Kaukokartoitus ja koneoppiminen avaavat uusia lähestymistapoja malminetsintään ja kaivosympäristöjen seurantaan
Kaukokartoituksen ja koneoppimisen yhdistäminen voi parantaa merkittävästi sekä malminetsinnän että kaivosympäristöjen seurannan tehokkuutta, osoittaa EU-rahoitteisen MultiMiner-hankkeen tulokset. Keskeinen tekijä on avoimen ja maksuttoman satelliittidatan saatavuuden parantuminen Euroopan avaruusjärjestön Copernicus-ohjelman kautta. Avoimen aineiston saatavuus yhdistettynä koneoppimismenetelmillä tehtävään mallinnukseen tekee satelliittikuvista kustannustehokkaan ja toimivan tietolähteen kaivostoiminnan sovelluksiin.
Uudet menetelmät eivät korvaa maastotutkimuksia, vaan täydentävät perinteisiä maastonäytteenottoja ja -mittauksia. Tämä mahdollistaa digitaaliset karttaesitykset eri ajanjaksoina laajentamalla tarkastelua spatiaalisesti ja temporaalisesti. Menetelmät tukevat kohdennettuja maastotutkimuksia auttamalla tunnistamaan alueet, joilla tarvitaan yksityiskohtaisempia mittauksia, ja parantavat näin malminetsinnän ja kaivosympäristöjen seurannan kokonaistehokkuutta.
Viime vuosina käyttöön on tullut uusia maksuttomia ja kaupallisia satelliittisensoreita sekä droonipohjaisia teknologioita, jotka tuottavat muun muassa hyperspektristä ja synteettistä apertuuritutka-aineistoa (SAR). Nämä kuvantamisteknologiat soveltuvat erityisen hyvin alueille, joilla kasvipeite on vähäinen. Koneoppiminen mahdollistaa myös harvojen maastohavaintojen ja näytemäärien tehokkaan hyödyntämisen, mikä voi edistää näiden teknologioiden käyttöönottoa kaivosalalla.
Työkalupaketti malminetsinnän tehostamiseen
MultiMiner-hankkeessa kehitettiin kattava aineistokäsittelyn työkalupaketti eri mittakaavoissa kerättyjen hyperspektridatojen analysointiin malminetsinnässä. Työkalut tukevat mineraalien, kivilajien ja malminetsinnässä hyödynnettävien muuttumismineraalien kartoitusta. Lisäksi kehitettiin erillinen spektrikirjasto, joka tukee kriittisten raaka-aineiden kartoitusta optisista kaukokartoitusaineistoista.
Menetelmiä sovellettiin ja validoitiin tarkemmissa malminetsinnän kohteellisissa tutkimuksissa Itävallan Weißensteinissä ja sen lähiympäristössä sekä Kreikan Stratonissa ja Kallyntirissa. Kohteilla kartoitettiin alueille tyypillisiä kriittisiä raaka-aineita: Itävallassa magnesiittia, Kallyntirissa antimonia ja Stratonissa antimonia, galliumia, platinametalliryhmän metalleja sekä vismuttia. Hankkeessa kehitettiin myös ohjattuja työnkulkuja sisältävä käyttäjäystävällinen ohjelmisto, joka mahdollistaa hyperspektriaineistojen analyysin ilman syvempää teknistä erikoisosaamista.
Kaivosympäristöjen seuranta entistä paremmalla kattavuudella
Kaivosympäristöihin liittyen maaperän kosteuden seurantamenetelmiä demonstroitiin Nordkalkin operoimalla Lappeenrannan kaivoksella. Menetelmien kehityksestä vastasivat pääosin VTT ja Geologian tutkimuskeskus (GTK). Tavoitteena oli tunnistaa rikastushiekka-altaiden vuotojen ja patorakenteiden murtumien varhaisia varoitusmerkkejä.
Keskeinen innovaatio oli pintamaan kosteuden määrittäminen yhdistämällä eri mittausmenetelmiä: korkean erotuskyvyn omaava satelliittipohjainen SAR-aineisto, monikanavainen droonipohjainen SAR-aineisto sekä droonilla lennätettävä sähkömagneettisella mittalaite. Menetelmä tukeutuu maastossa maan vesipitoisuutta mittaaviin seuranta-asemiin. Yhdistetty menetelmä tarjoaa aiempaa paremman mahdollisuuden monitoroida sään äkillisestä vaihtelusta aiheutuvia riskejä, jotka vaikuttavat käytössä oleviin rikastushiekka-alueisiin, sekä helpottaa mineraalipölyämisen hallintaa kasvittomilla alueilla.
Avolouhosten seinämien ja rikastushiekka-altaiden rakenteen seurannassa keskityttiin pitkäaikaisten muutosten havainnointiin interferometrisen synteettisen apertuurin tutka-aineiston (InSAR) avulla. Samalla ratkaistiin InSAR-aineiston käsittelyyn liittyvä haaste, jossa lumipeite aiheuttaa katkoksia talviaikaan kerätyssä seuranta-aineistossa. Kehitetyt menetelmät paransivat merkittävästi InSAR-tulkinnan luotettavuutta Suomen kaltaisissa kylmissä ilmasto-olosuhteissa vähentäen laajojen maastomittausten tarvetta ja parantaen InSAR-seurannan operatiivista käytettävyyttä.
