Een onderzoeksgroep van TU Delft heeft een 3d-dataset en bijbehorende viewer van vrijwel alle tien miljoen gebouwen in Nederland gepubliceerd. Tweakers sprak met Ravi Peters, die het reconstructie-algoritme ontwikkelde om open data te vertalen naar 3d-modellen.
3D BAG is volgens de makers de eerste nationale open dataset van 3d-gebouwen op dit detailniveau. Niet alleen de blokstructuur van gebouwen is opgenomen, maar ook schuine dakvlakken zijn gemodelleerd. De makers noemen dat LoD 2.2, wat staat voor level of detail. Het is ook mogelijk om voor de lagere detailniveaus LoD 1.2 en LoD 1.3 te kiezen.
De 3d-modellen zijn volledig automatisch gegenereerd aan de hand van open data afkomstig uit de Basisregistratie Adressen en Gebouwen en het Actueel Hoogtebestand Nederland. De BAG is een 2d-kaart van Nederland met daarop alle gebouwen weergegeven en het AHN is een 3d-puntenwolk, die vanuit vliegtuigen met laserscanners is ingewonnen.
/i/2004293552.png?f=thumblarge)
Door de data van beide te combineren, is 3D BAG tot stand gekomen. Het is een project van zes onderzoekers van de 3D geoinformation-onderzoeksgroep van TU Delft. Dat is een multidisciplinaire groep, bestaande uit informatici, geomatica-ingenieurs en geografen.
De onderzoeksgroep werkte eerder al samen met het Kadaster aan de publicatie van een 3d-bestand van Nederland. Daarbij werd ook gebruikgemaakt van luchtfoto's waar ook hoogteinformatie uit afgeleid kan worden, maar de 3d-data die het Kadaster vorig jaar publiceerde, heeft een lager detailniveau en er is geen 3d-webviewer om die gemakkelijk te bekijken.
Eigen software en algoritme
Ravi Peters, op Tweakers aanwezig als raviculus, ontwikkelde eigen software in C++ en schreef zelf het reconstructie-algoritme om automatisch 3d-modellen te maken van 2d-kaartdata van de BAG en de 3d-puntenwolken van het AHN. Peters: "Er zijn heel veel stappen in dat proces en het probleem was dat er niet een makkelijke manier was om steeds elke stap afzonderlijk te visualiseren. Als er ergens iets fout gaat, moet je per stap kijken of de output wel klopt. Daarom heb ik een eigen programma gemaakt met een grafische interface, waarin je per stap de output kan bekijken en zo kan zien of je algoritmes doen wat je wilt".
De automatisch gegenereerde 3d-modellen worden vervolgens gevalideerd met val3dity, een tool die de onderzoeksgroep daar zelf voor heeft ontwikkeld. Naast de eigen software gebruikte het team ook Python, Ansible en Dagster om bepaalde zaken te automatiseren. De data wordt opgeslagen in een PostgreSQL-database en is van daaruit naar verschillende bestandsformaten te exporteren.
De 3d-gebouwen zijn niet alleen op een kaart te bekijken, maar de dataset is ook te downloaden. Dat kan in zijn geheel, of in kleine delen met specifieke locaties. De complete PostgreSQL-datadump is goed voor een zip-bestand van 22GB, maar het is ook mogelijk om een 'tegel' te downloaden in, naar keuze, het CityJSON-, OBJ- of GPKG-bestandsformaat. De kaart is opgedeeld in achtduizend tegels, wat resulteert in bestanden van enkele MB's.
Ieder gebouw is een uniek model en heeft eigen attributen, waar bijvoorbeeld in staat hoe nauwkeurig en hoe betrouwbaar de reconstructie van het gebouw is. "Een probleem is dat tijdens het inwinnen van een 3d-puntenwolk een kerktoren bijvoorbeeld schaduw werpt op een ander deel van het gebouw. Dan heb je een gat in je data. Dat meten we op en we rapporteren in de data hoeveel dekking er is van het gebouw vanuit de puntenwolk", legt Peters uit.
