Geodesia Suomessa

Visio ja strategia 2017 – 2026

Geodesy in Finland

Vision and Strategy 2017 – 2026

Geodesia Luotettavat paikkatiedot kaikkeen käyttöön

Työryhmä: Markku Poutanen, Mirjam Bilker-Koivula, Pasi Häkli, Jorma Jokela, Hannu Koivula, Jenni Virtanen. Kuvat: ESA, GFZ-Potsdam, Mirjam Bilker-Koivula, Hannu Koivula, Sonja Lahtinen, Simo Marila,

Jyri Näränen, Markku Poutanen, Paavo Rouhiainen

Geodesia. Nyt!

Geodesia on aina ollut voimakkaasti kansainvälinen tie-teenala. Viime vuosikymmeninä ja myös aivan viime vuo-sina geodesiaa hyödyntävät paikkatietoala, kaukokartoi-tus ja paikannus, ovat nekin kansainvälistyneet satelliitti-paikannuksen, laserkeilaustekniikan, tietokonetekniikan kehittymisen ja suurten yritysten investointien myötä (kuten Google, Microsoft, Nokia).

Yhtenäiset koordinaattijärjestelmät ja kaikkialla käy-tettävissä oleva satelliittipaikannus ovat luoneet edelly-tykset sekä paikkatietojen globaalille käytölle että niiden yhä keskeisemmälle asemalle ja palveluille jokapäiväises-sä elämässämme. Geodesian merkitystä ovat lisäksi ko-rostaneet ilmastonmuutoksen syiden ja seurausten li-sääntyvä tutkimus sekä luonnonkatastrofeista suoranai-sesti tai välillisesti (esim. tsunamit) aiheutuneiden tuho-jen mittaaminen ja mahdollinen ennakointi.

Geodesia palvelee koko yhteiskuntaa. Paikannussatel-liitit eivät toimisi ilman geodesian tuottamaa tietoa maa-pallon asennosta avaruudessa, geodesian globaalit koor-dinaattijärjestelmät takaavat paikannuksen käytettävyy-den kaikkialla ja maankuoren liikkeiden ja painovoima-muutosten seuranta järjestelmien ajantasaisuuden.

Paikallisesti kansallisia koordinaatti-, korkeus- ja pai-novoimajärjestelmiä tarvitaan kaiken paikkatiedon tuot-tamisen, käsittelyn ja käytön taustalle. Uusien sovellus-ten, kuten älyliikenteen, myötä vaatimukset tarkkuudes-ta, luotettavuudesta ja ajantasaisuudesta ovat siirtyneet tasolle, joka on haasteellinen jopa modernille geodesial-le. Uusia tekniikoita ja mittausten luotettavaa verifiointia on koko ajan kehitettävä.

Kaikki tämä on lisännyt geodesian painoarvoa ja nä-kyvyyttä 2010-luvulla. Tästä osoituksena on YK:n yleisko-kouksen vuonna 2015 hyväksymä päätöslauselma kestä-vään kehitykseen perustuvasta globaalista geodeettisesta

koordinaattijärjestelmästä GGRF (Global Geodetic Refe-rence Frame).

Myös Suomi oli yhdessä yli 50 muun valtion kanssa viemässä esitystä YK:n yleiskokouksen hyväksyttäväksi. Tämä on ensimmäinen askel kohti valtioiden välistä so-pimusta globaalin geodeettisen perusverkon ylläpidosta ja kehittämisestä.

Vuoden 2016 kokouksessaan YK:n asiantuntijakomi-tea UN-GGIM (Global Geospatial Information Manage-ment) muutti kolme vuotta aiemmin perustetun työryh-män geodesian pysyväksi alakomissioksi. Tehtävänä on laatia suunnitelma globaalin geodeettisen infrastruktuu-rin kehittämiseksi ja käytännön toteutukseksi.

YK:n päätöslauselmassa todetaan, että yksikään maa ei kykene yksin luomaan ja ylläpitämään globaalia koor-dinaattijärjestelmää. Tarvitaan laajaa kansainvälistä yh-teistyötä. Jäsenvaltioita kannustetaan yhteistyöhön ke-hittämään ja parantamaan kansallisia geodeettisia infra-struktuureita osana globaalia kestävään kehitykseen pe-rustuvaa geodeettista verkkoa.

Suomen koordinaatti-, korkeus- ja painovoimajärjes-telmät pohjautuvat eurooppalaisiin verkkoihin ja määrit-telyihin. Samalla ne ovat osana maailmanlaajuista geo-deettista verkkoa. Paikkatietokeskuksen tehtävänä on varmistaa, että kansallinen järjestelmä vastaa nyt ja tule-vaisuudessa käyttäjien asettamia tarkkuus- ja stabiili-suusvaatimuksia. Ainoastaan osana kansainvälistä verk-koa voidaan taata järjestelmien tarkkuus ja yhteensopi-vuus. Lisäksi tarvitaan pitkäjänteistä monitorointia ja tutkimustietoa siitä kuinka järjestelmät muuttuvat mm. mannerlaattojen liikkeen ja maankohoamisen johdosta. Uudet haasteet, kuten dynaaminen koordinaattijärjes-telmä, tulevat lähivuosina muuttamaan tapaamme käsi-tellä paikkatietoa. Valmistautuminen on aloitettava nyt.

Visio 2026

Luotettavat paikkatiedot kaikkeen käyttöön Kansallisen strategian peruspilareina ovat modernit geo-deettiset infrastruktuurit ja aktiivinen tutkimustoiminta valituilla alueilla, jotka tuottavat yhteiskunnallisen näky-vyyden, kansainvälisen kilpailukyvyn ja huipputason jul-kaisuja. Suomen geodesian tutkimus liittyy sekä kansain-välisiin projekteihin osana YK:n päätöslauselman mu-kaista globaalin infrastruktuurin kehittämistä, että kan-sallisten tarpeiden ja yhteiskunnan perusrakenteiden tehokkaampaa hyödyntämistä palvelevaan toimintaan.

Geodesia tuottaa poliittisen päätöksenteon tueksi tarvit-tavia tietoja osana kansallista paikkatietostrategiaa ja ylläpitää kansallisia infrastruktuureita ja niihin liittyviä palveluita, jotka mahdollistavat älyliikenteen, tarkan na-vigoinnin ja muut tarkkaa ja luotettavaa paikkatietoa tarvitsevat alat. Uudet tekniikat ja alati lisääntyvät tark-kaa sijaintia vaativat sovellukset pystytään ottamaan huomioon ja kansalliset järjestelmät pidetään ajantasai-sina kaikkien käytössä olevien sovellusten tarpeisiin.

Nykytila

Globaalit trendit Kansainvälinen yhteistyö. Viimeisen vuosikymmenen aikana globaalissa geodesiassa on ollut näkyvissä selvät trendit, joita eri toimijat ovat omissa strategioissaan läh-teneet seuraamaan ja toteuttamaan. Osa uusista tren-deistä on seurausta tekniikan kehityksestä ja uusista ha-vaintolaitteista, osa ulkoisista vaatimuksista, kuten glo-baalimuutosten vaatimasta seurannasta ja niiden aiheut-tamien muutosten mittaamisesta.

YK:n päätöslauselma ja sitä edeltäneet Kansainvälisen Geodeettisen Assosiaation (IAG) tekemät strategiset pää-tökset ja niiden perusteella luodut geodeettiset palvelut ja infrastruktuurit ovat ohjanneet kehitystä. GGOS (Glo-bal Geodetic Observing System) on IAG:n havaintojärjes-telmä, joka on keskeinen osa planeetta Maan muutosten havaitsemisessa ja ymmärtämisessä ja toimii linkkinä sekä YK:n asiantuntijaryhmien että GEOSS:n (Global Earth Observing System of Systems) välillä.

Koordinaattijärjestelmät. Maan asento avaruudessa ja sen ajallisten muutosten tosiaikainen mittaaminen ovat perusedellytyksiä koordinaattijärjestelmien ylläpidolle, globaalimuutosten vaikutusten havaitsemiselle ja tutki-miselle, sekä paikannussatelliittien toiminnalle. Manner-jäätiköiden sulaminen ja maankuoren laaja-alaiset liik-keet aiheuttavat muutoksia koordinaattijärjestelmään, painovoimaan ja sitä kautta myös satelliittien liikkeisiin.

