Konenäköön perustuvat virtauksen ja virtaaman mittausmenetelmät : menetelmien soveltuvuuden testaus Iijoella ja Kalajoella

Abstract

Hydrologisen seurannan avulla kerätään tietoa Suomen vesivaroista, jota hyödynnetään monipuolisesti yhteiskunnan eri aloilla. Tietoa virtausnopeudesta ja virtaamista tarvitaan moneen eri käyttötarkoitukseen. Hydrologisista suureista virtaama on käytännönläheisin, sillä se on veden kiertoon liittyvistä suureista tarkimmin mitattavissa. Virtaaman mittaaminen on haastavaa monien eri muuttujien takia ja uusille kustannustehokkaille kaukokartoitukseen perustuville menetelmille on tarvetta.

Tässä työssä testattiin kahta kaukokartoitukseen ja konenäköön perustuvaa virtaus- ja virtaamanmittausmenetelmää sekä arvioitiin menetelmien soveltuvuutta suhteessa hydrologian alan vakiintuneisiin menetelmiin. Tutkimuskohteena oli virtaamamittausten osalta Iijoen Pudasjärven kaksi kohdetta ja virtausnopeuden osalta Kalajoen Juurikoski. Pudasjärvellä aineistoa kerättiin kahdella riistakameralla sekä dronella noin kahden viikon ajalta Pudasjärven Varpuvirralla sekä Kurenaluksella. Kalajoella virtausnopeusaineistoa kerättiin dronella yhden päivän aikana vesivoimalaitokselta juoksutetuilla virtaamilla.

STIV-menetelmällä (Space Time Image Velocimetry) saadaan alan vakiintuneisiin menetelmiin verrattuna luotettavia ja johdonmukaisia yksiulotteisia (suuruus) virtausnopeus- ja virtaama-arvoja. LSPIV-menetelmällä (Large Scale Particle Image Velocimetry) saadaan kaksiulotteista (suunta ja suuruus) tietoa virtausnopeudesta, mutta menetelmä on herkkä virtaus- ja valaistusolosuhteille. STIV-menetelmä on vähemmän virheherkkä ja soveltuu hyvin sekä yksittäisiin virtausnopeus- tai virtaamatiedon mittauksiin, että jatkuvan keräämiseen vaihtelevissakin olosuhteissa. Nykyiset kuluttajatason dronet mahdollistavat tutkimuksen tekemisen melkein missä tahansa lyhyellä käyttökoulutuksella. Menetelmien soveltamista heikentää tällä hetkellä saatavilla olevat ohjelmistot.

Menetelmät eivät vielä ole valmiita korvaamaan alan vakiintuneita mittausmenetelmiä, mutta ovat hyvä lisätyökalu hydrologisen tiedon keräämiseen. Molemmat menetelmät ovat valmiita otettavaksi käyttöön laajemmin hydrologisen tiedon keräämiseen. Erityisesti LSPIV-menetelmän tuottamasta spatiaalisesta tiedosta virtauksen nopeudesta ja suunnasta olisi merkittävästi hyötyä monenlaisessa hydrologisessa ja ekologisessa tutkimuksessa.