Lezingenbundel Geodesia-congres '97: Geodesie, professioneel en veelzijdig

(1)

(2)

~ - - - -.I

Lezingenbundel

<'

1. GEODESIA-CONGRES'97

(3)

Lezingenbundel

G EODESIA-CONG RES '97

Geodesie, professioneel en veelzijdig

22-24 oktober 1997

Jaarbeu rs Congrescentru m

Utrecht

(4)

Published and distributed by: Delft U niversity Press Mekelweg 4 2628 CD Delft The Netherlands Telephone: +31 15 2783254 Fax: +31 15 2781661 E-mail: DUP@DUP.TUDelft.NL

CIP-DATA KONINKLIJKE BIBLIOTHEEK, DEN HAAG Geodesia-congres

Geodesia-congres: Geodesie, professioneel en veelzijdig /

redactie: M.J.P.M. Lemmens, M.P.J. van de Ven. -Delft: Delft University Press. -Illustrations.

ISBN 90-407-1502-5 NUGI655

Subject headings: Geodesy, Surveying, GIS, Photogrammetry Copyright @1997 by Stichting Geodesia, The Netherlands

All rights reserved. No part of the material protected by this copyright notice may be reproduced or utilized in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, recording or by any information storage and retrieval system, without permission from the publisher.

(5)

Inhoudsopgave

Voorwoord V

Openingsrede Voorzitter Stichting Geodesia ir. P. 'van der Ma/en VII

I

Inwinningstechnieken: Mogelijkheden

en Effecten

1

Vraag en aanbod van geo-informatie prof.ddr. M.G. Vosselman . 3 Top10vector: een kwestie van bijhouden ir. p.e.M. van Asperen . 5 Van patroon naar proces: 4D-kartering met hoge resolutiebeelden i·r.

w.J. Droesen f3 drs. J. Kuipers . . . . . . . . . . . . . . . 15 Gebruik hoge resolutie satellietbeelden in de praktijk ir. G.J.A. Nieuw-enhuis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 Digitale fotogrammetrie heeft de toekomst! ir. P.A. van den Heuvel. 34 Mobiele geodata opbouw mw. ing. I<. Roebert . . . . . . . . . . . 44

11 Data: Veelzijdigheid van Processing en Integratie

53

Data: veelzijdigheid van processing en integratie prof. eh,. ir. M. Molenaar 55 Administratieve vastgoedinformatie: het verwaarloosde spoor in de geodetische infrastructuur iT'. R.M. Kathmann. . . . . . . . 56 Kaartintegratie: bijvoorbeeld mutatiepropagatie ir. H. T. Uitermark 63 Kwaliteitsbeheersing: ons een zorg! ing. J. van Raamsdonk. 68 Objecttechnologie in GIS ing. R.M.A. de Vet . . . . . . . . . . . . . 77

111 Presentatie

en Data-analyse

85

Klantgericht prof.ir. R. Groot . . . . . . . . . . . . . . . . 87 De informatievoorziening achter het vastgoedloket ing. H.l. Baakman 89 De kaart als bedieningspaneel ir. R. van der Schans . . . . . 95 Geo-informatievoorziening op de grens van land en water dr. ir. P.J"}' Brouwer . . . . . . . 105 Toegankelijkheid van ruimtelijke informatie in Gelderland drs. w.e.H. van Houten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 Met het oog op de gebruiker Initiatiefgroep Tot uw Dienst . . . . . . . . 122

(6)

(7)

Voorwoord

Deze bundel bevat de lezingen van het Geodesia-Congres'97 Geodesie, professioneel en veelzijdig, gehouden van 22 tjm 24 oktober in de Jaarbeurs te Utrecht. Dit is de tweede maal dat de lezingen van het tweejaarlijkse Geodesia-congres worden verzameld in een aparte bundel. Ten opzichte van de eerste congres bundel zijn drie wijzigi ngen aangebracht.

In de eerste plaats zijn de lezingen camera-·readyaangeleverd door de auteurs. De huidige tekstverwerkers maken het mogelijk dat auteurs zelf een professionele op-maak kunnen realiseren. Hierdoor kunnen de reproductiekosten aanzienlijk worden beperkt. In de tweede plaats werd de bundel al voor aanvang van het congres be-schikbaar gesteld. De deelnemers konden hierdoor vooraf de artikelen doornemen en zo meer gericht bijdragen leveren aan de discussie onmiddellijk na elke lezing. Zowel het camera-ready aanleveren van de tekst alsook de publicatie vooraf heeft extra inspanningen gevergd van de auteurs. Wij zijn alle auteurs zeer erkentelijk dat zij deze inspanningen hebben willen leveren. De derde verandering is dat de bundel is uitgegeven door een uitgever, de Delftse Universitaire Pers. Hierdoor heeft de bun-del een professionele status verworven om in termen van het thema van dit congres te spreken. Zo is aan de bundel een ISBN-nummer toegevoegd.

De lezingen zijn geselecteerd op grond van een eall for papers. De samenvattingen, toegestuurd door potentiële auteurs, zijn door de congrescommissie beoordeeld. De evaluatie heeft geleid tot de keuze van onderwerpen zoals die thans voor u ligt. De onderwerpen beslaan een breed spectrum dat de veelzijdigheid en professionaliteit van het geodetisch vakgebied duidelijk demonstreert. Slechts één inleider is niet in de gelegenheid geweest om voor het ter perse gaan van deze bundel zijn artikel af te ronden.

De drie thematische delen van deze bundel corresponderen met de dagthema's. Ook de volgorde van de artikelen stemt overeen met het congresprogramma. De dag-thema's zijn ingeleid door dagvoorzitters. Zij zijn speciaal aangezocht wegens hun grote deskundigheid op de betreffende themavelden. Hun inleidingen kan men te-rugvinden in deze bundel als eerste artikel van elk deel.

Zowel voor de vorm als voor de inhoud van de artikelen is de redactie niet verant-woordelijk.

Wij hopen dat deze bundel ertoe bijdraagt dat de Nederlandse geodetische gemeen-schap haar professionaliteit en veelzijdigheid verder exploiteert.

De congresredactie M.J.P.M. Lemmens & M.P.J. van de Ven

(8)

(9)

Geachte Congresbezoeker!

Voor U ligt de lezingenbundel van het 1ge Geodesia-congres. 'Geodesie, professioneel en veelzijdig', dat is het motto dat wij dit jaar aan het congres hebben meegegeven. Want zo is het: de geodeet van vandaag moet een professionele beroepsbeoefenaar zijn, en een veelzijdige kijk hebben op het vakgebied. Dat zijn de eisen die de moderne samenleving aan ons stelt. Om daaraan te voldoen, wordt U niet aan Uw lot overgelaten. De beroepsvereniging waar U lid van bent, en de Stichting Geodesia, doen hun uiterste best om de benodigde kennis en kunde aan te reiken. Het Tijdschrift Geodesia, de studiedagen, rayonbijeenkomsten, zijn evenzovele vormen van permanente eductie, met als hoogtepunt de afgelopen dagen natuurlijk het tweejaarlijkse Geodesia-congres met uitgebreide vakbeurs.

Dit jaar zijn alle facetten van de geodesie aan de orde gekomen: de inwinning van gegevens, de processing en integratie, de analyse en presentatie. Het was volgens de Stichting weer eens tijd het vakgebied in brede zin voor het voetlicht te brengen. Zo komen aan de orde op de 'inwinnings'-dag het ToplOVector bestand, 4D-kaartering, hoge resolutie satellietbeelden, digitale fotogrammetrie, en de mobiele inwinning. Om voor de toehoorder alles te plaatsen in het goede perspectief is professor Vosselman uitgenodigd dagvoorzitter te zijn. Op de 'processing en integratie'-dag komen aan de orde de geodetische infrastructuur, de NEN361O, kaartintegratie, kwaliteitsbeheersing en objecttechnologie. Voor een goede plaatsing in het raam van de ontwikkelingen staat dagvoorzitter professor Molenaar borg. Op de 'analyse- en presentatie'-dag gaat het over de loketfunctie, de kaart als bedieningspaneel, de kustzone, GIS, en gebruikersgeörienteerdheid, en dat alles onder begeleiding van professor Groot.

Kortom: prima lezingen, en een gewaarborgde aandacht voor het perspectief van de ontwikkelingen. Al met al een kans bij uitstek om Uw professionaliteit en veelzijdigheid een positieve impuls te geven.

ir Paul van der Molen, voorzitter Stichting Geodesia.

