Maanmittaaja arkeologin apuna

Tämä artikkeli on lyhennelmä Muinaistutkija-lehdessä loppuvuonna 2023 ilmestyvän Lapin maakuntamuseon ja Lapin AMKin yhteisartikkelin mittausteknisestä osiosta.

Maanmittauksen modernit menetelmät voivat olla arkeologian alalle eduksi mm. parantuneena tarkkuutena ja tehokkuutena niin tiedon keruussa kuin sen tulkinnassakin. Nykyaikaiset maanmittauksen menetelmät ovat jokseenkin vakiintuneita arkeologian kenttätöihin, mutta tässä tekstissä esittelen muutamia huomioita DEMOMAMI22-hankkeen eräänä kokeena tehdyistä maastotöistä. Menetelmiä käytettiin Lapin maakuntamuseon kenttätutkimusten yhteydessä, ja niitä testattiin myös Torniossa sijaitsevalla Susihaudan (Museovirasto 2023) kohteella. Maakuntamuseon tutkimuskohde sijaitsi Itä-Lapissa ja siinä oli kotimaisessa mittakaavassa runsaasti inventoitavaa laajahkolta alueelta.

Satelliittipaikannus ja takymetrimittaukset

Kohteella käytettiin pääasiassa Leica GS18i RTK-GNSS -paikanninta potentiaalisten metallinilmaisinsignaalien kartoittamiseen. Tällainen menetelmä tarjoaa tähän asiayhteyteen erinomaisen työtehon, tarkkuuden ja luotettavuuden. RTK-kykyinen vastaanotin käyttää mobiiliverkon kautta kulkevia korjaustietoja ja mahdollistaa noin kahden senttimetrin tasotarkkuuden ja noin 5-15 cm korkeustarkkuuden, jolloin mielenkiinnonkohteiden dokumentointi yhden henkilön toimesta on mielekästä, tehokasta ja tässä tarkoituksessa tarpeeksi luotettavaa. Satelliittipaikannuksen elävän luonteen vuoksi mittasuhteiden tarkkuudelta ei kuitenkaan voi odottaa millimetriluokan luotettavuutta – erityisesti korkeustarkkuus voi olla useita senttimetrejä. RTK-vastaanottimet ovat kalliita ja niihin liittyvät palvelut maksullisia, joten ne eivät välttämättä ole kaikkien arkeologisia kenttätöitä tekevien organisaatioiden saatavilla. Useat alueelliset vastuumuseot ovat osa kuntakonsernia, joten niiden voi olla mahdollista käyttää tai ostaa kunnan mittauspalveluiden laitteistoa tai palveluita. Jos metri- tai desimetriluokan tarkkuus riittää, on olemassa myös nk. paikkatietolaitteita, joiden suorituskykyä voi parantaa myös Maanmittauslaitoksen ilmaisella DGNSS-palvelulla. Tietoliikenneyhteydet voivat olla ongelmallisia erämaakohteissa, mutta usein 2G-verkkokin voi riittää korjauspalvelun käyttöön. Satelliittisaatavuus ei yleensä ole ongelma nykyaikaisilla laitteilla, mutta 3G-verkon alasajo voi lähitulevaisuudessa rajoittaa mittalaitteen käyttöä täysverisenä maastotietokoneena. Robottitakymetrimittaukset ovat jo osoittaneet suorituskykynsä kaivauksilla, mutta satelliittipaikannus on usein nopeampi ja riittävän tarkka menetelmä laajoilla maastokohteilla.

Älypuhelimet ja pistepilvet

Puhelimien paikannustarkkuus paranee jatkuvasti, ja kaksitaajuuksisilla Galileo-yhteensopivilla vastaanottimilla on mahdollista päästä jopa metriluokan tarkkuuksiin (Matilainen 2020). Paikannustarkkuuden parantamista esimerkiksi jälkilaskentapalveluin tai joukkoistamisen avulla tutkitaan myös mm. Maanmittauslaitoksen (2023b; 2023c; Jussila 2023) Paikkatietokeskuksessa. Puhelimet tarjoavat oman sijaintinsa lisäksi myös muita mielenkiintoisia mahdollisuuksia arkeologisiin kenttätöihin; eritoten viime aikoina yleistyneet ToF-LIDAR-anturit, jotka mahdollistavat kohteiden ”keilaamisen” aiempia pelkkään fotogrammetriaan perustuneita menetelmiä paremmalla tarkkuudella ja luotettavuudella. Tänä keväänä Lapin AMKin maanmittaustekniikan tutkinto-ohjelmasta valmistuva opiskelijamme Jaakko Haataja (2023) on opinnäytteenään hankkeellemme tutkinut iPhone 14 Pron tuottaman pistepilven laatua. Noin tuhannen euron puhelimen tuottamalta pistepilveltä on odotettavissa noin 10–20 mm keskihajontaa verrattuna Z+F Imager 5006i -ammattikeilaimen tuottamaan aineistoon, mutta haasteena vaikuttaa olevan pienien kohteiden erottelukyvyn heikkeneminen monimutkaisissa taustoissa. Puhelimen tuottaman pistepilven pistetiheys vaikuttaa tähän tarkoitukseen tarpeeksi kattavalta ja aineiston laatua on mahdollista parantaa suhteellisen yksinkertaisin jälkikäsittelymenetelmin esimerkiksi avoimen lähdekoodin CloudCompare-sovelluksella. Myös ulkoinen tarkkuus puhelinkeilauksessa voi olla useiden tai kymmenien metrien luokkaa ja aineisto saattaa olla kiertynyt suhteessa karttakoordinaatistoon. Myös Leica GS18i -satelliittivastaanotin, jossa on kamera ja inertiamittausyksikkö, kykenee laskemaan fotogrammetrisia pistepilviä, mutta sen soveltuvuus pienpiirteisiin ja kompleksisiin metsämaastokohteisiin osoittautui hieman heikoksi. Rakennetussa ympäristössä fotogrammetriset menetelmät ovat kuitenkin tehokkaiksi osoittautuneita.

