Search

The planning system for Finnish non-industrial private forests has based on regional inventory since 1970s. The inventory system has been compartmental field inventory covering one region at a time. Holding-level management plan is produced for such forest owners who are willing to pay for it. Forestry Centres have been the main organization producing the plans. At the moment there is undergoing an organization reform. In addition, the methods and information system for the planning are changing. The aim of this study is to promote the renewal in forest planning process so that it takes into consideration social aspects and learning together with technical changes. Forest planning is examined from the point of view of the practical planning work, as an activity of forestry professionals. The historical development of planning activity is included. The study is multidisciplinary, qualitative research applying ideas of developmental work research (DWR) and expansive learning. Data of sub-studies consist of written papers, interviews and active developmental sessions. Qualitative content analysis assisted by NVivo software was used. The guidelines of planning work are uniform in whole country. Communicating with the forest owner means marketing, enquiring objectives and advising. Co-operation with stakeholders is related to marketing and information exchange. The information produced in forest planning process is broadly utilized in planning of practical forestry operations. Official data transfer and informal enquiries are important in information exchange. The planners have two competing objects for the planning activity: the forest and the forest owner. The knowledge and the behavior of the forest owner is object of the work, the aim is to produce benefits for the owner. At the same time preserving or improving the productiveness of forest is another object. This means enhancing good silviculture according to forest management guidelines aiming at well managed forest. The action in the forest and satisfied forest owner are motivating factors for the planner. Also the collective motivation originating from societal wellbeing through forestry is strong. The development of forest planning should be towards more customer-oriented and genuinely multi-objective planning. Also enhancing co-operation between operators is essential. The present regional inventory based planning model does not support these aims. The forest owner and services for him/her should be more on the focus as object of planning activity. Dividing present planning system into informing system and consultative decision support clarifies the planning activity. Focusing on the forest owner and services is essential. The cooperative development of new mode of forest planning must continue. Yksityismetsien metsäsuunnittelu Suomessa on muutoksessa. Tilakohtaiset metsäsuunnitelmat on aiemmin tuotettu pääosin metsäkeskusten toimesta alueellisen metsävaratiedon keruun yhteydessä. Organisaatiomuutos edellyttää uutta metsäsuunnittelumallia; metsävaratiedon keruu ja tilakohtaisten metsäsuunnitelmien tuottaminen erotetaan toisistaan. Metsien inventointi on muuttunut maastotyöhön pohjautuvasta kuvioittaisesta arvioinnista laserkeilaukseen perustuvaksi. Myös muut yhteiskunnan ja metsätalouden muutokset haastavat metsäsuunnittelun. Tämän väitöstutkimuksen tavoitteena on tukea metsäsuunnittelussa tapahtuvaa muutosta niin, että teknisten uudistusten ohella otetaan huomioon sosiaalinen järjestelmä ja oppiminen. Tutkimuksen mukaan metsä ja metsänomistaja kilpailevat metsäsuunnittelijan työn kohteina. Metsänomistajan tietoon ja toimintaan vaikuttaminen on metsäsuunnittelijan työn kohde ja hyödyn tuottaminen metsänomistajalle tavoite. Työ metsänomistajan kanssa motivoi metsäsuunnittelijaa. Toisaalta metsien hyvä kasvukunto on tärkeä tavoite. Hyvä metsänhoito, joka perustuu metsänhoitosuosituksiin ohjaa työtä metsässä. Metsäsuunnittelijalla on myös vahva kollektiivinen motiivi työlleen yleisen ja paikallisen hyvinvoinnin tuottamiseen. Metsäsuunnittelua tulisi kehittää lisäämällä suunnittelun asiakaslähtöisyyttä ja monitavoitteisuutta sekä yhteistyötä toimijoiden välillä. Metsäsuunnittelussa metsänomistajan ja hänelle tuotettavien palvelujen tulee olla nykyistä enemmän toiminnan kohteena. Tilakohtaisen metsäsuunnittelun eriyttäminen metsävaratiedon keruusta selkiyttää toimintaa. Uutta toimintamallia kehitettäessä tulee edelleen pohtia, mitä ja kenelle toiminnassa tuotetaan. Metsäsuunnittelijoiden osaaminen on resurssi, jota ei tule uudistuksessa kadottaa. Metsäsuunnittelun uusi kohde ja tavoitteet tulee varmistaa yhteisen kehitystyön jatkamisen kautta. Tutkimus on monitieteellinen, laadullinen tutkimus, jota kehittävä työntutkimus ja ekspansiivinen oppiminen ohjasivat. Metsäsuunnittelijan työ ja metsäsuunnittelun historiallinen kehitys olivat tutkimuksen keskeiset lähtökohdat. Osatutkimusten aineistona käytettiin valmiita kirjallisia aineistoja, erilaisia haastatteluja sekä toteutettiin toiminnallisia kehittämisistuntoja. Pääasiasiallinen analyysimenetelmä oli laadullinen sisällönanalyysi.

