Euroopan avaruusjärjestö teettää metsän digitaalisen kaksosen – luvassa on uusia työkaluja hiililaskentaan
Metsän digitaalisen kaksosen avulla voidaan yhä kattavammin mallintaa ja ennustaa metsien kehitystä. Ensimmäiseksi malli luodaan Suomen, Saksan ja Romanian metsistä – myöhemmin koko maapallon metsistä.
Pari vuotta sitten digitaaliset kaksoset nousivat otsikoihin IT-maailman kuumimpana trendinä. Kaksosista kertovia artikkeleita kuvittivat virtuaaliset mallit urheiluautoista ja nostureista, mutta digikaksosia kerrottiin tehdyn myös jo kokonaisista tehtaista ja kaupungeista.
Digitaalinen kaksonen on kohteensa virtuaalinen malli, jonka keräämä data mahdollistaa esimerkiksi reaaliaikaisen testaamisen ja tuotekehityksen. Digikaksonen hyödyntää muun muassa esineiden internet -järjestelmiä ja sen avulla voidaan ennakoida reaalimaailman tapahtumia.
Euroopan unioni haluaa hyödyntää digitaalista kaksosta ennennäkemättömässä mittakaavassa. Unionin tavoitteena on luoda digitaalinen kaksonen koko maapallosta. Tämä digiglobus seuraisi, ennustaisi ja visualisoisi sekä luonnon että ihmisen toimintaa planeetallamme. Taustalla on Euroopan vihreän kehityksen ohjelma ja sen kestävän talouden tavoitteet.
Maapallon digitalisoiminen alkaa useamman eri osa-alueen mallintamisella. Metsän lisäksi digitaaliset kaksoset luodaan esimerkiksi ruokajärjestelmistä, ilmastosta, hydrologiasta, valtameristä ja Etelämantereesta.
Tieto hiilivarastoista käyttäjien toiveissa
Parhaillaan metsien digitaalisesta kaksosesta rakennetaan sen esiastetta. Työn tilaaja on Euroopan avaruusjärjestö ESA ja työtä johtaa suomalainen teknologian kehittämiskeskus VTT. Mukana on myös Helsingin yliopisto, Romanian metsäntutkimusinstituutti sekä yrityksiä Saksasta, Puolasta ja Suomesta.
Mutta miltä metsän digitaalinen kaksonen sitten näyttää? Sitä ei vielä tiedä edes kehitystyötä vetävä VTT:n johtava tutkija Matti Mõttus.
”Nyt aloitetun työn myötä metsän digitaalinen kaksonen kehittyy jatkuvasti. Työn tavoitteena on luoda dataan perustuen mahdollisimman helppokäyttöisiä työkaluja metsien tilan seurantaan ja tulevien vaihtoehtojen pohdintaan”, Mõttus sanoo.
Lopputulos on kiinni myös käyttäjien tarpeista. Kun tutkijoilta, päättäjiltä ja yrittäjiltä kysyttiin, miten he ajattelisivat hyödyntävänsä digitaalista kaksosta, vastauksissa toistui yksi yhteinen nimittäjä: metsän hiilivarasto.
Metsän hiilivaraston muutosten lisäksi digitaalisen kaksosen avulla voidaan mallintaa ja ennustaa esimerkiksi puuston kasvua ja terveydentilaa sen mukaan, miten metsänhoitotoimet tai ilmasto muuttuvat.
”Toivon, että tästä syntyy työväline, joka auttaa hahmottamaan isossa mittakaavassa, miten metsät vaikuttavat ilmastoon ja elinympäristöön ja miten metsät ovat muuttumassa”, Mõttus sanoo.
Visualisointi on valtava haaste
Metsää on viime vuosina mallinnettu digitaalisesti jo runsaasti. Erilaisia 3D- ja virtuaalimetsiä on syntynyt yrityksiin ja tutkimuslaitoksiin. Niiden avulla metsänomistajat ja metsäasiantuntijat voivat testata ja vertailla, miltä metsä näyttää erilaisten toimenpiteiden jälkeen lyhyellä tai pidemmällä aikavälillä.