Pölyn, kasvillisuuden ja vedenlaadun seuranta
Tšekin geologinen tutkimuslaitos (CGS) johti ilmakehässä ja maanpinnalla olevan pölyn seurantamenetelmän kehitystä. Menetelmää testattiin Lappeenrannan ja Stratonin kaivosalueilla. Satelliittidatan ja ilmanlaatutietojen yhdistäminen mahdollistaa pölyn reaaliaikaisen seurannan sekä luonnollisten ja ihmistoiminnasta johtuvien pölylähteiden erottelun. Menetelmä tukee oikea-aikaisten korjaustoimien suunnittelua ja ympäristölupavaatimusten noudattamista.
Kasvillisuuden seurannassa keskityttiin kasvilajiston monimuotoisuuden arviointiin Weißensteinin kunnostetulla kaivosalueella. Sentinel 2 aikasarja-aineistoa hyödyntämällä arvioitiin kasvilajiston palautumisen onnistumista kunnostetuilla nurmialueilla ja niitä ympäröivillä alueilla. VTT:n vastuulla ollut lähestymistapa laajentaa perinteisten maastokartoitusten alueellista ja ajallista kattavuutta ja tukee kunnostustoimenpiteiden etenemisen johdonmukaista seurantaa sekä jatkotoimien priorisointia.
Vedenlaadun ja happamien kaivosvesien seurantaa demonstroitiin Pohjois-Kreikan hylätyllä Kirkin kaivosalueella. Kehittämistyöstä vastasivat CGS, GTK sekä Kreikan geologian ja mineraalivarojen tutkimuslaitos HSGME. Päivittäistä satelliittikuva-aineistoa käytettiin täydentämään maastomittausten alueellista ja ajallista kattavuutta, mikä mahdollisti happamien kaivosvesien ja niihin liittyvien mineraalisaosten havainnoinnin eri mittakaavoissa. Menetelmä auttaa pintaveden laadun kuten kiintoaineksen ja arseenipitoisuuksien muutosten varhaisessa tunnistamisessa.
Datan johdonmukainen hyödyntäminen eri kohteissa
MultiMiner-hankkeessa panostettiin vahvasti kaukokartoitukseen ja koneoppimismallinnukseen perustuvien tulosten oikeellisuuden arviointiin maastossa kerätyn aineiston avulla. Tarkoitusta varten kehitettiin erillinen tietokanta, jonka avulla maasto- ja laboratoriotietojen keruu ja dokumentointi voidaan harmonisoida.
Tulokset osoittavat, että kaukokartoituksen ja koneoppimisen sovellusten keskeiset hyödyt malminetsinnässä ja kaivosympäristöjen seurannassa liittyvät tehokkuuteen: kattavampaan tiedon saatavuuteen, maastotutkimusten tarkempaan kohdentamiseen sekä entistä parempaan tietoon perustuvaan päätöksentekoon.
Lisätietoja
Maarit Middleton, tutkimusprofessori, MultiMiner-hankkeen tieteellinen koordinaattori
Geologian tutkimuskeskus GTK
maarit.middleton@gtk.fi
puh. +358 29 503 4345
Pauliina Liwata-Kenttälä, geologi, MultiMiner-hankkeen projektipäällikkö
Geologian tutkimuskeskus GTK
pauliina-liwata.kenttala@gtk.fi
puh. +358 29 503 4133
Tutustu MultiMiner-hankkeeseen (sivusto englanniksi):
MultiMiner – Multi Source and Multi Scale Earth Observation and Novel Machine Learning for Mineral Exploration and Mine Site Monitoring
EU:n Horisontti Eurooppa -ohjelman rahoittamassa MultiMiner-hankkeessa kehitettiin uusia koneoppimisen algoritmeja kaukokartoitusaineistojen kustannustehokkaaseen hyödyntämiseen malminetsinnässä ja kaivosympäristöjen seurannassa. Hankkeen konsortioon kuuluu 12 eurooppalaista organisaatiota, ja hanketta koordinoi Geologian tutkimuskeskus GTK.
MultiMiner kansainvälinen loppuseminaari Rovaniemellä 21.–22.4.
MultiMiner-hankkeen kansainvälinen tutkijaryhmä kokoontuu seminaariin Rovaniemelle 21.–22.4. esittelemään projektin lopulliset tulokset. Seminaari on maksuton ja kaikille avoin. Ilmoittautuminen on edelleen auki ja seminaariin on mahdollista osallistua myös etäyhteydellä. Seminaari järjestetään englanniksi.
Medialle: Otathan yhteyttä Pauliina Liwata-Kenttälään (yhteystiedot yllä) haastattelujen sopimiseksi Rovaniemelle 21.–22.4. MultiMiner-hankkeen kansainvälisten asiantuntijoiden kanssa.
Ilmoittaudu seminaariin
