Ga door naar hoofdcontent
ArtikelenKwaliteitsanalyse Basisregistratie Grootschalige Topografie (BGT)
Een landelijke en automatische bepaling van de geometrische kwaliteit van deze basisregistratie

Kwaliteitsanalyse Basisregistratie Grootschalige Topografie (BGT)

Vrijdag 26 maart 2021Afbeelding Kwaliteitsanalyse Basisregistratie Grootschalige Topografie (BGT)

De Basisregistratie Grootschalige Topografie (BGT) kent zijn ontstaansgeschiedenis uit de combinatie van meerdere bronbestanden. Tijdens dit proces zijn er afwijkingen die zich historisch gezien in deze datasets bevonden overgenomen. Om inzicht te krijgen in de geometrische kwaliteit van de BGT heeft het SVB-BGT aan Geodelta gevraagd of het mogelijk is om een landelijke, automatische analyse uit te voeren om hier een antwoord op te kunnen geven. Dit artikel presenteert de bevindingen van dit onderzoek.

Tijdens de samenstelling van de BGT is er vooral veel aandacht geweest voor volledigheid en uniformiteit. De geometrische kwaliteit van de BGT werd een directe afgeleide van de kwaliteit van de gebruikte bronbestanden; de Grootschalige Basiskaart van Nederland (GBKN) en verschillende gemeentelijke bestanden voor Beheer Openbare Ruimte. Bij veel bronhouders heeft dit proces geleid tot een prachtig eindproduct waarvan de geometrische kwaliteit veel beter is dan was vereist voor de BGT. Echter zijn er ook gebieden waar de geometrie in absolute zin niet op de juiste plek ligt omdat fouten die reeds in de bronbestanden aanwezig waren overgenomen zijn in de uiteindelijke BGT. Het is op dit moment onbekend hoeveel gebieden een verschuiving kennen en hoe groot de afwijkingen zijn. Naarmate inwinmethoden steeds grootschaliger worden ingezet, komt een dergelijk inpassingsprobleem steeds nadrukkelijker naar voren. Bovendien kunnen systematische afwijkingen leiden tot problemen wanneer de BGT wordt ingezet als bron voor bijvoorbeeld de Omgevingswet, waarbij er al dan niet terecht een juridische zeggingskracht aan de BGT-topografie kan worden toegedicht.

Het Rijksdriehoeksstelsel in combinatie met de GBKN/BGT

In Nederland wordt gebruikgemaakt van het Rijksdriehoeksstelsel, ofwel het RD-stelsel, als referentiestelsel voor het vastleggen van geometrie. Traditioneel werden spitsen van kerktorens gebruikt om dit coördinaatstelsel te realiseren in de werkelijkheid. Door publicatie van de RD-coördinaten van deze kerktorens, kwam het abstracte en daarmee onzichtbare RD beschikbaar voor landmeters. Vanuit deze punten werd een dichter netwerk van grondslagpunten aangelegd, zodat landmeters altijd een referentiepunt in de buurt konden vinden om de metingen aan te koppelen.

Als gevolg van deze getrapte aanpak konden fouten zich opstapelen, waardoor er verschuivingen ontstonden ten opzichte van het Rijksdriehoeksstelsel. Omdat deze verschuiving niet merkbaar is ten opzichte van de lokale referentiepunten was dat geen probleem. De metingen werden vastgelegd op een kaart die uitsluitend op zichzelf gebruikt werd. De Handleiding Technische Werkzaamheden van het Kadaster (HTW) uit 1996, die nog altijd ten grondslag ligt aan de BGT-specificaties, codificeert deze denkwijze ook. Het beschrijft dat bij kaartvervaardiging een relatieve nauwkeurigheid te verkiezen is boven een absolute nauwkeurigheid. Voor de te behalen precisie wordt gesproken over een ‘grafische precisie’. Aldus werden nieuwe terrestrische metingen, luchtfoto’s en digitaliseringen ten tijde van de GBKN ingepast in de omgeving. Het gevolg is dat de huidige BGT doorgaans een vrij aardige relatieve precisie heeft, maar een zeer wisselend beeld geeft voor de absolute precisie.

Voorbeeld van historisch verschoven data: Gemeente Velsen

In de gemeente Velsen is bekend dat de BGT een minder goede absolute precisie heeft. Deze afwijkingen lopen op tot 40 cm in het oosten van de gemeente, waardoor de inzet van moderne meetmethoden, zoals GNSS (Global Navigation Satellite System), zeer moeizaam zijn. Fotogrammetrische toepassingen zijn alleen mogelijk als de gekarteerde objecten naderhand worden verschoven. De oorzaak van deze verschuiving ligt naar alle waarschijnlijkheid in historische afwijkingen in het gemeentelijke geodetische grondslagnet. In 2007 is er in de gemeente Velsen een grondslagonderzoek uitgevoerd naar de oorsprong en omvang van dit probleem. De gemeentelijke grondslag is hierbij opnieuw berekend op basis van GNSS-metingen. In een nader onderzoek, uitgevoerd in 2019, is op een groot aantal locaties de positionele ligging van panden opnieuw bepaald door deze in te meten vanuit Cyclomedia-panoramafoto’s met onderliggende puntenwolk. Ook dit onderzoek bevestigde de verschuivingen. Verder kon worden aangetoond dat grote besparingen op de bijhouding van de BGT behaald kunnen worden als deze absoluut goed gepositioneerd is in het RD-stelsel.

