Plattegronden en kaarten maken in rap tempo plaats voor ruimtelijke modellen. In de wereld van 3D geo-informatie speelt Nederland een voortrekkersrol. Dat heeft veel te maken met praktische diplomatie.
Autonome autootjes rijden door de wijk en leggen alles vast. Camera’s in Amsterdam fotograferen de straat elke paar dagen als controle op de parkeervergunning. Laserscanners zetten de omgeving om in een 3D puntenwolk en een drone met Lidar-apparatuur tast de omgeving af met 80.000 pulsen per seconde. Aan data geen gebrek in de wereld van 3D geo-informatie. Een vakblad (GIM International, januari 2015) sprak over brontobytes aan data en kopte ‘Help! Wat doen we met al die 3D punten?’. Als voorbeeld: ons kleine Nederland is met 6 tot 10 punten per vierkante meter geheel ruimtelijk vastgelegd. Die AHN2 (actueel hoogtebestand Nederland) dataset bevat niet minder dan 640.000.000.000 hoogtepunten.
Tegenover die duizelingwekkende hoeveelheid aan data staat een groeiende lijst aan toepassingen van 3D technologie (zie tabel). Maar omdat ieder vakgebied zijn eigen methoden en standaarden hanteert, wordt er veel dubbel werk gedaan en maar weinig informatie gedeeld. “Als een geluidexpert gegevens nodig heeft voor een analyse over geluidoverlast, dan huurt zij zelf een bedrijf in om specifieke 3D data over de werkelijkheid in te winnen”, weet prof.dr. Jantien Stoter (44), hoogleraar 3D geoinformatie aan de faculteit Bouwkunde. Niettemin twijfelt ze er niet over dat over 10-15 jaar alles wat nu nog met plattegronden en kaarten gebeurt plaats zal maken voor ruimtelijke modellen in 3D. Dan is het wel handig als onderzoekers, gebruikers en de wetgever doelmatiger met data omgaan dan nu.
Blij maken
Stoter zit met haar vakgroep als een spin in het web tussen producenten van 3D data en de gebruikers van allerlei pluimage. “We zijn een dienende discipline”, zegt ze met zachte stem en een vriendelijke glimlach. “Oplossingen die wij verzinnen moeten aansluiten op behoeften vanuit de praktijk. De experts waar wij voor werken komen uit heel andere domeinen. Mensen uit mijn groep worden er blij van om ruimtelijke oplossingen te verzinnen voor 3D data waar anderen mee verder kunnen.”
Die dienende aanpak is uitermate succesvol gebleken. Zo ontving ze in 2010 een Vidi beurs van STW voor haar onderzoeksproject 5D-geomodelling (waarover straks meer) en zet ze dit jaar haar onderzoek voort met een beurs van de European Research Council onder de naam Urban Modelling in Higher Dimensions.
Alsof 3D nog niet ingewikkeld genoeg is, voegt Stoter er bij haar 5D onderzoek nog twee dimensies aan toe: detailniveau en tijd. Ze licht toe: “Het is belangrijk in- en uit te kunnen zoomen binnen dezelfde dataset, en ook de tijd is belangrijk. Kaarten moeten actueel zijn, maar je moet ook terug kunnen gaan naar, zeg, een jaar geleden. Een 5D geomodel laat je in en uitzoomen op een ruimtelijk model en biedt de mogelijkheid om heen en terug te reizen in de tijd.”
Haar onderzoek is erop gericht om 3D geografische data slim te maken zodat er veel meer relevante informatie uit data kan worden gehaald voor verschillende toepassingen. Logische voorwaarden, vastgelegd in de datastructuur, zorgen ervoor dat geografische data altijd correct zijn. Een voorbeeld van zo’n logische voorwaarde is dat er op een kadastrale percelenkaart geen overlap kan zijn (want dan zou je twee eigenaren hebben) en er mogen ook geen gaten vallen (grond die van niemand is). Ook moet er continuïteit zijn in de tijd. Gebouwen verdwijnen niet zomaar. Stoter: “Als je het concept van detailniveau en tijd opslaat als extra dimensie, dan kun je die correctheid simpelweg afdwingen. Anders moet je dat met aparte regeltjes gaan inbouwen.”
Verbinden
Omstreeks 2009 kreeg Stoter een briljant idee. Ze was afgestudeerd in de fysische geografie aan de Universiteit Utrecht, had ruimtelijke analyses gemaakt voor milieueffectrapportages, was daarna gepromoveerd (2000-2004) aan de TU Delft op 3D kadaster en werkte aansluitend bij de Universiteit Twente aan generalisatie van kaarten (het automatisch afleiden van kaarten op laag detailniveau vanuit kaarten met veel detail). Ze merkte toen dat veel academisch onderzoek ongebruikt bleef liggen. “Dan hadden we iets moois gemaakt, maar het werd niet opgepakt door de praktijk omdat het te ingewikkeld was of net niet aansloot. Er was meestal net iets meer onderzoek nodig om die kloof te overbruggen.” Dus stapte ze in 2009 naar het Kadaster, naar Geonovum (maakt geo-informatie van de overheid toegankelijk) en de TU Delft. Door bij elk van die organisaties te gaan werken (2 dagen bij Urbanism, Faculteit Bouwkunde, 2 dagen Kadaster, 1 dag Geonovum) kon ze het academisch onderzoek zelf naar de praktijk brengen. Sindsdien zit ze als een spin in haar ruimtelijke web en koppelt ze onderzoekers aan gebruikers.