(10)

(11)

Deel I

Inwinningstechnieken:

Mogelijkheden en Effecten

(12)

(13)

Vraag en aanbod van geo-informatie

M. George Vosselman

Technische UniVel"siteit Delft

Faculteit del" Geodesie, Thijsseweg 11, 2629 JA Delft

Tel: (015) 2781741, Fax: (015) 2782745, E-mail: m.g.vosselman@geo.tudelft.nl

Samenvatting

Zowel de vraag naar geo-informatie als de economische en technische haalbaarheid deze informatie in te winnen zijn aan veranderingen onderhevig. In deze inleiding wordt een kort overzicht over de ontwikkelingen op dit gebied gegeven.

1 De

wisselwerking tussen vraag en aanbod

De vraag naar aktuele geo-informatie blijft groot. De wensen van de afnemer van geo-informatie zijn vrijwel altijd groter dan de financiële of technische mogelijkhe-den. Bij de leveranciers van geo-informatie staan daardoor de verbetering van de efficiëntie van de informatie-inwinning en de verkenning van de mogelijkheden van nieuwe inwiningstechnieken voortdurend in de belangstelling. Omgekeerd creëert de ontwikkeling van nieuwe geodetische technieken en snellere computers die meer gegevens kunnen verwerken ook een nieuwe vraag. Nieuwe en betere producten stel-len de afnemer van geo-informatie in staat geheel nieuwe analyses uit te voeren en daarmee de beleidsontwikkeling en besluitvorming te verbeteren.

2 De

veranderende vraag

Nu veel basisbestanden, zoals de GBKN, grotendeels gereed zijn zal de aandacht meer en meer komen te liggen op de bij houding van deze bestanden. De aktualiteit van gegevens wordt hierbij steeds belangrijker. Kortere en goedkopere productie-processen moeten een frequentere bij houding zowel technisch als financieel mogelijk maken. Met een kortere update-cyclus kan ook beter op de vraag naar het monitoren van allerlei processen op het aardoppervlak worden ingespeeld. Hiermee verbonden is ook de vraag naar meer thematische informatie, zoals grondgebruik en waterkwa-liteit. Tenslotte staan ook hoogtegegevens in hernieuwde belangstelling. Binnen het project» Aktueel Hoogtebestand Nederland"wordt een nationaal hoogtebestand met een zeer hoge resolutie opgebouwd. Dit bestand dient als grondslag voor tal van analyses, bijvoorbeeld van de grondwaterstand. Ook bij lokalere projecten, zo-als de herinrichting van stedelijke gebieden wordt steeds vaker gebruik gemaakt van 3-dimensionale gegevens (stadsmodellen ).

(14)

6 Geodesia-congres '97: Geodesie, professioneel en veelzijdig

Terreul TOPIOvector

Bebouwing Gebouwen vlak

Bebouwd oppervlak vlak

Verkeer Wegen vlak

Spoorwegen lijn

Bodemgebruik Bodemgebruik vlak

Hydrografie Sloten lijn Wateroppervlak vlak

Reliëf Hoogte-arcering lijn

Tabel] Objecten TOP] Ovector

Figuur] Uitsnede TOP] Ovector

TOP 1 Ovector wordt voornamelijk gebruikt door gemeenten, waterschappen, provincies, ministeries, nutsbedrijven en ingenieursbureau's. Momenteel zijn er meer dan tweehonderd organisaties die TOP I Ovector gebruiken, een aantal dat nog steeds groeiende is.

Wensen van gebruikers

In een onderzoek van de RA VI is aangetoond dat er een behoefte bestaat aan een digitaallandsdekkend geometrisch referentiebestand op schaal 1:10.000, het Kernbe-stand genaamd [2]. In datzelfde onderzoek is vastgesteld dat het Kernbestand qua inhoud en structuur overeenkomt met een selectie uit TOP 1 Ovector, aangevuld met gemeentegrenzen en de assen van de wegen. Wat betreft de actualiteit zijn de volgende wensen geformuleerd:

assen van de wegen: jaarlijkse bijhouding gemeentegrenzen: continue bijhouding

TOPlOvector: vierjaarlijkse bijhouding, gecombineerd met een tweejaarlijkse bijhouding zonder fotogrammetrie en verkenning.

(15)

ToplOvector: een kwestie van bijhouden

In de volgende paragraaf wordt uiteen gezet hoe de TDN aan deze wensen tegemoet komt. De RA VI heeft onlangs gerapporteerd over de status van het Kernbestand en de ontwikkelingen bij TDN [3].

Bijhouding TOPIOvector en TOPIOwegen

7

Aan het verzoek om ook assen van de wegen te leveren is inmiddels voldaan: in 1995 is gestart met de productie van TOPIOwegen. TOPIOwegen is een hartlijnenbestand, dat semi-automatisch wordt afgeleid uit de wegvlakken van TOPI Ovector. Ten behoeve van de jaarlijkse bijhouding is een convenant gesloten met de Adviesdienst Verkeer en Vervoer (A VV) van het Ministerie van Verkeer en Waterstaat. A VV beheert het Nationaal WegenBestand (NWB). Het NWB bestaat uit de geometrie van TOPIOwegen en de attributen van A VVo

De bijhouding van TOPlOvector is met ingang van 1997 versneld van de huidige cyclus (vier, zes of acht jaar, afhankelijk van het gebied) naar vier jaar voor heel Nederland. Nederland wordt in blokken opgedeeld, zodat elk jaar een aaneengesloten blok wordt herzien op basis van luchtfotografie en een terreinverkenning (zie figuur 2).

cydlls 4 par

Figuur 2 Cyclus TOP J Ovector

De tweejaarlijkse, tussentijdse, herziening moet nog worden ontwikkeld. Omdat deze herziening snel en relatief goedkoop dient te zijn, moeten andere technieken worden aangewend. Deze tussentijdse herziening is overigens afhankelijk gesteld van een bepaalde gerealiseerde TOPI0vector-omzet en die is nu nog niet bereikt. Voordat alternatieven voor de tussentijdse bijhouding van TOPIOvector worden besproken, wordt eerst het huidige proces kort uitgelegd.

(16)

8 Geodesia-congres '97: Geodesie, professioneel en veelzijdig Voor de bij houding van TOPI0vector wordt uitgegaan van monochrome luchtfoto's op schaal 1: 18.000, aangevuld met een terreinverkenning. Ten behoeve van de interpretatie worden de luchtfoto's vergroot tot schaal I: I 0.000.

Het bijhoudingsproces is schematisch weergegeven in figuur 3. De luchtfoto's worden vergeleken met het bestaande TOPIOvector-bestand. Wijzigingen worden op de luchtfoto getekend, bijvoorbeeld de omtrek van nieuwe gebouwen of de wegkanten van nieuwe wegen. De foto-interpretatie vindt deels stereoscopisch plaats.

TOP10 vector

Figuur 3 Bijhoudingsproces TOPI Ovector

Niet alles kan vanuit de luchtfoto worden geïnterpreteerd. Daarom voeren de topografen in de zomermaanden een terreinverkenning uit. Ook dan wordt de gewijzigde topografie op de luchtfoto getekend (zie figuur 4). De betekende luchtfoto's worden gescand en digitaal tot orthofoto's getransformeerd. Deze transformatie wordt, om de geometrische kwaliteit te waarborgen, langs fotogrammetrische wijze bepaald.

De orthofoto's worden als ondergrond van TOPI0vector op de werkstations geplaatst. De opgetekende wijzigingen worden dan gedigitaliseerd. De getekende lijnen zijn van speciale symbolen voorzien, zodat de digitaliseerder weet met welke code de lijn gedi-gitaliseerd moet worden. Vanaf het beeldscherm vindt geen foto-interpretatie plaats. Na het digitaliseren worden programma's gedraaid ter controle van de bestands-structuur. Daarna wordt topologie aangemaakt en worden vlakken gegenereerd. De volledige bestandsinhoud wordt geplot, gecontroleerd en waar nodig gecorrigeerd. Het bestand is dan gereed voor levering.

(17)

ToplOvector: een kwestie van bijhouden 9

Figuur 4 Verkende luchtfoto

Ontwikkelingen

De vierjaarlijkse herziening van TOPIOvector wordt momenteel ingevoerd volgens het beschreven productie-proces. Nieuwe technieken en samenwerking met andere gegevens aanbieders bieden de mogelijkheid om een tweejaarlijkse herziening te bewerkstelligen. In dit artikel worden de volgende aanvullingen op de bestaande TOP 1 Ovector-bijhouding besproken:

GBKN-mutaties

samenwerking met gemeenten pin-point luchtfoto's

verkenning met laptop-computers hoge resolutie satellietbeelden.

Bijhouding TOPIOvector op basis van de GBKN

Omdat de GBKN continu wordt bijgehouden en mutatie-levering mogelijk is, ligt het voor de hand om te onderzoeken of de GBKN een geschikte gegevensbron is voor TOP 1 Ovector. Daartoe hebben de TDN en het Kadaster een onderzoek gestart.