Valtavat alueelliset muutokset mannerjäätiköiden su-laessa ja globaali valtamerten pinnan nousu vaikuttavat ilmastoon, luonnonkatastrofeihin ja merenpinnan kor-keuteen.

Näiden jokapäiväiseen elämäämme vaikuttavien ilmi-öiden mittaaminen ja ymmärtäminen vaatii moderneja mittaustekniikoita, globaaleja havaintoverkkoja ja pitkiä yhtenäisiä aikasarjoja. Koordinaattijärjestelmien ajallinen stabiilisuus on tärkeää, koska esimerkiksi merenpinnan

nousun tai jäätiköiden sulamisen mittaaminen vaatii vuo-sien, jopa vuosikymmenten mittaisia tarkkoja havaintoja.

Toisaalta perusongelmassa, planeetta Maan ymmär-tämisessä, sen ilmiöiden ennustamisessa ja sitä kautta kaiken paikkatiedon taustalla olevien pysyvien tarkkojen koordinaattijärjestelmien ylläpidossa olemme vielä kau-kana tavoitteesta.

Geodeettinen infrastruktuuri. Geodeettisilla perusase-milla olevien suurten havaintolaitteistojen (mm. GNSS, VLBI, satelliittilaser) uudistaminen ja uusien havaintome-netelmien käyttöönotto on aloitettu 2010-luvun aikana. Uudet entistä nopeammat havaintolaitteet tuottavat monin verroin enemmän havaintodataa, mutta myös havaintojen laatu ja tarkkuus on parantunut.

Geodesiaa ja paikkatietoalaa ohjaa voimakkaasti pai-kannus- ja navigointitekniikoiden sekä uusien havainto-menetelmien nopea kehittyminen. Tietotekniikan lisään-tyvä suorituskyky ja laitteiden koon pieneneminen mah-dollistavat aikaisempaa tehokkaamman tosiaikaisen tie-tojenkäsittelyn, mistä on hyötyä paitsi globaalimuutosten ilmiöiden mittaamisessa, myös navigoinnissa, mobileissa sovellutuksissa ja paikkatietojen ajantasaistuksessa. Eri tekniikoiden yhteiskäyttö mahdollistaa mittaukset, jotka vielä pari vuosikymmentä sitten olivat utopiaa tai erittäin kalliita ja aikaa vieviä.

Yhtenäiset koordinaattijärjestelmät ja kaikkialla käy-tettävissä oleva satelliittien avulla tehtävä paikannus sekä nykyaikainen viestintätekniikka ovat luoneet edelly-tykset paitsi paikkatietojen käytölle, myös alan yritystoi-minnalle. Kehitys asettaa entistä suuremmat vaatimukset järjestelmien luotettavuudelle, ajantasaisuudelle, tark-kuudelle ja ajallisten muutosten seurannalle ja että ajan-tasainen tieto on paikkatiedon käyttäjien saatavilla.

Kansallinen tilanne Suomi on ollut kansainvälisessä kehityksessä mukana, mutta osittain resurssien ja strategian puutteiden vuoksi olemme viime vuosina jääneet jälkeen esimerkiksi uusien mittaustekniikoiden kehittämisessä ja satelliiteista tehtä-vien havaintojen hyödyntämisessä.

Kehitys on 2000-luvulla ollut kaksijakoista. Viimeisten vuosien aikana Suomessa on investoitu yli 8 M€ Paikka-tietokeskuksen kansallisen geodeettisen infrastruktuurin kehittämiseen, joka käsittää sekä Metsähovin geodeetti-sen perusaseman investoinnit että Suomen pysyvän GNSS-verkon, FinnRefin, uudistamisen. Jos mukaan laske-taan aiemmat koordinaatti-, korkeus- ja painovoimajär-jestelmien vaatimat mittaukset, niihin perustuvien uu-simpien ajantasaisten järjestelmien luonti sekä kaupallis-ten toimijoiden ylläpitämien valtakunnallisten paikan-nusverkkojen kehittäminen, on summa yli 20 M€.

Toisaalta tutkimusrahoituksen vähentyminen, valti-onhallinnon leikkaukset ja alan opetuksen supistaminen vaikeuttavat sekä perustutkimusta, infrastruktuurien ylläpitoa että sovellusten kehittämistä. Osaavan henki-löstön puute tulee näkyviin muutaman vuoden viiveellä, eikä julkinen ja yksityinen sektori pysty silloin kehitty-mään tarvittavalla tavalla. Lähialojen tarpeet ovat yhtä lailla vaarassa, joten koko paikkatietoalan yhteistä pon-nistusta tullaan tulevaisuudessa tarvitsemaan.

Kansalliset koordinaatti-, korkeus- ja paino-voimajärjestelmät, geoidimallit Geodeettinen laitos loi olemassa olonsa 97 vuoden aika-na nykyiset valtakunnalliset koordinaatti-, korkeus- ja painovoimajärjestelmät. Nyt Paikkatietokeskus FGI ylläpi-tää ja kehittää niitä sekä tutkii uusien havaintomenetel-mien ja tekniikoiden käyttöä tulevaisuuden järjestelmien määrityksissä ja ylläpidossa.

Tärkeimmät yhteistyökumppanit ovat IAG:n palvelui-den ja EUREFin ohella Pohjoismaisen geodeettisen ko-mission (NKG) työryhmät, sekä kotimaassa MML:n ulko-puolelta mm. Ilmatieteen laitos, Suomen ympäristökes-

kus, Geologian tutkimuskeskus, Helsingin yliopisto ja Aal-to-yliopisto.

Paikkatieto perustuu koordinaatteihin, jotka on kiin-nitetty Maahan sidottuun referenssijärjestelmään. Jokai-sen kohteen koordinaatit muuttuvat jatkuvasti globaalis-sa koordinaattijärjestelmässä mm. mannerlaattojen liik-keen ja Fennoskandiassa myös maannousun seuraukse-na. Suomessa suositellaan käytettäväksi kolmiulotteisille koordinaateille EUREF-FIN-koordinaattijärjestelmää, (pai-novoimaan liittyville) korkeuksille N2000-korkeusjärjes-telmää sekä painovoimalle FOGN2000-painovoimajärjes-telmää.

EUREF-FIN on luotu vuosien 1996-97 mittausten avulla globaalista ITRF96-koordinaattijärjestelmästä eurooppa-laisten suositusten mukaisesti muuntamalla. Eurooppa-laiseen ETRS89:ään liitettyjen koordinaattijärjestelmien pääasiallisena tarkoituksena on huomioida Euraasian mannerlaatan liike (noin 2,5 cm vuodessa), jotta koordi-naattien muuttuminen voidaan minimoida.

Muunnosmenetelmä ei kuitenkaan ota huomioon esimerkiksi Fennoskandian alueella tapahtuvaa maan-nousua ja sen vaikutusta koordinaatteihin. Maannousun vaikutus Suomen alueella on vaakakoordinaatteihin n. 0,5-2 mm/vuosi ja korkeuksiin n. 3-10 mm/vuosi riippuen paikasta.

Alkuperäisten GPS-mittausten keskihetkeä 1997.0 vastaava EUREF-FIN:n n. 5 mm:n sisäinen tarkkuus heik-kenee ajan myötä. Käytettäessä eurooppalaisen suosi-tuksen mukaista muunnosta, on tarkkuus vuonna 2016 valtakunnallisesti vaakakoordinaattien osalta n. 35 mm ja korkeudessa n. 125 mm. Tämän vuoksi maannousu on Pohjoismaisen geodeettisen komission (NKG) ja Paikka-tietokeskuksen yksi tärkeimmistä tutkimuskohteista. Pohjoismaisena yhteistyönä on vuonna 2016 julkaistu uusi NKG2016LU-maannousumalli (pystykomponentti) sekä uusi NKG:n koordinaattimuunnosmenetelmä glo-baalien GNSS-koordinaattien ja kansallisten koordinaatti-järjestelmien välillä, jossa maannousun vaikutus on otet-tu huomioon.

