Laserkeilaus

Historiallisen rakennuksen julkisivun pistepilvi. Useamman keilauksen yhdistelmä.

Leikkauskuva sisätilakeilauksista yhdistetystä pistepilvestä.

Leikkaus pistepilvestä tuo esille rakennuksen pohjakuvan. Arkeologinen kohde Tambossa, Coloradossa, Yhdysvalloissa.

Historiallisen kohteen ja veistosten keilaustulos. Kuvan alareunassa näkyy keilaimen ”varjo”, josta ei saada dataa.

Laserkeilaus on mittaustapa, jolla kohteesta saadaan lasersäteiden avulla mittatarkkaa kolmiulotteista tietoa kohteeseen koskematta.

Mittausperiaate

Laserkeilauksessa mittakeilain lähettää automaattisesti lasersäteitä tiheänä rasterina. Säteiden tiheys on säädettävissä, ja esimerkiksi rakennusmittauksessa se voi olla kohteessa alle 10 mm, kauempaa tapahtuvassa puusto- tai maastokartoituksessa esimerkiksi noin 10 cm. Säteen kimmotessa esteestä keilain mittaa etäisyyden ja säteen intensiteetin muutoksen, ja laskee kimmoamispisteen koordinaatit. Keilain mittaa ajan, joka kuluu säteiden kimmoamiseen takaisin ja tällä tavoin koordinaatit saadaan lasketuksi.

Kohde keilataan yleensä useammasta suunnasta katvealueiden välttämiseksi, ja keilaukset yhdistetään tiedostoksi. Tuloksena on pistepilvi, kolmiulotteinen tietokonemalli, johon on sijoitettu piste jokaisen säteen kimmoamispisteeseen. Lukuisten pisteiden avulla pistepilvestä saadaan hahmotettua kohteen kolmiulotteinen pinta. Pisteitä yhdessä pistepilvessä voi olla satoja miljoonia, jopa miljardeja.

Käyttökohteet

Perinteisesti laserkeilausta on käytetty teollisuuslaitosten korjaussuunnittelussa, maaston korkeuskartoituksessa ja rakennusmittauksissa. Käyttö on laajentunut nopeasti keilainten hintojen laskiessa. Nykyisin keilausta käytetään yleisesti esimerkiksi puuston kartoituksessa, arkeologiassa, sekä tielinjojen, tunneleiden ja siltojen mittauksissa. Niitä käytetään myös Eu:n maataloustukiin liittyvässä peltojen tarkkailussa ja tulva-alueiden tarkkailussa.

Käyttö Suomessa

Suomessa Tieliikelaitoksen suunnitteluyksikkö otti ilmalaserkeilauksen ensimmäisen kerran operatiiviseen käyttöön vuoden 1998 syksyllä valtatie 1:n suunnitteluhankkeessa välillä Lohja-Suomusjärvi. Menetelmää kehitettiin eri projekteissa yhdessä ruotsalaisen Saab Surveyn (TopEye AB) kanssa tienrakentamisen suunnittelumittaustarkoitukseen. Varsinainen suuroperaatio oli Kerava-Lahti oikoratahanke. Tämän jälkeen ilmasta käsin tehtävää laserkeilausta on käytetty mittauslähtötiedon keruumenetelmänä kaikissa isoissa tie- ja ratahankkeissa Suomessa.

Maanmittauslaitos otti menetelmän laajasti käyttöön maaston korkeusmittauksissa vuosina 2005–2008. Ensin selvitettiin tulvariskejä suurten jokien valuma-alueilla. Maanmittauslaitos tuottaa koko Suomen kolmiulotteista maastokarttaa Kansallisen laserkeilausohjelman mukaisesti.

Maanmittauslaitoksen vuonna 2019 valmistuneen laserkeilausaineiston tarkkuus oli puoli pistettä neliömetriä kohden. Vuonna 2020 alkaneen tarkemman keilauksen tarkkuus on viisi pistettä neliömetriä kohden. Tarkimman aineiston käyttöä on rajoitettu turvallisuussyistä, mutta matalamman tarkkuuden versio on vapaasti saatavilla.

Jo vuodesta 1997 on kuitenkin kokeiltu menetelmää esimerkiksi metsäinventointeihin, vaikkakin niiden operatiivinen mittaminen alkoikin vasta 2008–2010. Nykyään Metsäkeskus kerää metsävaratietoa kaukokartoituksen avulla. Keruujärjestelmä perustuu laserkeilaukseen, ilmakuvaukseen, koealamittauksiin ja kohdennettuun maastoinventointiin. Aiemmin vastaavat tiedot kerättiin silmävaraisesti maastossa arvioiden. Laserkeilauksella saadaan tehokkaasti tarkkaa, kolmiulotteista tietoa puuston ja maaston rakenteesta. Lisäksi hyödynnetään ilmakuvia, esimerkiksi puulajien tunnistamisessa. Laserkeilaukset tehdään lentokoneesta noin kahden kilometrin korkeudesta ja ilmakuvaukset vastaavasti 6-7 kilometristä. Kaukokartoituksella inventoitavat alueet ovat suuria, metsäpinta-alaltaan noin 200 000 hehtaarin kokoisia. Vuosittain Metsäkeskus inventoi noin 1,5 miljoonaa hehtaaria yksityismetsiä, jolloin inventointikierto on kymmenen vuotta.

Monia muitakin metsäalan käyttökohteita on kehitetty. Puuston laserkeilauksessa tulevat selvitetyiksi myös metsän eläinten elinympäristöt. Näin on saatu uutta tietoa niin metsätuhoista, hirvistä kuin kanalinnuistakin.

Laserkeilain

Maalaserkeilain Leica HDS-3000

Laserkeilaimet voidaan luokitella kolmeen tyyppiin:

• kaukokeilaimet, joiden mittausetäisyys on 100 metristä 100 kilometriin ja mitatun pisteen tarkkuus alle 10 cm,
• maalaserkeilaimet, joiden mittausetäisyys on 1–300 metriä ja tarkkuus alle 2 cm, ja
• teollisuuslaserkeilaimet pieniä kohteita varten, mittausetäisyys alle 30 metriä ja tarkkuus alle millimetri.

Katso myös

• Lidar (optinen tutka)
• Kaukokartoitus
• Metsäala

Lähteet

• Joala, Vahur: Laserkeilauksen perusteita ja mittauksen suunnittelu (pdf) (esitelmä) 30.11.2006. Google Docs: Leica Nilomark Oy. Viitattu 20.12.2009.
• Suominen, Tauno. Laserkeilaus helikopterista suunnitteluhankkeilla - uudentyyppistä tiedonkeruuteknologiaa. Maankäyttö 1/2001.
• Suominen, Tauno. Uusi rataosuus pitkästä aikaa rakenteilla. Kera-Lahti-oikorata haasteellinen mittauskohde. Maankäyttö 1/2002.

Aiheesta muualla

• Vilhomaa, Juha & Laaksonen, Heli: Laserkeilaus testikäytöstä tuotantoon (PDF) 2011. Maanmittauslaitos, Ilmakuvakeskus. Viitattu 2.4.2015.
• Maankamara-karttapalvelu. Geologian tutkimuskeskus. Viitattu 2.4.2015.
• https://tietoa.fi/palvelut/luotettavat-lahtotiedot/laserkeilaus/