Browsing by discipline "Forest Resource Science and Technology"

Energiapuun käyttömäärät ovat kasvaneet viimeisen vuosikymmenen aikana huomattavasti. Energiapuun hankinta voidaan hoitaa ainespuun hakkuun kanssa samanaikaisesti integroituna hakkuuna tai erillishakkuuna, jossa hankittu puu menee vain energiakäyttöön. Energiakäyttöön menevästä puusta osa korjataan pieniläpimittaisena kokopuuna, jossa puuta ei erikseen karsita ennen sen haketusta. Kokopuun korjuumenetelmiä on useita, joista tässä tutkimuksessa tarkastellaan kokopuun paalausta sekä kokopuun hankintaa korjurilla. Kokopuupaalain on metsätraktorin alustalle kiinnitetty paalainyksikkö, joka sitoo paalainyksikköön syötetyt puut tiiviiksi paaleiksi. Paalainpohjaisen logistiikkaketjun tehokkuuden lisäys perustuu kasvaneeseen metsä- ja kaukokuljetuksen tuottavuuteen ja sen myötä alentuneisiin kustannuksiin. Korjuri pohjautuu myös metsätraktoriin ja huomattavimpana muutoksena tähän on korjuriin asennettu hakkuulaite. Korjurin logistiikkaketjun tehokkuuden lisäys perustuu ketjun metsätoiminnoissa tarvittavaan yksinkertaiseen yhden koneen korjuuketjuun. Korjuri tuottaa kokopuuta irtonaisena. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli selvittää kokopuupaalaimen ja korjurin toimintamallien eroja aikatutkimuksen avulla sekä vertailla koko logistiikkaketjujen kustannuksia toisiinsa. Tutkittu paalain oli Logman 811FC -alustakoneeseen pohjautuva Fixteri Oy:n valmistama Fixteri II -paalainyksikkö. Vertailukoneena oli Timberjack 810B -metsätraktoripohjainen korjuri. Molemmissa koneissa oli joukkokäsittelevä Nisula 280E+ -hakkuulaite. Paalien lähikuljetus hoidettiin Ponsse Wisent -metsätraktorilla. Koneiden tuottavuuksissa oli huomattavia eroja. Fixterin tuottavuus oli keskimäärin 33 % korjurin tuottavuutta alhaisempaa. Erityisesti Fixterin tuottavuuteen vaikutti sen paalainyksikön prosessoinnin aiheuttama odottamisaika, jolloin koneen kuljettaja ei voinut työskennellä normaalisti. Poistamalla kaiken odottamisen Fixterin tuottavuutta olisi mahdollista nostaa jopa 22 %. Metsäkuljetuksessa paaleja voitiin kuljettaa yhdessä lastissa 80–95 % irtonaista kokopuuta enemmän. Haketuksessa irtopuuaineksen usein vaatima tienvarsihaketus on noin kaksi kertaa terminaali- tai käyttöpaikkahaketusta kalliimpaa. Huolimatta paalien logistiikkaketjun tehokkuudesta ja hintaedusta, tässä tutkimuksessa saatujen tuottavuuksien perusteella ei paalauksen kilpailukyky ole vielä samalla tasolla korjurin kanssa. Mikäli Fixterin paalainyksikön odotusajat saadaan minimoitua, kasvaa Fixterin kilpailukyky huomattavasti. Myös laajemmat, useampia kohteita ja kuljettajia sisältävät vertailututkimukset voisivat tuottaa tarkempaa tietoa näiden menetelmien kustannuseroista. Tutkimuksessa pyrittiin selvittämään myös paalien kuivumista, mutta aikataulusta johtuen tästä ei saatu selviä tuloksia. Alustavat tulokset eivät kuitenkaan osoittaneet paaleille selvää etua kuivumisnopeudessa. Paalien kuivumista tulisikin selvittää tarkemmin pidemmällä aikavälillä.