Inspire-direktiivin seurauksena EUREF-FIN on syrjäyt-tänyt aiemman Kartastokoordinaattijärjestelmän lähes kaikessa toiminnassa. EUREF-FIN määriteltiin alun perin passiivisten, maastossa olevien kiintopisteiden avulla, mutta nykyisin pääasiallinen tapa tuottaa EUREF-FIN-koordinaatteja on aktiivisten kiintopisteiden avulla (pysy-vät GNSS-tukiasemat).

Lisäksi mittaustekniikoiden muuttuminen haastaa EUREF-FIN:n lisääntyneillä tarkkuusvaatimuksillaan, mm. maannousun vaikutuksen huomioimisessa. Muun muassa näiden asioiden huomioimiseksi julkaistiin 2012 Julkisen hallinnon suositus (JHS) 184. Myös muut EUREF-FIN:iin liittyvät suositukset JHS196 ja JHS197 on päivitetty vuon-na 2016. Suomen korkeusjärjestelmä N2000 on eurooppalaisen EVRS-järjestelmän kansallinen realisaatio. Se on jo mo-nessa toiminnassa syrjäyttänyt aiemmat korkeusjärjes-telmät. Valtakunnalliset Maanmittauslaitoksen alempien luokkien vaaitukset alkavat olla laskettuna N2000:een. N2000:een sovitettua FIN2005N00 geoidimallia käyte-tään satelliittipaikannuksella saatavan korkeustiedon muuntamiseen kansalliseen korkeusjärjestelmään.

Korkeusjärjestelmiin liittyvää tutkimusta ja kehitystä on tehty NKG:n työryhmissä, joten pohjoismaiset korke-usjärjestelmät ovat yhteneviä keskenään. Uusimpia tu-loksia on vuonna 2016 julkaistu NKG2015-geoidimalli. Tulevaisuuden haasteina on korkeusjärjestelmän ylläpito (maannousun vaikutukset) sekä tarkka korkeudenmääri-tys modernien mittausmenetelmien avulla.

Maannousu muuttaa korkeuksia ja rantaviivaa Jääkauden jälkeisen maannousun vaikutukset ovat Suo-messa hyvin tunnettuja. Erityisesti Merenkurkun maail-manperintökohteen alueella tapahtuvat muutokset nä-kyvät jo muutamassa vuosikymmenessä. Muutoksen suu-ruus riippuu ennen kaikkea merenpinnan noususta. Mitä nopeammin globaali merenpinta jäätiköiden sulamisen vuoksi nousee, sitä hitaammalta maankohoaminen ran-nikoillamme näyttää. Jos merenpinta kohoaa huomatta-vasti nykyistä nopeammin, alkaa meri vallata takaisin aiemmin jo paljastuneita alueita. Siksi on tärkeää tutkia ja ymmärtää sekä maannousun mekanismeja että glo-baalia merenpinnan muutosta, koska näillä voi olla mer-kittäviä taloudellisia ja yhteiskunnallisia vaikutuksia myös Suomessa. Erityisesti Etelämantereen jäätikössä tapahtu-vien muutosten ymmärtäminen on oleellista, koska su-lamisvesien jakautuman vuoksi vaikutukset pohjoisella pallonpuoliskolla ovat merkittävimmät. Grönlannin jääti-köistä sulava vesi siirtyy pääosin eteläiselle pallonpuolis-kolle eikä vaikuta Suomen rannikoilla.

Painovoimajärjestelmä FOGN2000 luotiin vuonna 2012 ja lähitulevaisuuden tehtävinä on alempien luokkien las-keminen uuteen järjestelmään. Järjestelmän luontiin käytetyt yli 35 000 painovoimapistettä ovat myös perus-tana Suomen geoidimallin laskemisessa osana pohjois-maista mallia. Suomen pysyvä GNSS-verkko FinnRef. Verkko on uudis-tettu vuosina 2013-2015 ja asemien lukumäärää on lisät-ty 13:sta 20:een. FinnRef on kansallisen koordinaattijär-jestelmän perusta ja linkki globaaleihin koordinaattijär-jestelmiin osana globaaleja ja eurooppalaisia pysyvien GNSS-asemien verkkoja.

FinnRef-verkon avulla monitoroidaan maankuoren liikkeitä jatkuvista havainnoista lasketuista asemien no-peuksista sekä määritetään muunnokset GNSS-järjestel-mien koordinaatistoista kansalliseen EUREF-FIN-järjestel-mään. Tarkimpiin muunnoksiin tarvitaan lisäksi tietämys-tä maankuoren liikkeistä asemien välillä.

Metsähovi ja FinnRef-verkko kuuluvat osana usean tutkimuslaitoksen ja yliopiston Fin-EPOS-konsortiota eu-rooppalaiseen EPOS-tutkimusinfrastruktuuriin (European Plate Observing System), joka on ESFRI:n (European Stra-tegy Forum on Research Infrastructures) tiekartalla. Fin-EPOS on myös Suomen Akatemian kansallisten infra-struktuurien tiekartalla.

Metsähovin tutkimusasema. Maa- ja metsätalousminis-teriön sekä Maanmittauslaitoksen ja Geodeettisen laitok-sen (v:een 2015) investoinneilla on uudistettu kaikki suu-ret geodeettiset havaintolaitteet vuosina 2014-2018. Metsähovin geodeettinen tutkimusasema on osa globaa-lia ja eurooppalaista geodeettisten perusasemien verk-koa useine havaintomenetelmineen ja on siten FinnRef-verkon ohessa Suomen tärkein linkki globaaleihin koor-dinaattijärjestelmiin ja palveluihin. Se on myös kansalli-nen kontribuutio YK:n päätöslauselmaan globaaleista koordinaattijärjestelmistä.

Metsähovin havaintolaitteet ovat Kansainvälisen Geodeettisen Assosiaation (IAG) GGOS:n (Global Geode-tic Observing System) havaintoverkoissa ja datat ovat kansainvälisissä avoimissa datapankeissa. Niitä käytetään mm. globaalien koordinaattijärjestelmien määrittämises-sä ja ylläpidossa.

Viime vuosien tehtävät ovat liittyneet pitkälti Metsä-hovin havaintotoiminnan kehittämiseen, mm. satelliitti-laserjärjestelmään ja paikallissidoksiin liittyvään kehitys-työhön, mutta myös teoreettisiin tutkimuksiin esimerkik-si avaruusromujen havaitsemisessa ja painovoimasatel-liittien hyödyntämisessä. Metsähovin laitekannan uudis-tuminen näkyy tutkimuksen painopisteen siirtymisessä yhä selvemmin laitekehityksestä Metsähovin havaintoi-hin liittyviin tutkimuksiin ja kansainvälisiin projekteihin.

Metsähovi – Suomen kontribuutio globaaliin geodesiaan

Metsähovin geodeettinen tutkimusasema on yksi geo-deettisen maailmanverkon peruspisteistä. Ensimmäinen satelliittilaser rakennettiin jo 1970-luvun puolivälissä ja pysyvä GPS-asema on tuottanut jatkuvaa havaintosarjaa 1990-luvun alkuvuosista lähtien. Painovoimahavainnot suprajohtavalla gravimetrilla aloitettiin 1990-luvun puoli-välissä ja 2004 pitkäkantainterferometriset (VLBI) ha-vainnot Aalto-yliopiston radioteleskoopilla.

Laitteistot on uudistettu täydellisesti 2010-luvulla. Kun viimeisin hankinta, uusi radioteleskooppi, on toimin-takunnossa 2019, on Metsähovi yksi moderneimmista geodeettisista havaintoasemista maailmassa. Se käsittää kaikki GNSS-paikannusjärjestelmät, satelliittilaserin, VLBI-radioteleskoopin, painovoimamuutoksia mittaavat lait-teet sekä mm. Ranskan avaruushallinnon DORIS-lähet-timen ja Saksan avaruushallinnon tutkaheijastimen.

Metsähovin aineistot ovat saatavilla kansainvälisistä datapankeista ja niitä käytetään mm. maapallon asennon määritykseen ja paikannussatelliittien tarkkojen ratojen laskentaan. Ilman Metsähovin kaltaisia perusasemia esi-merkiksi paikannussatelliitit eivät voisi toimia.

