Toukokuun 5. päivänä Lidar Magazinessä julkaistiin yhdysvaltalaisen Woolpertin kokeneen tutkijan Qassim Abdullahin artikkeli, jossa hän vääntää rautalangasta ASPRS:n viime vuonna julkaisemaa uutta tarkkuusstandardia. Tarkkuuden käsittelyssä ei itse asiassa pitäisi olla paljoakaan uutta, mutta kuten hän alussa selittää, niin monille alan koulutetuillekin ihmiselle standardin määritykset tuntuvat oikeasti olevan jotain uutta. Alan koulutus on siis osassa maita käynyt välillä joillain muilla kierroksilla ja perinteinen mittausten tarkkuusajattelu vaipunut unholaan. Abdullahilla on 45 vuoden kokemus alalla ja samoin monet muutkin pitkän linjan toimivat ovat seuranneet alan muutoksia tarkkuusajattelun osalta ihmeissään.

Artikkelin lopussa on yleisempiä ajatuksia, joista suomalaistenkin olisi syytä ymmärtää jotain. Ensimmäinen kohta liittyy laitevalmistajiin mutta myös ohjelmistovalmistajiin, jos ne ovat erillisiä.  Abdullah kirjoittaa:

“Surveying instruments manufacturers and survey accuracy

To follow up on this, the ASPRS accuracy standard working group contacted several manufacturers of surveying instruments, but we did not get straight answers to our request as most manufacturers do not report such absolute accuracy figures. To me, it seems that a reported accuracy figure of close to zero represents a precision measure from multiple survey sessions of the same point. Users of these instruments need to know that all current surveying instruments, no matter how accurate, cannot produce a surveying accuracy of 0.002 m.

Surveyors’ and mappers’ power

Surveyors and other users of these instruments need to unite and exert their efforts with the surveying equipment manufacturers to provide access to the absolute accuracy of the network survey. Without it, we cannot comply with the accuracy assessment method dictated by the new ASPRS standards. For the time being, and until manufacturers provide us with this accuracy, Table 3—which we included in the forthcoming version of the ASPRS Positional Accuracy Standards for Digital Geospatial Data —can be used for the default accuracy values in situations where the survey accuracy is not available or known.

Johtavat laite- ja ohjelmistovalmistajat siis kieltäytyvät vastaamasta kysymyksiin laitevirheista ja kuten hyvin tiedetään, jotkut mainostavat jo, ettei laitevirheitä enää ole. Näin ollen tällaiset laitteet/ohjelmistot eivät myöskään näytä käyttäjille absoluuttista virhettä mittauksissa. 

Heinosen Hannu, jonka yritys aikoinaan tuotti Geotime-ohjelmistoa, onkin useasti todennut että ”täytyy olla aika huono ohjelmoitsija jos ei saa virhelaskentaa lähestymään nollaa”. Taito on nimenomaan tuottaa laskentaa, jossa virhetarkastelu on mahdollisimman lähellä todellisuutta ja ohjelma auttaa mittaajaa korjaamaan virheet ja saavuttamaan hyvän tuloksen. Kaupallisen paineen tuloksena monet perinteisetkin valmistajat ovat taipuneet niin, että laskenta tuottaa nykyään mittaajalle halutun tuloksen aina ja nopeasti. Niinpä 2020-luvulla ammattitaitoinen mittaaja osaa edelleenkin arvioida virheen mittaluokan riippumatta siitä mitä arvoja mittalaite tai laskentaohjelma tarjoaa. Asiaa täysin ymmärtämättömät tarjoavat tuloksia vaikkapa yhdeksän desimaalin tarkkuudella koska tällainen tulos näkyy ruudulla.

Abdullah lopettaa artikkelin vetoomukseen muuttaa alan koulutusta ja käytäntöjä. USAssa kuten monessa muussakin maassa on erityisesti 2020-luvulla havahduttu siihen, että ruohonjuuritason geodeettisen mittaamisen laatutaso on suorastaan romahtanut. Mitä hyötyä on aina vaan paremmasta geodeettisesti infrasta, jolleivat mittaajat osaa sitä hyödyntää mittauksissaan. Puhumattakaan tilaajista, jotka kuvittelevat saavansa sitä mitä tilaavat jonkin yksinkertaisen ohjeen avulla. Savijalat ovat huono perusta kantaville rakenteille.

The need to revise the professional practice certification programs

The issues raised in this article are a clear indication of the lack of awareness among professionals about the very issue impacting basic surveying and mapping practices. I call on all professional societies such as NSPS, ASPRS, ASCE, TRB, and others to lead an awareness campaign to educate their members on the importance of this issue. The time is right to start this campaign as we head toward an entire National Spatial Reference System (NSRS) modernization program, to which NOAA and NGS are leading us. The new North American Terrestrial Reference Frame of 2022 (NATRF2022) and the North American-Pacific Geopotential Datum of 2022 (NAPGD2022) will offer more accurate and evolving horizontal and vertical datums, which makes the issues raised in this article even more crucial to the success of our business. Similarly, I put forward a call to all state agencies—which are tasked with the professional certification of surveyors, mappers, and engineers—and NCEES to revise their certification testing materials to include topics raised in this article. Without doing this, we risk the health, safety, and welfare of the public.”