Figuur 1. Voorbeelden van het AHN: Schiphol gekleurd naar intensiteit en een gemiddeld straatbeeld (gekleurd door hoogte).

Landelijke analyse: referentiedata

Op basis van de bevindingen in Velsen en het verzoek van het SVB-BGT heeft Geodelta onderzocht of er manieren zijn om de absolute ligging van de BGT te controleren. Een automatische analyse vereist een referentiedataset met een geometrische kwaliteit die aanzienlijk beter is dan het vereiste voor de BGT. Conform de BGT-specificaties is de vereiste geometrische kwaliteit van de plaatsbepalingspunten in de BGT 20 centimeter of beter. Deze waarde is gespecificeerd als een standaardafwijking, wat in de praktijk wil zeggen dat maximaal 68% van de metingen een fout mag hebben van 20 centimeter of kleiner. De meest geschikte kandidaat voor een dergelijke dataset is op dit moment het Actueel Hoogtemodel Nederland (AHN), zie Figuur 1. Het AHN is landelijk beschikbaar waardoor de analyse overal kan worden uitgevoerd. Daarnaast specificeren de eisen van deze dataset een foutmarge van 5 tot 8 centimeter. Het AHN wordt bovendien onderworpen aan een onafhankelijke kwaliteitscontrole waarin getoetst wordt of deze eindtermen behaald zijn.

De geometrische kwaliteit van het AHN wordt uitgedrukt in een hoogtecomponent en een planimetrische component. De hoogtecomponent vereist dat punten een maximale systematische en maximale stochastische fout kennen van 5 cm. Voor de vergelijking met de BGT is echter alleen de planimetrische component relevant. Het AHN4, dat in de loop van dit jaar beschikbaar komt, stelt voor de planimetrie een eis van maximaal 8 cm systematische fout en maximaal 5 cm stochastische fout. Het AHN3 kent geen eisen op dit vlak. In afwachting van het AHN4 is de onderhavige analyse vast uitgevoerd op het AHN3, onder de aanname dat deze een vergelijkbare geometrische kwaliteit in planimetrie kent als het AHN4.

Werkwijze automatische vergelijking AHN en BGT

De methode vergelijkt de hoekpunten van BGT-pandgeometrieën met gereconstrueerde hoekpunten van panden uit de puntenwolk van het AHN. Hierbij worden duizenden tot miljoenen punten per object (pand of geaggregeerd, versimpeld huizenblok) geselecteerd vanuit het AHN voor de analyse. Binnen ieder object worden automatisch afzonderlijke vlakken gezocht. Omdat deze vlakken door de AHN-punten worden geschat, wordt de stochastische component van het AHN in de praktijk weggemiddeld. Enkel de systematische foutcomponent resteert dan nog. Deze foutcomponent kan als uniform worden beschouwd binnen een gebied van 50 m x 50 m door het gebruik van GNSS binnen de inwinmethodiek.

Een set aan punten binnen dit object wordt als (wiskundig) vlak gedefinieerd als aan vooraf bepaalde criteria wordt voldaan die volgen uit de specificaties van de referentiedataset. Zo kunnen de AHN-punten per object worden gegroepeerd om individuele muur- en dakvlakken te reconstrueren. Door deze vlakken met elkaar te vergelijken en selecties hierop uit te voeren kunnen de hoekpunten worden gereconstrueerd. Per hoekpunt wordt op basis van twee aanliggende verticale vlakken, dit zijn hoogstwaarschijnlijk muurvlakken, een coördinaat berekend. Voor het berekenen van dit coördinaat wordt de gemiddelde maaiveldhoogte gebruikt om op de snijlijn tussen deze vlakken het hoekpunt te berekenen.

Figuur 2 illustreert de gereconstrueerde hoekpunten van een pand. De witte hoekpunten zijn berekend op basis van alle geselecteerde AHN-punten van dit object en de blauwe hoekpunten zijn berekend op basis van alléén pandgeclassificeerde AHN-punten. Hier is zichtbaar dat eventuele vegetatie naast het pand de bepaling van het hoekpunt kan verstoren.