Het onderzoek bestaat uit drie delen:

1. hoe verhoudt de GBKN-inhoud zich met de TOPlOvector-inhoud

2. is het technisch mogelijk om GBKN-mutaties in TOPlOvector te verwerken 3. kosten/baten-analyse van GBKN-mutatie-verwerking.

(18)

De eerste twee deelonderzoeken zijn inmiddels afgerond [4,5]. In het eerste onderzoek zijn van een drietal proefgebieden bestanden op schaal 1: 10.000 vervaardigd op basis van de GBKN, gebruik makend van het datamodel van TOPlOvector. Deze bestanden zijn vergeleken met de bestaande TOP I Ovector-bestanden. Hieruit kwamen een aantal verschillen tussen de data-modellen aan het licht (zie tabel 2). Bij de verwerking van GBKN-mutaties moet met deze verschillen rekening worden gehouden.

Datamodel GBKN TOPIOvector

Structuur lijngericht vlakgericht Bebouwing los los of bebouwd gebied Wegen minder geclassificeerd geclassificeerd Hydrografie kant insteek kant water Grondgebruik nauwelijks geclassificeerd geclassificeerd Reliëf niet geclassiticeerd geclassificeerd

Tabel 2 Verschillen datamodel

Het tweede deelonderzoek is uitgevoerd in samenwerking met het Provinciaal Vastgoed Overleg Zeeland. In 1996 is in Zeeland TOPIOvector opgebouwd en tegelijkertijd geactualiseerd. De beschikbare bestanden (halfproducten van TOPI0vector, actualiteit 1990) van drie proefgebieden zijn, voorafgaand aan de reguliere herziening, bijgewerkt met GBKN-mutaties. Deze bestanden zijn daarna volgens de normale productiewijze bewerkt. Achteraf is nagegaan hoeveel GBKN-mutaties in TOPIOvector zijn overgenomen.

GBKN-mutaties van gebouwen kunnen eenvoudig in TOP 1 Ovector worden verwerkt. In de proefgebieden tesamen is tachtig procent van de nieuwe gebouwen overgenomen uit de GBKN. De overige twintig procent is afkomstig van de reguliere herziening op basis van luchtfoto's.

Nieuwe of gewijzigde wegen uit de GBKN kunnen in principe ook worden overgenomen. Waterwegen, sloten en hoogteverschillen kunnen in mindere mate volgens TOPI0vector-normen worden overgenomen, omdat de datamodellen voor deze objecten verschillen.

Over de actualiteit kunnen nog enkele opmerkingen worden geplaatst. De actualiteit van TOPI0vector is gebaseerd op de opname-datum van de luchtfoto: wat op de foto te zien is, komt in het bestand. Funderingen in het terrein worden gebouwen in TOPIOvector. Wegen, vergevorderd in aanleg, en bouwstraten komen in het bestand als weg.

(19)

Bij de GBKN worden objecten pas ingebracht indien het werk volledig is afgerond, dus wegen in aanleg of bouwstraten zijn niet opgenomen. Veranderingen in het terrein worden opgespoord en daarna ingemeten. Het uitgangspunt van het Samenwerkingsverband GBKN is dat hoofdgebouwen tot 6 maanden actueel zijn, de bebouwde kom tot een jaar en het buitengebied tot twee jaar [6].

Voor een tussentijdse herziening vormen GBKN-mutaties een mogelijke gegevensbron. De benodigde investeringen voor het verkrijgen, converteren, verwerken en beheren van GBKN-mutatie-bestanden moeten worden afgezet tegen de beschikbare financiële middelen en de besparingen die optreden bij de reguliere vierjaarlijkse herziening. Hiervoor is nader onderzoek vereist.

Het is duidelijk dat de TDN pleit voor standarisatie van het product GBKN, zowel wat de inhoud als de bij houding betreft. Regionale verschillen tussen GBKN's kunnen leiden tot regionale verschillen in TOP lOvector. Voor de meeste gebruikers is dat niet acceptabel.

Gemeenten

Gemeenten behoren tot de groep afnemers, waarvoor de actualiteit van TOPIOvector belangrijk is. Zij wensen in het algemeen een jaarlijkse bijhouding. Dit is mogelijk door de gemeentelijke gegevens, zoals uitbreidingsplannen, direct in TOPIOvector te verwerken. De TDN is van plan om met een beperkt aantal gemeenten een samenwerkingsproject op te starten, om voor die gemeenten een tussentijdse of jaarlijkse herziening te realiseren. De ervaring die hiermee wordt opgedaan zal ook van

pas komen bij het vervolgonderzoek over de herziening van TOPIOvector op basis van GBKN-mutaties.

Pin-point luchtfoto's

In de nabije toekomst is het mogelijk dat bij luchtfotografie de opname-parameters worden bepaald. Hierdoor kunnen direct orthofoto's worden uitgerekend. TOPIOvector kan dan worden bijgewerkt in die gebieden waar veel wijzigingen hebben plaatsgevonden, zodat het fotovliegen beperkt blijft. Het fotogrammetrische proces wordt op deze wijze geminimaliseerd.

Laptops met luchtfoto's

In het huidige proces worden gewijzigde topografische data in feite twee keer vastgelegd, namelijk door het tekenen op de foto en door het digitaliseren van die getekende elementen.

(20)

Het productie-proces zou kunnen worden versneld door het tekenen op de foto en het digitaliseren _{te integreren. Dat betekent dat de luchtfoto vanaf het beeldscherm moet} worden geïnterpreteerd. Tijdens de verkenning zou dan gebruik kunnen worden gemaakt van laptops. _{Dit is een fundamenteel andere productie-methode}_,_{waarvan nu de} effecten worden bestudeerd. Zaken die vooral aandacht behoeven zijn:

van luchtfoto-interpretatie _{naar beeldschenn-interpretatie} van stereo-naar mono-interpretatie

rol van de fotogrammetrie

technische mogelijkheden van laptops de hanteerbaarheid van laptops in het terrein.

De inzet van laptops _{is zowel voor de tussentijdse als de reguliere herziening relevant.}

Satellietbeelden

In de _{nabije toekomst worden}_satellieten_{gelanceerd die beelden opnemen met een} resolutie _{tot één meter [1]. Voor TOPIOvector zouden deze beelden van nut kunnen} zijn. Het zal dan een globale herziening voor een selecte groep objecten betreffen. Het is de vraag of deze objecten voldoende nauwkeurig _{kunnen worden ingewonnen}_,_zodat ze bij de _{reguliere vierjaarlijkse herziening niet weer gewijzigd hoeven te worden}

. Verder is het afwachten hoe vaak bruikbare _{opnames van Nederland worden gemaakt}_.

Overzicht

mogelijkheden

bijhouding

TOPIOvector

Op basis _{van bovenstaande overwegingen is een overzicht gemaakt}_,

waarbij voor elke gegevens bron is aangegeven hoe die in het _{herzieningsproces kan worden ingepast (zie} tabel 3).

TOPIDvector Cyclus Bron Objecten Gebied Kwaliteit Regulier 4 jaar foto's _alle _25% _n_o_rmaal GBKN I jaar mutaties selectie 25% nonnaal

Gemeenten !-2jaar mut./plan selectie selectie nonnaal Pin-point foto's 2 jaar foto's selectie selectie onbekend

Laptop 4 jaar foto's alle 25% onbekend

Satellietbeelden 2 jaar beelden selectie 25% onbekend

Tabel 3 Mogelijkheden herziening TOPI Ovector

In de tabel worden de diverse _{mogelijkheden vergeleken op basis van cyclus}_,_bron_, selectie van objecten, _{percentage van het grondgebied dat jaarlijks wordt bijgewerkt en} kwaliteit van de ingewonnen mutaties.

