Potential of kite aerial photography for peatland investigations with examples from Estonia

Tiivistelmä: Leijailmakuvausmenetelmän käyttömahdollisuudet soiden kartoituksessa - esimerkkejä Viron soilta

Cost-effective measures for diffuse load abatement in forestry

Abstract

Landsat TM imagery and high altitude aerial photographs in estimation of forest characteristics

Abstract

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.

Suitability of LiDAR technology for forest inventory in Russia

LiDAR is an advanced remote sensing technology with many applications, including forest inventory. The most common type is ALS (airborne laser scanning). The method is successfully utilized in many developed markets, where it is replacing traditional forest inventory methods. However, it is innovative for Russian market, where traditional field inventory dominates. ArboLiDAR is a forest inventory solution that engages LiDAR, color infrared imagery, GPS ground control plots and field sample plots, developed by Arbonaut Ltd. This study is an industrial market research for LiDAR technology in Russia focused on customer needs. Russian forestry market is very attractive, because of large growing stock volumes. It underwent drastic changes in 2006, but it is still in transitional stage. There are several types of forest inventory, both with public and private funding. Private forestry enterprises basically need forest inventory in two cases – while making coupe demarcation before timber harvesting and as a part of forest management planning, that is supposed to be done every ten years on the whole leased territory. The study covered 14 companies in total that include private forestry companies with timber harvesting activities, private forest inventory providers, state subordinate companies and forestry software developer. The research strategy is multiple case studies with semi-structured interviews as the main data collection technique. The study focuses on North-West Russia, as it is the most developed Russian region in forestry. The research applies the Voice of the Customer (VOC) concept to elicit customer needs of Russian forestry actors and discovers how these needs are met. It studies forest inventory methods currently applied in Russia and proposes the model of method comparison, based on Multi-criteria decision making (MCDM) approach, mainly on Analytical Hierarchy Process (AHP). Required product attributes are classified in accordance with Kano model. The answer about suitability of LiDAR technology is ambiguous, since many details should be taken into account.

Use of airborne laser scanner data in demanding forest conditions

Most of the applications of airborne laser scanner data to forestry require that the point cloud be normalized, i.e., each point represents height from the ground instead of elevation. To normalize the point cloud, a digital terrain model (DTM), which is derived from the ground returns in the point cloud, is employed. Unfortunately, extracting accurate DTMs from airborne laser scanner data is a challenging task, especially in tropical forests where the canopy is normally very thick (partially closed), leading to a situation in which only a limited number of laser pulses reach the ground. Therefore, robust algorithms for extracting accurate DTMs in low-ground-point-densitysituations are needed in order to realize the full potential of airborne laser scanner data to forestry. The objective of this thesis is to develop algorithms for processing airborne laser scanner data in order to: (1) extract DTMs in demanding forest conditions (complex terrain and low number of ground points) for applications in forestry; (2) estimate canopy base height (CBH) for forest fire behavior modeling; and (3) assess the robustness of LiDAR-based high-resolution biomass estimation models against different field plot designs. Here, the aim is to find out if field plot data gathered by professional foresters can be combined with field plot data gathered by professionally trained community foresters and used in LiDAR-based high-resolution biomass estimation modeling without affecting prediction performance. The question of interest in this case is whether or not the local forest communities can achieve the level technical proficiency required for accurate forest monitoring. The algorithms for extracting DTMs from LiDAR point clouds presented in this thesis address the challenges of extracting DTMs in low-ground-point situations and in complex terrain while the algorithm for CBH estimation addresses the challenge of variations in the distribution of points in the LiDAR point cloud caused by things like variations in tree species and season of data acquisition. These algorithms are adaptive (with respect to point cloud characteristics) and exhibit a high degree of tolerance to variations in the density and distribution of points in the LiDAR point cloud. Results of comparison with existing DTM extraction algorithms showed that DTM extraction algorithms proposed in this thesis performed better with respect to accuracy of estimating tree heights from airborne laser scanner data. On the other hand, the proposed DTM extraction algorithms, being mostly based on trend surface interpolation, can not retain small artifacts in the terrain (e.g., bumps, small hills and depressions). Therefore, the DTMs generated by these algorithms are only suitable for forestry applications where the primary objective is to estimate tree heights from normalized airborne laser scanner data. On the other hand, the algorithm for estimating CBH proposed in this thesis is based on the idea of moving voxel in which gaps (openings in the canopy) which act as fuel breaks are located and their height is estimated. Test results showed a slight improvement in CBH estimation accuracy over existing CBH estimation methods which are based on height percentiles in the airborne laser scanner data. However, being based on the idea of moving voxel, this algorithm has one main advantage over existing CBH estimation methods in the context of forest fire modeling: it has great potential in providing information about vertical fuel continuity. This information can be used to create vertical fuel continuity maps which can provide more realistic information on the risk of crown fires compared to CBH.

