Miehittämättömät ilma-alukset, niiden kehitys sekä käyttö viimeaikaisissa sodissa

Nykyaikaisten miehittämättömien ilma-alusten kaltaisia lentolaitteita on ollut sotilaallisessa käytössä noin neljän vuosikymmenen ajan. Laajempaan käyttöön ne ovat tulleet kuitenkin vasta 1990-luvulla, varsinkin Yhdysvaltojen johtamissa sotilaallisissa operaatioissa. Tämä työ on laadullinen eli kvalitatiivinen tutkimus, jossa käytetään tiedonkeruumenetelmänä asiakirja- ja tekstianalyysia. Tutkimusongelmana on: mikä merkitys miehittämättömillä ilma-aluksilla on nykyaikaisissa sotatoimissa? Tutkimusongelmaa on lähdetty ratkaisemaan tutkimalla Yhdysvaltojen merkittävimpien miehittämättömien ilma-alus eli UAV (Unman-ned Aerial Vehicle) -järjestelmien käyttöä viimeaikaisissa sodissa. Tutkimuksen lähdeaineisto koostuu julkaistuista teoksista, artikkeleista ja oppaista, Yhdys-valtojen puolustusministeriön raporteista, Naton ilmapuolustusseminaarissa ja kadettien ope-tuksessa luennoilla tehdyistä muistiinpanoista sekä asiantuntijahaastattelusta. Tutkimusta lähestytään taktiikan näkökulmasta. Miehittämättömät ilma-alukset ovat jo nykyään tehokas voimavara huolimatta niiden vähäi-sestä määrästä. Niiden käyttö on erittäin hyödyllistä ainakin korkean riskin alueiden tieduste-lussa. Maalin löytymisen ja tunnistamisen jälkeen kykenee UAV, laser-osoittimella varustet-tuna, valaisemaan maalin korkealla lentävälle pommikoneelle. Näin valaisija saadaan lähelle kohdetta saattamatta ihmistä vaaraan ja sillä voidaan suorittaa reaaliaikainen tuhotiedustelu sekä välitön jälkitiedustelu. Mikäli UAV on aseistettu, sillä voidaan suorittaa jo kokonaisia tuhoamistehtäviä. Se tiedus-telee, paikantaa, valaisee, ampuu, suorittaa tuhotiedustelun sekä jälkitiedustelun. Ohjuksilla tai ohjautuvilla ammuksilla aseistettuna UAV kykenee tuhoamaan pistemäisiä maaleja ilman suurta tuhovaikutuksen hajontaa ja sivullisten kohteiden ei toivottua tuhoutumista. Erityisen suuri hyöty aseistetusta miehittämättömästä ilma-aluksesta on yksittäisten liikkuvien maalien tuhoamisessa. UAV´n paikannettua yllättävä ja liikkuva maali se voidaan tuhota heti tunnis-tuksen jälkeen, eikä se ehdi paeta miehitetyn koneen paikalle saapumisen aikana.

Miehittämätön taisteluilma-alus UCAV : teknologiakatsaus

Miehittämättömien ilma-alusten käyttö taistelukentällä yleistyy jatkuvasti ja niiden rooli taistelussa on laajentumassa tiedustelusta taisteluun. Jatkuva aseteknologian kallistuminen ja ilmaoperaatioiden luonteen muuttuminen saattavat lisätä miehittämättömien ilma-alusten käyttöä merkittävästi. Miehittämättömät taisteluilma-alukset (UCAV = Unmanned Combat Aerial Vehicle) ovat monen maan suunnitelmissa mukana kun tulevaisuuden ilmataisteluiden suorittajia mietitään. Tämän tutkielman tutkimusmenetelmänä on kirjallisuustutkimus, ja tarkoituksena perehtyä laajasti aiheeseen liittyvään kirjallisuuteen. Tutkielmassa UCAV:ien teknisistä ominaisuuksista perehdytään pääsääntöisesti niihin, jotka poikkeavat miehitetyistä taisteluilma-aluksista. Suurimpana erona miehitettyihin ilmaaluksiin on miehittämättömien taisteluilma-alusten osittainen tai kokonaan autonominen toiminta ja kauko-ohjaus. Tutkimuksen tekohetkellä ei millään maalla ole operatiivisessa käytössä varsinaisia UCAV:eja. Kaikki tässä tutkielmassa mainitut UCAV:it ovat projekteja, joiden tarkoitus on tutkia erilaisia teknisiä ratkaisuja aikanaan valmistettaviin ilma-aluksiin. Johtopäätöksissä arvioidaan UCAV:ien käyttöönoton aikataulua ja niitä tehtäviä, mihin miehittämättömiä taisteluilma-aluksia voitaisiin käyttää.