Virtuaalimallinnukset perustuvat tavallisesti metsävaratietoon, jota kerätään lentokoneesta kuvattavalla kaukokartoituksella, satelliiteilla ja maastokäynneillä. Niissä hyödynnetään paikkatietoa, jotta mallinnuksessa esimerkiksi polut ja purot ovat kohdallaan ja korkeuserot vastaavat todellisuutta.
Euroopan avaruusjärjestön ja VTT:n digitaalinen kaksonen poikkeaa paikallisista virtuaalimetsistä datan keruun teknologialtaan ja painotuksiltaan. Metsien mallinnuksessa käytetään satelliittikuvaa. Metsätiedon lisäksi tärkeässä roolissa ovat muun muassa säädata ja ilmastoskenaariot.
Metsän digitaalisen kaksosen prototyyppi rakennetaan kolmesta alueesta, jotka sijaitsevan Suomessa, Saksan Baden-Württembergissä ja Romaniassa. Kooltaan koealat ovat Saksassa ja Romaniassa sata kertaa sata kilometriä, Suomessa Hyytiälän metsäntutkimusaseman läheisyydessä 100 kertaa 200 kilometriä.
Mõttus näkee metsän digikaksosen globaaleina ja paikallisina kartta-aineistoina mutta uskoo, että kaksosesta kehitetään myös todellisuutta mahdollisimman tarkasti kuvaava 3D-virtuaalimalli. Käyttäjäkyselyssä 3D-visualisointi nähtiin tosin kaksosen vähiten tärkeänä elementtinä, mutta kuvallista materiaalia tarvitaan tutkijan mukaan esimerkiksi opetuskäyttöön.
Metsän uskottava visualisointi on kuitenkin edelleen valtava haaste, vaikka siihen hyödynnettävä peliteknologia kehittyy isoin harppauksin.
”Metsät ovat rakenteeltaan ja toiminnoiltaan erilaisia. Ne ovat enemmän kuin puita ja siten haastavia kuvata. Muutokset metsässä tapahtuvat sekä hyvin pienissä että suurissa mittakaavoissa”, Mõttus totesi esitellessään metsän digitalisen kaksosen hanketta ESA:n maapallon tutkimuksen Phi-viikolla viime lokakuussa.
Digitaalisen kaksosen esiaste vuoden 2021 kuluessa
VTT:n johtaman konsortion tehtävänä on kehittää metsän digitaalisen kaksosen esiaste vuoden 2021 kuluessa. Esimerkiksi metsäyritysten käytössä Mõttus arvelee työvälineiden olevan noin kymmenen vuoden kuluttua.
Systeemin valtavuudesta kertoo jotakin teemat, joihin Euroopan avaruusjärjestö on jakanut maapallon digitalisoimisen. Metsän mallinnuksen taustalla on esimerkiksi hiilineutraalia Eurooppaa tukeva maankäyttö. Lisäksi metsän digitaalisen kaksosen tehtävänä on auttaa ympäristökatastrofien ja riskien hallinnassa sekä vahvistaa luonnon monimuotoisuutta ja ekosysteemejä.
Kaksosen kehittämistä tukee kaksi muuta VTT:n satelliittidataan perustuvaa metsien mallintamisen hanketta. Niistä Forestry TEP tarjoaa satelliittien keräämää kaukokartoitustietoa muun muassa sen arvioimiseksi, paljonko metsät sitovat hiiltä eri puolilla maailmaa nyt ja tulevaisuudessa. Forest Flux -hankkeessa satelliittikuvat tuodaan metsäyhtiöiden ja metsänomistajien käyttöön palvelussa, jonka avulla toimijat voivat parantaa metsänhoidon kannattavuutta ja huolehtia ekologisesta kestävyydestä.
”Suomessa on laaja-alaista metsänmallinnuksen osaamista. Digitaalisen kaksosen kehittäminen ESAlle vahvistaa edelleen metsän satelliittikaukokartoituksen osaamiskeskittymää Suomessa”, Mõttus sanoo.
Forest Digital Twin Earth Precursor (DTEP) -hankkeen verkkosivu