Metsähovissa ovat myös Suomen geodeettisten jär-jestelmien peruspisteet ja mm. GNSS-antennien kalib-rointiin käytettävä testikenttä.

Osa tutkimuksesta on suuntautumassa Euroopan ava-

ruusjärjestön ESAn lähiavaruuden tilannekuvan suun-taan. Paikkatietokeskus on jo nyt Sisäasiainministeriön pelastusosaston tilannekortin mukaisesti vastuussa satel-liittien ratojen ja putoamisennusteiden seurannasta ja tiedotuksesta pelastusviranomaisille. Maankuoren liikkeet. Maankuoren liikkeet vaikuttavat sekä koordinaatti-, korkeus- että painovoimajärjestel-miin. Viime vuosikymmenten aikana geodynamiikan tut-kimus on keskittynyt kolmeen pääalueeseen, Fennoskan-dian maannousuun ja ydinturvallisuuteen liittyviin maan-

kuoren liikuntoihin ydinvoimalan ympäristössä sekä pai-novoiman muutosten tutkimukseen. Maannousututki-mus tapahtuu pitkälti yhteistyössä NKG:n työryhmissä ja liittyy referenssijärjestelmien ajantasaisuuteen, mutta myös merenkorkeuden muutosten ja sen vaikutusten tutkimiseen Suomen rannikkoalueilla.

Jääkauden jälkeisen maankohoamisen vaaka- ja pys-tykomponentin sekä mannerlaattojen liikkeiden vaiku-tuksen tarkka tunteminen ovat avainasemassa kun halu-taan tuntea tarkka yhteys globaalin (ITRF, WGS84 jne) ja kansallisen koordinaattijärjestelmän (EUREF-FIN) välillä.

Painovoiman ajalliset muutokset kertovat mm. jääti-köiden ja merenpinnan korkeuden muutoksista, mutta myös maannousun mekanismeista ja syvällä maan sisäs-sä tapahtuvista geofysikaalisista ilmiöistä.

Tulevaisuudessa ajallisten muutosten tunteminen ja niiden vaikutuksen tarkka laskeminen on entistä tärke-ämpää lisääntyneiden tarkkuusvaatimusten yleistyessä. Kun paikkatiedon käytössä siirrytään globaaliin dynaami-seen koordinaatistoon, ovat tarkat muunnokset yksi tär-keimmistä geodesian tuottamista tiedoista, jotta paikka-tiedon tarkkuus ja eheys voidaan taata.

Tarkat geodeettiset mittaukset ja palvelut Paikannuspalvelut. Suuri osa tämän päivän geodeettisis-ta mittauksista hyödyntää paikannuspalveluja tavalla tai toisella. Suomessa valtakunnallisia tarkimpia paikannus-palveluita tarjoaa kaksi yksityistä yritystä, joilla kummal-lakin on noin 100 asemaa käsittävä verkko. Palvelujen käyttö on varsin laajaa sellaisissa sovelluksissa, joissa senttimetritarkkuinen reaaliaikainen mittaus on mahdol-lista. Myös FinnRef-verkko sen uudistamisen jälkeen tar-joaa paikannuspalvelua, joka takaa 0,5 m paikannustark-kuuden kaikkialla Suomessa.

Julkisen hallinnon suosituksessa 184 palveluntarjoajia ohjeistetaan liittämään asemansa EUREF-FIN-koordinaat-tijärjestelmän E2-luokan aktiivisiksi asemiksi. Paikkatie-

tokeskus viranomaisena laskee asemille maankuoren liik-keet huomioon ottaen EUREF-FIN yhteensopivat koor-dinaatit. Näin loppukäyttäjille taataan tarkka ja ajan-tasainen yhteys kansalliseen koordinaattijärjestelmään. Geodeettinen metrologia. Kalibrointitoiminnalla taataan luotettavat ja globaalisti yhtenevät mittaustulokset mää-rittämällä yhteys SI-yksiköihin. Paikkatietokeskus on kah-den mittaussuureen, pituuden ja putoamiskiihtyvyyden, kansallinen mittanormaalilaboratorio. Näiden mittanor-maalilaboratorioiden puitteissa tehdään etäisyysmitta-reiden ja vaaituskojeiden ja -lattojen kalibrointeja sekä tarkkoja mittakaavan siirtoja ja putoamiskiihtyvyyden määrityksiä.

Pituusmetrologiassa Paikkatietokeskuksen Nummelan normaaliperusviiva ja siihen liittyvä kalibrointi- ja tutki-mustoiminta on luonut merkittäviä avauksia geodeetti-sessa metrologiassa Euroopan metrologian tutkimusoh-jelmassa (EMRP). Alalla tehdyt tutkimukset ovat viime vuosina olleet eräs korkeatasoisimmista geodesian tut-kimusalueista Suomessa.

Putoamiskiihtyvyyteen liittyen Paikkatietokeskus on yksi maailman neljästä mittanormaalilaboratoriosta, joi-den absoluuttipainovoimamittaukset on hyväksytty Kan-sainvälisen paino- ja mittatoimiston BIPM kalibrointipal-veluun. Pääsy tälle listalle tarkoittaa kansainvälisesti tun-nustettuja huippuluokan mittauksia, jotka ovat jäljitettä-vissä SI-mittayksikköjärjestelmään. Alan kansainväliset katto-organisaatiot ovat sopineet siitä, miten painovoi-mamittausten jäljitettävyys voidaan varmistaa.

Vastaavaa listausta pituusmittauksille valmistellaan. Sen myötä sekä Nummelan normaaliperusviiva että Ma-salan vaaituskalibrointitilat säilyttävät paikkansa muuta-man eurooppalaisen mittanormaalilaboratorion harvalu-kuisessa huippujoukossa tarjoten palveluita kansainväli-seen ja kansalliseen kalibrointi- ja tutkimuskäyttöön.

Geodeettinen metrologia tukee myös YK:n päätöslau-selman mukaista geodeettisten observatorioiden infra-struktuurin ja globaalin geodesian havaintojärjestelmän (GGRF) kehittämistä.

Erityismittaukset. Geodesian yhteydessä on kehitetty erityismittauksia, joita muut eivät Suomessa tee. Suureen osaan näistä liittyy myös jäljitettävyyden vaatimus, ts. mittauksen tulos on voitava luotettavasti määritettävällä epävarmuudella johtaa aina perussuureeseen, esimerkik-si metrin määritelmään saakka. Tällaisille mittauksille on viime vuosina ollut yhä enemmän kysyntää.

GNSS-mittausten tarkkuuden parantaminen on uusi metrologian alue, jonka kehittämiseen Paikkatietokeskus osallistuu. Käytettävissä on mm. uusi GNSS-antennien testikenttä Metsähovissa. Samalla on kehitetty GNSS:llä tapahtuvaa tarkkuusmittausta ja tutkimusta.

Tarkat metrologisesti jäljitettävät mittaukset tukevat Metsähovin tutkimusaseman toimintaa. Siellä eri havain-tolaitteiden referenssipisteet pitää pystyä määrittämään toisiinsa nähden reaaliaikaisesti alle millimetrin tarkkuu-della (ns. paikallissidosten metrologia) tarkkoja globaale-ja koordinaattijärjestelmiä varten. Referenssipisteet yh-distävän seurantaverkon mittakaava on määritetty Num-melassa kalibroiduilla etäisyysmittareilla ja jäljitettävissä SI-mittayksikköjärjestelmän metrin määritelmään.

Paikkatietokeskuksessa on myös kehitetty mm. inter-ferometrista vesivaakaa maankuoren kallistusten mit-taamiseen.

Maankuoren liikuntojen tutkimuksella ydinvoimalan ja ydinjätteen sijoituspaikan ympäristössä selvitetään mahdollisia riskejä, mutta lisäksi saadaan tietoa kalliope-rän käyttäytymisestä. Äärimmäisten pienten liikkeiden havaitseminen jopa vuosikymmenien aikaskaalassa vaatii sitä varten sovellettavia menetelmiä.