UAV:n käyttö operaation Iraqi Freedom aikana John Wardenin kehäteorian näkökulmasta

UAV:t (Unmanned Aerial Vehicle, miehittämätön ilma-alus) ovat maasta ohjattavia tiedustelu-, valvonta- ja pommikoneita. Vuonna 2003 alkanut operaatio Iraqi Freedom toimi erinomaisena testikenttänä Yhdysvaltojen miehittämättömille ilma-aluksille. Tutkielman näkökulma rakentuu yhdysvaltalaisen ilmasodankäynnin teoreetikon John Wardenin kehäteorian ympärille, jonka avulla pyritään havainnoimaan UAV:iden suorittamia lentotehtäviä operaation aikana. Tämä tutkielma on laadullinen eli kvalitatiivinen tutkimus. Tutkimusmenetelmänä käytetään tapaustutkimusta. Sen avulla pyritään löytämään selityksiä tutkittavalle ilmiölle arkistolähteistä sekä muusta kirjallisuudesta. John Wardenin kehäteoria koostuu viidestä sisäkkäin olevasta kehästä, jotka rakentuvat eriarvoisista kohteista. UAV:t suorittivat operaation aikana tiedustelu- ja pommituslentoja jokaisella kehällä. Pääpaino oli sisimmällä kehällä, jossa UAV:illa tiedusteltiin Irakin johtamisjärjestelmän kohteita sekä suoritettiin pommituksia tutkakeskuksiin. Omia joukkoja tuettiin UAV:iden avulla siten, että ne tiedustelivat kulkureittejä sekä paikansivat vihollisen tykistö- ja ilmatorjuntakeskittymiä. Havainnot kohteista lähetettiin miehitetyille pommikoneille, jotka suorittivat sitten vaaditut ilmaiskut. Miehittämättömät ilma-alukset kykenivät toimimaan operaation aikana kaikilla teoriamallin kehillä vihollisen ilmatorjunnasta huolimatta. UAV:iden tiedustelutietojen avulla iskettiin täsmällisesti Irakin avainkohteita vastaan. Iskut johtivat lopulta vihollisorganisaation toiminnan lamaantumiseen. UAV on erittäin tehokas ja käytännöllinen ilma-ase, jota tullaan käyttämään enenevässä määrin tulevaisuuden ilmasodankäynnissä.

Developing raster bands computed from LiDAR to improve forest

This study examines the use of di erent features derived from remotely sensed data in segmentation of forest stands. Surface interpolation methods were applied to LiDAR points in order to represent data in the form of grayscale images. Median and mean shift ltering was applied to the data for noise reduction. The ability of di erent compositions of rasters obtained from LiDAR data and an aerial image to maximize stand homogeneity in the segmentation was evaluated. The quality of forest stand delineations was assessed by the Akaike information criterion. The research was performed in co-operation with Arbonaut Ltd., Joensuu, Finland.

Improving the performance of a dismounted Future Force Warrior by means of C4I2SR

This thesis comprises seven peer-reviewed articles and examines systems and applications suitable for increasing Future Force Warrior performance, minimizing collateral damage, improving situational awareness and Common Operational Picture. Based on a literature study, missing functionalities of Future Force Warrior were identified and new ideas, concepts and solutions were created as part of early stages of Systems of Systems creation. These introduced ideas have not yet been implemented or tested in combat and for this reason benefit analyses are excluded. The main results of this thesis include the following: A new networking concept, Wireless Polling Sensor Network, which is a swarm of a few Unmanned Aerial Vehicles forming an ad-hoc network and polling a large number of fixed sensor nodes. The system is more robust in a military environment than traditional Wireless Sensor Networks. A Business Process approach to Service Oriented Architecture in a tactical setting is a concept for scheduling and sharing limited resources. New components to military Service Oriented Architecture have been introduced in the thesis. Other results of the thesis include an investigation of the use of Free Space Optics in tactical communications, a proposal for tracking neutral forces, a system for upgrading simple collaboration tools for command, control and collaboration purposes, a three-level hierarchy of Future Force Warrior, and methods for reducing incidents of fratricide.