Metsäpalveluyritysten menestyminen ja siihen vaikuttavat tekijät

Tutkimuksessa kartoitettiin metsäpalveluyritysten toimintaympäristöä sekä menestymistä ja siihen vaikuttavia tekijöitä. Tutkimusta varten haastateltiin 27 metsäpalveluyrittäjää kesäkuussa 1999. Heikommin menestyneiden ja Menestyneimpien metsäpalveluyritysten löytämiseksi luotiin kaksi menestyspistejärjestelmää: KASKARA (KASvu, KAnnattavuus & RAhoitus) -mittaristo ja Tasapainotettu (Balanced Scorecard) mittaristo. KASKARA-mittaristossa tarkastelun kohteena olivat yrityksen kasvu (yrityksen liikevaihdon kasvuprosentti ja investoinnit) ja kannattavuus sekä rahoituksellinen tila (maksuvalmius ja vakavaraisuus) yrittäjän itsensä arvioimana. Toisaalta käytettäessä Tasapainotettua mittaristoa KASKARA-mittaristoon liitettiin vielä neljä muuttujaa: yrityksen tärkeimmän asiakkaan antama palaute yrittäjälle, yrittäjän hankkima täydennyskoulutus, kovien kilpailijoiden lukumäärä yrityksen nykyisellä toiminta-alueella ja yrittäjän oma arvio yrityksensä paremmuudesta kilpailijoihin nähden. Tutkimuksen Menestyneimpiä yrityksiä voitiin kuvata seuraavasti: yrittäjä kertoi olleensa luottavainen yritystä perustaessaan; yhtenä tärkeimmistä motiiveista yrityksensä perustamiseen yrittäjä piti pyrkimystä ansiotulojen kasvattamiseen; hieman alle puolet yrityksistä oli hakkuuseen painottuneita yrityksiä - muut päätoimialat olivat puukauppa, metsätalouden suunnittelupalvelut sekä mittauspalvelut; yrittäjän lisäksi yritykseen on palkattu keskimäärin kaksi vakinaista työntekijää; yrityksen kirjanpidosta huolehtii joku muu (useimmiten tilitoimisto) kuin yrittäjä; yrityksen kaluston määrä on kasvanut yrityksen perustamisvuodesta, mutta yrityksen asiakaskunta on pysynyt lähes samana; yrityksen tärkeimmän asiakkaan osuus yrityksen liikevaihdosta on 90%; tulevaisuudessa yrittäjä haluaa ylläpitää nykyisiä asiakassuhteita; ja kartoitettaessa yrittäjän halukkuutta ryhtyä uudelleen yrittäjäksi saamien kokemustensa pohjalta valtaosin yrittäjät sanoivat varmasti ryhtyvänsä uudelleen metsäpalveluyrittäjäksi. Vastaavasti Heikommin menestyneitä yrityksiä ja niiden toimintaa voitiin luonnehtia seuraavien tekijöiden avulla: yrittäjä oli ollut iältään yli 40-vuotias, kun hän oli perustanut metsäpalveluyrityksensä; yrittäjä oli toiminut maanviljelijänä ennen metsäpalveluyrittäjäuraansa; lähes puolet yrittäjistä olivat olleet melko epävarmoja yritystä käynnistäessään; yrityksen päätoimiala on useimmiten hakkuu; yrityksessä ei ole yrittäjän lisäksi palkattua, vakinaista henkilöstöä; yrityksen toiminta-alueen säde on alle 40 kilometriä; valtaosin yrittäjät hoitavat itse yrityksensä kirjanpidon; yrityksen kaluston määrä ei ole kasvanut yrityksen perustamisvuodesta; yrityksellä on nykyisin alle viisi asiakasta; tärkeimmän asiakkaan osuus yrityksen liikevaihdosta on noin 60%; tulevaisuudessa yrittäjä suunnittelee hankkivansa uusia asiakkaita nykyisten asiakassuhteiden ylläpidon lisäksi; ja jos yrittäjä saisi tehdä uudelleen yrityksensä perustamispäätöksen, runsas kaksi kolmasosaa yrittäjistä kertoi harkitsevansa tarkkaan perustamispäätöstä, mutta perustavansa uudelleen metsäpalveluyrityksen.