Statistische en geografische resultaten

Figuur 2. Zijaanzicht, bovenaanzicht en doorsnede van een AHN-pand met gedetecteerde hoekpunten

De vergelijking met het AHN is uitgevoerd op de BGT van Gemeente Velsen, Gemeente Aalsmeer en de wijk Ypenburg van Gemeente Den Haag. Ook van Gemeente Aalsmeer is bekend dat er nog onbekende verschuivingen zijn in de BGT. Van nieuwbouwwijk Ypenburg in Den Haag is juist de aanname dat deze goed ligt.

Figuur 3 toont een histogram met de gevonden verschillen tussen de hoekpunten uit de BGT en de gereconstrueerde punten uit het AHN. Dit figuur bevestigt de verwachting dat er in Aalsmeer en Velsen grotere verschillen zijn dan in de wijk Ypenburg. De modale afwijking in de wijk Ypenburg ligt rond de 8 centimeter. Dit ligt binnen de te verwachten systematische afwijking van het AHN. De modale verschillen in Velsen zijn rond de 20 centimeter en in Aalsmeer rond de 13 centimeter. Al deze histogrammen laten een redelijke normaalverdeling zien van de afwijkingen. Deze waardes kunnen eventueel per wijk worden samengevat om een indicatie te geven waar zich afwijkingen kunnen bevinden. Ter validatie van de methodiek is de analyse ook uitgevoerd op een set hoekpunten van panden die terrestrisch zijn ingemeten. Een dataset hiervoor is beschikbaar gemaakt door de gemeenten Aalsmeer en Amstelveen. De modale afwijking in deze analyse bedraagt 9 centimeter, hetgeen overeenkomt met de eerder geconstateerde afwijking bij Ypenburg en de te verwachten systematische fout van het AHN.

De methodiek is geschikt om te herkennen waar zich mogelijk verschuivingen voordoen, niet om de BGT te corrigeren.

Alléén lokaal verschuiven is niet de oplossing. Door de gevonden verschillen te presenteren als verschilvectoren op een kaart, kunnen de effecten in ruimtelijk perspectief geplaatst worden. Figuur 4 geeft een voorbeeld van een wijk in Gemeente Velsen en Gemeente Aalsmeer. Hier is te zien dat de gevonden verschillen per gebied niet strikt uniform zijn. Dit komt waarschijnlijk doordat de BGT is opgebouwd met behulp van diverse inwinmethoden. Hieruit volgt de conclusie dat het niet mogelijk is om de BGT te verbeteren met eenvoudige lokale verschuivingen.

Haalbaarheid landelijke analyse

Een landsdekkende dataset zoals het AHN kan gebruikt worden om voor de complete BGT (op basis van de panden) de kwaliteit te toetsen. Met de aankomende beschikbaarheid van het AHN4 is er een actuele referentiebron met strak gedefinieerde en gecontroleerde planimetrische kwaliteit beschikbaar om deze vergelijking uit te voeren. Dit onderzoek wijst uit dat het mogelijk is om volledig geautomatiseerd overeenkomstige punten tussen de BGT en het AHN te detecteren. De methodiek is niet zonder fouten en in sommige gevallen zullen enkele onterechte afwijkingen worden gevonden. Dit heeft echter geen invloed op de trendmatigheid van de verschillen.

Figuur 4. Resultaat verschilvectoren in Gemeente Velsen en Aalsmeer, geografisch weergegeven.

Conclusie

Verschuivingen, een systematische afwijking van nabijgelegen plaatsbepalingspunten, bestaan in de BGT. In de testdatasets zijn verschuivingen gevonden tot 50 cm. De aanwezigheid van deze verschuivingen is problematisch bij toepassing van nieuwe inwintechnieken zoals laserscanning, panoramafoto’s en GNSS. Dit resulteert, naast het technisch aspect van de inpassing van deze data binnen de huidige omliggende BGTgeometrieën, in hogere inwinningskosten die mogelijk bespaard kunnen worden. De verschuivingen vinden meestal plaats op straatniveau. Dit wil zeggen dat een klein blokje panden een gelijkmatige verschuiving heeft. De notie dat hele wijken of delen van wijken verkeerd liggen, blijkt niet uit de test. De BGT-specificaties schrijven slechts een relatieve precisie voor. Er zijn geen expliciet geformuleerde eisen voor absolute nauwkeurigheid. Naar de letter van de specificaties voldoet een verschoven stuk BGT derhalve aan de eisen. Het verdient de aanbeveling om de BGT-specificaties te herschrijven en uit te drukken in een systematische en stochastische component, relatief ten opzichte van het RD-stelsel.

Wij danken dhr. J. Bruijn van het SVB-BGT voor het initiëren van dit onderzoek en dhr. R. Reuvekamp van Gemeente Velsen voor inzicht in het onderzoek in 2019 en het meedenken over deze nieuwe analyse.

Auteurs

Afbeelding voor Sjoerd Staats

Sjoerd Staats

Geodetisch Adviseur bij Geodelta

Volledige biografie