2.
Elektromagnetische beeldkroniek
The eye in the sky87 De multiwetenschap remote sensing In the modern sense, remote sensing techniques are multidate, multispectral, multiplatform, multiscale, multienhancement, multiregional, and multidisciplinary. B.F. Richason (1983), p.6. Remote sensing, het vanuit de lucht en de ruimte observeren en in beelden of data fixeren van verschijnselen en processen aan het aardoppervlak, heeft geleid tot belangrijke nieuwe inzichten in de structuur van de aarde en vooral in de processen die zich afspelen in de atmosfeer, hydrosfeer, lithosfeer en cultuursfeer.88 Tegelijkertijd is remote sensing één van de vele methoden om kennis te vergaren over ruimtelijke transformatieprocessen van het cultuurlandschap waar steden een integraal onderdeel van uitmaken. Dit hoofdstuk behandelt de instrumentele observatie van het stedelijke landschap op basis van het fysische verschijnsel elektromagnetisme. Remote sensing instrumenten kunnen bij uiteenlopende atmosferische en lichtomstandigheden waarnemen en het waargenomene wordt vastgehouden in permanente (dan wel elektronisch oproepbare) beelden. Interpretatie en analyse van deze beelden levert informatie op die ook een historische blik op de ruimtelijke werkelijkheid helpt aan te scherpen en te completeren, niet in de laatste plaats doordat bepaalde informatie vrijkomt die op geen andere wijze kan worden verkregen. Een fundamenteel verschil met topografische cartografie is het ontbreken van een subjectief en reductief ingrijpen op de voorstelling: waar kaarten en plattegronden een abstractie van de werkelijkheid zijn en zowel nuance als het incident zorgvuldig wegfilteren, zijn remote sensing beelden concrete weergaven van diezelfde werkelijkheid, terwijl het historische feit niet is opgeofferd aan generalisatie of in het keurslijf is geperst van een cartografische symbooltaal. Zo beschouwd vervult remote sensing voor ruimtelijk-historisch onderzoek een complementaire functie temidden van andere visuele methoden om gegevens te verzamelen en tot conceptualisatie van ruimtelijke processen te komen. Interpretatie en analyse van remote sensing beelden vereist niet alleen een uitgebreide kennis over de objecten die worden afgebeeld, in casu elementen uit het stedelijke landschap, maar ook een grondig begrip van technieken en verwerkingsmethoden. De grenzen van wat technisch mogelijk is moeten voor iedere techniek worden gekend, evenals de procedurele stappen om tot betrouwbare resultaten te komen. Interpretatie van remote sensing beelden is dus geen simpele opgave en oude opnamen zijn zelfs nog lastiger te duiden, omdat hier in veel mindere mate een beroep kan worden gedaan op ervaringskennis. Bronnenonderzoek vervangt hier de directe visuele waarneming; de historiciteit van het waargenomene -het continuïteitselement dat in steden tot uitdrukking komt in gebouwen, stratenpatronen en terreinkenmerken die niet of nauwelijks veranderd zijn- stuurt hier de oriëntatie, terwijl recente remote sensing beelden en cartografie contrasteren en complementair zijn. Meer nog dan bij recente opnames zal het succes van de interpretatie afhangen van de mate waarin de historicus andersoortige contemporaine bronnen met een bepaalde hoogtescene in verband weet te brengen. Als eerste komt daarvoor de documentaire fotografie van de openbare ruimte in aanmerking, maar ook valt te denken aan andere vormen van wat hier in situ sensing wordt genoemd. Digitale beeldverwerking is sinds de tweede helft van de jaren zestig symbiotisch
40
verbonden met remote sensing. Beeldverwerkingstechnieken kunnen op twee verschillende niveaus worden ingezet in het morfologisch onderzoek, te weten op het interpretatieve-analytische niveau van structuren en processen; en ten tweede op het niveau van ontsluiting van collecties. Door de computer correctie- en restauratiewerkzaamheden te laten uitvoeren kan "met terugwerkende kracht" letterlijk een duidelijker beeld van het verleden worden verkregen dan op het (historische) moment van opname mogelijk was. Voorts kunnen ruimtelijke analyses worden uitgevoerd zonder dat een diepgaande kennis van wiskundige grondbeginselen is vereist. Het collectiebeheer is met de komst van mondiale netwerkverbindingen steeds meer een decentrale aangelegenheid geworden en brengt gegevens precies daar waar ze altijd al werden gewenst, namelijk in het studeervertrek van de historicus. Een recente trend in de ontwikkeling van digitale bibliotheken voor ruimte-gerelateerde (historische) gegevens is, dat onderdelen collecties zich op verschillende geografische lokaties bevinden, terwijl de ontsluiting vanaf een enkel knooppunt op het Internet gebeurt. We spreken in dat geval van een gedistribueerde opstelling. Tevens wordt steeds vaker kunstmatige intelligentie ingeschakeld om remote sensing scènes op beeldinhoud te kunnen bevragen en de interpretatie te ondersteunen. Het hoofdstuk wordt afgesloten met een korte beschouwing over de voor- en nadelen van een remote sensing benadering in ruimtelijk-historisch onderzoek, en de voornaamste functionaliteit van remote sensing beelden.
