De voor- en nadelen van onze twee favoriete meetmethodes
Lidar versus fotogrammetrie
Om onze klanten te kunnen voorzien van nauwkeurige en volledige datasets, gebruiken wij sinds dag één de fotogrammetrie-techniek. Deze methode wordt voor vele toepassingen gebruikt, waar veel mensen geen weet van hebben. Denk bijvoorbeeld aan satellietkaarten in Google Maps of het maken van archeologische kloons. Sinds een aantal jaar is daar een nieuwe techniek bij gekomen, vooral om de beperkingen van fotogrammetrie aan te vullen, namelijk de lidar techniek. Hoewel wij beide technieken gebruiken om geodata te verzamelen, hebben zij ieder hun eigen unieke eigenschappen en gebruiken ze verschillende methodes om gegevens te verzamelen en te verwerken. In dit artikel zullen wij de fundamentele verschillen tussen fotogrammetrie en lidar beschrijven, waarbij we hun sterke punten en beperkingen in “Jip en Janneke taal” proberen te beschrijven.
Fotogrammetrie
Fotogrammetrie is in (ons vak) een techniek die foto’s gebruikt om nauwkeurige 3D-modellen van objecten of landschappen te creëren. Het proces begint met het maken van een reeks overlappende foto’s vanuit verschillende hoeken met behulp van een camera of zelfs een smartphone. Wij gebruiken hiervoor de drone, waardoor je op hele moeilijke plekken kunt komen en heel vrij bent in de beweging. De gemaakte foto’s (vaak meer dan 500) worden vervolgens verwerkt in speciale software die de foto’s analyseert en belangrijke informatie uit de foto’s haalt, zoals de (RTK) positie en oriëntatie, en vervolgens alle pixels met elkaar “matcht” en verhouding tussen de pixels bepaalt. Hierdoor ontstaat zowel de 2d (ortho)foto als de 3d pointcloud.
Voor het brede publiek heeft fotogrammetrie één groot voordeel; het is namelijk heel toegankelijk. In theorie kan er met iedere digitale camera een 3d-model worden gemaakt. Uiteraard is daar wel speciale software voor nodig, maar inmiddels zijn er ook (mobiele) apps die daarbij kunnen helpen.
Dit is geen foto, maar een screenshot uit een fotogrammetrie digital twin.
In onze dagelijkse werkzaamheden gebruiken wij de fotogrammetrie techniek voor onbegroeide delen en de 2d orthophoto. En als wij een heel nauwkeurig 3d-model nodig hebben, voor bijvoorbeeld BIM, is de fotogrammetrie techniek goed bruikbaar. Daarnaast kan er met fotogrammetrie een digital twin worden gemaakt, welke niet van echt te onderscheiden is. Dit kan voor allerlei doeleinden een verrijking zijn, denk aan inspectie en het vastleggen van cultureel erfgoed. Dat is ook de reden dat vandaag de dag menig game wordt opgebouwd vanuit fotogrammetrie data, omdat het – bij een hele secure manier van inwinning en verwerking – niet van echt te onderscheiden is.
Maar fotogrammetrie heeft ook zijn nadelen. Als men bijvoorbeeld te weinig overlappende foto’s verzameld, of per ongeluk onscherpe foto’s heeft gemaakt, dan kan de software er weinig van maken. Ook kan slecht licht (donkere dagen of heftige schaduw) roet in het eten gooien. Daardoor kunnen wij deze techniek ook alleen inzetten tijdens de daglichtperiode. Tevens hebben wij met fotogrammetrie meer vlieglijnen per hectare nodig dan met lidar. Echter zijn de voordelen dusdanig groot, dat 95% van onze klanten voor de combinatie fotogrammetrie/lidar kiest.