Forest management is facing new challenges under climate change. By adjusting thinning regimes, conventional forest management can be adapted to various objectives of utilization of forest resources, such as wood quality, forest bioenergy, and carbon sequestration. This thesis aims to develop and apply a simulation-optimization system as a tool for an interdisciplinary understanding of the interactions between wood science, forest ecology, and forest economics. In this thesis, the OptiFor software was developed for forest resources management. The OptiFor simulation-optimization system integrated the process-based growth model PipeQual, wood quality models, biomass production and carbon emission models, as well as energy wood and commercial logging models into a single optimization model. Osyczka s direct and random search algorithm was employed to identify optimal values for a set of decision variables. The numerical studies in this thesis broadened our current knowledge and understanding of the relationships between wood science, forest ecology, and forest economics. The results for timber production show that optimal thinning regimes depend on site quality and initial stand characteristics. Taking wood properties into account, our results show that increasing the intensity of thinning resulted in lower wood density and shorter fibers. The addition of nutrients accelerated volume growth, but lowered wood quality for Norway spruce. Integrating energy wood harvesting into conventional forest management showed that conventional forest management without energy wood harvesting was still superior in sparse stands of Scots pine. Energy wood from pre-commercial thinning turned out to be optimal for dense stands. When carbon balance is taken into account, our results show that changing carbon assessment methods leads to very different optimal thinning regimes and average carbon stocks. Raising the carbon price resulted in longer rotations and a higher mean annual increment, as well as a significantly higher average carbon stock over the rotation. Metsien hoito kohtaa uusia haasteita ilmastonmuutoksesta johtuen. Muokkaamaalla harvennusohjelmia perinteinen metsänhoito voidaan mukauttaa metsävarojen käytön erilaisiin tavoitteisiin, kuten puuaineen laatu, metsäbioenergia ja hiilen sidonta. Tässä väitöskirjassa kehitetään optimointi-simulointijärjestelmä, jolla voidaan saavuttaa monitieteinen ymmärrys puutieteen, metsäekologian ja metsäekonomian vuorovaikutuksista. Työssä kehitettiin OptiFor-sovellus metsänkäsittelyä varten. OptiFor-simulointi-optimointijärjestelmä yhdistää prosessipohjaisen PipeQual-kasvumallin, puuaineen laadun mallit, biomassan tuotannon ja hiilipäästöjen mallit sekä energiapuu- ja korjuukustannusmallit yhdeksi optimointimalliksi. Optimointialgoritmina päätösmuuttujien optimiarvojen määrittämiseksi käytettiin Osyczkan suora- ja satunnaishakualgoritmia. Tämän väitöskirjan numeeriset tutkimukset laajensivat nykytietämystä ja ymmärrystä puutieteen, metsäekologian ja metsäekonomian suhteista. Puuntuotantoa koskevat tulokset osoittavat, että optimaalinen harvennusohjelma riippuu kasvupaikasta ja nuoren metsikön ominaisuuksista. Puun laadun kohdalla tulokset osoittivat, että kasvava harvennusvoimakkuus johti alempaan puun tiheyteen ja lyhyempiin kuituihin. Ravinteiden lisääminen kiihdytti tilavuuskasvua mutta alensi puun laatua kuusella. Kun energiapuuharvennusta tarkasteltiin yhdessä perinteisen metsänkasvatuksen kanssa, todettiin, että perinteinen metsänkasvatus ilman energiapuun korjuuta oli edullisin tapa alhaisen tiheyden männiköissä. Energiapuun korjuu ensiharvennuksissa oli sen sijaan edullista tiheissä metsiköissä. Kun metsän hiilitasapaino otetaan huomioon, tulosten mukaan eri hiililaskennan menetelmät johtavat hyvin poikkeaviin optimaalisiin harvennusohjelmiin ja keskimääräisiin hiilivarantoihin. Hiilen hinnan nostaminen johti pidempiin kiertoaikoihin ja korkeampaan keskikasvuun sekä huomattavasti korkeampaan hiilivarantoon kiertoajan kuluessa.