Kansainvälisesti tunnustettua laatua ja pätevyyttä

Paikkatietokeskus FGI on mukana Kansainvälisen paino- ja mittakomitean CIPM:n ekvivalenssisopimuksessa (MRA). CIPM:n tehtävänä on edistää mittayksiköiden yhdenmukaisuutta. CIPM MRA luo puitteet mittanormaa-lien kalibrointi- ja mittaustodistusten maailmanlaajuiselle yhdenmukaisuudelle ja kansainvälisesti tunnustetuille kalibrointipalveluille, mikä parantaa tuottavuutta ja laa-tua. Paikkatietokeskuksen tekemät kalibroinnit ovat pä-teviä kaikissa sopimuksen allekirjoittaneissa maissa.

Paikkatietokeskuksen metrologista erikoisosaamista tutkitaan ja kehitetään sen kahdessa kansallisessa mit-tanormaalilaboratoriossa: putoamiskiihtyvyys ja pituus geodesiassa. Kansallisia mittanormaaleja ovat painovoi-mamittauksille absoluuttigravimetri FG5X-221 ja pituus-mittauksille Nummelan normaaliperusviivan Väisälä-interferenssikomparaattori kvartsimetrijärjestelmineen sekä vaaituslaitteiden kalibrointiin lattakomparaattori laserinterferometreineen.

Euroopan metrologialaitosten yhteisössä (EURAMET) Paikkatietokeskus FGI on luokassa “Designated Institute” (DI) toimien erikoisalallaan kansallisen metrologiajärjes-telmän huipulla ja tarjoten palvelujaan kansalliselle ja kansainväliselle asiakaskunnalle. Kansallisten mittanor-maalilaboratorioiden laadunhallintajärjestelmä on EU-RAMETin hyväksymä.

Asiantuntijuus ja opetus. Kansainvälisesti korkeatasoi-nen tutkimus- ja kehitystyö tarjoaa käytäntöön soveltuvia ratkaisuja ministeriön yleisten kartastotöiden strategial-le, alan standardeille ja ohjeille sekä maastotietojärjes-telmän kehittämiselle ja yksityisen sektorin liiketoimin-nalle. Paikannuksen ja älyliikenteen tarvitsemat palvelut ovat esimerkkejä käytännön geodesian sovelluksista.

Julkisen hallinnon suositukset ovat eräs yhteiskuntaa palvelevista asiantuntijatehtävistä. Geodesian alalta on viime vuosina tehty useita suosituksia, liittyen koordi-naatti- ja korkeusjärjestelmiin ja niiden käyttöön (JHS 163, 184, 196, 197).

Rahoituksen suuntautuminen perustutkimuksesta so-velluksiin on näkynyt myös geodesiassa. Älyliikenne, paikkatietoon perustuvat sovellukset, meri- ja väylälii-kenteen tarpeisiin tehdyt mittaukset ja geodeettista met-rologiaa hyödyntävät tarkkuusmittaukset ja niihin liitty-vät asiantuntijatehtävät ovat tulleet yhä tärkeämmiksi.

Geodesian opetusta on ollut pääasiassa Aalto-yliopistossa (Teknillisessä korkeakoulussa) ja Helsingin yliopistossa geofysiikassa. Maanmittausta on opetettu neljässä ammattikorkeakoulussa. Mikkelin ammattikor-keakoulussa opetus on lopetettu ja Aalto-yliopisto on supistanut voimakkaasti resursseja. Aalto-yliopiston uu-sien tutkintovaatimusten myötä geodesian näkyvyys on heikentynyt entisestään. Professuurien alan määrittelyt ja rekrytoinnit näyttävät, mihin suuntaan tulevaisuudessa ollaan menossa.

Kansainvälisyys ja tutkimuksen voimavarat Jokaisella valtakunnalla on voimavaroihinsa ja poliittisiin tavoitteisiinsa nähden mitoitetut tutkimusresurssit. Yh-den valtion ei ole mahdollista ylläpitää paikkatietojärjes-telmiään ilman laajaa kansainvälistä havaintoverkkoa, kuten YK:n päätöslauselmassa todetaan. Lisäksi valtiot ovat tutkimuksellisesti jossain määrin profiloituneet ja tekevät sitä maailman mittakaavassa edelleen.

Pienille maille tällainen toiminta on luonnollista, kun-han pidetään huoli siitä, että itsenäisenä valtakuntana toimimisen edellytykset eivät vaarannu. Suomi valtiona suhtautuu avoimesti kansainvälistymiseen ja kansainväli-sen tutkimusyhteistyön lisäämisen. Sen kautta maamme pääsee osalliseksi myös sellaisesta tutkimustiedosta, jota se ei omin voimavaroin kykene tuottamaan.

Geodesiassa Pohjoismaat ovat olleet Suomen tärkein yhteistyöalue. Pohjoismaisen geodeettisen komission (NKG) työryhmissä on toteutettu vuosikymmenten aika-na lukuisia yhteisiä hankkeita, joita muuten olisi ollut hankalaa, jopa mahdotonta toteuttaa. Näistä mainitta-koon pohjoismaiset geoidi- ja maannousumallit, GNSS-laskentakeskus, yhteensopivat koordinaatti- ja korkeus-järjestelmät ja muunnoskaavat. Vaikka globalisaation myötä yhteydet kansainvälistyvät, on pohjoismainen yhteistyö luonnollista yhteisen geodeettisen taustan ja yhteisten ongelmien (mm. maannousu) vuoksi.

Tutkimuksen laatu ei ole primäärisesti sidoksissa tut-kimuksen ja voimavarojen laajuuteen niin kauan, kun tutkimukseen ei tarvita valtavia laiteinvestointeja ja kehi-tyspanoksia. Laatuun vaikuttavat ennen kaikkea työn hyvä organisointi, pätevä henkilökunta (osaaminen ja kansainväliset suhteet) ja kelvolliset toimintaedellytyk-

set, kunhan tietty kriittinen massa ylittyy. Suomen geo-desian historia osoittaa tämän.

Toiminnan mittareina voivat olla esimerkiksi julkaisut, keksintöilmoitukset/patentit, kansainväliset tehtävät ja kansainväliset projektit. Geodesian ”perustuotteet”, koordinaatti-, korkeus- ja painovoimajärjestelmät, niiden tarkkuus ja laatu kuvaavat myös toiminnan tasoa.

Tilanne on toisenlainen kun tutkimuksesta lähdetään tuotekehitykseen tai globaaliin tutkimukseen. Teollisesti tai globaalisti merkittäviä hankkeita voidaan toteuttaa vain suurten valtioiden rahoituksen turvin tai suurien kansainvälisten yritysten toimesta.

Paikkatietoalan elinkeinoelämä on kansainvälistynyt voimakkaasti. Suomalaiset alan yritykset ovat valtaosin kansainvälisessä omistuksessa, mutta niillä on toimintaa Suomessa. Tämä antaa tutkimukselle mahdollisuuden päästä myös tätä kautta kansainväliseen yhteistyöhön, mutta asettaa maamme tutkimustoiminnan kilpailutilan-teeseen muiden valtioiden tutkimustoiminnan kanssa. Kotimarkkinoita ei sanan varsinaisessa merkityksessä enää ole, vaan kehitystyötä ja tutkimusta tulee tehdä ainakin Eurooppaa markkina-alueena ajatellen.

Todennäköistä on, että yhteistyön kautta avautuvat muiden maiden rahoitusmahdollisuudet lisäävät tutki-muksen rahoitusta. Samalla on kuitenkin pidettävä huol-ta siitä, että kansallinen perustutkimus ja perusinfra-struktuuri ei ole liian riippuvainen ulkopuolisista rahoi-tuskanavista ja niiden vaihteluista. Kansallisen turvalli-suuden ja tarpeiden kannalta kriittinen tutkimus ja ha-vaintotoiminta on turvattava. Tämä edellyttää sekä ajan-

tasaista laitteistoa että osaavaa tutkimushenkilökuntaa.