Lidar
De lidar techniek werkt significant anders dan de fotogrammetrie techniek. Bij lidar worden er namelijk tienduizenden laserpulsen per seconde naar het oppervlak geschoten en de interne module registreert wanneer de laserpuls een object tegenkomt. Hierdoor wordt van iedere laserpuls de afstand gemeten en daardoor ontstaat een 3d-model. Maar waar wij er een 3d-model van maken, gebruiken moderne auto’s deze techniek om gevaren te herkennen, omdat de situatie constant wordt gemonitord door de tienduizenden laserpulsen.
Lidar biedt immens veel voordelen en is voor geodata inwinning een onmisbare methode geworden. Tegenwoordig worden er veel “verborgen” steden gevonden in grote bossen en jungles (te zien op National Geographic) en dat is allemaal dankzij de lidar techniek. Het kan bijvoorbeeld langs begroeiing meten en donkere plekken zijn geen probleem. Daarnaast registreert het ook smalle objecten zoals hoogspanningskabels. Het is efficiënter dan fotogrammetrie, omdat er minder overlap nodig is.
Een ander groot voordeel ten opzichte van fotogrammetrie is dat de manier van vastleggen heel constant is. Bij fotogrammetrie kan een lantaarnpaal in de schaduw er anders uitkomen dan een lantaarnpaal in de zon. Bij lidar maakt dit geen verschil. En daardoor is lidar heel bruikbaar voor herkennings-algoritmes; want als een lantaarnpaal altijd hetzelfde wordt vastgelegd, dan kunnen deze makkelijker worden gebundeld in een groep. Dit noemen wij classificeren. En een pointcloud waarbij alles (gebouwen, wegen, bomen, etc.) geclassificeerd is, is een enorme toevoeging bij de vraagstukken van onze klanten.
Uiteraard heeft deze prachtige techniek ook wat nadelen. Eén belangrijk nadeel is dat de laserpulsen geen kleur registreren. Daardoor heeft een lidar pointcloud van zichzelf geen RGB kleuren en is daardoor soms nietszeggend zonder speciale software. Echter is dit wel mogelijk als deze in combinatie wordt gebruikt met fotogrammetrie; wij gebruiken dan de foto’s om de lidar poincloud “in te kleuren”. Een ander nadeel van lidar is dat de apparatuur vele malen duurder is dan een camera. Op het moment van schrijven is een bruikbare lidar-setup ongeveer 10 keer (!) duurder dan een bruikbare camera. Daarnaast is de software complexer en zijn er vaak meerdere softwarepakketten nodig om tot een bruikbaar 3d-model te komen.
“Lidar is heel bruikbaar voor herkennings-algoritmes; want als een lantaarnpaal altijd hetzelfde wordt vastgelegd, dan kunnen deze makkelijker worden gebundeld in een groep. Dit noemen wij classificeren.”
Conclusie
De overeenkomsten tussen fotogrammetrie en lidar zijn rijkelijk aanwezig. Beide technieken zijn in staat om geodata in te winnen en in beide gevallen zijn de sensoren te gebruiken onder een drone. Maar de verschillen tussen beide meetmethodes zijn groot. Waar wij fotogrammetrie gebruiken voor een orthophoto, is dit niet mogelijk met lidar. En waar wij bomen willen inmeten met lidar, is dit (bijna) niet mogelijk met fotogrammetrie. Iedere techniek heeft zijn eigen specifieke eigenschappen en daardoor is de combinatie geweldig. De volgende anekdote van onze offerte afdeling is alleszeggend: “Waar wij vroeger aan 50% van de aanvragen konden voldoen, is dat inmiddels (door de komst van lidar) 95%”. Deze twee meetmethodes gecombineerd zorgen voor een revolutie in de landmeetkunde. Onze verwachting is dat het over 10 jaar normaal is dat ieder project in de bouw, infra, projectontwikkeling, grondverzet, natuurbeheer etc. in een bepaald stadium wordt gemonitord door een drone. En dat is vooral te danken aan de fotogrammetrie en lidar techniek.
