Waarom wij voor luchtfoto’s uit vliegtuigen kiezen in plaats van drones of satellieten

Wij vertalen luchtfoto’s naar informatieproducten. Als we dit vertellen, gaan de meeste mensen er vanuit dat we hiervoor beelden gebruiken die zijn opgenomen met drones of satellieten. Niets is minder waar. Wij kiezen namelijk heel bewust voor luchtfoto’s gemaakt vanuit vliegtuig. En we zullen uitleggen waarom.

Factoren

We onderscheiden 5 verschillende factoren om rekening mee te houden wanneer je een afweging maakt tussen foto’s gemaakt vanuit drones, vliegtuigen of satellieten. Op basis van deze factoren proberen we inzicht te geven in wat onze afwegingen zijn.

1. Resolutie luchtfoto’s

Eén factor is vaak bepalend voor het type luchtfoto dat gekozen wordt: de resolutie. In vaktermen noemen we dit ook wel de grondresolutie (GSD of Ground Sampling Distance). De grondresolutie bepaalt hoeveel detail een foto bevat. Figuur 1a en 1b laten luchtfoto’s vanuit een vliegtuig zien. Beide van hetzelfde gebied, maar alle twee met een andere GSD (resp. 10 en 25 cm). Figuur 2a en 2b laten ook twee foto’s van hetzelfde gebied zien, maar dan genomen vanuit de satelliet. De GSD is daar 50 cm en 80 cm. Het is duidelijk dat de kwaliteit van foto 1a het beste is.

Readar focust zich op de bebouwde omgeving met objecten vanaf enkele vierkante meters. Denk bijvoorbeeld aan een zonnepaneel van ca 1,5 m² en een dakkapel of schuurtje van 6 m²).  Op een foto met een grondresolutie van 25 cm heeft een zonnepaneel 24 pixels. Dit is net bruikbaar, mede doordat een installatie vaak uit 8-14 panelen bestaat. Op een foto met een grondresolutie van 10 cm heeft dit zelfde zonnepaneel 150 pixels. Dit werkt consistent goed om zonnepanelen te kunnen herkennen. Met een grondresolutie van 5 cm kunnen we ook het patroon van golfplaten onderscheiden: ideaal bijvoorbeeld voor het herkennen van asbestcement daken. Boven de 5 cm voegt extra resolutie weinig meer toe aan de kwaliteit van het uiteindelijke eindproduct.

2. Stereofoto’s

De meeste mensen kennen luchtfoto’s van Google Earth; één grote aaneengesloten foto. In vaktermen noemen we dit een orthofoto. Aan de basis van zo’n foto liggen allemaal losse foto’s die als het ware allemaal aan elkaar zijn geplakt. Dit wordt heel zorgvuldig gedaan. Snijlijnen lopen bijvoorbeeld niet door gebouwen, maar langs een weg. Overgangen tussen foto’s zijn daardoor nauwelijks zichtbaar.

Als we teruggaan naar die losse luchtfoto’s zien we dat deze met veel overlap zijn genomen. Zoveel overlap dat elk punt op Aarde op minimaal twee verschillende foto’s staat. Deze foto’s noemen we stereofoto’s: op dezelfde wijze als je met twee ogen diepte kan zien, kun je met behulp van stereofoto’s hoogte zien.

Hoogte-data levert heel veel extra informatie op, bijvoorbeeld ten behoeve van mutatiesignalering. Een nieuw schuurtje zorgt bijvoorbeeld voor een hoogteverschil van bijvoorbeeld 2,5 meter, eenvoudig detecteerbaar. Veel mutaties zijn dus veranderingen in hoogte, en met stereofoto’s zijn deze veel beter te herkennen dan met behulp van enkel de kleur (RGB-waardes).

3. Dekking luchtfoto’s

Veel van onze klanten zijn landelijk actief. Dit betekent dat ze landelijke data nodig hebben en dat betekent ook dat onze brondata landsdekkend moet zijn.

4. Update frequentie

De meeste gebruikers willen het liefst real-time data. Maar als we verder vragen, blijken veel organisaties ook met een updatefrequentie van een jaar te kunnen volstaan. Een hogere frequentie is natuurlijk altijd prettig, maar die extra kosten wegen vaak niet op tegen het voordeel. 

5. Kosten

Uiteraard spelen kosten ook een rol in het bepalen van de meest geschikte brondata. De twee grootste variabelen zijn resolutie en frequentie. Deze zijn allebei bijna lineair verbonden met de kosten. Dus een 2 keer zo hoge resolutie of een 2 keer zo hoge frequentie brengt nagenoeg ook 2 keer zo hoge kosten met zich mee.