(21)

:t :t

n

e

In het Haalbaarheidsonderzoek Kembestand wordt van de tweejaarlijkse herziening gesteld dat alle objecten uit TOPIOvector bijgewerkt zouden moeten worden en dat een mindere geometrische kwaliteit voor de wijzigingen aanvaardbaar is,

Uit de tabel blijkt echter dat het nauwelijks mogelijk is om zonder fotogrammetrie en verkenning een volledige herziening uit te voeren, Het is wel mogelijk om de belangrijkste topografie bij te houden: gebouwen, wegen en grote infrastructurele projecten, Verder lijkt het TDN niet verstandig om voor tussentijdse wijzigingen een mindere kwaliteit te accepteren, omdat deze wijzigingen bij de reguliere verkenning weer moeten worden bijgewerkt. Indien de TOP 1 Ovector-omzet aanleiding geeft tot een tussentijdse herziening, zal dat een herziening betreffen van de belangrijkste topografische objecten, volgens de geldende kwaliteitsnormen van TOPlOvector. De TDN richt zich voorlopig op het gebruik van GBKN-mutaties,

Een aspect dat ook aandacht behoeft is de levering van geactualiseerde bestanden, Vooral bij een tussentijdse herziening zal het aantal bestandswijzigingen per herziening kleiner worden, Levering van mutatie-bestanden zou dan de voorkeur kunnen krijgen boven levering van volledige bestanden,

Na het gereedkomen van TOPI0vector bestaan er interessante mogelijkheden voor de bijhouding van TOPIOvector. In het voorjaar van 1997 is het Overlegplatform Gebruikers TOPvector opgericht. De TDN verwacht dat in samenwerking met deze gebruikersgroep het product TOP 1 Ovector op de gewenste kwaliteit kan worden afgestemd middels een efficiënte bij houding en levering,

Conclusie

TOPI0vector wordt vanaf dit jaar in een vierjarencyclus bijgehouden, Bij voldoende omzet zal een tussentijdse herziening worden uitgevoerd, De tussentijdse herziening zal een selectie van TOPI0vector-objecten betreffen, waarbij de kwaliteitsnormen van TOPI0vector gehandhaafd blijven, GBKN-mutaties vormen voorlopig de belangrijkste gegevensbron om deze tussentijdse herziening te bewerkstellingen, Om TOPlOvector uniform te kunnen bijhouden, pleit TDN voor standarisatie van de GBKN, zowel wat inhoud als bijhouding betreft.

(22)

Referenties

[1] Beek, R., Satellite Imagery from EarthWateh and Spaee Imaging, Geomaties Info Magazine, May 1997, p. 60-63

[2] RA VI, 1: 10.000 Kembestand, Haalbaarheidsonderzoek, oktober 1994 [3] RA VI, 1: 10.000 Kembestand, Een haalbare kaart, 1997, Amersfoort

[4] Werkgroep GBKN-TOP10veetor, GBKN-inhoud versus TOP10veetor-inhoud, juli 1995

[5] Werkgroep GBKN-TOPIOveetor, Bijhouding TOP10veetor met de GBKN, augustus 1997

[6] Werkgroep Produktspeeifieatie GBKN, Amersfoort, juni 1995

Summary

TOPIOvector: a matter of maintenance

TOP 10vector, the digital topographic database at scale 1:10.000 of The Netherlands, has been finalized. For users, it is of utmost importance that the database wil/ be revised on a regular basis. From this year onwards, the revision cycle wil! be a four year cycle. In addition, the Topografische Dienst Nederland is looking at opportunities to shorten the revision cycle by carrying out an intermediate revision. Strategie alliances with other data producers can be made or new technologies can be implemented. At this moment, research is carried out to update TOP 1 Ovector using the

Large Scale Base Map of The Netherlands (GBKN), which looks promising. The intermediate revision wil! only concern important topographic objects. Changes in the

(23)

VAN PATROON NAAR PROCES

4D-kartering met hoge resolutie beelden

ir. Wim J Droesen en drs. Jasper Kuipers Grontmij Geogroep bv. Bovendonk 29 Postbus 1747 4700 BS ROOSENDAAL Tel: 0165-575859 Fax: 0165-561368

Samenvatting

Er ontstaat voor steeds meer toepassingsvelden een behoefte aan inzicht in spatio-temporele processen Door recente ontwikkelingen in de digitale fotogrammetrie en remote sensing is het tegenwoordig mogelijk om te beschikken over beelden met een zeer grote informatie-dichtheid én met een hoge herhalingsfrequentie. Voorheen was deze combinatie vanwege de hoge arbeids intensiviteit slechts voor weinigen haalbaar.

In dit artikel zullen de voornaamste ontwikkelingen worden behandeld vanuit drie verschillende toepassingsvelden.

Voor steeds meer toepassingen komen de techniek binnen handbereik. Dit is vooral te danken aan de sterk gereduceerde tijd die nodig is voor de inwinning en de verwerking van de enorme hoeveelheden informatie. Hierdoor worden de kosten aanzienlijk verlaagd, terwijl de kwaliteit hoog blijft.

Inleiding

Voor een correcte taakuitoefening hebben planners, beleidmakers, beslissers en onderzoe-kers behoefte aan actuele en accurate informatie met betrekking tot fenomenen die zich aan of net onder het aardoppervlak afspelen. Helaas laat met name de actualiteit van gebiedsdekkend kaartmateriaal nog al eens te wensen over. Lange doorlooptijden en aanzienlijke productiekosten voor ruimtelijke informatie zijn veelal niet bevorderlijk voor het completeren en bijhouden van kaartmateriaal. Daar komt bij dat voor veel disciplines het antwoord op de vraag 'wat is waar' slechts het startpunt is voor de minstens zo belangrijke vraag naar de dynamiek van de ruimtelijke patronen. Fenomenen zoals milieuvervuiling, ontbossing en kustafslag vragen om constante aandacht. Onoplettendheid kan desastreuze gevolgen hebben. Met andere woorden de informatiebehoefte betreft 'wat is waar en hoe verandert het'. Door de analyse van multitemporele ruimtelijke bestanden worden trends gekwantificeerd en wordt bovendien veelal inzicht verkregen omtrend de processen die deze veranderingen veroorzaken. Duidelijkheid ten aanzien van de onderliggende processen maakt het mogelijk toekomstige ontwikkelingen te voorspellen. Dit alles draagt bij aan een tijdige signalering van problemen, waarop aktie kan worden genomen.

(24)

De huidige generatie gebiedsdekkende waarnemingssystemen met een hoge temporele resolutie hebben een lage ruimtelijke resolutie. Denk bijvoorbeeld aan de meteorologische systemen. Andere monitoringsystemen verzamelen slechts gegevens op enkele punten of langs een beperkt aantal raaien, zodat temporele veranderingen slechts in een 0- of 1-dimensionale ruimte worden beschouwd. Recente ontwikkelingen op het gebied van de remote sensing en de digitale fotogrammetrie hebben monitoringsystemen met een hoge ruimtelijke resolutie echter binnen handbereik gebracht. Deze ontwikkelingen betreffen aanzienlijke verbeteringen in de acquisitie van hoogwaardig beeldmateriaal en een vergaande automatisering van de verwerking en interpretatie van de beelden.

Naar verwachting zal eind dit jaar de jongste generatie commerciële aardobservatie

satellieten panchromatische beelden gaan leveren met 1 meter resolutie. In het kleur-infrarood zal de resolutie beter zijn dan 3 meter. Deze hoge mate van detail was tot heden slechts voorbehouden aan vliegtuigopnamen. Meer detail kan worden verkregen met digitale fotogrammetrie. Voor digitale luchtfoto's is een pixelgrootte van 10 centimeter heel gewoon. Een andere techniek die opgang vindt is vliegtuiglaseraltimetrie. Middels deze geavanceerde meettechniek worden hoogtemodellen ingewonnen waarbij de dichtheid van de hoogtepunten meer dan 1 per meter bedraagt. Al deze verschillende type beelden en bestanden hebben een hoge informatie dichtheid welke door interpretatie wordt ontsloten.

Ontwikkelingen in de beeldverwerking stellen ons in staat de beelden grotendeels automatisch te verwerken. Filteringen, classificaties en conversies worden bijna geheel automatisch gedaan, hetgeen een grote besparing op de productietijd en dus van de kosten inhoud. Door deze aanzienlijke vermindering van tijd is het mogelijk en betaalbaar om de beelden met een veel hogere frequentie in te winnen en te interpreteren. De interpretatie van een tijdreeks van beelden wordt hier aangeduid als 4D-kartering.

De laatste stap in het inzichtelijk maken van de ontwikkelingen in een bepaald gebied is dan ook de presentatie van gevonden patronen en processen. De presentatie dient zodanig te zijn dat de betrokken partijen in staat zijn om snel en eenvoudig de juiste conclusies te trekken en vervolgens de juiste maatregelen kunnen nemen.

In dit artikel wordt ingegaan op deze drie p's van geo-informatie, patroon, proces en presentatie. Aan de hand van een drietal toepassingen zal worden uitgelegd hoe de hiervoor geschetste situatie in de praktijk werkt. Zoals zal blijken wordt bij de verschillen-de toepassingen, naar gelang van het gewenste resultaat, gebruik gemaakt van v erschil-lende inwinnings-technieken. Voordat deze concrete toepassingen worden toegelicht zal eerst nader worden ingegaan op kartering in vier dimensies.

(25)

-~

-Van patroon naar proces 17

Kartering in 4 dimensies

Een temporele reeks van beelden verkregen middels remote sensing enlof luchtfotografie levert een patroon in ruimte en tijd. Dit patroon kan worden gezien als de resultante van de werkzame processen aan het aardoppervlak. Het complex aan processen ligt dientengevolge impliciet besloten in ruimte/tijd patronen en wordt pas expliciet gemaakt door het uitvoeren van een gedegen analyse.