Burnt area mapping in humid tropical insular Southeast Asia using medium resolution (250-500m) satellite imagery is characterized by persisting cloud cover, wide range of land cover types, vast amount of wetland areas and highly varying fire regimes. The objective of this study was to deepen understanding of three major aspects affecting the implementation and limits of medium resolution burnt area mapping in insular Southeast Asia: 1) fire-induced spectral changes, 2) most suitable multitemporal compositing methods and 3) burn scars patterns and size distribution. The results revealed a high variation in fire-induced spectral changes depending on the pre-fire greenness of burnt area. It was concluded that this variation needs to be taken into account in change detection based burnt area mapping algorithms in order to maximize the potential of medium resolution satellite data. Minimum near infrared (MODIS band 2, 0.86μm) compositing method was found to be the most suitable for burnt area mapping purposes using Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) data. In general, medium resolution burnt area mapping was found to be usable in the wetlands of insular Southeast Asia, whereas in other areas the usability was seriously jeopardized by the small size of burn scars. The suitability of medium resolution data for burnt area mapping in wetlands is important since recently Southeast Asian wetlands have become a major point of interest in many fields of science due to yearly occurring wild fires that not only degrade these unique ecosystems but also create regional haze problem and release globally significant amounts of carbon into the atmosphere due to burning peat. Finally, super-resolution MODIS images were tested but the test failed to improve the detection of small scars. Therefore, super-resolution technique was not considered to be applicable to regional level burnt area mapping in insular Southeast Asia. Laaja valikoima erilaisia maankäyttöluokkia, pilvisyys ja kosteikkoalueiden suuri määrä luovat erityispiirteet paloalueiden kartoitukselle Kaakkois-Aasian saariston kostean troppisissa olosuhteissa keskiresoluutioisilla (250m-500m) satelliittikuva-aineistoilla. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli syventää ymmärrystä keskiresoluutioisen paloaluekartoituksen toteutukseen ja rajoituksiin Kaakkois-Aasian saaristossa vaikuttavista tekijöistä. Tutkimuksen tulokset paljastivat suurta vaihtelua tulipalojen aiheuttamissa heijastussäteilyn muutoksissa riippuen palaneen alueen vehreydestä ennen tulipaloa. Johtopäätöksenä todettiin että keskiresoluutioisten satelliittikuvien koko potentiaalin hyödyntämiseksi paloalueiden kartoituksessa tämä vaihtelu tulisi ottaa huomioon paloalueiden havainnointialgoritmeissa jotka perustuvat heijastussäteilyn muutosten seurantaan. Tähän ajatukseen perustuvaa paloalueiden kartoitusta myös kokeiltiin aineistoilla jotka oli tutkimuksissa todettu parhaiten tarkoitukseen sopiviksi. Paloalueiden muoto- ja kokojakauman analyysiin sekä käytännön testeihin perustuen keskiresoluutioinen paloalueiden kartoitus todettiin käyttökelpoiseksi Kaakkois-Aasian saariston kosteikkoalueilla. Muilla alueilla sen sijaan paloalueiden pieni koko uhkasi vakavasti sen käyttökelpoisuutta. Keskiresoluutioisten satelliittikuva-aineistojen käyttökelpoisuus paloalueiden kartoitukseen kosteikkoalueilla on kuitenkin merkittävää sillä viime aikoina Kaakkois-Aasian kosteikkoalueet ovat monilla tieteenaloilla nousseet kiinnostuksen kohteeksi vuosittain esiintyvien tulipalojen takia. Vuosittaiset tulipalot eivät ainoastaan heikennä näitä