In this master´s thesis it was studied if the harvesting and cultivating of energy wood is ecologically, economically, socially and culturally sustainable if it is done by following Forestry Development Centre Tapio´s guidelines for Best Forestry Practices for Energy Wood harvesting and cultivating. The aim of the study was also to find out how energy wood harvesting and managing practices should be developed according to experts. Best Practice Guidelines for Forest Management and Energy Wood Harvesting and Cultivation is a handbook for forest owners and professional foresters. The handbook describes operations models for energy wood harvesting and cultivation that are based on research and good practices. The guidelines have been compiled as an extensive cooperation process with Forest Development Centre Tapio. The aim of Best Practice Guidelines for Forest Management is to ensure that forest management is ecologically, economically, socially and culturally sustainable. 34 experts and researchers were interviewed for this study. All of these interviewees have participated in the Energy wood harvesting and cultivating guidelines project. The response percentage in these interviews was 81. In the interview, claims based on the guidelines were presented to the interviewees. The answers were evaluated by using 7-step Likert scale. In addition, it was possible for the interviewees to give informal arguments after every claim. The claims were from 21 different topics collected from the guidelines. In every topic, all three dimensions of sustainability were examined. Social and cultural sustainability were combined in the claims, so a total of 63 claims was presented. The results indicate that the majority of the recommendations in the guidelines is sustainable. Only in the claims dealing with stump lifting, low-quality tree removing, whole tree harvesting on VT-sites and foliage and branch collecting, the average calculated from all Likert –answers was negative. In the informal arguments, the most important concerns were nutrient loss from forests and forest owners´ economical benefits in energy wood harvestings. The results indicated that the biggest benefits from social and cultural sustainability are the positive effects on employment in homeland. The results indicated that there is need for Best Practice Guidelines for Forest Management in Finland. The biggest need for the recommendations is among forest harvesting workers, for example harvester drivers and forest workers. In this work it was shown that energy wood harvesting and cultivating in Finland is usually sustainable if the recommendations are followed. In future research it should be studied how energy wood harvesting and cultivating guidelines should be developed in the operations whose sustainability was questioned. It seems that the harvesting of small diameter energy wood is based partly on state subsidies. Therefore, in future research, it should be studied how big an effect the subsidies have on the profitability of energy wood harvesting. It should also be studied how Best Practice Guidelines should be developed so that they could support practical forest workers as effectively as possible. It might also be good to do research on this same area using some other approach.

The exploitation of remotely piloted aircraft systems has sharply increased for both amateur and professional purposes. Rapid technological development is driven by consumer grade applications. On the professional side, RPAS technologies have already been widely used in different fields of environmental resource management, especially in agriculture. Due to the recent price development, technology has become also attainable for less financially productive purposes, such as environmental surveys. By applying RPAS technologies in environmental surveys of forest industry, a substantial amount of fieldwork can be avoided thus leading to financial savings and possibly to more comparative measurements and results. To test this hypothesis, three different sub-disciplines of forest industry environmental surveys were conducted by both traditional fieldwork and by applying manual and automatic remote sensing methods. Aerial imagery was recorded with a multispectral sensor attached to consumer grade remotely piloted aircraft. Sub-discipline specific attributes were measured and compared to estimates derived from aerial imagery and three dimensional models. It was proved that by using even relatively low-priced instruments the quality of the data was more than adequate for remote sensing purposes. An automated workflows to derive measurements from the subjects of interest did not perform satisfactory, but manual interpretation of imagery gave promising results. It can be assumed that RPAS technologies are able to provide savings for conducting environmental surveys. Manual interpretation was at that moment seen superior to automated workflows.

This study is part of the joint research program of Sustainable Bioenergy Solutions for Tomorrow (BEST) by Natural Resource Institute Finland. This is the first study to examine and analyze the fast track supply chain for harvesting residues. The fast track supply chain is based on roadside chipping of logging residues, in which chips from final felling harvested during spring, summer and autumn are transported straight to the power plant with maximum of half month roadside storing. The aim of this study was to evaluate the cost effects of fast track supply chain. In addition, the factors affecting to the unit costs were investigated. Activity-based costing was used as a study method for analyzing the supply alternatives of logging residues. Data for this study was acquired from a large-scale industrial company purchasing forest biomass. Data consisted roadside storage locations and volumes (solid-m3) of logging residues from Norway spruce dominated final fellings. All activities were identified and costs were calculated in each supply method. Supply costs were presented in euros per megawatt hour were also compared to the total received energy. According to the results supply costs of fast track method was smaller than the costs of the conventional supply method. On average fast track supply costs were 7.1–13.3 % smaller than conventional supply method. Storing cost, including dry matter loss and capital cost, was the most significant factor for influencing differences in total supply cost. Cost of dry matter loss was 5.3–11.5 % higher in conventional supply method than in fast track supply method. In addition, capital costs were 0.4–1.9 % bigger in traditional procurement. Procurement costs of logging residue supply for energy-use can be decreased by using fast track supply chain. Although results proved that fast track supply chain decreases total procurement costs, one should remember that the volume of logging residues must be fitted to power plant’s energy demand.

