Digitale gebiedsontwikkeling: alle Nederlandse gebouwen ontsloten in 3D

De ontwikkeling van stedelijk gebied vraagt om een zorgvuldige afweging op een groot aantal vraagstukken: geluid, benodigde vrije wind voor (maar ook hinder van) windmolens, lichtinval, zonnepanelen, windcomfort en duurzaamheid. De 3D-modellen van een stad, ook wel een urban digital twin genoemd, kunnen worden ingezet om what-if-scenario’s virtueel te simuleren. Hierdoor kan tijdens het ontwerp de impact van verschillende ontwerpopties op de leefomgeving worden bepaald. Het ontwerp kan hierop worden aangepast en er kunnen zo beter afgewogen en op bewijs gebaseerde beslissingen worden genomen die leiden tot het optimale ontwerp.

Binnen domeinen zoals (zonne-)energie, wind en ventilatie, geluid en luchtkwaliteit wordt al langer gebruikt gemaakt van virtuele 3D-modellen. Met dit virtuele model van de leefomgeving is er een dataset beschikbaar waar alle domeinen direct en vrij gebruik van kunnen maken. De data en onderliggende techniek is beschikbaar gesteld als open data en open source software om de talrijke potentiele innovaties zo veel mogelijk te stimuleren.

Puntenwolken en laserstralen

Via een nieuwe reconstructie-methode voor gebouwen zijn de 3D-modellen van alle 10 miljoen gebouwen van Nederland gegenereerd op een volledig automatische wijze. Voorheen vereiste de reconstructie semi-automatische bewerking, waardoor het moeilijk was om grote gebieden in 3D te reconstrueren. De methode gebruikt 2D gebouw-voetafdrukken uit de Basisregistratie Adressen en Gebouwen (BAG) als input.

Voor de hoogte is een puntenwolk (het Actueel Hoogtebestand Nederland, AHN) gebruikt. Deze is ingewonnen via ‘laser-altimetrie’: vanuit een vliegtuig of helikopter wordt een laserstraal naar de aarde gestuurd en afhankelijk van de responstijd wordt de hoogte op dat punt bepaald. Het AHN heeft een puntdichtheid van ongeveer 10 punten per vierkante meter en is voor heel Nederland beschikbaar als open data.

Flexibele algoritmes

De belangrijkste uitdaging was om algoritmes te ontwikkelen die flexibel genoeg zijn om geautomatiseerd een simpel én nauwkeurig 3D-model te kunnen genereren voor ieder type gebouw, ongeacht de dakvorm. Daarnaast moeten de algoritmes op een robuuste wijze om kunnen gaan met brongegevens van wisselende kwaliteit.

Dat vraagt om algoritmes die rekening kunnen houden met technische beperkingen, zoals wisselende kwaliteit van de hoogtes die vanuit een vliegtuig of helikopter worden ingemeten via laserscans. Zo kunnen hoogtes van gebouwen in dicht stedelijk gebied niet altijd worden waargenomen door afscherming door een ander gebouw. Er missen daarom soms hoogtepunten in de data, waardoor voor die gebouwen nog niet altijd een goed 3D-model geconstrueerd kan worden. In vervolgonderzoek willen de onderzoekers dit soort technische beperkingen oppakken, bijvoorbeeld door gaten in de puntenwolk op te vullen via kunstmatige intelligentie.

In de praktijk

De stabiele versie van deze 3D BAG-ontwikkelingen bij de TU Delft vindt zijn weg naar de 3D Basisvoorziening die door het Kadaster is gerealiseerd. Deze modellen kunnen als basis worden gebruikt in het Digitale Stelsel van de Omgevingswet (DSO). In projecten met partners wordt gewerkt aan optimale aansluiting van de 3D-data op toepassingen in de praktijk. Een belangrijke toepassing is bijvoorbeeld geluidssimulatie. Hiervoor is onlangs samen met het Kadaster en RIVM een landelijke dataset gegenereerd.

Het beheren van een eigen versie van de 3D BAG-service in Delft maakt het mogelijk om deze toepassing steeds te blijven verbeteren en aanvullen in ieder onderdeel van de workflow: van input-data voorbewerken tot reconstructie, 3D-visualisatie en gebruik in stedelijke toepassingen.