Laserkeilaus

Tutkimuksessa kokeiltiin myös laserkeilausta löydettyyn esineeseen, mutta yksittäisen esineen “in situ -keilaaminen” tuskin tuottaa sellaista lisäarvoa, joka perustelisi laitteiston korkean hinnan ja mahdolliset logistiset haasteet. Tehty kokeilu herätti kuitenkin ajatuksia kaivannon kerroksittaisesta laserkeilauksesta, joiden pohjalta voitaisiin muodostaa kolmiulotteinen malli kaivannosta lähes sellaisena kuin se on häiriintymättömänä maaperänä ollut – ikään kuin sarja poikkileikkauksia maaperästä. Erityisen kelpona tällaiseen tehtävään pitäisin nykyisiä laserkeilaavia takymetrejä. Niiden keilausnopeus ja tarkkuus ovat perinteisiä laserkeilaimia heikompia, mutta tällaisiin tuotantokohteisiin uskoisin niiden ominaisuuksien olevan riittävät. Etuina ovat monikäyttöisyys sekä mittausten sitoutuminen käytettyyn mittausperustaan; tehtyjä keilauksia ei tarvitse siis välttämättä erikseen rekisteröidä ja asemoida mikäli takymetri on jo orientoitu eli asemoitu. Myös edellä kuvatut ”puhelinkeilausmenetelmät” vaikuttavat kokeilunarvoisilta kaivannon kerroksittaisessa dokumentoinnissa perinteisten valokuvien ja piirrosten tueksi. Tällaista olettaisin harrastetun jo jossain päin maailmaa, mutta tätä kirjoittaessani en löytänyt lähteitä juuri samankaltaisesta.

Moasure

Eräs mielenkiintoinen uudehko kaupallinen ratkaisu on eräänlainen suhteellinen inertiapaikannusmenetelmä, johon perustuvan Moasure-nimisen tuotteen isobritannialainen 3D Technologies Limited (2023) on kehittänyt ja kaupallistanut. Pientä edullista laitetta siirretään mitattavasta pisteestä aina toiseen muutamien sekuntien aikaikkunassa, jonka sisällä inertiamittaus päättelee pisteiden keskinäiset sijainnit ja piirtää ne kartalle. Tällä tavoin pisteestä toiselle kulkemalla voidaan väitetysti mitata etäisyyksiä ja korkeuseroja 0,5 %:n ja pinta-aloja 2,0 %:n tarkkuuksin. Hallintalaitteena käytetään Android/iOS-mobiililaitetta, jonka sovelluksesta mittaukset voidaan kirjoittaa ulos suoraan esim. PDF- tai DWG-tiedostoina/-karttoina. Hallintalaitteen käytössä oleva välimuisti asettaa rajoitteita kuljettavalle etäisyydelle, mutta valmistajan mukaan alle 300 metrin etäisyyksillä tai alle yhden hehtaarin alueilla oltaisiin vielä tavanomaisen toimintakyvyn rajoissa. Maantieteellistä sijaintia tai orientaatiota laite ei tunne. Parhaimmillaan laite olisi oletuksieni mukaan sellaisten mielenkiinnonkohteiden keskinäisten mittasuhteiden ja muotojen kartoittamisessa, jotka pysyvät ulottuvuuksiensa ja geometrisen kompleksisuutensa puolesta suuren olohuoneen raameissa.