In Finland collation of data needed in forest planning is changing from traditional standwise field inventory to area-based airborne laser scanning and aerial photography inventorying. The aim of this study was to compare prediction accuracy of stand total volume and diameter distribution using following methods: MSN, PRM, ML, FMM and Weibull-distribution. Results were calculated separately for pine, spruce, birch and other tree species. In addition need of calculation time and storage space was established. Sampling plot and stand information used in this study were collected in the vicinity of Evo, Finland. Total of 249 sampling plots were measured. 12 clear-cutting areas measured by logging machine were used as reference data. In addition area-based laser scanning and aerial photographbased features were used in estimation of variables of interest. Results were calculated in all 12 stands and stands which area was over 0,5 hectares (8 pcs). Number of grid neighbours differed between 1 and 10. Depending on method and number of neighbours the relative RMSE and bias of stand total volume varied between 20,76 – 52,86 % and -12,04 – 46,54 % respectively in all stands and between 6,74 – 59,41 % and -8,04 – 49,59 % respectively in stands which area was over 0,5 hectares. Calculation time varied strongly depending on method and number of neighbours. With more developed programming and programs calculation times could decrease substantially. Storage space needed in saving information is not an issue in tested methods even in large-scale applications. According to diameter distribution PRM-method predicts narrow distribution if sampling plot consists of only few trees nearly same size. This affected results especially in PRM2.

In March 2013 came into effect the European Union Timber Regulation (EUTR 995/2010). The object of the Regulation is to prevent illegal trade in timber and timber harvesting inside the European Union. The Regulation will require the forest owner as well as the importer to use the system of the due diligence to ensure the legality of timber. In Finland’s case this means that in order to clarify the origin of the imported timber, the wood importer has to exercise the due diligence system. For the wood produced in Finland, the forest owner has to exercise the due diligence system including a forest use declaration and the measurement certificate of forest harvesting, in which the timber is put up for sale. The Agency for Rural affairs is the authorized public authority supervising the use of the regulation. One of the important statutory tasks of the Finnish Forest Centre is to inspect all incoming forest use declarations. The Forest Centre has not previously systematically supervised the legality of the forest harvesting made without the declaration. The objective of this research is to develop a remote sensing-based method for the Forest Centre to control the final fellings harvested without the forest use declaration. At the same time information is received about the number of missing and incorrect forest use declarations. For the objective of the research is utilized the Forest Centre’s laser scanning materials, forest resources data, aerial images, year 2012, also spatial data analysis, the classification of map objects and archives. The research result shows that in the study area, 2.6 % of all the final fellings carried out between 1.7.2006–1.7.2012 were made without the forest use declaration. In the research results there is uncertainty about the final amount of defaults, since the landowners were not consulted about the lack of declaration. For this a further research is needed. It can be seen that the method based on the remote sensing-based system is useful for controlling the final fellings harvested without the forest use declaration. The method permits to find out any violations and to take follow-up measures.

Forest energy harvesting has increased significantly in recent years. The extraction of forest energy is usually done with conventional forwarders. The productivity of extraction work is, however, quite poor due to a low material density, which results in a small load size. The objective of the study was to increase the productivity of forest energy extraction via solutions that increase the load size. The first method that was studied involved widening the load space hydraulically. The other solution was based on compressing the load with hydraulically tiltable stakes. The study was conducted as a development study. The field studies were carried out in the summer and autumn of 2011 on harvesting sites managed by Metsähallitus and Metsäliitto in the Jyväskylä region. The study material comprises a total of 139 loads. There was a significant difference in raw density between the logging residues and stump pieces for the widening and compressing load space solutions. For this reason, it does not make sense to compare the two load space solutions to each other. The analyses were based on the reported load scale tonnes. Both load space alternatives increased the load size by 20-30 per cent depending on the assortment. For logging residues, the increase in efficient hour productivity for extraction was 13 per cent and for stump pieces it was 30 per cent. With the compressing load space, the efficient hour productivity for full trees increased by 17 per cent. For logging residues, the increase was 5 per cent and for stump pieces it was 12 per cent. Compression was not a successful method for stump pieces and even for logging residues the benefits were mainly based on the increased load space. Compressing the load is mainly beneficial when extracting full trees. The project was carried out together with Osuuskunta Metsäliitto (now Metsä Group), Metsä-Multia Oy and Ponsse Oyj. The modelling work was done by Metsäteho Oy. This study shows results of Metsähallitus project “Maastokuljetuksen kehittäminen”. The project is part of the EffFibre (Value through Intensive and Efficient Fibre Supply) research and development programme coordinated by Forestcluster Ltd.