Länsimaisten SAR/GMTI-tutkien suorituskyky

SAR/GMTI-tutka (Synthetic Aperture Radar/Ground Moving Target Indicator) tuottaa tiedustelutietoa johtamisen, tiedustelun, valvonnan ja maalinosoituksen tueksi. SAR/GMTI -tutka on luotettava tiedusteluväline tutkataajuusalueella tapahtuvan tiedustelutiedon tuottamisen ansiosta, jolloin tutkan käyttö ja tiedustelutiedon tuottaminen onnistuvat huonoissakin sääolosuhteissa. SAR/GMTI-tutkien käyttö on yleistynyt sotilaskäytössä viimeisen kahdenkymmenen vuoden aikana ja niillä on ollut suuri merkitys kaikissa suuremmissa konflikteissa kylmän sodan loppumisen jälkeen. SAR-tutka käyttää lavettina liikkuvaa alustaa, useimmiten lentokonetta, muodostaakseen virtuaalisen antenniryhmän ja signaaliprosessoinnin avulla, jolloin vastaanottimeen palautuvat kaiut sijoitetaan kohdilleen ja muodostetaan SAR-kuvaa. Tarkimmillaan nykyisten SARtutkien resoluutio on muutaman kymmenen senttimetrin luokkaa ja mittausetäisyydet suurimmillaan satoja kilometrejä. GMTI-tutka havaitsee liikkuvat kohteet, kun liikkuvista kohteista palautuvat kaiuilla on eri taajuus kuin ympäröivästä maastosta palautuvilla kaiuilla ja kohteet pystytään erottelemaan välkkeen seasta. GMTI-tutkan toiminta perustuu doppler-ilmiöön. SAR-tutkaa pystytään useimmiten käyttämään GMTI-moodissa. Sotilaskäytössä olevat GMTI-tutkat pystyvät havaitsemaan keskimäärin noin henkilöauton kokoisen maalin, joka liikkuu noin 5 km/h nopeudella. SAR/GMTI-tutkia on käytetty menestyksellisesti molemmissa Irakin sodissa Yhdysvaltojen toimesta, kun tasainen aavikko ei aiheuttanut juurikaan ongelmia alueen valvontaan ilmasta käsin. Sen sijaan haasteita SAR/GMTI-tutkille ovat aiheuttaneet operaatiot Balkanilla ja Afganistanissa korkean vuoriston, peitteisen maaston ja kohteiden hankalan tunnistettavuuden takia. Suoraan taistelun tukemiseen liittyen GMTI-tutkat ovat olleet hyödyllisiä, kun valvontakoneilta saadut tiedot liikkuvista vihollisosastoista on voitu lähettää datalinkkien kautta lähestulkoon reaaliajassa. SAR-tutkat ovat olleet hyödyllisiä ennen taisteluiden alkua tiedustelutiedon keräämisessä ja vaikeakulkuisessa maastossa SAR-tutkia on käytetty esimerkiksi taisteluvaikutuksen jälkiarviointiin. SAR/GMTI-tutkien suorituskyky kehittyy jatkuvasti laitteiden resoluution ja koon pienentyessä. Datalinkeillä voidaan välittää tietoa alajohtoportaille ja SAR/GMTI-tutkia on voitu sijoittaa esimerkiksi UAV-lennokkeihin (Unmanned Aerial Vehicle), joilla on voitu suorittaa tarkempaa aluevalvontaa kuin mitä isomman kokoluokan valvontakoneilla voitaisiin toteuttaa.

GIS assessing traditional and modern agricultural land use/land cover change. A case study 1959-2005: Rekijoki, Somero, SW-Finland

Finland’s rural landscape has gone through remarkable changes from the 1950’s, due to agricultural developments. Changed farming practices have influenced especially traditional landscape management, and modifications in the arable land structure and grasslands transitions are notable. The review of the previous studies reveal the importance of the rural landscape composition and structure to species and landscape diversity, whereas including the relevance in presence of the open ditches, size of the field and meadow patches, topology of the natural and agricultural landscape. This land-change study includes applying remote sensed data from two time series and empirical geospatial analysis in Geographic Information Systems (GIS). The aims of this retrospective research is to detect agricultural landscape use and land cover change (LULCC) dynamics and discuss the consequences of agricultural intensification to landscape structure covering from the aspects of landscape ecology. Measurements of LULC are derived directly from pre-processed aerial images by a variety of analytical procedures, including statistical methods and image interpretation. The methodological challenges are confronted in the process of landscape classification and combining change detection approaches with landscape indices. Particular importance is paid on detecting agricultural landscape features at a small scale, demanding comprehensive understanding of such agroecosystems. Topological properties of the classified arable land and valley are determined in order to provide insight and emphasize the aspect the field edges in the agricultural landscape as important habitat. Change detection dynamics are presented with change matrix and additional calculations of gain, loss, swap, net change, change rate and tendencies are made. Transition’s possibility is computed following Markov’s probability model and presented with matrix, as well. Thesis’s spatial aspect is revealed with illustrative maps providing knowledge of location of the classified landscape categories and location of the dynamics of the changes occurred. It was assured that in Rekijoki valley’s landscape, remarkable changes in landscape has occurred. Landscape diversity has been strongly influenced by modern agricultural landscape change, as NP of open ditches has decreased and the MPS of the arable plot has decreased. Overall change in the diversity of the landscape is determined with the decrease of SHDI. Valley landscape considered as traditional land use area has experienced major transitional changes, as meadows class has lost almost one third of the area due to afforestation. Also, remarkable transitions have occurred from forest to meadow and arable land to built area. Boundaries measurement between modern and traditional landscape has indicated noticeable proportional increase in arable land-forest edge type and decrease in arable land-meadow edge type. Probability calculations predict higher future changes for traditional landscape, but also for arable land turning into built area.