Het gevolg is dat Nederland nu om advies gevraagd wordt door landen als Singapore, China, Korea en Bahrein. “Daar is het proces vaak gedreven door technologie. Dan is er een heel 3D model gemaakt zonder de gebruikers erbij te betrekken. Ze vragen ons dan achteraf om de 3D data te valideren, te corrigeren of te verrijken voor toepassingen zoals berekeningen over luchtstromingen of het energiegebruik.”
Verschuivende standaard
Tijdens haar promotieonderzoek, vijftien jaar geleden, stonden 3D ontwerpprogramma’s nog in de kinderschoenen. Nu is het de standaard, zeker bij complexere gebouwen als het Delftse station. Voor de overheid, in dit geval het Kadaster, bestaat de standaard nog uit platte kaarten, maar wel met de mogelijkheid om er 3D modellen naadloos in te passen. Stoter verwacht dat over 10-15 jaar 3D stadsmodellen de standaard zijn. “Mensen die er nu over moeten besluiten zijn niet gewend aan 3D, maar dat is een generatie-dingetje.”
Zie verder:
3d.bk.tudelft.nl – website vakgroep 3d geoinformatie
ahn.nl – website actueel hoogtebestand Nederland
Voorbeelden van 3D data TOEPASSINGEN
| TOEPASSING | VOORBEELD |
| berekenen van zonbestraling | bepaling geschiktheid van daken voor zonnepanelen |
| berekenen energievraag gebouwen | bepaling voor welke gebouwen energierenovatie het meeste loont |
| plaatsbepaling aan de hand van omringende gebouwen | handig bij slechte gps ontvangst, ook voor toeristen |
| bepaling gebouwtypen (vrijstaand huis of appartementencomplex) | verhouding vrijstaande huizen en woonblokken, van belang voor vastgoedhandel |
| interactieve visualisatie stedelijk omgeving | vluchtsimulaties, maar ook serious gaming voor bijvoorbeeld veiligheid en planning windparken |
| analyse zichtlijnen | helpt optimale plaatsing te vinden voor bewakingscamera’s |
| berekening van schaduwwerking van gebouwen | bepaalt invloed van gebouw op zonne-ontvangst in omgeving, is al verplicht in Den Haag |
| berekenen van verspreiding geluid in de bebouwde omgeving | sinds EU richtlijn over geluid in de stad van belang bij planning verkeersstromen |
| 3D kadaster | nodig om complex verticaal eigenaarschap te kunnen registeren |
| visualisatie voor navigatie | weergave van kenmerkende gebouwen vereenvoudigt de oriëntatie |
| stedenbouwkundige planning | gebruik van 3D geoinformatie bij planning van metrolijn of bij analyses verkeersstromen |
| communicatie met betrokkenen | 3D visualisaties helpen bij consultatie en bij presentatie van plannen |
| reconstructie lichtinval | gebruik van 3D stadsmodel voor bepaling lichtval verbetert beeldherkenning |
| vastgoedbeheer | bijvoorbeeld in havens, luchthavens en bij waterleidingnetwerk |
| steigerbouw | berekenen van optimale steigerconstructie rondom een gebouw |
| evacuaties | vereenvoudigt evacuatie omdat in/uitgangen bekend zijn alsook de aansluiting brandkraan |
| belichting gebouwen | simulatie en planning van belichting gezichtsbepalende gebouwen |
| radiogolven | berekening reflecties en brekingen radiogolven in stad voor beter G4 bereik |
| stromingsleer | stroming van lucht/wind rondom gebouwen van belang voor luchtkwaliteit en verblijfscomfort |
| berekening bevolking | aantal inwoners van gebied kan worden afgeleid uit 3D modellen gebouwen; geeft indicatie aantal getroffenen bij incident |
| bepaling vluchtroutes | betere bepaling vluchtroutes door rekening te houden met trappen en hoogteverschillen |
| voorspelling schade aardbevingen | 3D stadsmodellen zijn gebruikt om impact aardbeving te simuleren. Van belang voor verzekeringen en reddingswerkers |
| overstromingen | hoe hoog komt het water en waar? Van belang voor verzekeraars en reddingswerkers. |
| vaststellen veranderingen | vergelijking van 3D stadsmodellen op verschillende momenten laat zien wat erbij gebouwd is of gesloopt |
| dichtheidsmetingen gebouwde omgeving | dichtheid van gebouwde omgeving geeft indicatie over activiteit en invloed op omgeving. Ook van belang voor verspreiding luchtvervuiling. |
| bosbouw | 3D model van bos is gebruikt voor navigatieondersteuning en beheer bosbouw |
| archeologie | virtuele ruimtelijke reconstructies van verdwenen constructies en gebouwen. |
Bron: Applications of 3D City Models: State of the Art Review, Jantien Stoter et.al, ISPRS International Journal of Geo-Information, 18 december 2015