Toepassingen
De 3d-kaart van gebouwen in Nederland is interessant om te bekijken, maar het project heeft ook verschillende praktische toepassingen. De onderzoekers van TU Delft werkten eerder al samen met het RIVM, Rijkswaterstaat en het Kadaster aan 3d-modellen van gebouwen voor het toepassen van geluidssimulaties, om zo geluidshinder te kunnen berekenen. Daarvoor waren eenvoudigere 3d-blokmodellen toereikend.
Volgens de onderzoeksgroep is 3D BAG ook een plek voor experimenten. Peters noemt daarvan een aantal voorbeelden: "De modellen kunnen gebruikt worden om te berekenen hoe wind zich in een bepaalde wijk of tussen hoge gebouwen gedraagt. Zo kunnen windhinderberekeningen worden gemaakt of kan gekeken worden hoe luchtvervuiling zich verplaatst door een gebied."
Ook zijn de 3d-modellen te gebruiken om te berekenen welke dakvlakken geschikt zijn om zonnepanelen te plaatsen. Daarbij kan dan ook rekening gehouden worden met schaduw. De data is ook voor andere energieberekeningen te gebruiken. Zo kan gekeken worden naar het oppervlak van muren en tussenmuren, om iets te zeggen over de verspreiding van warmte en de efficiëntie van verwarming.
Verder heeft de onderzoeksgroep veel positieve reacties gekregen van architecten. "Die kunnen delen van de 3d-dataset bijvoorbeeld gebruiken als een back-drop bij modellen van nieuwe gebouwen die ze ontwerpen", vertelt Peters.
3D BAG versus 3d-kaarten van Google Earth
Een 3d-weergave van gebouwen in Nederland op een kaart is niet geheel nieuw. Met Google Earth is bijvoorbeeld ook in te zoomen op de kaart tot een 3d-perspectief. Volgens Peters is de gebruikte techniek echter niet vergelijkbaar: "Google maakt bijvoorbeeld een mesh van een heel gebied en de geometrie is afgeleid uit foto's. Dat kan er fraai uitzien, ook omdat de modellen voorzien zijn van textures, maar voor simulatiedoeleinden is dit niet geschikt, omdat gebouwen geen aparte objecten zijn. Ook zitten er vaak fouten in de geometrie, bijvoorbeeld vlakken die elkaar snijden, of zitten er gaten in de data."
Verbetering op komst met Actueel Hoogtebestand Nederland 4
Vrij van fouten is 3D BAG echter ook niet. Dat komt met name door verouderde data van het AHN. Dit hoogtebestand heeft dan wel actueel in zijn naam, maar is dat lang niet altijd. De huidige versie, AHN3, is ingewonnen tussen 2014 en 2019. Dat duurt lang, onder andere omdat het weer goed moet zijn en er geen bladeren aan de bomen mogen hangen om vanuit de lucht zo compleet mogelijke laserscans te kunnen maken.
Door het grote verschil in ouderdom van de data verschilt de actualiteit. Zo kan er geen 3d-model gemaakt worden als de BAG-data nieuwer is dan die van het AHN. Sommige wijken of straten ontbreken daardoor. Met name in Zuid-Holland is er veel oude AHN-data, waardoor de kaart daar niet compleet is.
Sinds 2020 wordt gewerkt aan AHN4 en het inwinnen van de nieuwe data zou in 2022 afgerond moeten zijn. De puntdichtheid van het nieuwe hoogtebestand is hoger. Bij AHN3 is dat gemiddeld tussen de 6 en 10 punten per vierkante meter en bij AHN4 is dat zo'n 10 tot 14 punten. Dat maakt het mogelijk om de 3d-modellen op 3D BAG nauwkeuriger te maken. Zodra die nieuwe data beschikbaar is, zal het team die verwerken. Eerste tests hebben al uitgewezen dat bijvoorbeeld meer dakkapellen zichtbaar worden.
Volgens Peters is het geen vanzelfsprekendheid dat dergelijke data openbaar beschikbaar is: "Het voordeel van Nederland is dat we hele goede open data hebben. Het is vrij zeldzaam dat er zo'n nationale puntenwolk beschikbaar is, die ook redelijk actueel gehouden wordt door de overheid. Wat dat betreft heeft Nederland het goed op orde."