ainutlaatuisia ekosysteemejä vaan lähinnä palavan turpeen johdosta myös aiheuttavat pahoja alueellisia savusumuongelmia ja vapauttavat maailmanlaajuisesti merkittäviä määriä hiilidioksidia ilmakehään. Tämän tutkimuksen tulokset osaltaan luovat pohjaa yhä tarkempien alueellisten paloalueiden kartoitusmenetelmien kehittämiselle. Näillä menetelmillä kerättävä tieto paloalueiden laajuudesta ja sijainneista antaa muiden alojen tutkijoille yhä paremmat mahdollisuudet arvioida Kaakkois-Aasian saariston kosteikkoalueiden tulipalojen paikallisia, alueellisia ja maailmanlaajuisia vaikutuksia.

The main aim in forest mapping and monitoring is to produce accurate information for forest managers with the use of efficient methodologies. For example, it is important to locate harvesting sites and stands where forest operations should be carried out as well as to provide updates regarding forest growth, among other changes in forest structure. In recent years, remote sensing (RS) has taken a significant technological leap forward. It has become possible to acquire three-dimensional (3D), spatially accurate information from forest resources using active RS methods. In practical applications, mainly 3D information produced by airborne laser scanning (ALS) has opened up groundbreaking potential in natural resource mapping and monitoring. In addition to ALS, new satellite radars are also capable of acquiring spatially accurate 3D information. The main objectives of the present study were to develop 3D RS methodologies for large-area forest mapping and monitoring applications. In substudy I, we aim to map harvesting sites, while in substudy II, we monitor changes in the forest canopy structure. In studies III-V, efficient mapping and monitoring applications were developed and tested. In substudy I, we predicted plot-level thinning maturity within the next 10-year planning period. Stands requiring immediate thinning were located with an overall accuracy of 83%-86% depending on the prediction method applied. The respective prediction accuracy for stands reaching thinning maturity within the next 10 years was 70%-79%. Substudy II addressed natural disturbance monitoring that could be linked to forest management planning when an ALS time series is available. The accuracy of the damaged canopy cover area estimate varied between -16.4% to 5.4%. Substudy II showed that changes in the forest canopy structure can be monitored with a rather straightforward method by contrasting bi-temporal canopy height models. In substudy III, we developed a RS-based forest inventory method where single-tree RS is used to acquire modelling data needed in area-based predictions. The method uses ALS data and is capable of producing accurate stand variable estimates even at the sub-compartment level. The developed method could be applied in areas with sparse road networks or when the costs of fieldwork must be minimized. The method is especially suitable for large-area biomass or stem volume mapping. Based on substudy IV, the use of stereo synthetic aperture radar (SAR) satellite data in the prediction of plot-level forest variables appears to be promising for large-area applications. In the best case, the plot-level stem volume (VOL) was predicted with a relative error (RMSE%) of 34.9%. Typically, such a high level of prediction accuracy cannot be obtained using spaceborne RS data. Then, in substudy V, we compared the aboveground biomass and VOL estimates derived by radargrammetry to the ALS estimates. The difference between the estimation accuracy of ALS based and TerraSAR X based features was smaller