Geodesia osana paikkatietoinfrastruktuuria Vaikka monet ilmiöistä ovat globaaleja, voivat paikalliset vaikutukset olla hyvinkin erilaisia eri puolilla maapalloa. Ydinturvallisuus, tulvia vastaan varautuminen ja ihmisen aiheuttamat muutokset kaupunkialueilla ovat paikallista-son esimerkkejä ympärillämme tapahtuvista muutoksis-ta. Suomi ei ole syrjässä näistä ja myös Suomessa tarvi-taan geodesian tutkimusta vaikutusten mittaamiseksi.

Älyliikenne, tarkka paikannus ja siihen liittyvät palve-lut, tulvasuojelu, kaivosalan sovellukset ja Puolustusvoi-mien tarpeet ovat esimerkkejä sovelluksista, joiden taka-na olevaa geodeettista tietämystä ja Suomeen räätälöity-jä järjestelmiä ei voida hankkia tuontitavarana tai lyhyt-jänteisenä projektitutkimuksena, vaan niiden on oltava osa yhteiskunnan turvaamia perustoimintoja. Geodesian tuotteista myös mm. tarkka geoidimalli on kansallinen perusinfrastruktuuri, joka lasketaan kansallisen mittaus-aineiston perusteella. Esimerkiksi laserkeilauksen tuot-tamat maastomallit tarvitsevat myös tarkan geoidimallin.

Paikannussatelliittijärjestelmät, GNSS (Global Naviga-tion Satellite Systems), käsittävät GPS:n lisäksi myös Ve-näjän GLONASSin, Kiinan BeiDoun ja eurooppalaisen Gali-leon. Näiden yhä kasvava hyödyntäminen jokapäiväisessä elämässä on jo mullistanut käsityksemme paikannuksesta ja käyttö lisääntyy tulevaisuudessa yhä nopeammin.

Uudet sovellukset ja yhä laajeneva käyttö luo uusia tarpeita, joihin geodesian tutkimuksen ja käytettävissä olevien infrastruktuurien laadun ja tarkkuuden on pystyt-tävä vastaamaan. Erityisen tärkeää on, että uusien GNSS- mittausmenetelmien tuoma luotettavuus ja tarkkuus pystytään realisoimaan kansallisessa koordinaatistossa.

GNSS:n lisäksi geodesiassa tarvitaan lukuisia muitakin mittausmenetelmiä, mukaan lukien painovoiman mit-taaminen sekä Maan pinnalta että satelliiteista, satelliit-tien ratojen määritys ja Maan asennon muutosten moni-torointi. Paikkatietoinfrastruktuurin tulee sisältää kaikki nämä toiminnot.

Haasteet Osa edellä mainituista yhteiskunnallisista tarpeista voi-daan hoitaa kaupallisilla palveluilla, osa kilpaillulla kansal-lisella tai kansainvälisellä rahoituksella, mutta yhteiskun-nan perustarpeiden kannalta kriittiset toiminnot on pys-tyttävä turvaamaan kaikissa olosuhteissa.

Suurimpana haasteena on pystyä ylläpitämään tarvit-tavaa kansallista infrastruktuuria, laaja-alaista osaamista ja yhteiskunnan ja tutkimuksen vaatimien toimintojen pitkäjänteistä kehittämistä. Tämä johtuu alati pienene-vistä tutkimuksen määrärahoista ja siirtymisestä kilpail-tuun rahoitukseen, joka suosii lyhytjänteistä näyttäviin tuloksiin pyrkivää tuotantoa mutta syrjii perustoiminto-jen kehittämistä ja ylläpitoa. Pelkkä laitekannan uudista-minen ja ylläpito ei riitä; tarvitaan henkilöresursseja sekä havaitsemiseen ja laitteiston kehittämiseen mutta ennen kaikkea korkeatasoisen tutkimuksen tekemiseen ja kan-sainvälisiin projekteihin osallistumiseen.

Rahoituksen hankkimisessa on toisaalta suuntauduttava yhä enemmän Suomen ulkopuolisten rahoituslähteiden ja kan-sainvälisten konsortioiden suuntaan, mm. EU:n H2020-haut, toisaalta pyrittävä tur-vaamaan perusrahoitus tärkeimmille laissa mainituille perustehtäville kuten koordi-naattijärjestelmien ylläpito. Tutkimusryh-mien koko on saatava sellaiseksi että tietty kriittinen massa ylittyy, jolloin toiminta ja vuorovaikutus on tehokkaampaa ja tutki-joiden välinen vuorovaikutus paranee.

Ilman geodesian tutkimusta sekä tark-kaa ja luotettavaa pitkäjänteistä mittaa-mista ja monitorointia eivät sovellukset-kaan voi olla tarkkoja ja ajantasaisia. Suur-ta mittaustarkkuutta vaativien sovellusten lisääntyminen, uudet sovellusalueet ja glo-baalimuutosten vaikutusten mittaaminen paikallisesti asettavat yhä suuremmat vaa-timukset koordinaattijärjestelmien tark-kuudelle ja niiden ajallisten muutosten seurannalle myös Suomessa.

Pitkien aikasarjojen merkitys korostuu entisestään, ja rahoituksen puutteen vuok-si katkenneita aikasarjoja ei voi myöhem-min korvata millään. Alati tarkentuvat mit-taukset ovat tuoneet myös vaatimuksen mittausten oikeellisuuden verifioinnista metrologisten kalibrointien kautta. Ilman metrologisesti luotettavia mittauksia ei tulevaisuudessa vaadittaviin tarkkuuksiin päästä.

Opetuksen laatuun ja ylipäänsä opetuk-sen olemassaoloon on kiinnitettävä huo-miota. Viimeaikainen trendi on ollut alan koulutuksen voimakas alasajo, joka ei voi

olla näkymättä tulevaisuuden osaajien rekrytoinnissa. Globaalistuminen ja uudet sovellukset asettavat pai-

neita kansallisille referenssijärjestelmille. Viimeaikojen suuntauksena on ollut paine siirtyä tulevaisuudessa kan-sallisista järjestelmistä globaaleihin ja yhteneviin koordi-naattijärjestelmiin paikkatietojen yhteiskäyttöisyyden sekä GNSS-paikannuksen suoran hyödyntämisen vuoksi.

Muun muassa mannerlaattojen liikkeiden vuoksi glo-baalit koordinaattijärjestelmät ovat kuitenkin dynaamisia nykyisten kansallisten staattisten järjestelmien sijaan. Tämä tarkoittaisi samalla suurempaa ajattelutavan muu-tosta, kun nykyisten koordinaattien lisäksi myös ajanhet-ki ja koordinaattien muutosnopeudet pitäisi huomioida. Dynaamiseen järjestelmään siirtyminen tulee olemaan yksi suurimmista haasteista ja tutkimusaiheista lähivuosi-kymmeninä. Teknisten kysymysten lisäksi joudutaan tar-kastelemaan myös lainsäädäntöä.

Kansalliset painopistealueet ja tehtävät 2017–2026

Ajantasaiset koordinaattijärjestelmät ja niiden tarvitse-mat infrastruktuurit mahdollistavat kansallisen turvalli-suuden kannalta kriittisen data-aineiston sekä siihen liit-tyvän tutkimuksen ja tarjoavat mahdollisuuden osallistua kansainvälisiin projekteihin. Toiminta tähtää siihen että järjestelmät ovat ajantasaisia, täyttävät sekä tieteelliset että käytännön vaatimukset tarkkuutensa ja luotettavuu-tensa puolesta ja että paikkatiedon käyttäjillä on pääsy tarvittaviin aineistoihin ja tietokantoihin. Infrastruktuurit ja niiden kehittäminen liittyy suoraan YK:n päätöslausel-man kansalliseen toteutukseen.

Painopistealueisiin kuuluu myös ajallisiin muutoksiin ja uusiin menetelmiin liittyvä tutkimus, esimerkiksi maannousu, globaalimuutosten vaikutus, jne., jotka vai-kuttavat järjestelmiin, infrastruktuuriin ja tarkkuuteen. Ilman tätä tietoa järjestelmät rapautuvat hyvin nopeasti eikä niitä voida käyttää ilman ajantasaista tietoa muutok-sista. Tämä vaatii myös uusia tarkkoja mittusmenetel-miä, pilotointia ja soveltamista. Suuri osa tutkimuksesta on kansainvälistä, joko Pohjoismaiden kesken tapahtu-vaa, Euroopan laajuista tai YK:n ja Kansainvälisen Geo-deettisen Assosiaation yhteydessä globaalia toimintaa.