Ten einde beelden van verschillende tijdstippen op een correcte manier te kunnen vergelijken is het noodzakelijk dat de geometrie overeenkomt, zodat overeenkomstige pixels verschillende opnames op dezelfde plek liggen en geen verstoringen veroorzaken voor de analyse. Indien de geometrie van de bestanden goed in orde is, wordt een solide uitgangspunt voor de thematische interpretatie verkregen.

Een momentopname levert een een beeld, waarin verschillende ruimtelijke patronen waarneembaar zijn. Sommige processen kunnen uit de configuratie van ruimtelijke elementen kunnen bepaald. Patronen kunnen grofweg worden onderverdeeld in continue en discrete patronen. Bij de eerste is sprake van een geleidelijke overgangen. Een voorbeeld van een continu patroon is de maaiveld-hoogte. Bij het interpreteren van Continue patronen wordt gebruik gemaakt van een veldbenadering.

Discrete patronen lopen niet geleidelijk in elkaar over. Er is sprake van een abrupte overgang tussen twee types. Hierop is de object benadering van toepassing. Een voorbeeld Van een discreet patroon is de overgang tussen grasland en een korenveld. Continue patronen zijn veelal het gevolg van geleidelijke processen terwijl discrete patronen vaker een abrupte of catastrofale oorsprong hebben.

Alhoewel momentopnames al een goede indicatie van de werkzame processen kunnen geven, wordt geen informatie verkregen omtrend de ontwikkelingen in de tijd. Anders gezegd, momentopnames geven geen uitsluitsel over de snelheid van een proces. In de inleiding is al aangegeven dat juist behoefte bestaat aan inzicht in de ruimtelijke èn temporele ontwikkeling van een proces. Hiervoor zijn tijdreeksen noodzakelijk. Het gekozen tijdsinterval is natuurlijk sterk afhankelijk van het (verwachte) proces.

Juiste interpretatie en analyse van patronen vereist specialistische kennis van zowel beeldverwerking als van het toepassingsveld. Tijdens de kartering worden variabelen, classificaties en kleuren in beelden en tussenbestanden vaak gemanipuleerd om bepaalde patronen te versterken of juist te verbergen. Alhoewel deze beelden belangrijk zijn tijdens de interpretatie en analyse, zijn deze voor niet ingewijde vakspecialisten vaak onbegrijpelijk. Een nauwe samenwerking tussen specialisten op het gebied van beeldverwerking en de experts van het toepassingsveld is dan ook essentieel.

(26)

Kustbeheer

Een van de toepassingen waarbij inzicht in de dynamiek van ruimtelijke patronen een essentiële rol speelt is kustbeheer. Processen als duinafslag, zandtransport, geulvorrning en de deformatie van zeeweringen dienen goed in de gaten te worden gehouden ten einde de veiligheid in de kuststreek te kunnen garanderen. Een goed beheer vergt dan ook een constante stroom van hoogte-informatie waarmee de actuele situatie wordt beschreven en toekomstige ontwikkelingen kunnen worden voorspeld.

Tot voor kort werd in deze informatiebehoefte voorzien door het fotogrammetrisch inwinnen van dwarsprofielen. Deze dwarsprofielen geven echter geen gebiedsdekkende beschrijving van de kust. Ontwikkelingen als duinafslag en zandtransport kunnen beter worden geïnterpreteerd in een reeks van ruimtelijke hoogtemodellen omdat deze modellen een gedetaileerder patroon van ruimtelijke elementen als zandbanken en geulen geven. Laseraltimetrie is een inwinningstechniek waarmee accuraat en met een hoge herhalingsfrequentie deze hoogte-modellen geleverd kunnen worden. De techniek laat zich het best uitleggen als men zich een soort superscanner vanuit een vliegtuig voorstelt. Met een krachtige laserstraal wordt vanuit het vliegtuig het onderliggende landschap in banen afgetast. Het tijdsverschil tussen het uitzenden van een laserpuls en de ontvangst van het gereflecteerde signaal, bevat informatie over de afstand tussen het aangestraalde oppervlak en het vliegtuig. Omdat tijdens de opnamen de positie en orientatie van het vliegtuig exact worden vastgelegd door middel van GPS én een traagheidsnavigatiesysteem, kan voor iedere laserpuls een hoogtepunt op het aardoppervlak worden berekend. De

Figuur 1

"

. ~.

I" '''~.

~

! "

Hoogtemodellen vervaardigd middels vliegtuiglaseraltimetrie vóór (I) en na (r) filtering van bebouwing en vegetatie.

(27)

Van patroon naar proces 19

hoogtenauwkeurigheid van dit punt is doorgaans veel beter dan 10 cm. Deze punten vormen een Digitaal Elevatie Model (DEM). Een voordeel ten opzichte van luchtfotografie is dat door het gebruik van een actieve lichtbron ook 's nachts gevlogen kan worden.

Om inzicht te krijgen in de processen van zandtransport wordt alleen het maaiveld beschouwd. Elementen zoals bomen en bebouwing dienen hiervoor uit het beeld gefilterd te worden (figuur 1). Bij het stranddeel is dit beperkt tot enkele strandpaviljoenen, maar in het duindeel (> 2,5 meter boven NAP) komen veel van dit soort elementen voor. Met behulp van automatische filters worden deze verstorende objecten verwijdert. Door interpolatie wordt wederom een continue een hoogtemodel gegenereerd waarmee het maaiveld wordt gerepresenteerd. Door gebruik te maken van automatische filter- en correctie technieken is de benodigde tijd voor deze analyse fase minimaal.

De verschillende ruimtelijke en temporele patronen bieden de specialisten inzicht in de processen die spelen in het kustgebied. De verschillen tussen de hoogte-modellen vertellen veel over hoe het kustlandschap veranderd is in een bepaalde periode (figuur 2). Niet alleen kan hierdoor de huidige situatie begrepen worden, maar kunnen er ook uitspraken gedaan worden over toekomstige ontwikkelingen.

Een laatste stap is de presentatie van de informatie. Dit dient zodanig gedaan te worden dat de informatie duidelijk naar voren komt. Planners, managers en beslissingsmakers zijn op deze manier snel en eenvoudig in staat om de juiste conclusies te trekken en hun beleid indien noodzakelijk hieraan aan te passen, zodat er van een goed kustbeheer sprake blijft. Voor bepaalde toepassingen zoals kust-, rivier- en waterbeheer biedt laseraltimetrie enorme voordelen ten opzichte van traditionele inwinningsmethoden. Als gevolg van de kosten-effectieve manier van data-inwinning, de snelle data-verwerking en de verminder-de operationele kosten zullen verminder-deze traditionele inwinnings-technieken voor verminder-deze toepassingsvelden in de toekomst vervangen worden door laseraltimetrie.

(28)

Beheer waterwingebieden

. Waterwingebieden zijn net als kustgebieden lokaties waar een uitgekiend beheer zeer belangrijk is. De Amsterdamse waterleidingduinen vonnen een aansprekend voorbeeld. Naast de functie van waterwinning voor de gemeente Amsterdam is het gebied in gebruik voor recreatie, kustbeschenning en heeft het gebied ook een grote natuurwaarde. De natuurwaarde in het gebied wordt sterk beinvloed door antropogene en natuurlijke processen rond de landschapselementen grondwater, reliëf, bodem, flora en fauna. Langzame en plotselinge veranderingen hebben een kwetsbaar en complex landschap gevonnd waarin zowel discrete als continue patronen voorkomen. De managers van het gebied dienen een goed inzicht te hebben in de complexe ontwikkelingen die spelen in het gebied. Pas als het gebied volledig begrepen wordt kunnen voorspellingen worden gedaan en relevante natuurbeheersmaatregelen genomen worden om de verschillende functies van het gebied te waarborgen.

Gemeentewaterleidingen Amsterdam beschikt over een monitoringsysteem dat gebruik maakt van digitale orthofoto's met een tijdsinterval van 10 of 5 jaar. Gekozen is voor kleur-infrarood opnamen, omdat gegevens in de infrarode band sommige eigenschappen van het aardoppervlak prijsgeven die in gewone kleuren foto's verborgen blijven. Zo is het mogelijk karakteristieken van water, bodem en vegetatie te ontdekken en te identificeren wat van belang is om inzicht te krijgen in de bodemvochtigheid van duinvalleien.

