Kuvat

Päivitetty 26.4.2024.

Geofysiikka

Geofysiikka on Maan kiinteän osan, vesikehän, ilmakehän ja magnetosfäärin fysikaalisia ominaisuuksia ja ilmiöitä tutkiva tiede. Sen alle kuuluu useita erityistieteitä, joista maanmittaustekniikan kannalta tärkeimmät ovat geodesia, geomagnetismi ja meteorologia.

Geofysikaalisen tiedon kehitysvaiheita antiikista nykyaikaan.
Auringonvalon spektri hilan läpi kuvattuna.
Auringon sähkömagneettinen säteily tekee elämän maapallolla mahdolliseksi. Säteilyn vuorovaikutusilmiöt ilmakehässä ovat muun muassa mittausten ja ilmaston kannalta tärkeitä asioita.
Maan muodon mallit: tosimuoto eli topografia, fysikaalinen malli eli geoidi ja matemaattinen malli, joko pallo tai pyörähdysellipsoidi.
Maan mittojen ja muodon määritysten historiaa uudella ajalla. Ensin laitettiin maailmankuva kuntoon ja sitten päästiin selvittämään teorioiden ja mittausten avulla Maan muotoa ja mittoja.
Geomagnetismi tutkii Maan magneettikenttää ja sen avaruuteen ulottuvaa osaa, jota kutsutaan magneettikehäksi tai magnetosfääriksi. Kartta kuvaa pohjoisen magneettinavan liikettä ja erantoa.
Sää ja ilmasto ovat monimuotoisia geofysikaalisia ilmiöitä. Kuvassa Hämeenlinnan Katisen sääaseman mittalaitteita.
Ounasvaaran rantakivikot muistuttavat meitä jääkausiksi kutsutuista ilmastovaiheista.
Elämme teollisen ajan lämpökautta. Kartta esittää lämpenemisen aiheuttamia mahdollisia seurauksia maapallolla 2100-luvun loppuun mennessä.

Mittausmenetelmät

Maanmittauksia tehdään monenlaisin menetelmin ja mittauslaittein. Mittausmenetelmän käsite tarkoittaa loogista ratkaisutapaa, jolla mitatuista suureista päästään määritettäviin suureisiin.

Maanmittaukset ovat sijaintimittauksia, joissa on mukana tunnettuja, mitattuja ja määritettäviä suureita.
Sijaintimittaukset tehdään koordinaatti- ja korkeusjärjestelmissä. Mittaukset liitetään koordinaatistoon kiintopisteiden, havaintojen korjausten eli reduktioiden ja matemaattisten muunnosten kautta.
Korkeudenmittaus vaaitsemalla on melko yksinkertainen mittausmenetelmä.
Geodeettiset leikkaukset ovat kulmien ja etäisyyksien mittaamiseen perustuvia sijaintimittauksia. Mittauskojeena on takymetri.
Kantoaaltopaikannus on maanmittauksissa käytettävä satelliittipaikannuksen mittaustapa.
Nykyisin maanmittauksissa käytetään yleisesti kartoituslennokkeja ja valokuvien mittaukseen perustuvia fotogrammetrisia mittausmenetelmiä.

Mittauskojeet

Maanmittauksissa käytettävät kojeet ovat moninaisia. Yleisimmin käytettävät kojeet ovat huipputeknisiä laitteita, joissa yhdistyvät erilaiset mittausanturit, tietotekniikka ja automatiikka. Mutta myös yksinkertaisia mittausvälineitä tarvitaan edelleen.

Yksinkertaisia mittalaitteita. Korkeuserojen mittauksiin tarkoitettu ilmanpainemittari, bussoliksi sanottu kompassi, riippuluoti, lämpömittari ja mobiililaite, jonka anturit mittaavat paikkaa, kiihtyvyyttä, kiertoasentoa ja magneettikenttää.
Bussolilla mitataan suuntia, kuten myös mekaanisilla hyrrillä on mitattu. Nykyisin monissa mittalaitteissa on pieniä MEMS-antureita, jotka mittaavat mittalaitteiden asentoa.
Kaksi digitaalista vaaituskojetta ka viivakoodilatta korkeudenmittauksiin.
Takymetrillä mitataan kulmia ja etäisyyksiä.
Maalaserkeilain on takymetrin kaltainen automaattisesti ja nopeasti etäisyyksiä mittaava koje, joka muodostaa kohteesta pistepilven. Se on kohteen muotoja kuvaava koordinaattipisteiden kokonaisuus.
Mobiilikeilainta käytetään esimerkiksi auton katolle asennettuna. Sen keilaimet ja kamerat tuottavat tehokkaasti ympäristöä kuvaavia pistepilviä.
Geodeettinen satelliittipaikannin asennettuna kolmijalalle staattista mittausta varten.

Fotogrammetria

Fotogrammetriassa on kyse valokuvien mittaamisesta. Filmikuvausten aikaan fotogrammetriset mittaukset tehtiin erityisten stereokartoituskojeiden avulla. Nykyisin digitaalisten kuvausten aikana mittaukset tehdään lähes automaattisilla tekoälyä hyödyntävillä kuvankäsittely- ja laskentamenetelmillä.

Kartoitusmittausten kuvat peittävät kohteen säännöllisinä kuvajonoina. Kuvat liitetään toisiinsa ja kohteen koordinaatistoon orientointien kautta, minkä jälkeen kuvilla näkyvien kohteiden koordinaatit mitataan avaruuseteenpäinleikkauksella.
Eräs kartoitusmittauksissa käytettävä lennokki (drone, UAV, UAS, RPA, RPAS) varusteineen.
Filmikuvausten aikaan kuvat orientoitiin ruuvia vääntämällä. Digitaalisten kuvien orientoinnit perustuvat automaattisiin kuvankäsittelymenetelmiin. Perinteisten mittausten vaiheistus on automaattisissakin mittauksissa edelleen tärkeä asia.
Fotogrammetristen mittausten matematiikka on melko monimutkaista. Tarvitaan matriisi- ja differentiaalilaskentaa ja tilastomatemaattista estimointia.
Mittausten tuloksena saadaan kohdealuetta kuvaava pistepilvi, korkeusmalli ja ortokuva eli karttakoordinaatistoon oikaistu ilmakuva. Kuvassa pistepilveä Rovaniemen Rantavitikalta.