Koordinaattijärjestelmät ja geodeettinen infrastruktuuri Geodeettisen infrastruktuurin ajantasaisuus ja luotetta-vuus on kaikkein korkeimmalla prioriteetilla. Ilman sitä ei kansallisilla paikkatietojärjestelmillä ole tarvittavaa pe-rustaa. Tarkastelujakson aikana erityisesti seuraavat inf-rastruktuurit ovat kehityksen ja tutkimuksen keskiössä: Metsähovin geodeettinen tutkimusasema. Metsähovi on sekä kansallisen että globaalin geodeettisen infra-struktuurin peruspilareita. Aseman laitekanta on täydelli-sesti uudistettu vuoteen 2019 mennessä, jonka jälkeen se täyttää korkeimmat kansainväliset kriteerit. Metsäho-via kehitetään osana kansainvälistä geodeettista perus-asemien verkkoa. Huomattava osa kansallisesta toimin-nasta on nivoutunut Metsähoviin ja sen maailmanlaajui-sesti poikkeuksellisen kattavaan laitekantaan. Metsäho-vin tehokas toiminta ja operointi turvataan osana YK:n globaalien koordinaattijärjestelmien päätöslauselmaa.

FinnRef. Suomen pysyvä GNSS-verkko on laajentunut noin 50 asemaa käsittäväksi. Sen data on vapaasti saata-villa ja se on osa eurooppalaista perusverkkoa, joka yllä-pitää INSPIRE-direktiivin mukaista Euroopan koordinaat-tijärjestelmää. Viranomaissovelluksia varten verkon toi-minta varmennetaan häiriöiden ja kriisitilanteiden varal-ta. FinnRef kehitetään kaikkien kansallisten vertausjär-jestelmien perusverkoksi (koordinaatit, korkeus ja pai-novoima). Samalla se tuottaa tarkkaan paikannukseen tarvittavaa korjaussignaalia. Asemat muodostavat aktiivi-sen kiintopisteistön ylimmän luokan, joka mahdollistaa dynaamisen järjestelmän käyttöönoton Suomessa.

Kansallinen geoidimalli. Geoidimalli liittyy GNSS:llä teh-tävään korkeudenmääritykseen. Ilman tarkkaa geoidimal-lia ei GNSS-korkeudenmääritystä voida tehdä. Nykyisen geoidimallin tarkkuus on 2-3 cm, mutta päämääränä on senttimetritarkkuinen malli, joka mahdollistaa tarkkaan GNSS-pohjaiseen korkeudenmääritykseen liittyvät uudet sovellukset.

Kohti kansallista senttimetrigeoidia

Nykyiset koordinaatti- ja korkeusjärjestelmät rapautuvat vähitellen maankuoren liikuntojen seurauksena. Niiden tarkkuus ei vastaa enää käyttäjien vaatimuksia. Paikka-tiedon tarkkuusvaatimukset ovat mittausteknologian kehittyessä kasvaneet ja useissa georeferointiin liittyvissä töissä on alettu vaatia parempaa tarkkuutta kuin mitä olemassa olevat staattiset järjestelmät pystyvät tarjoa-maan. Perusteellinen uudistus on tehtävä jo 2020-luvulla. Dynaaminen koordinaattijärjestelmä. Nykyiset staattiset koordinaattijärjestelmät perustuvat maastossa oleviin kiintopisteisiin, joiden suhteen uudet koordinaatit on määritetty. Kiintopisteverkko deformoituu esim. maan-nousun vaikutuksesta ajan myötä aiheuttaen koko järjes-telmän uusimistarpeen ennen pitkää.

Aktiivisiin kiintopisteisiin (pysyviin GNSS-asemiin, FinnRef) perustuva järjestelmä säilyttää paikannuksen tarkkuuden ja pidentää järjestelmän käyttöikää huomat-tavasti. Paikannus tehdään satelliittien määrittämässä globaalissa koordinaattijärjestelmässä, josta maankuoren liikemallien avulla koordinaatit muunnetaan olemassa olevaan järjestelmään (esim. EUREF-FIN). Toinen vaihto-ehto on luopua kansallisista järjestelmistä ja antaa koor-dinaatit vain globaalissa järjestelmässä. Tällöin kaikki koordinaatit muuttuvat jatkuvasti. Esimerkiksi Australia on päättänyt siirtyä tällaiseen järjestelmään.

Suunnitelmakauden aikana selvitetään mahdollisuu-det ja vaatimukset dynaamiseen koordinaattijärjestel-mään siirtymiseksi ja luodaan edellytykset sen käyttöön-otolle (esimerkiksi parannetut maankuoren 3-D liikemal-lit). Pohjoismaisten karttalaitosten päälliköiden aloittees-ta tehtävän Islannin dynaamisen järjestelmän pilottipro-jektiin osallistuminen palvelee myös kansallisia tarpeita ja kansallista päätöksentekoa. Lisäksi selvitetään vaiku-tukset paikkatietojen yhteiskäyttöisyyteen, rekistereihin ja lainsäädäntöön, sekä esimerkiksi Euroopan Unionin suunnasta tulevat vaatimukset (mahdolliset muutokset mm. INSPIRE-direktiiviin).

Koordinaattijärjestelmien datumit Staattinen järjestelmä perustuu kiintopisteisiin, joiden koordinaatit eivät muutu. Mm. mannerlaattojen liikkeet sekä Pohjoismaissa tapahtuva maannousu muuttavat kohteiden sijaintia joten staattinen järjestelmä deformoi-tuu aiheuttaen ajoittaisen uusimistarpeen. Järjestelmää uudistettaessa (muutaman kymmenen vuoden välein) kaikki muunnetaan uuteen järjestelmään. Työ on valtava, eikä sitä voida tehdä kovin usein. Tarkkuusvaatimusten kasvaessa paineet uuteen päivitykseen kasvavat. Semidynaamisessa järjestelmässä paikannus perustuu globaaleihin koordinaattijärjestelmiin, mutta maankuo-ren liikemallien avulla koordinaatit muunnetaan olemas-sa olevaan järjestelmään (esim. EUREF-FIN). Käyttäjän ja paikkatietoaineiston kannalta ero nykyiseen nähden on varsin pieni, mutta maankuoren liikemallien on oltava nykyistä tarkemmat. Menetelmä pidentää nykyisen jär-jestelmän käyttöikää huomattavasti, mutta liikemallien epävarmuuksien vuoksi myös tämä järjestelmä vaatii ennen pitkää uusimistarpeen. Dynaamisessa järjestelmässä sekä paikannus että rekis-tereihin tallennettava paikkatieto on globaalissa koordi-naattijärjestelmässä, jossa koordinaatit muuttuvat joka hetki. Kansalliset ja eurooppalaiset järjestelmät poistu-vat. Samalle pisteelle saadaan jokaisessa mittauksessa aina eri koordinaatit. Järjestelmän käyttö vaatii ajallisten muutosten hallitsemista ja muutoksia sekä rekistereihin että lainsäädäntöön. Globaali trendi on kohti dynaamista järjestelmää; mm. Islannissa on tarkoitus tehdä pilotti-tutkimus sen käytöstä ja Australia on päättänyt ottaa dynaamisen koordinaattijärjestelmän käyttöön. Kansalli-sesti on kuitenkin selvitettävä, onko semidynaaminen malli riittävän hyvä ja kustannus-hyötysuhteeltaan pa-rempi kuin dynaaminen järjestelmä.

