Työ maailman metsien digitaalisen kaksosen rakentamiseksi on edennyt puoliväliin. Viiden vuoden kuluessa valmistuu kattava digitaalinen malli, joka kattaa kaikki maailman metsät ja tarjoaa työkaluja niiden tilan ja kasvun analysointiin, kestävään metsänhoitoon sekä ilmastonmuutoksen vaikutusten mallintamisen. Tulevaisuudessa eri toimijat voivat tarkastella metsiä virtuaalisesti – ikään kuin digitaalisilla jokaisenoikeuksilla. VTT kehittää metsien digitaalista kaksosta osana Euroopan unionin aloitetta, jonka tavoitteena on luoda digitaalinen malli koko maapallosta.
Lue tiivistelmä
- Mallin tarkkuutta parannetaan kehittyneillä tekoäly- ja satelliittidatamenetelmillä, mikä auttaa arvioimaan metsien hiilitasetta ja monimuotoisuutta entistä paremmin.
- VTT:n koordinoimissa hankkeissa, kuten Forest DTC ja TerraDT, tutkitaan digitaalisten mallien soveltuvuutta ilmastoriskien ennustamiseen ja hyödynnetään laaja-alaista kansainvälistä yhteistyötä.
- Digitaalinen metsäkunta tarjoaa tulevaisuudessa pääsyn tiedon käyttöön laajan käyttäjäkunnan, kuten päätöksentekijöiden, yritysten ja kansalaisten, keskuudessa mahdollistaen laajemman ymmärryksen ihmisen toiminnan vaikutuksista luontoon.
Tiivistelmä on tekoälyn tekemä ja ihmisen tarkistama.
VTT on viimeisten viiden vuoden aikana kehittänyt maailman metsien digitaalista mallia eri hankkeiden kautta. Tavoitteena on, että viiden vuoden kuluttua Euroopan unionin Destination Earth -ohjelman digitaalinen maapallo, mukaan lukien metsien digitaalinen kaksonen, on valmis. Yhtenäisen mallin taustalla on useita tärkeitä syitä.
”Kansallisesti useissa maissa on jo käytössä erinomaisia malleja, joiden avulla metsien tilaa ja esimerkiksi hiilitasetta voidaan mitata hyvin tarkasti. Metsät, globaalit ilmiöt ja erilaiset ympäristöhaasteet eivät kuitenkaan tunne kansallisia rajoja. Maailmanlaajuisesti hiilitaseiden mittaamiseen ja ilmastonmuutoksen vaikutusten arviontiin tarvitaan työkaluja, jotka toimivat samojen periaatteiden ja standardien mukaisesti maiden rajoista riippumatta. Mallin avulla eri maiden metsistä saatava tieto on luotettavaa ja vertailukelpoista”, kertoo VTT:llä digitaalisen metsäkaksosen kehitystä vetävä johtava tutkija Matti Mõttus.
Kehitystä tarkkuuden, tekoälyn ja satelliittidatan saralla
Ennen kuin metsien digitaalinen malli on valmis, on ratkaistava vielä monia haasteita. Esimerkiksi kaikista maailman metsistä ei ole tarpeeksi kattavaa mittausdataa. Puuttuvan tiedon hankkimiseksi on hyödynnettävä muun muassa tekoälypohjaisia menetelmiä.
Lisäksi metsien digitaalisen mallin mittaustarkkuus vaatii vielä kehitystyötä.
”Ilmastomallissa yksi pikseli kattaa monta neliökilometriä metsää. Tarkkuus ei ole riittävä, jotta ymmärtäisimme tarpeeksi hyvin esimerkiksi metsien kaupallista arvoa, biodiversiteettiä ja muita hyötyjä. Tavoitteena on, että valmistuessaan metsien digitaalisella mallilla voidaan tutkia metsää jopa kymmenen metrin tarkkuudella missä päin maailmaa tahansa. Tarkkuuden ansiosta voidaan tehdä entistä parempia, todelliseen tietoon pohjautuvia päätöksiä, olipa kyseessä hiilitaseeseen, monimuotoisuuteen tai metsien kasvuun liittyvät asiat”, Mõttus kertoo.