than in any previous study in which ALS and different kinds of SAR materials have been compared. In this thesis, forest mapping and monitoring applications using active 3D RS were developed. Spatially accurate 3D RS enables the mapping of harvesting sites, the monitoring of changes in the canopy structure and even the making of a fully RS-based forest inventory. ALS is carried out at relatively low altitudes, which makes it relatively expensive per area unit, and other RS materials are still needed. Spaceborne stereo radargrammetry proved to be a promising technique to acquire additional 3D RS data efficiently as long as an accurate digital terrain model is available as a ground-surface reference. Metsien kartoitus ja seuranta aktiivisella 3D-kaukokartoituksella. Metsävaroista kerätään mahdollisimman tarkkaa tietoa metsänomistajan päätöksenteon tueksi. Tietoa kerätään puustotunnusten lisäksi toimenpidekohteista ja metsässä tapahtuvista muutoksista, kuten kasvusta ja luonnontuhoista. Laajojen metsäalueiden kartoituksessa käytetään apuna lentokoneesta tai satelliiteista tehtävää kaukokartoitusta. Metsien kaukokartoitus on viime vuosina ottanut merkittävän kehitysaskeleen, kun aktiiviset 3D-kaukokartoitusmenetelmät ovat yleistyneet. Aktiivisessa kaukokartoituksessa, kuten laserkeilauksessa ja tutkakuvauksessa instrumentti vastaanottaa lähettämäänsä säteilyä. Laserkeilaus tuottaa kohteesta 3D-havaintoja, jotka metsäalueilla kuvaavat suoraan puuston pituutta ja metsän tiheyttä. Laserkeilauksella kohteesta saadaan tällä hetkellä tyypillisesti 0,5−20 havaintoa/m2. Laserkeilaus tehdään lentokoneesta 500−3000 m korkeudesta, jolloin aineiston hankinta laajoilta alueilta on kallista verrattuna satelliittikuviin. Myös satelliittitutkakuvilta voidaan tuottaa spatiaalisesti tarkkaa 3D-tietoa, jonka pistetiheys on tosin huomattavasti harvempaa kuin laserkeilauksella. Tutkimuksessa kehitettiin sovelluksia metsien kartoitukseen ja seurantaan hyödyntäen aktiivisia 3D-kaukokartoitusmenetelmiä. Metsiköiden toimenpidetarvetta ennustettiin onnistuneesti laserkeilausaineiston avulla. Harvennettaviksi luokitellut metsiköt pystyttiin kartoittamaan 70%−86% tarkkuudella. Kahden ajankohdan laserkeilausaineistoja käytettiin lumituhojen vuoksi vaurioituneiden puiden kartoittamiseen. Tuhoutuneen latvuspinta-alan kartoitus perustui laserkeilausaineistosta tuotettujen latvusmallien erotuskuviin. Kehitetty menetelmä soveltuu latvusrakenteessa tapahtuneiden muutosten, kuten lumi- ja tuulituhojen, kartoittamiseen ja seurantaan. Laajojen metsäalueiden kartoitus perustuu yleensä kaksivaiheeseen inventointimenetelmään, jossa käytetään maastomittauksia ja tiedon yleistyksessä kaukokartoitusaineistoa. Kartoitusta voidaan tehostaa joko maastomittauksia vähentämällä tai hyödyntämällä mahdollisimman halpaa kaukokartoitusaineistoa. Tutkimuksessa kehitettiin täysin kaukokartoitukseen perustuva kaksivaiheinen metsien inventointimenetelmä. Tarvittava maastotieto mitattiin suoraan laserkeilausaineistosta. Menetelmä soveltuu puuston tilavuuden tai biomassan kartoitukseen erityisesti alueille, joilla maastomittausten kustannukset ovat merkittävät. Satelliittitutkakuvat ovat potentiaalinen aineisto etenkin laajojen alueiden metsävarojen seurannassa. Synteettisen apertuurin tutka (SAR)-stereokuvilta mitattiin automaattisesti 3D-pisteitä, joita käytettiin puustotunnusten ennustamisessa. Keskitilavuus ennustettiin parhaimmillaan lähes samalla tarkkuudella kuin laserkeilauksella. Tutkimus osoitti aktiivisen 3D-kaukokartoitustiedon mahdollistavan entistä yksityiskohtaisemman metsien kartoituksen ja seurannan.