Uuteen koordinaattijärjestelmään siirtymisen aiheuttamat muutostarpeet

Uudet havaintomenetelmät ja ajalliset muutokset

Tällä hetkellä on käynnissä nopea paikkatiedon keruu-seen ja ylläpitoon liittyvä teknologiamurros ja siitä johtu-vat menetelmien ja toimintatapojen muutokset. Samaan aikaan toimintojen tehostaminen asettaa haasteita me-netelmäkehitykselle ja paineita uusille kustannustehok-kaammille sovelluksille. Dynaamisen koordinaattijärjes-telmän käyttöönotto vaatii uusia havaintomenetelmiä, entistä tarkempia mittauksia ja maankuoren 3-D liike-malleja. Uudet korkeudenmääritysmenetelmät. Perinteinen vaa-itus on tarkka, mutta hidas ja kallis menetelmä. Suunni-telmakaudella tutkitaan tarkkavaaituksen korvaavia menetelmiä korkeusjärjestelmän luomisessa ja kehittä-misessä ja tehdään suunnitelma uudeksi korkeusjärjes-telmäksi. Samalla kehitetään menetelmät tarkkojen kor-keuden määritysten tekemiseen myös käytännön mitta-uksissa ja selvitetään korkeusjärjestelmän asemaa dy-naamisen koordinaattijärjestelmän näkökulmasta. Maannousu ja maankuoren liikemallit. Maannousu ja muut maankuoren liikkeet vaikuttavat sekä koordinaatti-

että korkeusjärjestelmiin. Suunnitelmakauden aikana parannetaan maannousu- ja 3-D liikemalleja niin että ne täyttävät dynaamisen tai semidynaamisen koordinaatti-järjestelmän käytännön vaatimukset. Tutkimus tapahtuu pääasiassa pohjoismaisena yhteistyönä Pohjoismaisen Geodeettisen Komission (NKG) työryhmissä, joka varmis-taa yhtenevät käytännöt Pohjoismaiden välillä. Merenkorkeuden muutokset Suomen rannikolla liittyvät globaaliin merenpinnan nousuun ja maannousuun, joi-den yhteisvaikutuksesta syntyy rannikoillamme nähtävä merenkorkeuden muutos. Merenpinnan nousulla voi Suomenkin rannikolla olla laajat yhteiskunnalliset seura-ukset. Ilmiön monimutkaisuuden vuoksi tarvitaan laajaa kansainvälistä yhteistyötä ja hallitusten välisen ilmasto-paneelin ennusteiden seurantaa. Tarkat geodeettiset mittaukset, kuten painovoimamuutokset, Etelämante-reen jäätiköiden muutosten seuranta ja painovoimasatel-liittien havainnot ovat avainasemassa näissä ennusteissa. Suunnitelmakaudella tuotetaan tarkkoja havaintoja näi-den ilmiöiden mittaamiseksi ja ymmärtämiseksi.

Ultratarkat mittaukset ja palvelut Geodeettinen metrologia on voimakkaasti kehittyvä ala. Tarkkuusvaatimusten lisääntyessä mittausten oikeelli-suus ja verifioitavuus tulee yhä tärkeämmäksi niin kansal-lisesti kuin Euroopan laajuisesti. Geodesiaan liittyvät tar-kat paikannuspalvelut ja pienten liikkeiden mittaamiseen tai painovoimaan liittyvät tarkkuusmittaukset ja kalib-roinnit vaativat osaamista, laitteita ja myös metrologista statusta, joita koko Euroopassa ei ole kovin monella. Alal-la ei ole kaupallisia toimijoita, jotka voivat antaa kalib-rointitodistuksen geodesiaan liittyvistä mittauksista. Kalibrointitoiminta ja ultratarkat mittaukset. Paikkatie-tokeskus on mitannut useisiin maihin perusviivoja ja pai-novoimapisteitä joille on annettu kalibrointitodistus. Vaa-ituslaitteiden kalibrointi, kalibrointilaitteistojen ja -mene-telmien kehitystyö ja osallistuminen eurooppalaisiin tut-kimusohjelmiin ovat osa kansallista geodeettista huip-puosaamista, joka palvelee myös kansallisten järjestelmi-en tarkkuutta ja luotettavuutta. Suunnitelmakaudella toiminta monipuolistuu kattamaan niitä tarpeita, joita uudet menetelmät ja järjestelmät vaativat.

Pienten liikkeiden ja deformaatioiden mittaaminen luotettavasti verifioitavalla tarkkuudella, luonnonilmiöi-den aiheuttamat laaja-alaiset tai hitaat muutokset (esim. maannousu, vuoksi-ilmiöiden vaikutukset, merenpinnan muutokset, painovoimamuutokset) voivat olla esimerkik-si ydinturvallisuuden kannalta keskeisiä. Suunnitelma-kaudella kehitetään valmiuksia toteuttaa tällaisten mit-tausten suorittamista.

GNSS-palvelut. FinnRef-verkon ja tarvittaessa paikallisten tihennysten avulla luodaan mahdollisuudet tarkkojen paikannuspalveluiden käytölle ja sen myötä uusille pai-kannussovelluksille. Erityinen huomio kiinnitetään palve-lujen saatavuuteen, käytettävyyteen ja luotettavuuteen.

Uusien paikannusjärjestelmien käyttöönotto ja niihin liittyvät käytännön ongelmat vaativat mm. järjestelmien tarkkuuden, käytettävyyden ja laitteiden yhteiskäyttöi-syyden tutkimista. Tähän liittyen parannetaan valmiuksia laitteiden ja menetelmien testaamiseen.

Euroopan komission johtama GRC-työryhmä koor-dinoi ja suunnittelee eurooppalaisen Galileo-paikannus-järjestelmän käytettävyysmonitorointia, jolla taataan paikannuspalvelun toiminta koko EU:n alueella. Suomi osallistuu työryhmään toimintaan osana paikannus-palvelujen parantamista koko EU:n alueella.

FGI:n Kansallisen mittanormaali- laboratorion kalibrointipalvelut

Paikkatietokeskus FGI on kahden mittaussuureen, pu-toamiskiihtyvyyden ja pituuden kansallinen mittanor-maalilaboratorio. Se kalibroi elektronisia tarkkuusetäi-syysmittareita ja mittaa geodeettisia kalibrointiperusvii-voja ja testikenttiä. Se kalibroi myös tarkkavaaituslattoja, niin digitaalisia kuin perinteisiä, ja suorittaa digitaalivaa-ituskojeiden järjestelmäkalibrointia. Masalan laboratori-oiden lisäksi kalibrointimittauksia tehdään Nummelan normaaliperusviivalla ja Metsähovin tutkimusaseman GNSS-antennien testikentällä.

Valtaosa mittauksista tehdään kenttäoloissa tai muu-ten todellista käyttötilannetta vastaavissa oloissa. Paino-voimamittauksia tehdään asiakkaan haluamassa paikas-sa. Masala–Vihti-kalibrointilinjaa käytetään relatiivigra-vimetrien kalibrointiin. Kaikkiin mittauksiin liittyy jäljitet-tävyys SI-järjestelmän mittayksiköihin tunnettuine mitta-usepävarmuuksineen. Samalla tehdään omien laitteiden kalibroinnit, joka takaa ultratarkkojen mittausten todelli-sen tarkkuuden ja luotettavuuden.

Strategiset tavoitteet 2017 – 20126 Vuoteen 2026 mennessä on

- luotu valmius semidynaamisen järjestelmän käyttöön kaikessa paikkatietotuotannossa sekä selvitetty mah-dollisuudet siirtyä täysin dynaamiseen koordinaattijärjestelmään

- selvitetty vaatimukset aktiiviseen kiintopisteistöön siirtymisestä eri referenssijärjestelmien kannalta ja otettu

FinnRef-verkkoon liittyvä pisteistö osaksi semidynaamista järjestelmää

- Metsähovin geodeettinen tutkimusasema on osana YK:n päätöslauselman mukaista kansainvälistä geodeet-tisten perusasemien verkkoa ja tuottaa korkeatasoista tutkimusta

- uudet maannousu- ja geoidimallit tarjoavat tarkat 3D-mallit dynaamisen ja semidynaamisen järjestelmän vaa-

timille muunnoksille ja korkeusjärjestelmän ylläpidolle - luotu menetelmät valtakunnallisen korkeusjärjestelmän ylläpidolle - metrologisesti luotettavat ja tarkat koordinaatti-, korkeus- ja painovoimajärjestelmät tarjoavat helposti saa-

tavilla olevat paikkatiedot kaikkien käytössä olevien sovellusten tarpeisiin