Metsistä tarvitaan tarkkaa, ajantasaista ja harhatonta tietoa strategiseen suunnitteluun sekä operatiivisen metsä- ja leimikkosuunnittelun tarpeisiin. Perinteisesti tietoa on kerätty kuvioittaisella arvioinnilla, mutta tiedon tarpeen lisääntyessä ja kustannuksia karsittaessa on tullut tarvetta yhä tehokkaammille menetelmille. Tämän hetken tutkimusten valossa lupaavimmalle menetelmälle vaikuttaa lentolaserkeilaukseen (ALS) perustuva metsieninventointi ja monet suomalaiset metsäorganisaatiot ovatkin ottaneet sen käyttöön operatiivisessa metsävaratiedon tuottamisessa. Jotta menetelmän avulla saadulla tiedoilla voidaan luotettavasti tehdä päätöksiä, on sen laadusta pystyttävä varmistumaan. Tässä tutkimuksessa testattiin ja analysoitiin Tornator Oy:n laserkeilauspohjaisen metsävaratiedon laatua sekä laadun valvontamenetelmää. Tutkimusalueena oli noin 16 000 hehtaaria Tornatorin maita Etelä-Savossa. Alue oli laserkeilattu ja ilmakuvattu Blom Kartta Oy:n toimesta kesällä 2011 ja Blom Kartan tekemän tulkinnan tukena käytettiin Metsäkeskus Etelä-Savon mittaamia maastokoealoja (700 kpl). Tulosten laadun tarkastamiseksi suoritettiin kontrolli-inventoiniti kesällä 2012. Kontrolli-inventoinnissa suoritettiin alueen metsäkuviolle ositettu otanta, jolla valittiin 60 kuviota mitattaviksi. Kullekin kuviolle sijoitettiin 4-6 koealaa, joilta puustotiedot mitattiin. Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää kuinka tarkkaa saavutettiinko inventoinnin suorittajalle asetetut laatuvaatimukset sekä kuinka inventoinnin laatua voidaan valvoa luotettavasti, kustannustehokkaasti ja riippumattomasti. Lisäksi tarkasteltiin kuinka inventointiaineistossa ilmenneet virheet vaikuttavat metsänhoitotoimenpiteiden määritykseen ja ajoitukseen. Tuloksia tarkasteltiin usealla eri tavalla kattavan käsityksen saamiseksi. 1) Tunnuksille laskettiin RMSE ja harha. 2) Tunnuksia tarkasteltiin visuaalisten kuvaajien avulla. 3) Muodostettiin pistekuviot 95 % luottamusväleillä ja tarkastettiin suhde 1:1 viivaan. 4) Muodostettiin Bland-Altman kuvat laskemalla kontrollimittauksen ja laserkeilauksen attribuuttien erotuksen keskiarvot ja kuvaamalla nämä vastaavien attribuuttien keskiarvoja vasten. 5) Yhdistämällä toleranssirajat Bland-Altman kuviin. Bland-Altman kuvia käytettäessä kumpaakaan menetelmää ei oleteta täysin tarkaksi ja siten ne tarjoavat oikeudenmukaista tulkintaa laadunvalvonnan tuloksille. Tulosten perusteella inventoinnin suorittajalle asetetut vaatimukset täyttyivät hyvin. Yksittäisillä kuvioilla ilmeni kuitenkin poikkeamia, joiden vaikutukset metsänhoitotoimenpiteiden ajoitukseen ovat merkittäviä. Laserkeilauspohjainen metsävaratieto toimii hyvin mestsäsuunnittelun tukena, mutta sen laadun varmistamiseksi on oltava käytössä menetelmä, jolla mahdolliset poikkeamat pystytään löytämään.

