GIM 2 viikko 5: Vaellusreittejä ja katvealueita

Tämän viikon harjoituksen aihe oli mielenkiintoinen ja luova: harjoituksessa tutkittiin Kevon kanjonin alueen mobiililaitteiden kuuluvuusalueita. Näitä alueita selvitettiin ArcGIS:n Visibility-työkalun avulla. Päästiinpä tällä viikolla myös nostalgisiin TEM-kurssin tunnelmiin vaellusreitin digitoimisen parissa!

Harjoitusaineisto sisälsi Maanmittauslaitoksen Kevon alueen korkeusmallin, joka on laajempi edellisten viikkojen korkeusmalleihin verrattuna. Lisäksi aineisto sisälsi Kevon alueen linkkimastot pisteaineistona (Maanmittauslaitos).

 

  1. Näkyvyysanalyysin valmistelu ja reitin digitointi

Ensimmäisenä päästiin työntämään kädet saveen ja muistelemaan menneitä, kun suunniteltiin ja digitoitiin vaellusreitti Kevon tutkimusasemalta Karigasniementien parkkipaikalle. Open Street Map tarjosi polkureitit, joita pitkin sitten päästiin tuttuun kliksuttelun makuun. Itse digitointi oli tuttua puuhaa vuoden takaiselta Tiedon esittäminen maantieteessä -kurssilta. Tähän aikaa meni arviolta noin tunti. Digitonnin jälkeen valmis reittiviiva muutettiin kolmiulotteiseksi korkeusmallia mukailevaksi viivaksi Interpolate Shape -työkalun avulla. Kuvassa 1 on karttakuva korkeusmallista sekä digitoimastani vaellusreitistä, jonka pituudeksi muodostui 65,65 km (Measure Features -työkalu).

Kuva 1. Digitoitu vaellusreitti sekä korkeusmalli

 

 

  1. Kuuluvuusalueet

Seuraavaksi ryhdyttiin viikon pääteeman kimppuun, eli GSM-verkon tutkimiseen vaellusreitin alueella. Analyysissa oletettiin yksinkertaisuuden vuoksi, ”että GSM-signaalit eivät kuulu maastoesteiden taakse” (harjotusohje), koska niin sanottu suora yhteys (line-of-sight) puhelimen ja tukiaseman välillä takaa parhaan mahdollisen signaalin.

Homma aloitettiin näkyvyysanalyysilla, joka toteutettiin Visibility-työkalun avulla. Näkyvyysanalyysi ”määrittelee yhdestä tai useammasta pistekohteesta näkyvät alueet” (Holopainen et al.) Näkyvyysanalyysit voivat olla niin sanottuja Vievshed analyysejä, joissa on useita katselupisteitä, tai Line of Sight -analyysejä, joissa on yksi katselupiste (luentodiat).

Työkalussa oli monen monta eri parametria ja ominaisuutta, jotka kyllä tulivat tutuiksi, kun myöhemmin Visibility-työkalua käytettiin uudestaan (ja erinäisten ongelmien vuoksi toistojakin tuli runsaasti itselleni). Työkalu vaikuttaakin monipuoliselta ja se antaa melko tarkan lopputuloksen, kun työkaluun syötetään esimerkiksi korkeus maanpinnasta (tässä tapauksessa 2 metriä, jolla puhelinta voisi pidellä) ja maksimietäisyys (tässä tapauksessa 35 km, ”joka on ollut GSM:n teoreettinen maksimikantama”). Itselleni ei ihan auennut, että mitä analyysin tuloksena saadut seitsemän eri luokkaa tarkoittavat. Kenties sitä, että kuinka monen maston signaali aina tiettyyn rasteriin yltää?