Lähde: Best Practices in Evaluating Geospatial Mapping Accuracy According to the New ASPRS Accuracy Standards. Accuracy assessments must take errors in ground control network into account.

Mittausten oikeellisuus vaikuttaa monien elämään myös alan ulkopuolella, joten kerrotaanpa tässä tuoreimmasta ja kuohuttavimmasta esimerkistä vuorikiipeilyn maailmassa.

Eräs alan legendoista, 79-vuotias Reinhold Meissner, on kiivennyt monet vuoret ja hän on ensimmäinen ihminen, joka on kiivennyt kaikille 14 yli 8000 m korkeille vuorille ilman lisähappea. Tätä ennätystä yritetään kuitenkin viety häneltä, sillä Saksan ilmailu- ja avaruuskeskuksen aineistojen mukaan osassa vuoria niiden huippu on tulkittu väärin. Näin ollen Meissner ja muutaman muukin kiipeilijä olisi käynyt väärällä ja liian matalalla huipulla. Asiasta kertovat useat saksalaisjulkaisut.

Meissner ja muut eivät ole valmiita luopumaan ennätyksistään ja kritisoivat aineistojen analysoijaa amatööriksi. Onkin hyvä kysymys, miksi yhden ei-virallisen tahon tulkinta otetaan niin vakavasti, että jopa Guinnessin ennätyskirjaa muutetaan. Kaiken lisäksi analysoijalla ei ole tarkkaa tietoa Meissnerin ja muiden saavuttamien huippujen sijainnista, vaan hän on päätellyt sijainnit kuvauksista. Kun kysymys on loppujen lopuksi muutamasta metristä, niin toiset pitävät koko kohua mielettömänä. Ennätys on ihan oikeasti ansaittu.

Mittausteknisessä mielessä kannattaa muistaa vielä se, että tietojemme tarkentuessa myös vuorten huippujen korkeudet muuttuvat. Lisäksi maapallo on dynaaminen eli maankuori sekä sen alaiset osat liikkuvat koko ajan. Näin ollen maailman korkeimman vuoren Mount Everestin tuorein mittaus taitaa olla vuodelta 2021, jolloin kiinalaiset ja nepalilaiset julistivat vuoren kasvaneen noin kaksi jalkaa (noin 60 cm) tuoreimman mittauskampanjansa tuloksena. Ei tällaisten vaihtuvien tietojen pitäisi antaa muuttaa kiipeilyennätyksiä.

Näin ollen olisikin paljon mielenkiintoisempaa ja opettavaisempaa, jos vuorten korkeuksista keskusteltaisiin laajemmin. Päästäisiin mittaustekniikan ohella keskustelemaan myös maailman korkeimman vuoren tittelin haltijan kriteereistä, sillä Mount Everestin huippu on korkeimmalla merenpinnasta, mutta Mauna Kean väitetään olevan korkein vuoren juuresta mitattuna. Artikkelista kerrotaan myös vuoresta, jonka huippu on kauimpana maan keskipisteestä. Kandidaatteja siis riittää.

Hauskana yksityiskohtana voisi mainita Viron ja Latvian välisen köydenvedon maiden korkeimmasta huipusta. Uuden geoidimallin myötä Viron Suur Munamägi -kukkulan voitto on tällä hetkellä kiistaton, mutta ero Latvian Gaiziņkalnsiin on vain muutama metri.

Taas on tullut aika hiljentyä joulun viettoon. Näin ollen toivotamme kaikille asiakkaillemme ja seuraajillemme hyvää ja rauhallista joulua.

Maailman myrskyjen keskellä kutsumme sinut hetkeksi seuraamme ajamaan testiajoa Ruotsin maaseudulla. Kyseessä on teiden mobiililaserskannaus ja testeissä vertaillaan mittaustuloksia referenssiarvoihin sekä tutkitaan mittauslaitteiston tulosten toistettavuutta. Näin ollen yhden kilometrin pituista tienpätkää mitataan kymmenen kertaa peräkkäin ja näitä yhden kilometrin lenkkejä on ajettava useampia. Tällaista meno oli vuoden 2022 syksyllä.

Optiikan ja fotoniikan voittoa tavoittelematon teknologiayhdistys SPIE kehittää parhaillaan laajassa projektissa itseohjautuvien ajoneuvojen ohjaukseen kehitettyjen lidar-skannereiden testausmenetelmää.

Nopeasti kehittyvällä alalla ei ole kunnollisia standardeja, joten laitteiden vertailu on vaikeaa pelkästään valmistajien ilmoittamien arvojen perusteella. Sama ongelma pätee myös perinteisiin laserskannereihin.

“How does anyone compare performance of lidar systems? What are the standard metrics? That is what this project is about,” says team leader Paul McManamon, CEO of Exciting Technology, an SPIE past president, and author of LiDAR Technologies and Systems and Field Guide to Lidar,” both published by SPIE Press. “This field test was not designed to be a competition, but rather an experiment to quantify lidar performance and variation. We are creating an independent framework to evaluate lidar systems.”