Männylle (Pinus sylvestris L.) ja useille havupuille on ominaista, että sen sisäoissa oleva puuaines muuttuu ikääntyessä sydänpuuksi. Sydänpuun ominaisuudet poikkeavat ympäröivästä puuaineesta merkittävästi ja sisältävät puunjalostuksellista käyttöä varten arvokkaita ominaisuuksia. Sydänpuun määrää ja tilavuutta ei pystytä aukottomasti ennustamaan ilman puun kaatamista tai vahingoittamista. Männylle on laadittu sydänpuun läpimitta- ja tilavuusmalleja, mutta näiden mallien heikkoutena on, etteivät ne kykene ennustamaan sydänpuun läpimittaa ja tilavuutta riittävällä tarkkuudella puun latvaosissa. Tässä tutkimuksessa luotiin tarkentavat läpimittamallit puun suhteellisille korkeuksille. Tutkimuksen tarkoituksena oli myös selvittää, millä korkeudella sydänpuun muodostumista alkaa tapahtua. Sydänpuun läpimittojen yhtälöt seitsemälle suhteelliselle korkeudelle laadittiin lineaarisen regressioyhtälön avulla. Selittävinä muuttujina käytettiin puun pituutta ja rinnankorkeusläpimittaa, sekä läpimittaa tarkasteltavan suhteellisen korkeuden vierekkäisistä suhteellisista korkeuksista. Männyn sydänpuun tilavuutta pyrittiin mallintamaan suhteellisille korkeuksille ennustettujen sydänpuun läpimittojen avulla. Sydänpuun läpimittahavaintoja sisältävät yhtälöt kykenivät selittämään sydänpuun läpimitan vaihteluista suhteellisilla korkeuksilla 2,5 % – 70 % muuttujien määrän huomioivalla selitysasteella 0,95 – 0,995. Mallien absoluuttinen keskivirhe vaihteli 3,9–8,3 millimetrin välillä. Suhteelliselle korkeudelle 85 % laadittu malli toimi odotetusti muita huonommin. Tälle korkeudelle laadittu malli kykeni ennustamaan vain 73,5 % tarkkuudella sydänpuun läpimitan vaihtelusta. Mallin keskivirhe oli kuitenkin pieni, vain 1,6 millimetriä. Mallien korkea selitysaste osoittaa, että sydänpuun läpimitat suhteellisilla korkeuksilla ovat vahvassa lineaarisessa riippuvuussuhteessa, joten yhdellä sydänpuuhavainnolla on mahdollista ennustaa varsin luotettavasti myös muiden korkeuksien sydänpuun läpimitat. Tutkimus osoitti, että aivan latvaosien sydänpuun läpimittaa ei voida mallintaa tarkasti sydänpuutietoa sisältävien mallienkaan avulla vaan sydänpuun läpimitoissa on aina puukohtaista vaihtelua. Mantopuun lustojen lukumäärä sydänpuun päättymiskorkeudella estimoitiin koepuiden lustomittauksista. Keskimääräinen lustomäärä oli 12, keskihajonnan ollessa 4 lustoa. Suuri vaihteluväli (4–25 lustoa) osoittaa, että sydänpuun päättymiskorkeudessa on puiden välistä vaihtelua. Tutkimuksessa havaittiin, että sydänpuun päättymiskorkeus voidaan johtaa luotettavasti puun ulkoisten tunnusten avulla. Puun pituuden, latvusrajan korkeuden ja rinnankorkeusiän avulla laadittu regressioyhtälö kykeni ennustamaan sydänpuun päättymiskorkeuden muuttujien määrän huomioivalla selitysasteella 97,5 %. Männyn sydänpuun suhteelliselle muotokäyrälle laadittiin yhtälö sydänpuun päättymiskorkeuden avulla. Suhteellinen muotokäyrä onnistui selittämään sydänpuun läpimitan vaihtelua 84 %:n tarkkuudella rungon sisäosissa. Integroimalla on mahdollista laskea tämän yhtälön avulla rungon sisältämä sydänpuun tilavuus. Tutkimuksen tulokset eivät täysin ole yleistettävissä koko maata kattavaksi, sillä tämän tutkimuksen aineisto on kerätty pääosin Etelä-Suomen alueelta. Sydänpuun muodostuminen on riippuvainen kasvupaikkatekijöistä ja lämpösummasta, joten täsmällisten mallien laadinta olisi syytä tehdä alueittain. Tämä edellyttäisi kuitenkin laajemman aineiston keräämistä, jossa maantieteelliset vaihtelut olisi huomioitu.