De vegetatie kan uitstekend worden gekarteerd uit digitale luchtfoto's. Alvorens de digitale foto's worden geinterpreteerd, wordt een geometrische en radiometrische correctie toegepast. Na deze correctie wordt een naadloos mozaïek van orthofoto's gemaakt. In dit beeld zijn verschillen in kleur direct relateerd aan verschillende condities in het terrein. Zoals aangegeven heeft de vegetatie en geomorfologie in de duinen een uiterst complex karakter, hetgeen wordt weerspiegeld in een ruimtelijk en temporeel patroon van discrete overgangen en continue ecologische gradienten.

De handmatige interpretatie van deze beelden naar een klassieke vegetatie kaart is een uiterst subjectieve aangelegenheid. Bovendien is het ondoenlijk de vele details in de beelden handmatig uit te karteren. Ook in deze situatie bieden automatische beelinterpretatietechnieken soelaas. In een stapsgewijze procedure worden zowel discrete als continue patronen gekwantificeerd. Hiervoor wordt gebruikgemaakt van klassieke en fuzzy classificaties. Omdat het digitale orthofotomozaÏek een resolutie heeft van 25 cm kunnen alle individuele struikjes worden omlijnd. Overgangen tussen graslanden en mosvegetaties worden continue gerepresenteerd. Vanzelfsprekend dienen de nodige veldmetingen te worden uitgevoerd voor de calibratie en validatie van de classificatiemethoden ..

Deze metingen kunnen alleen worden uitgevoerd door een ecoloog met veel kennis van het gebied. Voor de positiebepaling van de referentiemetingen wordt gebruikgemaakt van GPS. Door het gebruik van GPS is het mogelijk 250 referentiemetingen per dag te verrichten, waardoor in twee dagen ruim voldoende veldmonsters kunnen worden genomen.

(29)

Van patroon naar proces

Figuur 3 Ontwikkelingen van stuiftanden en verstrueling in de Amsterdamse Waterleiding duinen.

21

Doorgaans dienen hoge eisen aan de geometrische en thematische nauwkeurigheid van de bestanden in een monitoringsysteem te worden gesteld. Immers iedere verstoring heeft effect op de kwaliteit van de temporele analyses. Uit een reeks van vegetatiekaarten kan de vegetatiesuccessie worden bepaald. Met enige voorzichtigheid kunnen trends zelfs naar de toekomst worden doorgetrokken. Door correlaties tussen bijvoorbeeld de vegetatie en fauna kunnen ook uitspraken worden gedaan over de ontwikkeling van bepaalde soorten. Hiertoe wordt met behulp van een GIS de vegetatiekaart omgerekend naar een habitatkaart. Een habitatkaart geeft de lokaties in het gebied waar een bepaalde soort mogelijk voorkomt. Trends in het aantal habitats geven een goede indicatie van SOortsaantallen. Op deze manier is het voorkomen van de zeldzame zandhagedis 4D in kaart gebracht.

Het is belangrijk om deze complexe spatio-temporele processen goed te presenteren zodat ze ook voor leken te begrijpen zijn. Het duidelijk visualiseren van deze processen en patronen is niet eenvoudig en vereist daarom extra aandacht. Het zou immers een verspilling van tijd en moeite zijn als de gevonden resultaten verloren gaan door een verkeerde presentatie.

(30)

Beheer stedelijke gebieden

Beide vorige toepassingen betroffen gebieden die gedomineerd worden door natuurlijke processen. Er bleek een sterke behoefte te bestaan aan spatio-temporele informatie over verschillende eigenschappen van dit complexe en kwetsbare landschap. Deze behoefte bestaat echter niet alleen in landelijke gebieden. Ook in stedelijk gebied bestaat een sterke behoefte aan inzicht in de verschillende tijd-ruimte processen die spelen.

Voor de verschillende diensten van een gemeentelijke overheid is het bijvoorbeeld belangrijk om te kunnen beschikken over actueel kaartrnateriaal.

In Nederland bestaat een registratie-plicht voor vastgoed. Dat wil zeggen dat bij een verandering de verantwoordelijke verplicht is dit te melden bij de lokale overheid. De overheid is hierdoor in staat om deze mutaties in te meten en toe te voegen aan het actuele kaartbestand van de gemeente. In de praktijk blijkt de naleving van deze registratieplicht niet overal even strikt te zijn. Op den duur kunnen hierdoor grote verschillen ontstaan tussen het kaartbestand van de gemeente en de huidige situatie. Bijhouding van het actuele kaartbestand is geboden.

De toevoeging van mutaties verloopt in twee stappen. Allereerst zal een manier moeten worden gevonden om het ongeregistreerde vastgoed te signaleren en te identificeren. Vervolgens kunnen de gevonden mutaties worden ingemeten en toegevoegd aan het grootschalige kaartbestand.

(31)

r 1 t 1 rJ. l. :t

•

Van patroon naar proces 23

Met name in grotere en middelgrote gemeenten wordt de situatie al snel onoverzichtelijker en is de behoefte aan een signaleringssysteem groot. In kleine gemeenten zijn ambtenaren in de regel goed op de hoogte van de plaatselijke situatie.

Het gebruik van een luchtopname ten behoeve van signalering ligt voor de hand, omdat hierop doorgaans alle bebouwing is waar te nemen. Omdat gespeurd wordt naar zeer recente mutaties is het gebruik van oude luchtfoto's uitgesloten. De nieuwe generatie pan-chromatische satellietbeelden met een resolutie van een zijn voor dit doel uitstekend geschikt. De resolutie is ruim voldoende om de mutaties te kunnen localiseren, herkennen en identificeren. Bovendien zijn de kosten van satellietbeelden relatief gering ten opzichte van een nieuwe fotovlucht.

De overlay van een recent satellietbeeld met een kaartbestand brengt de verschillen meteen aan het licht. Het signaleren van mutaties is nog niet geautomatiseerd en gebeurt vooralsnog grotendeels handmatig. Aan de hand van de aard, aantal en verspreiding van de gevonden mutaties kan de gemeente vervolgens de juiste methode bepalen om de mutaties in te meten. Bij een gering aantal zal een meetploeg worden gestuurd. Als sprake is van een groot aantal mutaties zal de informatie met fotogranlIDetrische inwinningstechnieken worden verzameld.

Jalllmer genoeg blijft het gebruik van deze beelden beperkt tot actualisering en overige interne activiteiten. Satellietbeelden en fotokaarten kunnen echter wel degelijk ook voor presentatie doeleinden worden aangewend.

Geplande uitbreiding van het stedelijk gebied kan met behulp van deze beelden op overtuigende manier worden gepresenteerd. De beelden geven de werkelijke situatie weer. Met behulp van moderne hard- en software is het mogelijk om de geplande stedelijke uitbreiding in drie dimensies aan deze beelden toe te voegen. Hierdoor ontstaat een foto-realistische mix van heden en werkelijkheid en kan visueel worden nagegaan welke impact de veranderingen op de huidige omgeving zullen hebben.

Deze 3D-visualisaties worden gebruikt voor planologische toepassingen. Een toekomstig plan wordt op deze manier inzichtelijk gemaakt. Behalve voor presentatie doeleinden kunnen de 3D-visualisaties ook gebruikt worden om een plan te verkennen en visueel te evalueren. Gebruikers kunnen door het model wandelen en verschillende scenario's bekijken en eventueel visueel veranderingen aanbrengen.

Door 3D-visualisaties ook bij inspraak-procedures te gebruiken kunnen de betrokken Partijen zelf de toekomstige situatie ontdekken. Waardoor een duidelijk toekomstbeeld Wordt geschapen en de betrokken partijen beter een plan kunnen inschatten. 3D-Visualisatie helpt zo de duidelijkheid te vergroten en de acceptatie van plannen te vergemakkelijken.

(32)

Conclusie

Dankzij de nieuwe generatie producten uit de digitale fotogrammetrie en remote sensing is het mogelijk snel en met een hoge herhalingsfrequentie gedetailleerde beelden te leveren. Hiermee kan voor veel toepassingen in een prangende behoefte aan 4D-kartering worden voorzien. Toepassingsvelden waarbij inzicht in de ruimtelijke èn temporele ontwikkeling noodzakelijk is kunnen van deze nieuwe ontwikkelingen profiteren.

In het verleden was nauwkeurige geografische informatie in 2 of 3 dimensies in combinatie met de ontwikkeling in de tijd nauwelijks haalbaar voor een breed publiek. Het was slechts mogelijk de ontwikkeling in de tijd voor enkele punten of profielen te bepalen. Hierdoor werd wel inzicht verworven in bepaalde processen, maar de informatie was weinig nauwkeurig of incompleet.

Door nieuwe inwinningstechnieken, automatische verwerking van beelden en versnelde proces analyse is 4D-kartering met hoge resolutie beelden echter voor een steeds groter publiek mogelijk en betaalbaar. Door in deze behoefte te voorzien wordt een bijdrage geleverd aan een betere beheersing van gebieden of situaties van verschillende toepassingsvelden. Kustbeheer, beheer van waterwingebieden en beheer van stedelijk gebied zijn slechts enkele van de toepassingen die kunnen profiteren van deze nieuwe ontwikkelingen.