Testeissä on mukana kymmenen eri valmistajan lidareita ja järjestelyissä ovat mukana esimerkiksi USAn standardointivirasto NIST sekä isoja laitteiden käyttäjäyrityksiä. Mielenkiintoista on se, että eurooppalaisen RIEGLin skanneri on valittu vertailun mittapuuksi muille lidareille eli se edustaa ns. oikeaa mittaustulosta. Tällaisissa mittausaineistojen vertailuissahan pitää aina muistaa, että vertailun mittapuun on edustettava ainakin asteen tarkempaa mittaustarkkuutta testattaviin laitteisiin verrattuna. Muuten lopputuloksella ei ole mitään virkaa. Testaamiseen liittyy paljon tietotaitoa, vaikka meillä tällainen työ tehdään usein oppinäytetyönä. Kokemattomien tekijöiden työn tulokset ovat sen mukaisia.

SPIEn kehittämässä testissä on tähän mennessä käynyt ilmi, että kaksi testatusta kymmenestä lidarista mittaa yli 200 m etäisyyksiä. Valmistajien tiedot lupaavat kaikille mukana oleville lidareille mittaustulosta vain 150 m asti. Mittausetäisyyttä tutkitaan luonnollisesti useilla eri heijastuvuuksilla ja koeradalla on myös erilaisia häiriötekijöitä, jotta laserin mittausdynamiikka tulee paremmin esille. Käytännön tilanteessa katu- ja tiealueilla häiriöitä näet riittää.

Testikäytäntö on tarkoitus saada valmiiksi 2023 huhtikuuhun mennessä, jolloin voidaan aloittaa laajemmat lidartestaukset.

Autolidarien kohdalla ympyrä sulkeutuu hauskasti, sillä DARPAn haasteet vuosina 2005 ja 2007 aloittavat nykyisen autolidarien kehitysbuumin osana robottiautojen kehittämistä. RIEGLin silloisia skannereita oli tuolloin käytössä useamman eri tiimin rakentamissa ajoneuvoissa, ja nyt RIEGLin nykyisillä skannereilla siis testataan mitä on saatu aikaan. Tämä myös aikamoinen kunnia eurooppalaiselle laitevalmistajalle USAn markkinoilla.

Kansainvälinen paino- ja mittatoimisto, Ranskassa päämajaa pitävä “Bureau international des poids et mesures” eli BIPM on määrittelemässä uudelleen aikaa. Tarkalleen ottaen ajan määrittäminen tarkentuu uuden teknologian myötä. Vuodesta 1875 asti toiminut järjestö säätelee seitsemää metristä perusyksikköämme eli aikaa, pituutta, massaa, sähkövirtaa, termodynaamista lämpötilaa, valovoimaa ja ainemäärää. Nykyään kaikki perusyksiköt ainemäärää lukuun ottamatta määritetään ajan avulla, joten ajan määrittämisen tarkentumisella on mielenkiintoisia vaikutuksia.

Sekunnin, ajan yksikön, määritelmää uudistetaan, sillä nyt tarkimpina tunnettujen cesium-alkuaineeseen perustuvien atomikellojen tilalle on kehitteillä optisia atomikelloja. New York Timesin artikkelin mukaan niitä on olemassa jo kolmisenkymmentä kappaletta laboratorioissa ja niiden avulla sekunti voidaan siis määritellä uudestaan tarkentaen ajan mittausta.

Miten tämä liittyy maanmittaukseen? Monissa mittauslaitteissamme tarkka ajan mittaus on mittauksen perusta, mutta perustavan laatuisemmin korkeus (kuten myös aika) on riippuvainen painovoimasta ja massasta. Optisia atomikelloja kehitettäessä huomattiin, että kellot mittaavat aikaa hieman eri tavoin vaikka ne kaikki sijaitsevat eri laboratorioissa Coloradon Boulderissa. Suhteellisuusteorian mukaan painovoima vaikuttaa aikaan, joten ero kellojen käymisnopeuksien välillä päätettiin tarkistaa tarkkavaaituksella.

Vuosina 2015 ja 2018 USAn geologinen tutkimuskeskus (USGS) vaaitsi kellojen korkeuseron ja tulosten perusteella kellot kävivät eri nopeudella eri korkeusasemassa ja painovoimakentässä. Vain yhden senttimetrin toista kelloa korkeammalla sijainnut kello käy nopeammin.

Tulevaisuudessa uusilla, tarkemmilla optisilla kelloilla voidaan myös vaikkapa mitata painovoima- ja korkeuseroja eri paikkojen välillä ja selvittää esimerkiksi veden virtaussuunta. Tulevaisuuteen on tosin vielä matkaa ja paljon kehitystyötä jäljellä, mutta työ on jo aloitettu lupaavin tuloksi. Topologisissa korkeuskysymyksissä kysymyksenasettelu säilyy aina vaan ennallaan – mihin suuntaa vesi virtaa.