Maan- ja merenpinnan havainnointiin uusi ratkaisu heijastuvien signaalien avulla

Jarkko Narvanne

Ympäristön kaukokartoitus on ratkaisevan tärkeää ilmastonmuutoksen vaikutusten havainnoinnissa. Diplomi-insinööri Ankit Regmin väitöskirjatutkimus esittelee heijastuneiden GNSS-satelliittisignaalien (Global Navigation Satellite System) analysointia maan- ja merenpintojen mittauksen kaukokartoituksessa. 

Merenpinnan ja merijään paksuuden seuranta Oulun Vihreäsaaren satamassa. Ankit Regmin väitöskirjatutkimuksessa kehitetty järjestelmä tarkkaili meren pintaa kuudentoista kuukauden ajan helmikuusta kesään, mikä mahdollisti merijään paksuuden ja merenpinnan muutosten tarkan seurannan.

 

Erilaisilta pinnoilta heijastuvien signaalien hyödyntäminen mahdollistaa esimerkiksi merenpinnan tason, merijään paksuuden ja maaperän kosteuden tutkimisen menetelmällä, jota kutsutaan GNSS-reflektrometriksi (GNSS-Reflectometry, GNSS-R). Tutkimuksen tuloksena syntyi kustannustehokas järjestelmä kerämään sekä suoraan edenneitä että heijastuneita GNSS-signaaleja erilaisten pintojen mittaamista ja mallintamista varten.

-Tehdyissä GNSS-R -mittauksissa tutkittiin merenpinnan ominaisuuksia eri vuodenaikoina ja olosuhteissa. Merijään paksuutta arvioitiin kokonaistiedosta, joka on johdettu GNSS-R -signaalien avulla lasketun merenpinnan poikkeaman ja Ilmatieteen laitoksen merenpintatietojen erosta. Monikerroksisen jään läpi kulkeneen GNSS-signaalin muutokset mahdollistivat jään paksuuden tarkan mittaamisen, väittelijä Ankit Regmi kuvailee.

Vastaanotetun GNSS-datan tilastolliset ominaisuudet osoittivat korrelaation tuulen nopeushavaintojen kanssa avomerellä.

-Avomeren ja maan suhteellinen permitiivisyys mitattiin hyödyntämällä heijastuneiden GNSS-signaalien sähkömagneettisen aallon polarisaation muutosta. Kaksoiskiertopolarisoidun GNSS-R-järjestelmän dynaamisten mittausten käytännöllisyyttä erilaisiin kaukokartoitussovelluksiin testattiin dronen avulla. Kehitetty järjestelmä ja GNSS-signaalien polarimetrinen analyysi tarjoavat tärkeitä työkaluja muuttuvan ympäristömme tutkimukseen, Regmi kiteyttää ja nostaa esiin muutamia tutkimustulosten sovellusmahdollisuuksia:

  1. Ilmastonmuutoksen seuranta: GNSS-R-järjestelmä voi tarjota tarkkoja ja ajantasaisia tietoja ilmastonmuutoksen vaikutuksista kuten merenpinnan noususta ja jään sulamisesta.
  2. Maanviljely: Maaperän kosteudenmittaus helpottaa viljelijöitä optimoimaan kastelujärjestelmiä ja parantamaan satoa
  3. Merenkulku: Merenpinnan korkeuden ja jään paksuuden seuranta voi parantaa merenkulun turvallisuutta ja reittisuunnittelua.
  4. Luonnonkatastrofien hallinta: GNSS-R-järjestelmä voi auttaa ennustamaan ja seuraamaan luonnonkatastrofeja, kuten tulvia ja myrskyjä, parantaen ihmisten valmiutta ja reagointikykyä.

Diplomi-insinööri Ankit Regmi väitteli Oulun yliopistossa torstaina 20.3.2025. Tietoliikennetekniikan väitöskirjan suomennettu otsikko on Kaksoisympyräpolarisoitu GNSS-reflektometri maan ja meren kaukokartoitukseen (Dual Circularly Polarized GNSS-Reflectometry for Remote Sensing of Land and Sea Surfaces). Vastaväittäjänä toimii professori Rüdiger Haas (Chalmersin teknillinen korkeakoulu) ja kustoksena dosentti Marko E. Leinonen (Oulun yliopisto).