Omdat bij de interpretatie van de gevonden patronen kennis van het toepassingsveld onontbeerlijk is kan een nauwe samenwerking optreden tussen de uitvoerenden en de opdrachtgever. Zo levert de verzameling van referentiegegevens door de opdrachtgever een belangrijke bijdrage leveren aan een project. De gecombineerde kennis van het toepassingsveld met specialistische kennis over beeldverwerking en -interpretatie zorgt voor een optimale combinatie om patronen en processen te ontdekken en verklaren. Ten einde de gevonden resultaten over te brengen aan andere belanghebbenden zal gekozen moeten worden voor de juiste presentatie-techniek. Het is belangrijk dat dit goed gedaan wordt omdat anders de resultaten verkeerd geïnterpreteerd zouden kunnen worden, wat weer zou kunnen leiden tot verkeerde conclusies. Behalve presentatie op platte 2-dimensionale kaarten is dankzij moderne hard- en software ook presentatie in 3-dimensies mogelijk en is het nog maar een kleine stap naar Virtual Reality.

In de nabije toekomst komen remote sensing en digitale fotogrammetrie producten voor nog meer toepassingen binnen handbereik. Sleutelfactoren als snelheid en kosten worden verder geoptimaliseerd terwijl de kwaliteit hoog blijft. Snellere computers en slimmere programma's zorgen voor een steeds snellere en efficiëntere automatische verwerking van de data. Het detail van satellietbeelden zal toenemen. Nieuwe inwinnings-technieken als laser- en radar-altimetrie zijn minder weersafhankelijk, zodat met een hogere herhalingsfrequentie gevlogen kan worden. Ook is het hierdoor mogelijk frequenter beelden op te nemen van gebieden rond de evenaar waar vrijwel het hele jaar een dikke laag bewolking hangt. Satellietbeelden en luchtfoto's kunnen via het Internet besteld en geleverd worden zodat een nog snellere levering gegarandeerd is. Deze ontwikkelingen zorgen er voor dat deze producten nu en in de nabije toekomst steeds toegankelijker worden. 4D-Kartering komt voor velen binnen handbereik en het gebruik ervan door een breed publiek lijkt dan ook nog enkel een kwestie van tijd.

(33)

!T

"

S I. Q g n :t l. S e !r e e k e d e :r :t ;t ti d 1, s n e n s e :r e n n :r n Van patroon naar proces 25

Literatuur

[1] MacEachren, A.M., Some truth with maps, A primer on symbolization & design, Association of American Geographers, 1994 Washington D.C.

[2] Rijkswaterstaat, Meetkundige Dienst, Een nieuwe techniek voor hoogte-inwinning, GIS nieuws 1997, nummer 2, p. 8-11.

[3] Flood, M., Gutelius, B., Commercial Implications of Topographic Terrain Mapping Using Scanning Airbome Laser Radar, Photogrammetric Engineering & Remote Sensing 1997 no. 4, p.327-329, 363-365.

[4] Mazure, R., KvAG als lits-jumeaux voor fotogrammetrie en remote sensing, VI Matrix, 1996 no.5, p.8-11 .

Summary

From pattern to process:4D-mapping of high resolution images

There is an increasing demand for interpretation and analysis of spatio-temporal processes. Nowadays it's possible to obtain images with both a high resolution and a high repeating-frequency. This is possible because of recent developments in digital photogrammetry and remote sensing. This combination used to be achievable for only a few, because ofthe high input oflabour.

In this article the most important developments wil! be mentioned.

The new techniques are within reach of more and more people. This is the result of the reduced time necessary for the col/ection and the processing of the data. The costs are reduced dramatically, while the quality remains high.

(34)

Gebruik Hoge Resolutie Satellietbeelden in de Praktijk

Gerard JA. Nieuwenhuis

Voorzitter Kring voor Aardobservatie en Geo-informatica DLO Sta ring Centrum, Postbus 125, 6700 AC Wageningen tel: 0317 474319,fax: 0317 424812, E-mail: Nieuwenhuis@Sc.dlo.nl

Samenvatting

In aanvulling op de reeds operationele aardobservatiesatellieten worden nog voor het jaar 2000 een groot aantal satellieten gelanceerd, die zeer frequent hoge resolutie satellietbeelden gaan verschaffen. Resoluties van lm bij panchromatische opnamen worden daarbij gehaald. Het aanbod aan verbeterde satellietsystemen betekent een versterking van het operationeel gebruik van satellietwaarnemingen. Voor de bedrijven,

die op remote sensing waarnemingen gebaseerde diensten aanbieden, zijn er goede marktperspectieven. Verwacht wordt dat het geïntegreerd gebruik van beschikbare digitale geografische bestanden en hoge resolutie satellietbeelden bij onder andere de ruimtelijke planvorming sterk zal toenemen.

Inleiding

Sinds het begin van de jaren zeventig worden satellietopnamen verstrekt op diverse schalen. De geometrische resolutie van hoge resolutie beelden is in de loop der jaren verbeterd van 80 m (Landsat-MSS) tot 10 m (SPOT-Pan). Mede dankzij de ontwikkelingen op het gebied van GIS en RS-beeldverwerking is het gebruik van satellietopnamen de afgelopen jaren sterk toegenomen.

Sinds enkele jaren is de commerciële sector zich actief gaan bemoeien met de bouw van hoge resolutie satellietsystemen. Deze ontwikkeling hangt samen met het instorten van de defensiemarkt. Beelden komen beschikbaar met resoluties die variëren van 1 tot 10 m! Daarnaast komen er ook verbeterde systemen voor monitoring op continentale schaal. Een voorbeeld hiervan is de Vegetation scanner die aan boord wordt geplaatst van SPOT -4. In aanvulling op de waarnemingen in het zichtbare deel van het spectrum neemt ook de waarneming in het microgolf deel van het spectrum toe. Verwacht wordt dat de komende decade meer dan 100 satellieten gelanceerd gaan worden voor waarneming van de planeet aarde [2].

Satellietwaarnemingen worden geleidelijk aan concurrerend met luchtfoto's. Metrisch nauwkeurige beelden worden verkregen op 1 tijdstip voor grote gebieden tegen sterk concurrerende prijzen. Verwacht wordt dan ook dat de toenemende datastroom zal resulteren in een sterke groei van het gebruik van satellietwaarnemingen.

Voor de gebruikers van satellietdata werkzaam bij de overheid of het particulier bedrijfsleven liggen er grote uitdagingen. Hoe maken we efficiënt gebruik van het enorme aanbod aan satellietdata en kunnen we de datastroom wel aan? In dit artikel worden enkele ontwikkelingen op het gebied van de satelliettechnologie geschetst en

(35)

Gebruik hoge resolutie satellietbeelden in de praktijk 27

wordt ingegaan op de consequenties voor de gebruikers van satellietwaarnemingen.

Trends in satelliettechnologie

De komende jaren worden een groot aantal aardobservatiesatellieten gelanceerd. Een totaaloverzicht van te lanceren satellieten is dan ook niet mogelijk. De specificaties van enkele bekende satellietsystemen staan in Tabel 1. Verder wordt verwezen naar [1], [2] en [3] en het internet adres 'HTPP;IIGDS.ESRIN.ESA.IT', onderwerp 'RS over the world'. In deze bijdrage wordt ingegaan op enkele ontwikkelingen in satelliettechnologie.

Bedrijf Earthwatch Orbital Sciences Space I maging

Satellietsysteem Early Bird Quick Bird Orb View-3 IKONOS Spectraal bereik (pm) Pan 0,45-0,65 0,45-0,90 0,45-0,90 0,45-0,90 Multi-spectraal 0,49-0,60 0,45-0,52 0,45-0,52 0,45-0,52 0,65-0,68 0,53-0,59 0,52-0,60 0,52-0,60 0,79-0,88 0,63-0,69 0,63-0,69 0,63-0,69 0,77-0,90 0,76-0,90 0,76-0,90 Resolutie (m) Pan 3,2 0,82 1&2 0,82 Multispectraal 15 3,28 4 4 Beeldgrootte (km) 6 x 6 Pan 22 x 22 8 x 8 11 x 11 30 x 30 MS

Theoretische tijd tussen 2 2-5 1,5-2,5 1-3 1-3 Opnamen van dezelfde

plaats (dagen)

Lanceerdatum najaar 1997 I eind 1998 eind 1998 1 dec. '97

2 begin 1999 2 sept. '98

Tabel J. Enkele karakteristieken van commerciële Amerikaanse satellietsystemen, die de komende jaren worden gelanceerd. Voor gedetailleerde informatie wordt verwezen naar [2)

Optische systemen

De gangbare satellietsystemen Landsat-TM en SPOT krijgen een vervolg. Na de mislukte lancering van Landsat-6 staat de lancering van Landsat-7 gepland voor het voorjaar van 1998. SPOT-4 (ook lancering in 1998) kent enkele belangrijke uitbreidingen ten opzichte van SPOT 1, 2 en 3. Een band in het midden infrarood wordt er aan toegevoegd. Bovendien verschaft de Vegetation scanner dagelijks echte I-km beelden in vergelijkbare banden van het spectrum, inclusief de band in het midden infrarood. Daarmee wordt

(36)

- - ~-

-28 Geodesia-congres '97: Geodesie, professioneel en veelzijdig

SPOT -4 een laachtig instrument voor de kartering en monitoring van de vegetatiebedekking op regionale, nationale en continentale schaal.