Droonit

Kohteessa hyödynnettiin myös GeoDrone X4L -ammattidroonia, joka oli varustettu Sony a6000 -kameralla. Alue ilmakuvattiin ja kerätystä materiaalista laskettiin ortokuva sekä pistepilvi – tällaisella laajahkolla alueella tarkasta ja ajantasaisesta ortokuvasta sekä pistepilvestä voi olla hyötyä, mutta käsitykseni mukaan ne eivät erikoistilanteita lukuun ottamatta tuo niin suurta lisäarvoa, että kalliiseen ammattijärjestelmään investointi olisi kannattavaa. Tällaisia erikoistilanteita voisivat olla esimerkiksi kohteet, joissa tarkasteltavina ovat suuren alueen erilaiset maastonmuodot, tai mikäli droonin kanssa hyödynnetään esimerkiksi hyper-/multispektrikuvausta. Tavanomaisempaan käyttöön nykyiset kuluttajatason laitteet ovat varmasti soveltuvia; kohteet eivät usein ole kovin suuria, joten matalalta lentokorkeudelta voidaan tuottaa hyvän maastoresoluution ortokuvia tai suhteellisen tiheitä pistepilviä edullisesti. Lisäksi Maanmittauslaitoksen (2023d) uusi 5 p/m^2 -laserkeilausaineisto vähentää tarvetta hankekohtaisille mittauksille, vaikka se ei niitä missään nimessä täysin poista.

Lopuksi

Yhteenvetona mittausmenetelmistä voidaan mainita, että maanmittaajan perustekniikat ovat mainiosti hyödynnettävissä erityisesti tämänkaltaiseen kohteeseen, jossa ne digitaalisten työnkulkujen avulla tehostavat toimintoja ja voivat auttaa jopa hiilineutraaliutta tavoitellessa. Maanmittaus alana on itse siirtynyt tiedon keräämisen ongelmista ja pullonkauloista tiedon määrän käsittelyn ongelmiin ja voi mm. erilaisten keilaus-, kuvantamis- ja sijaintimittaustekniikoin olla mainiosti hyödyksi myös arkeologian alalle.

Tahdonkin siis kannustaa näiden alojen pareissa työskenteleviä tarkastelemaan totuttujen käytäntöjen ohessa myös sitä, kuinka toimintoja voitaisiin tarkoituksenmukaisesti tehostaa ja parantaa. Useat maanmittauksessa yleiset ammattimenetelmät ovat jo vakiintuneita arkeologian alalle, kuten esimerkiksi takymetri- ja satelliittipaikannusmittaukset, mutta kehityksen ei tarvitse pysähtyä siihen. Eritoten uudenlaiset ”reality capture” -menetelmät, kuten em. ”puhelinkeilaus” tekevät mallintamisesta saavutettavampaa. Tässä tekstissä ja kokeessa ei myöskään käsitelty kaikkia niitä moninaisia paikkatiedollisia menetelmiä, joilla kerättyä tietoa voidaan tulkita ja käsitellä tehokkaammiin tai jopa uudenlaisin tavoin, kuten Museoviraston ja Oulun yliopiston LIDARK-hankkeessa (2023).

Lähteet

3D Technologies Limited 2023. Moasure. https://www.moasure.eu/

Haataja. J. 2023. Älypuhelimella kerättyjen LiDAR-pistepilvien vertailu. Lapin AMK. Opinnäytetyö. https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2023053116671

Jussila, A. 2023. Positioning accuracy of smartphones in crowdsourcing context. Aalto-yliopisto. Diplomityö. https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/120981

LIDARK. 2023. Arkeologisten kohteiden automaattinen tunnistaminen laserkeilausdatasta. Museoviraston ja Oulun yliopiston hanke. https://www.museovirasto.fi/fi/kulttuuriymparisto/kulttuuriymparistopalvelut-tehtavat-ja-yhteistyo/tutkimus-ja-kehitt%C3%A4minen/lidark

Maanmittauslaitos 2023a. FINPOS-paikannuspalvelu: DGNSS-palvelu. https://www.maanmittauslaitos.fi/finpos/dgnss

Maanmittauslaitos 2023b. Tutkimus: FGI:n hankkeet. https://www.maanmittauslaitos.fi/tutkimus/tutkimustoiminta/tutkimushankkeet/fgin-hankkeet

Maanmittauslaitos 2023c. Uutiset ja artikkelit: Matkapuhelinten paikannustarkkuus paranee jälkilaskennalla ja toistomittauksilla. https://www.maanmittauslaitos.fi/ajankohtaista/matkapuhelinten-paikannustarkkuus-paranee-jalkilaskennalla-ja-toistomittauksilla

Maanmittauslaitos 2023d. Kartat ja paikkatieto: Laserkeilausaineisto 5p. https://www.maanmittauslaitos.fi/kartat-ja-paikkatieto/asiantuntevalle-kayttajalle/tuotekuvaukset/laser-scanning-data-5-p

Matilainen, J.W. 2020. Satelliittipaikannus kuluttajalaitteilla. Lumen 2/2020. https://www.theseus.fi/handle/10024/335235

Museovirasto 2023. Kulttuuriympäristön palveluikkuna – Kyppi: Susihaudanmäki 1000000994. https://www.kyppi.fi/palveluikkuna/mjreki/read/asp/r_kohde_det.aspx?KOHDE_ID=1000000994

Kirjoittaja Janne W. Matilainen (insinööri YAMK) työskentelee maanmittaustekniikan tuntiopettajana ja on kiinnostunut maanmittauksen ongelmien ratkomisen lisäksi soveltamaan alan suorituskykyjä myös uusille toimialoille. Teksti liittyy DEMOMAMI22-hankkeeseen.