Analyysin tekemisen jälkeen tämä rasteritaso muutettiin Reclassifyn avulla polygonitasoksi: 0-arvot, eli kuuluvuusalueen ulkopuoliset pikselit, saivat arvoksi NODATA, ja kaikki muut arvon 1. Tämä muutettiin vielä polygoniksi Raster to Polygon -työkalulla. Tämän jälkeen Erase-työkalun avulla selvitettiin vaellusreitin katvealueet, eli johon ei yhdenkään maston signaali yllä. Tämä työkalu poisti ne vaellusreitin osat, jotka olivat kuuluvuusalueen sisäpuolella ja jätti jäljelle vain reitin katvealueet. Kuvassa 2 on valmis lopputulos näiden analyysien jälkeen.

Kuva 2. GSM-verkon kuuluvuusalueet ja reitin katvealueet
Kuva 3. Yksityiskohta reitin ja GSM-verkon kuuluvuusalueen päällekkäisyydestä

 

Vaellusreitin katvealueen pituus on 36,61 km, eli noin 55,8% koko vaellusreitistä. Analyysi antaa suuntaa-antavan arvion vaellusreitin GSM-kuuluvuudesta, mutta sitä voisi parantaa esimerkiksi ottamalla huomioon myös sen, että GSM-signaalit voivat kulkeutua maastoesteidenkin taakse esim. heijastumalla. Käytännössä en osaa sanoa, miten tämä otettaisiin huomioon. Ehkä vain suuntaa-antavasti pienentämällä katvealuetta jonkin verran?

 

  1. Näkyvyysanalyysi reitin katvealueesta

Seuraavaksi päästiin leikkimään GSM-verkkoinsinööriä tms, kun tehtävänä oli sijoittaa alueelle yksi uusi tukiasemamasto sopivaan sijaintiin. Päätin sijoittaa maston tasaiselle alueelle lähelle vaellusreittiä (kuva 4).

Kuva 4. Uuden maston sijainti Vuogojärven kupeessa, maantieteelliset koordinaatit: 26,8651621°E 69,5763107°N

Tämän jälkeen päästiin päästiin näkyvyysanalyysin pariin, mutta tällä kertaa vaellusreitin katveosuuksien pohjalta. Näkyvyysanalyysin pyörittämisessä menikin tovi aikaa, koska analyysi tehtiin koko vaellusreitin pituudelta. Tärkeää oli muistaa asettaa analyysin resoluutiota pienemmäksi, jotta analyysin laskentaan ei kuluisi monta päivää (itse asetin solukooksi 100), sekä Processing extent tutkittavan alueen kokoiseksi, kuten edelliselläkin kerralla. Kuvassa 5 on valmis lopputulos.

Kuva 5. Näkyvyysanalyysi uuden tukiasemamaston asettamisen jälkeen

Totta puhuen nyt en ole varma, että mitä yksikköä kartassa esitetyt luvut ovat, eli mitä 1880 Observers tarkoittaa. Oletan kuitenkin, että mitä suurempi arvo, niin sitä parempi kuuluvuus tällä rasterilla on. Itse määrittelemäni uuden maston sijainti sijaitsee noin 9,87 kilometrin päässä suurimman rasterin 1880 arvosta (Measure distance; kuva 6). Ei hirveän kaukana siis, jes!

Kuva 6. Punainen piste = suurin rasteriarvo, musta piste = oma uusi mastopiste

Resoluution pienentäminen luonnollisesti vaikuttaa analyysin tuloksen tarkkuuteen. Tässä analyysissa yhden rasterin koko oli 100 m x 100 m, kun aiemmassa näkyvyysanalyysissa se oli noin 10 m x 10 m. Analyysin tulos oli siis kymmenenkertaisesti karkeampi.