Maaomaisuuden strateginen johtaminen ja tunnuslukujärjestelmän kehittäminen Case:UPM-Kymmene Oyj Metsä

Tutkielman päätavoitteena oli muodostaa konstruktio yrityksen maaomaisuuden liiketaloudellisten tavoitteiden ja erityisesti kannattavuuden laskentaan. Tutkielman pääpaino oli metsätalouden käytössä olevan maaomaisuuden problematiikassa. Tutkimusmetodologiana käytettiin konstruktiivista tutkimusotetta. Tutkielman teoriaosuudessa analysoitiin maaomaisuuden strategista asemaa ja toisaalta strategista johtamista metsäteollisuudessa. Lisäksi tarkasteltiin metsätalouden kannattavuuden laskentaan liittyviä erityispiirteitä. Empiirisessä osiossa tarkasteltiin erityisesti metsätalouden kannattavuuden tunnuslukuihin liittyvän puutaseen laskennan problematiikkaa. Tuloksissa havaittiin, että puutaseen laskennalla on erittäin merkittävä vaikutus metsätalouden tunnuslukuihin ja kannattavuudesta saatavaan käsitykseen. Myös pääoman arvostamisen menetelmällä on erittäin suuri vaikutus. Voidaankin todeta, että näiden seikkojen huomioon ottaminen on oleellista pohdittaessa strategiseen päätöksentekoon liittyviä kysymyksiä maaomaisuuden osalta.

Koordinaattimittauksen kehittäminen metsäkonetuotannossa

Tämän diplomityön tarkoituksena oli koordinaattimittauksen kehittäminen ja systematisointi metsäkoneen valmistuksessa. Työssä tutkittiin kannettavalla nivelvarsimittalaitteella tehtävää koordinaattimittausta tehtaan omille tuotteille, valmistuksen apuvälineille ja toimittajilta tuleville osille. Tavoitteena oli mittaustoiminnan kokonaisvaltainen kehittäminen ja vastauksia haettiin seuraaviin tutkimuskysymyksiin: Mitä kohteita tulee mitata? Missä tuotantovaiheessa mittausta tarvitaan? Kuinka mittaustuloksia tulee käsitellä ja hyödyntää? Kuinka paljon mittaustoiminta vaatii resursseja ja kuinka hyvin käytössä oleva koordinaattimittauslaite soveltuu yrityksen tuotantoon? Lisäksi pohdittiin koordinaattimittauksen merkitystä yritykselle ja etsittiin kehityskohteita mittaustoiminnasta? Tutkimusaineistona käytettiin vuosien 2007 – 2008 aikana saatuja koordinaattimittauskokemuksia ja mittaustuloksia. Lisäksi tutkittiin yrityksen sisäisiä poikkeamaraportteja ja tutustuttiin koordinaattimittauslaitteen ja mittausohjelman toimintaan sekä yrityksen tuotantoon. Tutkimuksessa tultiin siihen tulokseen, että koordinaattimittauksen ensisijainen tavoite tulee olla valmistusprosessin kehittäminen ja mittauslaitetta tulee käyttää tehokkaasti hyväksi uusien tuotteiden valmistuksen alkuvaiheessa.

Fosforin pidättyminen metsämaahan ja metsätalouden suojavyöhykkeiden toimivuus

Seloste väitöskirjasta: Phosphorus retention in forest soils and the functioning of buffer zones used in forestry. Dissertationes Forestales 60.

Maahiilimallinnus metsien maaperän hiilivaraston ja -varastomuutosten arvioinnissa

Seloste väitöskirjasta: Soil carbon modelling as a tool for carbon balance studies in forestry. Dissertationes Forestales 61.