Definitie "Remote sensing should be seen as a method of acquiring data, and not as a tool to solve development problems". Mahavir (1996), p. 69. Van remote sensing, in het Nederlands soms aangeduid met teledetectie, bestaan vele definities, die over het algemeen dicht bij elkaar liggen. Waarover in de literatuur echter geen consensus bestaat is, of we hier van doen hebben met een techniek (Löffler, 1985), een methode, een (hulp)wetenschap (Campbell, 1987) of een discipline. In sommige gevallen wordt geen label aan remote sensing toegekend, maar wordt dan omschreven als een activiteit of een serie van activiteiten. In het onderstaande wordt een aantal definities op een rij gezet en wordt gezocht naar een bruikbare definitie voor morfologisch stadsonderzoek. De geoloog R.P. Gupta (1991) omschrijft het begrip remote sensing als het inwinnen van informatie over een object zonder dat object zelf aan te raken. Het heeft twee facetten: de technologie met betrekking tot het verkrijgen van gegevens door middel van een apparaat dat zich op zekere afstand van het object bevindt, en analyse van de gegevens met het oog op interpretatie van de fysische kenmerken (attributen) van het object. Beide aspecten zijn nauw met elkaar verbonden. In de praktijk betekent remote sensing: "het verwerven van elektromagnetische stralingsgegevens met behulp van sensoren in lucht- en ruimtevaartuigen, en de interpretatie van die gegevens, gericht op het ontcijferen van eigenschappen van objecten op de grond."89 J.B. Campbell (1987) heeft op basis van een compilatie van een achttal definities het begrip aldus omschreven: Remote sensing is de wetenschap om informatie af te leiden over de wateren landgebieden van de aarde uit beelden die op afstand zijn verkregen. Het berust gewoonlijk op meting van elektromagnetische energie, die wordt gereflecteerd of uitgestraald door relevante verschijnselen.90 T.E. Avery en G.L. Berlin (1992) zijn wat specifieker in hun begripsomschrijving en menen, dat remote sensing "(...) de techniek is om informatie te verkrijgen over objecten door analyse van gegevens, die worden verzameld door speciale instrumenten, die niet in fysiek contact staan met de te onderzoeken objecten". Als zodanig kan remote sensing worden beschouwd als aftasting op afstand.91 S.A. Hempenius (1978) heeft in zijn oratie als hoogleraar in de teledetectie
41
aan het ITC (International Training Center, later: International Institute for Aerospace Survey and Earth Sciences) gezegd: "Remote sensing of teledetectie is het inwinnen van gegevens omtrent aardse objecten, materialen en toestanden, met behulp van fysische meetinstrumenten opgesteld in snel bewegende voer-, vlieg- of vaartuigen, én het verwerken van die gegevens enerzijds voor het kwalificeren, kwantificeren en karteren van de aarde en de daarop plaatsvindende verschijnselen en anderzijds voor het bewaken van processen aan en nabij het aardoppervlak."92 De detectie- en opnameinstrumenten staan gezamenlijk bekend als remote sensors en omvatten fotografische camera's, mechanische scanners en radarsystemen.93 Geconstateerd kan worden, dat hoewel de diverse definities van het begrip remote sensing enigszins van elkaar afwijken, ze fundamenteel niet strijdig zijn met elkaar. In dit boek wordt remote sensing opgevat als een hulpwetenschap voor ruimtelijkhistorisch onderzoek, die op systematische wijze gegevens verzamelt en verwerkt met als einddoel bij te dragen aan de vorming van wetenschappelijke en operationele kennis. Aan de andere kant is remote sensing ook aan te merken als een methode, namelijk om vanuit een specifieke vraagstelling uit een areaal van gegevens relevante informatie te filtreren. Mag daarom worden aangenomen, dat deze definities volstaan voor stedenbouwhistorisch en in het bijzonder morfologisch onderzoek? Waarschijnlijk wel. E. Löffler (1985), die heeft geprobeerd om de betekenis van remote sensing voor de geografie onder woorden te brengen, wijst op de moeilijkheid om algemeen geldende richtlijnen op te stellen omtrent het specifiek geografisch interpreteren van remote sensing gegevens. Hij stelt dat interpretatie van gegevens -en daarmee ook hun waardeafhankelijk is van vele factoren, zoals de mate van aansluiting op de onderzoeksvraagstelling, het onderzoeksgebied, de stand van het onderzoek in dat gebied, het detail van het onderzoek, de beschikbare remote sensing gegevens en de ervaring van de interpretator. Dergelijke factoren zijn eveneens werkzaam in het historisch-morfologische remote sensing onderzoek, maar vragen om nadere bestudering. Op grond van dan