 

  1. Uudet kuuluvuusalueet

Kun uusi tukiasemamasto on pystytetty, niin kuuluvuusanalyysi tehtiin uudestaan sisällyttäen mastot-tasoon uusi tukiaseman piste. Se lisättiin paikoilleen Create-työkalulla. Tämän jälkeen tehtävän 2 toimenpiteet tehtiin uudestaan. Työvaiheet eivät kuitenkaan omalla kohdallani sujuneet lainkaan yhtä jouhevasti kuin edellisellä kerralla – Visibility-työkalu huusi tuntematonta Erroria alvariinsa (kuva 7). Eteneminen vaati pari kertaa ArcGIS:n uudelleenkäynnistämisen (tästä tuli mieleen eräs sitsilaulu). Visibilystä on olemassa kaksi versiota, 3D Analyst Tool ja Spatial Analyst Tool, joista toinen ainakin tuntui toimivan paremmin tässä tapauksessa; sitä käytettäessä ei tullut Erroria. ModelBuilderin käyttö olisi ollut hyödyllistä ja jouheuttanut työskentelyä huomattavasti, mutta oppimiskokemuksena tämänkin voi ottaa.

Kuva 7. Tuntematon error

 

Kuva 2
Kuva 8. GSM-kuuluvuusalueet ja katvealueet uuden maston pystytyksen jälkeen

Kuvassa 8 on valmis lopputulos tästä paremmasta kuuluvuusalueesta. Lisäsin viereen kuvan 2, eli GSM-verkon kuuluvuusalueen ennen uuden maston pystyttämistä. En tiedä miten olisin saanut kuuluvuusalueet selville muuten kuin Measure Features -työkalulla, joka valitsi kerrallaan vain osan polygoneista. Valitsin kummastakin kuuluvuusaluekartoista samat kolme polygonia, joista vanhan kuuluvuusalue on tämän mukaan kooltaan noin 3202 km², ja uuden koko noin 3318 km², eli kuuluvuusalue olisi uuden maston kanssa noin 4% kattavampi. Tämä ei tosin ole luotettavaa tietoa juuri edellä mainitun seikan takia.

BONUS: 3D-visualisointi

Tämän viikon bonus-tehtävä vaikutti sen verran mielenkiintoiselta, että päätin tarttua toimeen ja tehdä senkin. Aiheena oli tutustua ArcGIS:n 3D-ominaisuuksiin ja tehdä 3D-visualisointi Kevon kanjonin alueesta. Liitin tähän karttaan tasot sekä itse 3D-vaellusreitistä (keltainen viiva) että vaellusreitin katvealueista (punainen viiva). Näiden reittien korkeustiedot on saatu niiden geometrisista Z-arvoista. Muutin näiden viivatasojen Cartographic offset -parametreja kahdella metrillä, jotta ne erottuvat muusta maastosta hiukan paremmin. Kuvassa 9 on yksi osuus tästä reitistä – muistuttaa Google Earthin 3D-näkymän tutkailua.

Kuva 9. 3D-karttavisualisointi vaellusreitin varrelta. Punainen viiva = kuuluvuusalueen ulkopuolella, keltainen viiva = kuuluvuusalueella

Mitä jäi käteen?

Näkyvyysanalyysit ovat kiinnostavia työkaluja, joita voi hyödyntää moneen niin yhteiskuntasuunnittelussa kuin vaikkapa soveltaen tällaisessa puhelinverkon tukiasemien sijoittelussa, jolloin saadaan selville kuuluvuusalue. Itse tekemällä vasta ymmärtää konkreettisesti sen, kuinka monipuolisiin toimintoihin erilaisia paikkatietoanalyysejä voi todellisuudessa hyödyntää. Tämä innostaa ja inspiroi oppimaan lisää paikkatietoanalyysien tekemisestä ja niiden hyödyntämisestä mitä monipuolisimpiin teemoihin. Visibility-työkalun kanssa sekoilu muistutti ModelBuilderin kätevyydestä, ja sitä täytynee rohkeammin hyödyntää tarvittaessa tulevissa harjoituksissa!

 

Lähteet

Holopainen et al. (2015). Geoinformatiikka luonnonvarojen hallinnassa. Helsingin yliopiston metsätieteiden laitoksen julkaisuja 7. s. 87-91

Leave a Reply

Your email address will not be published.