Ilmajohtojen laserkeilaus Suomessa 2014

Tässä kandidaatintyössä on tarkoituksena selvittää ilmajohtojen lentokuvauksen käyttömahdollisuuksia sähköverkkoyhtiöiden toiminnassa. Ilmajohtojen lentokuvaus on Suomessa ja koko maailmassa vielä varsin vähän hyödynnetty keino esimerkiksi sähköverkkojen huolto- ja kunnossapito tarkastuksissa. Lentokuvauksella tarkoitetaan vielä nykyään vuonna 2014 yleensä helikopterista tehtävää johtokadun 3D-kuvausta ja laserkeilausta. Tulevaisuudessa se voi kuitenkin olla mahdollista tehdä myös muista lentävistä aluksista. Työssä on erityisesti keskitytty lentokuvauksessa tehtävään laserkeilukseen ja 3D-kuvaus on jätetty pienemmälle huomiolle. Lisäksi työssä selvitetään lentokuvauksen taloudellista kannattavuutta sähköverkkoyhtiöille sekä pohditaan lentokuvauksen tulevaisuuden näkymiä.

Remote sensing for three-dimensional modelling of hydromorphology

Successful management of rivers requires an understanding of the fluvial processes that govern them. This, in turn cannot be achieved without a means of quantifying their geomorphology and hydrology and the spatio-temporal interactions between them, that is, their hydromorphology. For a long time, it has been laborious and time-consuming to measure river topography, especially in the submerged part of the channel. The measurement of the flow field has been challenging as well, and hence, such measurements have long been sparse in natural environments. Technological advancements in the field of remote sensing in the recent years have opened up new possibilities for capturing synoptic information on river environments. This thesis presents new developments in fluvial remote sensing of both topography and water flow. A set of close-range remote sensing methods is employed to eventually construct a high-resolution unified empirical hydromorphological model, that is, river channel and floodplain topography and three-dimensional areal flow field. Empirical as well as hydraulic theory-based optical remote sensing methods are tested and evaluated using normal colour aerial photographs and sonar calibration and reference measurements on a rocky-bed sub-Arctic river. The empirical optical bathymetry model is developed further by the introduction of a deep-water radiance parameter estimation algorithm that extends the field of application of the model to shallow streams. The effect of this parameter on the model is also assessed in a study of a sandy-bed sub-Arctic river using close-range high-resolution aerial photography, presenting one of the first examples of fluvial bathymetry modelling from unmanned aerial vehicles (UAV). Further close-range remote sensing methods are added to complete the topography integrating the river bed with the floodplain to create a seamless high-resolution topography. Boat- cart- and backpack-based mobile laser scanning (MLS) are used to measure the topography of the dry part of the channel at a high resolution and accuracy. Multitemporal MLS is evaluated along with UAV-based photogrammetry against terrestrial laser scanning reference data and merged with UAV-based bathymetry to create a two-year series of seamless digital terrain models. These allow the evaluation of the methodology for conducting high-resolution change analysis of the entire channel. The remote sensing based model of hydromorphology is completed by a new methodology for mapping the flow field in 3D. An acoustic Doppler current profiler (ADCP) is deployed on a remote-controlled boat with a survey-grade global navigation satellite system (GNSS) receiver, allowing the positioning of the areally sampled 3D flow vectors in 3D space as a point cloud and its interpolation into a 3D matrix allows a quantitative volumetric flow analysis. Multitemporal areal 3D flow field data show the evolution of the flow field during a snow-melt flood event. The combination of the underwater and dry topography with the flow field yields a compete model of river hydromorphology at the reach scale.