,India heeft reeds een met Landsat-TM en SPOT concurrerend satellietsysteem

operationeel (IRS IC). Deze satelliet levert panchromatische beelden met een resolutie van Sm en levert

Figuur J. Opname van de IRS JC satelliet van de Amsterdamse Arena

daarmee op dit moment de meest gedetailleerde beelden vanuit de ruimte voor civiele

toepassingen (zie Figuur 1).

In aanvulling op de gangbare systemen die ontwikkeld zijn in de overheidssfeer worden

momenteel op commerciële basis satellieten gebouwd, die qua geometrie aanzienlijk

nauwkeuriger beelden gaan verschaffen. De komende 2 jaar komen voor civiele

toepassing satellietscannerbeelden beschikbaar met resoluties van Im (panchromatisch)

en S tot lOm (multi-spectraal). Figuur 2 toont enkele gesimuleerde beelden met resoluties

(37)

Gebruik hoge resolutie satellietbeelden in de praktijk 29

De Russen verschaffen al enige tijd beelden met details van enkele meters gebaseerd op scanning van satellietfoto's. De beschikbaarheid en de kwaliteit van deze beelden valt echter in de praktijk nog al eens tegen. Ook komen foto's beschikbaar, die in het verleden opgegnomen zijn voor militaire toepassingen. Zie hiervoor onder andere het intemetadres HTTP://EDCWWW.CR.USGS.GOV/GLISIHYPERIGUIDEIDISP. Naast de verbetering van de geometrische resolutie komen er ook systemen, die waarnemingen gaan verrichten in een groot aantal spectrale banden Cimaging spectroscopy'). Voorbeelden van deze systemen zijn MERIS (Envisat, ESA) en MODIS (EOS, NASA). De geometrische resolutie van deze systemen bedraagt enkele honderden meters. Voorlopig zijn ze vooral van belang voor onderzoeksdoeleinden.

Radar

De ESA heeft zich in de afgelopen jaren gericht op radarsystemen. Met de ERS-l en -2 zijn unieke C-band radarbeelden verkregen van grote delen van de wereld ook van gebieden met permanente bewolking. De Japanners zijn deze weg ingeslagen met de lancering van JERS-l. Naast L-band data verschaft deze satelliet trouwens ook optische beelden. Sinds enkele jaren is ook nog de Canadese Radarsat satelliet operationeel.

De radarwaarnemingen worden in Europa gecontinueerd met de lancering van Envisat rond de eeuwwisseling. Ook zijn er commerciële initiatieven voor de bouw van radarsatellieten. Een voorbeeld hiervan is de LightSAR.

Wat betreft radarwaarnemingen wordt een uitbreiding in golflengtebereik en polarimetrie Voorzien. Veel wordt verwacht van de geplande radarsystemen bij de monitoring van duurzaam landgebruik in de tropen.

Ontwikkelingen

In het verleden was er een trend naar de inrichting van enkele polaire platforms met een zo Volledig mogelijke uitrusting aan apparatuur (Envisat, EOS en ADEOS). Vanaf dergelijke platforms worden dan gelijktijdig waarnemingen verricht van het aardoppervlak en over de samenstelling van de atmosfeer. Voor onderzoeksdoeleinden komen daarmee unieke datasets beschikbaar voor met name het klimaatonderzoek. Tegenwoordig is het beleid gericht op de voorbereiding van missies van meer beperkte omvang. Voorbeelden hiervan zijn de Earth Explorer en Earth Watch missies van de ESA voor de periode na 2000. De eerste categorie richt zich op onderzoeken demonstratiedoeleinden, terwijl de tweede categorie betrekking heeft op operationele toepassingen. Daarnaast zijn er ook plannen voor zogenaamde low budget systemen, die een specifiek doel beogen, bijvoorbeeld de globale meting van de bodemvochttoestand.

Consequenties voor de dataverwerking

De nieuwe generatie satellietsystemen stellen eisen aan de beschikbare beeldverwerkingsfaciliteiten. De omvang van de data neemt sterk toe. Dit betekent dat eisen worden gesteld aan zowel de opslagcapaciteit als de rekensnelheid. Met de snelle ontwikkelingen op IT-gebied worden hier in de toekomst echter nauwelijks problemen mee voorzien.

(38)

Driebergen

1 m resolutie 3 m resolutie 5 m resolutie 10 m resolutie schaal Meters 200 200 400 800 800

Figuur 2. Zwart-wit foto 's van de Topografische Dienst gescanned met een resolutie van 1 m en geresampeld naar resoluties van 3, 5 en lOm

(39)

-

-Gebruik hoge resolutie satellietbeelden in de praktijk 31

De afnemende resolutie resulteert in dergelijke gedetailleerde beelden, waardoor structuurkenmerken van objecten aan het aardoppervlak zichtbaar worden. Het betreffen regelmatige patronen van wegen, waterlopen en gebouwen, maar ook onregelmatige structuren van bijvoorbeeld vegetatietypen zoals struwelen en bossen. Visueel zijn deze kenmerken eenvoudig waarneembaar. Automatische kartering aan de hand van textuurkenmerken is tot op heden regelmatig onderwerp van onderzoek geweest, maar heeft nog nauwelijks tot bruikbare oplossingen geleid. Met de nieuwe generatie satellietsystemen verdient dit onderzoek in de toekomst weer de nodige aandacht. Het geïntegreerd gebruik van verschillende informatiebronnen wordt steeds belangrijker. Digitale topografische gegevens kunnen worden gebruikt bij de interpretatie van satellietbeelden. Omgekeerd lenen de hoge resolutie satellietbeelden zich voor de verbetering en actualisering van beschikbare digitale geografische bestanden.

Geometrische passing van beelden en nauwkeurigheidsbepalingen verdienen daarbij de nodige aandacht.

Operationele toepassingen

Gebruik huidige systemen

Met de lancering van Landsat-TM en SPOT is de belangstelling voor satelliet remote sensing enorm toegenomen. De ontwikkelingen op het gebied van de geografische informatiesystemen en de remote sensing beeldverwerking zijn hierbij van groot belang geweest. Betaalbare op PC en workstation gebaseerde verwerkingssystemen hebben geresulteerd in de introductie van remote sensing bij diverse bedrijven en de oprichting van gespecialiseerde remote sensing bedrijven in aanvulling op de onderzoeksinstellingen die reeds vanaf het begin van de jaren zeventig actief zijn op dit gebied.

Bij de controle op de verontreiniging van de Noordzee maakt Rijkswaterstaat al sinds vele jaren operationeel gebruik van vliegtuig remote sensing. Ook wordt gebruik gemaakt van satellietwaarnemingen, onder andere bij de monitoring van de concentraties aan algen en slib.

In de landbouw spelen satellietwaarnemingen een belangrijke rol bij de controle in het kader van de EU-subsidieregelgeving. Worden inderdaad de voor subsidie in aanmerking komende gewassen verbouwd en kloppen de arealen? Het Space Application Institute SAIlJRC van de EU in Ispra, Italië heeft een systeem ontwikkeld voor vroegtijdige oogstramingen op nationale en Europese schaal [3]. Het DLO Staring Centrum heeft een landsdekkend grondgebruiksbestand van Nederland geproduceerd (LGN), gebaseerd op de interpretatie van Landsat-TM beelden. In omliggende landen zijn vergelijkbare Initiatieven genomen, terwijl de EU bezig is met de opbouw van een meer ecologisch georiënteerd bestand van heel Europa (CORINE).

Het gebruik van satellietbeelden bij projecten in de ontwikkelingslanden gericht op een dUurzame ontwikkeling van het landgebruik is tegenwoordig min of meer standaard. Op satellietbeelden gebaseerde kaarten zijn een belangrijke informatiebron omdat actuele en betrouwbare kaarten veelal ontbreken.