Dronebeelden

Het grootste voordeel van dronebeelden is dat je met vrijwel elke gewenste grondresolutie en elke gewenste frequentie foto’s kunt maken. Dit komt omdat er geen beperking is aan hoe laag je kunt vliegen. En hoe lager je vliegt, hoe meer detail je kunt zien. De beelden van drones worden bovendien vrijwel altijd als stereofoto’s ingewonnen.

De grootste handicap is dat het met drones onmogelijk is om van grote gebieden, zoals een gemeente of een heel land, een dekkende luchtfoto te maken. Er zijn simpelweg te veel gebieden waarboven niet gevlogen mag worden. Denk bijvoorbeeld aan snelwegen, Schiphol en mensenmassa’s. Aangezien de bestuurder van de drone zicht moet houden op de drone is het verzamelen van data met een grote dekking erg bewerkelijk. De bestuurder zou het hele land moeten afrijden.  Dat maakt dat dronebeelden met grote dekking ook hoge kosten met zich meebrengen, die alleen maar hoger worden als de frequentie omhooggaat. Dronebeelden zijn daarmee meer geschikt op buurt-/projectniveau en niet voor een toepassing op landelijke schaal.

Satellietbeelden

Aan het andere uiterste van het spectrum staan satellietbeelden. Hierbij is niet de dekking, maar de grondresolutie beperkend. De hoogst beschikbare resolutie vanuit satellieten is 0,31 meter (Worldview III). Dit zijn zwart-witbeelden, in kleur is de resolutie aanzienlijk lager. Hier kun je zeker wat mee voor veel toepassingen, maar het is wel aan de krappe kant voor ons werkgebied. Omdat een satelliet door een veel dikkere laag atmosfeer moet heen kijken is in de praktijk op een 30 cm luchtfoto ook net iets meer te zien dan op een 30cm satellietbeeld. Inwinnen in stereo is bij satellieten minder gebruikelijk. Het kan wel, maar het werkt niet optimaal. Zeker niet voor hoogtereconstructie op het detailniveau waarop Readar dat nodig heeft.

Dekking is de grote troef van satellietbeelden. Satellieten kennen namelijk geen beperking in de dekking en in principe is data wereldwijd beschikbaar. De frequentie wordt beperkt tot hoe vaak de betreffende satelliet over komt en of het op dat moment helder weer is (anders zie je op de satellietbeelden alleen wolken). Er zijn satellieten die elke dag de hele aarde fotograferen, maar die hebben een hele lage resolutie. Voor een satelliet met een enigszins bruikbare resolutie ligt de capaciteit aanzienlijk lager. In de praktijk is een landsdekkende jaarlijkse update met een resolutie van 30-50cm goed haalbaar.

De kosten van 31 cm stereobeelden afkomstig van een satelliet zijn erg hoog, bij voorkeur wordt daarom vaak gewerkt met orthofoto’s met een lagere grondresolutie. In Nederland stelt het NSO gratis beelden beschikbaar van Superview (50 cm) en Triplesat (80 cm). In onze ervaring valt de bruikbaarheid van deze 50 en 80 cm beelden echter fors tegen voor het analyseren van gebouwen (zie figuur 2a en 2b).

Luchtfoto’s uit vliegtuigen

Luchtfoto’s uit vliegtuigen vormen de middenweg tussen drone- en satellietbeelden. De resolutie van luchtfoto’s uit vliegtuigen is in Nederland 25 cm of beter. Dit is voor onze werkzaamheden voldoende. We komen bij opdrachtgevers zelfs luchtfoto’s tegen met een resolutie van 3cm. Foto’s met een nog kleinere resolutie worden in de praktijk niet gemaakt. Net als bij dronebeelden worden deze foto’s in stereo ingewonnen.

Vliegtuigen maken in Nederland minimaal twee keer per jaar landsdekkende foto’s, één in 25 cm en één in 10 cm of hoger. In de rest van Europa en de Verenigde staten zijn vrijwel overal luchtfoto’s beschikbaar. Omdat het in laten winnen van luchtfoto’s kostbaar is, krijgt het de grote voorkeur om gebruik te maken van deze al beschikbare luchtfoto’s, dit zorgt er wel voor dat updatefrequentie beperkt is.

Conclusie

Dronebeelden vallen voor ons af, omdat het niet mogelijk is om grootschalig (een hele gemeente of landsdekkend) data in te winnen. Bij satellietbeelden zorgt de beperkte grondresolutie en de beperkte beschikbaarheid van stereobeelden ervoor dat het erg lastig is om de kwaliteit van onze informatieproducten te garanderen. Voor vrijwel al onze toepassingen blijven luchtfoto’s gemaakt uit vliegtuigen dan ook het meest geschikt.