Vahdon keskustan sähkönjakeluverkon saneeraussuunnitelma

Vuoden 2013 sähkömarkkinalain uudistuksen myötä verkonhaltijoiden tulee varautua suurhäiriötilanteisiin aiempaa tehokkaammin. Lain toimitusvarmuusvaatimusten täyttäminen vaatii sähköverkkoyhtiöiltä entistä suurempia investointimääriä nopeassa aikataulussa. Caruna Oy investoi vuosittain noin 100 miljoonaa euroa säävarman verkon kehittämiseen ja rakentamiseen. Eltel Networks Oy toimii Carunan pääurakoitsijana useissa saneerausprojekteissa muun muassa Satakunnan ja Lounais-Suomen alueilla. Diplomityö tehtiin Eltel Networks Oy:lle ja tavoitteena oli laatia saneeraussuunnitelma Carunan Vahdon keskustan sähkönjakeluverkkoon sekä kehittää Eltelin suunnitteluprosessia Vahdon case-projektin avulla. Nykyverkon ongelmakohdiksi osoittautuivat käyttöikänsä päähän tulleet tai lähivuosina tulevat verkkokomponentit, verkon alhainen nykykäyttöarvo sekä korkeat keskeytyskustannukset. Suunnitellun verkon nykykäyttöarvo yli kaksinkertaistui nykyverkon arvosta, verkon keski-ikä pieneni seitsemällä vuodella ja keskeytyskustannukset pienenivät yli puolella. Case-projektin aikana suunnitteluprosessissa ilmeni useita kehityskohteita. Esimerkiksi kartta-aineistoja ja ilmakuvia kannattaisi hyödyntää monipuolisemmin suunnittelussa ja ohjemuutosten täytäntöönpanoajankohta tulisi määrittää ohjeen tärkeyden mukaan. Vierekkäisille suunnitteluprojekteille kannattaa hakea jatkossa esimerkiksi yhteiset ELY- ja AVI-luvat erillisten lupahakemusten sijaan, koska se vähentää suunnittelijoiden työmäärää ja nopeuttaa hakuprosessia. Suunnittelijoiden yhteistyötä kannattaa laajentaa niin lupahakemusten, sopimusten laadinnan kuin koko prosessin kattavaksi, koska yhteistyö vähentää virheiden määrää ja nopeuttaa suunnitteluprosessia. Yhteistyöllä suunnittelu voidaan toteuttaa nopeammin laadusta tinkimättä.

UAV:n soveltuvuus CAS-toimintaan

Tutkimuksen tavoitteena on selvittää, miten monikäyttöinen UAV (Unmanned Aerial Vehicle) soveltuisi CAS-tehtäviin. UAV-laitteita käytetään moniin eri tehtäviin niin siviili- kuin sotilasmaailmassakin, ja niiden kehittämiseen käytetään maailmanlaajuisesti vuosi vuodelta enemmän resursseja. Kokemusta niiden käytöstä teknisesti yhtä vahvaa vihollista vastaan ei juurikaan ole, minkä vuoksi tässä tutkimuksessa painotetaan toimimista vihollisen maajoukkojen välittömässä läheisyydessä ja lähdetään siitä oletuksesta, että vihollisella on liikkuvaa ilmatorjuntaa mukana. Tämä on ratkaiseva ero UAV:eiden tähänastiseen ilmasta maahan -vaikuttamiseen nähden. Tutkimusta varten on kerätty julkisista lähteistä tietoa nykyaikaisten järjestelmien ominai-suuksista ja suorituskyvystä, minkä jälkeen niitä on tarkasteltu yleisten taktisten periaatteiden näkökulmasta. Yleisiin taktisiin periaatteisiin liittyvä teoria perustuu Mika Huttusen kirjoittamaan MPKK:n Taktiikan laitoksen julkaisuun Monimutkainen taktiikka. Eri järjestelmien ominaisuuksia tarkastelemalla on selvitetty, onko jollain niistä kannattavaa tai edes mahdollista toteuttaa tutkitun kaltaista tehtävää. Tutkimuksessa havaittiin, että ainakin esimerkkijärjestelmissä on muutamia puutteita, joiden vuoksi ne eivät ole tällä hetkellä järkeviä vaihtoehtoja CAS-toimintaan. Tulevaisuudessa tekniikan kehittyessä on kuitenkin täysin mahdollista, että perinteisen maataistelukoneen sijasta UAV:ta aletaan hyödyntää lähitulituen antamisessa.