Järjestelmä tarkentuu ja kehittyy lähitulevaisuudessa myös satelliittidatan ansiosta. Euroopan avaruusjärjestön (ESA) satelliittihankkeet ROSE-L, FLEX ja CHIME suuntaavat avaruuteen lähivuosina ja niiden tarjoamaa tietoa halutaan valjastaa digitaalisen metsäkaksosen käyttöön.
”Satelliitit hyödyntävät erilaisia teknologioita, kuten hyperspektrikuvantamista ja pidempää aallonpituutta käyttävää tutkateknologiaa. Tulevien satelliittihankkeiden tarjoaman datan avulla saadaan tarkempaa tietoa esimerkiksi metsäkadosta, metsien kemiallisesta koostumuksesta sekä niiden elinvoimaisuudesta kertovasta fotosynteesistä”, Mõttus sanoo.
Työ etenee askeleittain
Päävastuu metsien digitaalisen kaksosen kehittämisestä on VTT:llä. Kokonaisuutta rakennetaan eri hankkeiden kautta yhteistyössä muiden eurooppalaisten toimijoiden kanssa. Kahden seuraavan vuoden aikana työ etenee VTT:n vetämän ja ESA:n rahoittaman Forest Digital Twin Component (DTC) -hankkeen avulla. Marraskuussa 2024 käynnistynyt hanke keskittyy metsien mallintamiseen ja analysointiin edistyneiden laskenta- ja satelliittiteknologioiden avulla. Lisäksi Forest DTC -hankkeessa tutkitaan metsien digitaalisen mallin soveltuvuutta ilmastoriskien kuten metsäpalojen ja hyönteistuhojen ennustamiseen. Hanke yhdistää kuuden kumppanin osaamisen Suomesta, Saksasta, Portugalista, Espanjasta ja Tšekistä. Lisäksi VTT on mukana Horizon Europe -ohjelman rahoittamassa nelivuotisessa TerraDT-hankkeessa, jota vetää Tieteen tietotekniikan keskus CSC. Vuoden alussa käynnistyneessä hankkeessa keskitytään ilmaston digitaalisen kaksosen rakentamiseen osana Destination Earth -ohjelmaa. Metsillä on keskeinen rooli myös tässä hankkeessa.
Metsistä kertovaa mallia voidaan hyödyntää laajemmin myös muiden teemojen tutkimiseen. Jyväskylän yliopiston kanssa yhteistyössä toteutetussa hankkeessa on metsätiedon avulla tutkittu lintulajien esiintyvyyttä. Hanke toteutettiin Euroopan sääsatelliittijärjestö EUMETSAT:in ylläpitämässä Destination Earth Data Lake -laskentaympäristössä.
Maapallon digitaalisen kaksosen kehitystä johtaa ESA yhdessä EUMETSAT:in ja Euroopan keskipitkien sääennusteiden keskuksen ECMWF:n kanssa. Kokonaisuus muodostuu entistä tarkemmista ilmastomalleista, joita täydennetään aluekohtaisilla ja yksityiskohtaisilla malleilla esimerkiksi vesistöistä, jäätiköistä ja metsistä. Eri osa-alueista saatavan tiedon avulla ja sitä yhdistelemällä voidaan seurata luonnon ja ihmisen toiminnan vaikutuksia planeettaamme, ennakoida ääri-ilmiöitä ja suunnitella ratkaisuja ilmastoon liittyviin haasteisiin. Ensimmäisten joukossa maapallon metsiin pääsevät astumaan päätöksentekijät ja tutkijat. Jatkossa mallin käyttöä on tarkoitus laajentaa myös yrityksille, kansalaisjärjestöille ja tavallisille kansalaisille. Pääsyä tulevaisuustietoon voidaan pitää digitaalisena jokaisenoikeutena, joka auttaa meitä ymmärtämään tekojemme vaikutuksia – niin yhteiskuntana kuin yksityisinä metsänomistajina.
Digitaalisen kaksosen rakentaminen edellyttää monialaista osaamista. VTT:n laaja osaaminen kattaa esimerkiksi data-analytiikan, ohjelmistokehityksen, mallinnuksen ja simulaation. Lisäksi VTT:llä on syvällistä ymmärrystä ja kokemusta metsän kaukokartoituksesta sekä kykyä hyödyntää satelliittidataa ja koneoppimista reaaliaikaisen tilannekuvan luomiseen.
