti 231 13.8.2014 21
22. Kuva 5. Samanaikaisesti Trimblen ProXH GPS ja hakkuukoneen GPS-
paikantimella (STM) paikannettujen sijaintipisteiden sijainnit
Kurkisalossa.
Metsätehon raportti 231 13.8.2014 22
23. 5 JOHTOPÄÄTÖKSET
Hakkuukoneissa olevien paikannuslaitteiden paikannustarkkuus on hyvällä ta-
solla operatiivisen toiminnan kannalta, mutta ne eivät pysty tällä erää hyödyn-
tämään virtuaalitukiasemilta saatavaa korjausta eivätkä aidosti useamman sa-
telliittijärjestelmän satelliitteja. Etenkin amerikkalaisten GPS- ja venäläisten
Glonass-satelliittien yhteiskäyttö parantaisi satelliittigeometriaa Suomen alu-
eella oleellisesti. Tulevaisuudessa myös eurooppalainen Galileo-järjestelmä
tulee laajetessaan parantamaan paikannustarkkuutta.
Tarkkuusvaatimusten kasvaessa ja hakkuukoneella kerätyn tiedon käyttömah-
dollisuuksien laajetessa tarvitaankin yhä tarkempaa ja yksityiskohtaisempaa
tietoa leimikon puustosta ja puiden sijainneista, jotta eri aineistoja voidaan
sujuvasti yhdistää. Tähän nykyiset hakkuukoneissa vakiovarusteena olevat sa-
telliittivastaanottimet ovat liian epätarkkoja. Hakkuukoneen sijainti tulee pys-
tyä paikantamaan reaaliaikaisesti noin puolen metrin tarkkuudella, jotta yksit-
täisten puiden sijainnit voidaan laskea ja niiden perusteella muodostaa reaali-
aikaista globaalia puukarttaa hakkuun edetessä.
Hakkuukoneissa olevien GPS-vastaanottimien satelliittipaikannustarkkuutta
voitaisiin parantaa oleellisesti, mikäli hakkuukoneissa vakiovarusteena olevat
GPS-vastaanottimet voisivat ottaa vastaan VRS-korjaussignaalia sekä hyödyn-
tää amerikkalaisen GPS-järjestelmän ohella myös venäläisen GLONASS- ja eu-
rooppalaisen GALILEO-järjestelmän satelliitteja. Myös hakkuukoneelta saata-
vien liiketietojen hyödyntäminen ja niiden mahdollisuudet paikannustarkkuu-
den parantamisessa olisi hyvä kartoittaa.
Metsätehon raportti 231 13.8.2014 23
24. 6 LÄHTEET
Holopainen, M., Hyyppä, J. & Vastaranta, M. 2013. Laserkeilaus metsävarojen
hallinnassa. Helsingin yliopiston metsätieteiden laitoksen julkaisuja 5.:1-75.
Larsson, H., Engström, P. & Rydell, J. 2011. Measurement of tree population with new
sensor technology at forest harvester – Study and test of existing laser
imaging systems, FOI-D--0433--SE, November 2011.
Miettinen, M., Öhman, M., Visala, A. ja Forsman P. 2007. Simultaneous localization
and mapping for forest harvesters, julkaisussa Proc. IEEE International
Conference on Robotics and Automation, Rooma April 2007, 2007, pp. 517-
522.
Melkas, T., Miettinen, M., Hämäläinen, J. ja Einola, K. 2014. Puukarttajärjestelmä
hakkuun tehostamisessa. Metsätehon raportti 230. ISSN 1796-2374
(Verkkojulkaisu).
Liang, X., 2013. Feasibility of Terrestrial Laser Scanning for Plotwise Forest
Inventories. Doctoral thesis, Aalto University. In Publications of the Finnish
Geodetic Institute N:o 149, 150 p.
StanForD. 2014. Standard for Forest machine Data and Communication
http://www.skogforsk.se/en/About-skogforsk/Collaboration-
groups/StanForD/ (viittaus 24.6.2014)
Suomen metsäkeskuksen metsävaratiedon laatuseloste.
25.11.2013.http://www.metsakeskus.fi/documents/10156/32535/smk-
mets%C3%A4varatiedon-laatuseloste-06112012.pdf/ 87035474-22da-
4aa7-8b7d-9e00fbc362c2. Viitattu 22.1.2014.
TrestimaTM
metsänmittausjärjestelmän tuotesivu https://trestima.com/ products/.
Viitattu 22.1.2014.
Vauhkonen, J., Kankare, V. Tanhuanpää, T., Holopainen, M. & Vastaranta, M. 2013.
Puuston runkolukusarjan ja laatutunnusten mittaus kaukokartoituksella.
Metsätehon raportti 223. 1.8.2013.
Öhman, M., Miettinen, M., Kannas, Kosti, Jutila, J., Visala, A. ja Forsman, P. 2007. Tree
measurement and simultaneous localization and mapping system for forest
harvesters, Julkaisussa The 6th International Conference on Field and
Service Robotics, Chamonix Ranska 2007, 2007, 1 p.
Metsätehon raportti 231 13.8.2014 24