Tarkka tieto puutavaralajeista on olennainen puukaupassa, sillä noin 75 % metsänomistajien kantorahatuloista kertyy tukista. Puunostajille on puolestaan tärkeää, että korjattu puutavara vastaa määrältään ja laadultaan toimitustavoitteita, jotta asiakkaalle voidaan toimittaa lopputuotteet ajallaan. Tarpeeksi luotettavaa ja tarkkaa tietoa puutavaralajeista ei kuitenkaan saada nykymuotoisten inventointien tiedoista, joten tarkempien tietojen saamiseksi täytyy nykyään tehdä erillinen leimikon suunnittelu maastossa. Monilähteinen puutason inventointi on leimikon ennakkomittaukseen tarkoitettu menetelmä, jossa yhdistetään lentolaserkeilausaineistoa ja puukartta. Puukartta olisi tarkoitus tuottaa edellisen metsänkäsittelytoimenpiteen yhteydessä esimerkiksi maastolaserkeilauksella. Tämän Pro gradu -työn tarkoituksena oli testata monilähteistä puutason inventoinnilla kolmella päätehakkuukypsällä leimikolla. Jokaiselle leimikolle ennustettiin monilähteisellä puutason inventoinnilla ja yksinpuintulkinnalla koko puuston tukki- ja kuitupuukertymä, keskiläpimitta sekä runkolukusarja. Lisäksi ennustettiin jokaisen leimikon pääpuulajin eli männyn (Pinus sylvestris L.) tukki- ja kuitupuukertymä, keskiläpimitta sekä runkolukusarja monilähteisellä puutason inventoinnilla ja yksinpuintulkinnalla. Runkolukusarjoille laskettiin virheindeksit. Monilähteisen puutason inventoinnin ja yksinpuintulkinnan tuloksia vertailtiin hakkuukoneaineistoon. Lisäksi monilähteisen puutason inventoinnin ja yksinpuintulkinnan tuloksia vertailtiin toisiinsa. Monilähteinen puutason inventointi yliarvioi koko puuston keskiläpimitan keskimäärin 0,5 cm:llä. Mäntyjen keskiläpimitan ennustuksessa ei ollut eroa verrattuna hakkuukoneaineistoon. Kuitupuukertymän ennustaminen monilähteisellä puutason inventoinnilla oli epätarkinta: keskimäärin 29,9 % aliarvio koko puustolla ja 19,5 % yliarvio männyillä. Tukkikertymän ennustaminen oli tarkkaa, koko puustolla monilähteinen puutason inventointi antoi keskimäärin 6,8 % yliarvion ja männyillä vain 2,8 % aliarvion. Runkolukusarjojen virheindeksi oli koko puustolla välillä 0,26 – 0,38 ja männyillä välillä 0,17 – 0,25 monilähteisellä puutason inventoinnilla. Yksinpuintulkinnalla puolestaan koko puuston keskiläpimitta oli 0,2 cm aliarvio ja männyillä vain 0,1 cm aliarvio. Kuitupuukertymä oli yksinpuintulkinnalla 1,3 % aliarvio ja männyillä 10,1 % yliarvio. Tukkikertymä oli 26,4 % yliarvio yksinpuintulkinnalla ja mäntyjen tukkikertymäkin 16,2 % yliarvio. Virheindeksi runkolukusarjoille yksinpuintulkinnalla vaihteli välillä 0,26 – 0,42 ja männyillä välillä 0,14 – 0,28. Monilähteinen puutason inventointi operatiivisessa käytössä vaatisi lisätutkimuksia mm. automaattisesta puiden ja puulajin tunnistamisesta maastolaserkeilausaineistosta sekä automaattisesta lentolaserkeilaus- ja maastolaserkeilausaineiston yhdistämisestä.