Hanke monipuolistaa ja tehostaa Suomen ympäristökeskuksen satelliittihavaintoihin perustuvaa vedenlaatupalvelua ottamalla käyttöön uusia tekoälyyn perustuvia analysointimenetelmiä sekä siirtämällä tuotantoa kustannustehokkaaseen pilviympäristöön. Hankkeen hyödyt realisoituvat automatisoituvasta ympäristönseurannasta sekä edullisimmista tuotantokustannuksista.
SYKEn satelliittihavaintopalvelut
Ympäristöhallinto on panostanut viime vuosina vahvasti satelliittihavaintojen hyödyntämiseen ympäristötiedon keräämisessä. Euroopan unionin Copernicus-ohjelma antaa tähän pitkän aikavälin mahdollisuudet, joiden kansallinen hyödyntäminen on olennaista myös Suomen tekemien budjettisitoumusten kannalta. SYKEssä on kehitetty avoin TARKKA-palvelu, jonka kautta käyttäjät voivat hyödyntää satelliittihavaintoja. Palvelu on ollut käytössä vuodesta 2017 ja käyttö on kasvanut vuosittain. SYKEssä satelliittikuvista tulkitaan vedenlaatua päivittäin, pääasiassa koneoppimisalgoritmien avulla. Vedenlaadun havaintotarve liittyy EUn direktiivivelvoitteisiin (VPD, MSD, ND1), Itämeren tilan arviointiin (HELCOM), ja vesiensuojelutoimenpiteiden vaikutusten arviointiin. Hanke liittyy SYKEn vaikuttavuustavoitteisiin (erityisesti Tietoperustainen päätöksenteko ja ekologinen kestävyys), jotka ovat olennainen osa palveluja ja niiden kehittämistä. Käyttökelpoista aineistoa Suomen vesialueista kertyy avoimen TARKKA-palvelun lisäksi myös STATUS-tietokantaan, joka kattaa pinta-alaltaan suurimman osan direktiivien (erityisesti VPD) alaisista vesialueista. Vaikka jopa 70% havainnoista onkin osin pilvisiä, tietokantaan kertyy vuosittain miljoonittain havaintoja Suomen vesialueilta. Keväällä 2020 otettiin käyttöön automaattinen satelliittihavaintojen tuotanto, joka osoittautui Covid-19-aikana toimivaksi; satelliittihavaintojen käsittely, laatuvarmennus ja jakelu sujui aikataulussa. TARKKA-palvelun käyttö lisääntyi huomattavasti kevään ja kesän aikana. Nykyisen tiedontuotannon pääongelma on laaja ja kasvava havaintomassa, sekä siihen liittyvän arkistointi- ja laskentakapasiteetin kehittäminen vastaamaan tulevia tarpeita seuraavan kymmenen vuoden aikana. Hankkeen kehitystyö kohdistuu nykyisten palvelujen tietosisällön parantamiseen käyttäjälähtöisemmäksi koneoppimisalgoritmein. Hanke on välittömästi toteutettavissa. Hankkeen nimi CorEO tulee sanoista Core (ydin) ja EO, joka on kansainvälinen lyhenne satelliittihavainnoille (Earth Observations).
Käyttäjänäkökulmasta on hyödyllistä tuoda esille tiedon olennainen osa, eli havainnot, jotka kuvaavat seurantaa vaativien alueiden tilaa havainnollisesti. Hanke monipuolistaa ja tehostaa SYKEn nykyisiä satelliittihavaintopalveluja ottamalla käyttöön uusia tekoälyyn ja koneoppimiseen perustuvia analysointimenetelmiä sekä siirtämällä tuotantoa kustannustehokkaaseen pilviympäristöön ja globaaliin arkistoon. Päätavoitteena on tehostaa satelliittihavaintoihin pohjautuvaa Itämeren ja järvien tilan valvontaa ja seurantaa. Tähän päästään jatkokehittämällä data-automatiikkaan perustuvia ratkaisuja satelliittihavaintojen tulkinnassa. Hankkeessa huomioidaan erityisesti SYKEn ja ELYjen tarpeet aineistojen kehittämisen ja kiinnostavien alueiden valinnassa. Hanke tehostaa satelliittihavaintoihin ja muihin tietoihin pohjautuvaa Itämeren ja järvien tilan valvontaa ja seurantaa.
Hankkeen päätavoitteet
Hankkeen yhtenä päätavoitteena on käyttäjälähtöisyyden ja havaintojen tiiviin esitysmuodon kehittäminen olemassa olevissa palveluissa tekoälypohjaisilla laskentaratkaisuilla. Hanke kehittää erityisesti havaintojen visualisuutta ja viestinnällisyyttä käyttäjien tarpeiden mukaan. Erityisesti keskitytään äkillisten ja pitkäaikaismuutosten automaattinen havaitseminen kehittämiseen tekoälymenetelmien avulla. Tunnistetaan erityishuomiota vaativat ongelma-alueet (muun muassa ravinnelähteet, jokisuistot, sinilevä). Lisäksi havainnollistetaan puuttuvien havaintojen täydentämistä olemassa olevilla koneoppimismenetelmin. Hankkeessa toteutetaan anomaliaseurannan kehittämistä tekoälymenetelmillä, mikä on tärkeää ympäristövalvonnan kehittämisen kannalta. Tarkan maastoerotuskyvyn aineistoista voidaan erottaa 10-20m laajuiset ilmiöt, mikä on vesialueilla riittävää muun muassa jokivesien vaikutusalueiden määrittämiseen (ravinteet, sameus, humus), isojen ja keskikoisten ruoppausten vaikutusalueiden, ydinvoimaloiden lauhdevesien lämpötilojen, rannikon, järvien ja avomerialueiden sinilevän tai muun levän määrän seurantaan.
CorEOn toisena päätavoitteena on pilvipalvelupohjaisen arkistointi- ja laskentakapasiteetin laaja hyödyntäminen osana satelliittihavaintojen tuotantoprosessia. Tässä osiossa koekäytetään Copernicus-ohjelman DIAS-palveluja, jotka tarjoavat saataville Sentinel-satelliittisarjan aineistot, Copernicus-ohjelman kuuden operatiivisen palvelun valmiita aineistoja sekä pilvipohjaisia (avoimen lähdekoodin ja/tai käyttöpohjaisesti hinnoitellut) työkaluja, joiden avulla voidaan tehostaa ja optimoida laskentaa. Ratkaisut tehostavat Suomen ympäristönseurantaan soveltuvien aineistojen käyttöönottoa, koska toimivat tekoäly- ja koneoppimispohjaiset laskentamenetelmät voidaan ottaa käyttöön nopean vertailun jälkeen. Tiedonsiirron ja arkistoinnin sekä ylläpidon tarve pienenee huomattavasti. Paremmin skaalautuvan järjestelmän käyttöönotto mahdollistaa aineistojen ja menetelmien hyödyntämisen myös uusilla alueilla ja Itämeren ulkopuolella.
Hankkeen tulokset
CorEO-hankkeen ensimmäinen demoaineisto keskittyy kesällä 2021 järvialueiden sinileväajan seurantaan. SentinelHub-satelliittihavaintoarkistoa hyödyntävä tekoälypohjainen kuvagalleria työstää kesäajan pilvetöntä havaintoaineistoa Suomen järviltä SYKEn ja ELYjen tarpeisiin. Kuvat ovat selattavissa TARKKA-galleriassa.
Lisätietoja
Erikoistutkija Jenni Attila, SYKE
etunimi.sukunimi@syke.fi
SYKEn TARKKA-palvelu
SYKEn TARKKA-palvelun etusivu