verkregen inzichten zullen bestaande definities kunnen worden aangescherpt, bijvoorbeeld meer door nadrukkelijk rekening te houden met de temporele aspecten van remote sensing, met de grote kwaliteitsverschillen tussen vroege en recente beeldgegevens, en met de integratie van remote sensing en cartografische gegevens. De Britse archeoloog P.J. Fowler (1983) heeft in 1980, tijdens een in het Verenigd Koninkrijk gehouden conferentie over luchtfotografie en archeologie, vier functies van luchtfotografie voor archeologische doeleinden op een rij gezet, die de stedenbouwgeschiedenis tot een eerste richtsnoer kunnen dienen. Luchtfotografie is een techniek voor ontdekking (technique of discovery: het opsporen van archeologische sites; vergelijk onbekende stedelijke patronen en fenomenen); het is een methode van vastlegging (method of record); een middel tot studie (means of study); en een weg tot begripsvorming (approach to understanding).94 Apart vermeldt Fowler een functie die vooral buiten de archeologie een van de belangrijkste drijfveren van de luchtfotografie is geweest, namelijk het meten van afgebeelde objecten (metrical survey). Metrologische analyse vanaf luchtfoto's wordt toegepast vanwege de snelheid waarmee resultaten worden behaald, en soms omdat het de enige manier is om gegevens te verzamelen. Met nadruk wijst Fowler op het vermogen van luchtfotografie om overgangen te kunnen volgen in het hedendaagse landschap, dat sneller verandert dan ooit tevoren.
Grondslagen Remote sensing is een natuurwetenschappelijke methode van waarneming, zoals in de diverse definities duidelijk naar voren komt. Het fundamentele principe van de waarnemingsmethode is het samenspel tussen materie en elektromagnetische straling, die in de natuur alom aanwezig is. Die straling kan soms door het menselijk oog worden waargenomen (licht) en soms niet (bijvoorbeeld thermisch infrarode golven of microgolven). Met behulp van waarnemingstoestellen kan elektromagnetische straling
42
worden opgevangen en omgezet in vluchtige (elektronisch oproepbare) of permanente beelden, die vervolgens worden verwerkt tot bruikbare informatie. Over de natuurwetenschappelijke basis van remote sensing bestaat een omvangrijke literatuur en behoeft daarom hier niet in detail te worden besproken.95 Hier worden slechts enkele uitgangspunten op een rij gezet. Remote sensing heeft een waarnemingsobject dat fysisch van aard is, of het nu gaat om terreinen, landschappen, gebouwen, beplantingen, waterlichamen, of om atmosferische condities. De waarneming van elektromagnetische straling is afhankelijk van de wijze waarop deze zich in het waarnemingsobject zich manifesteert. Er bestaan verschillende mogelijkheden: het object kan energie uitstralen (emissie), opnemen (absorbsie) of terugkaatsen (reflectie), maar in de praktijk komen deze zelden in zuivere vorm voor. De diverse technieken van waarneming zijn op dit stralingsgedrag afgestemd. Panchromatische luchtfotografie bijvoorbeeld, registreert de elektromagnetische straling, die overdag door de zon wordt ontvangen en door de aarde wordt gereflecteerd. Zouden dergelijke opnamen worden gemaakt van een stad bij nacht, dan zijn vooral kunstlichtbronnen beeldbepalend en is sprake van emissie. Remote sensing is blijkens het voorgaande met handen en voeten gebonden aan de fysica van het object, die we kunnen uitsplitsen in materie-eigenschappen en de toestand waarin het object zich bevindt. Het is mogelijk om voor alle materialen aan het aardoppervlak de hoeveelheid straling die zij afgeven, absorberen of reflecteren te meten en op grond van deze gegevens een unieke curve samen te stellen, de zogenaamde spectrale reflectiecurve. Steden zijn uitermate complexe constellaties van materialen, en bovendien kan hun endogene en exogene toestand zeer wisselend zijn. Om die redenen leveren steden als waarnemingsobject voor een aantal technieken problemen op. Radar (radio detection and ranging) reageert bijvoorbeeld op de vochtigheid van het object en registreert ook de ongewenste terugkaatsing van microgolven als gevolg van interferentie (backscatter). Een complicerende factor is, dat verschillende lichamen eenzelfde elektromagnetische signatuur vertonen, en omgekeerd dat overeenkomstige lichamen een verschil laten zien op grond van de verschillende toestand waarin zij zich bevinden. Op interpretatief niveau kan dus ambiguïteit optreden, ook al bestaan er methoden om eenduidigheid over de identiteit van lichamelijke objecten te verkrijgen. Één van die methoden berust op vergelijking van beelden van hetzelfde gebied, maar waargenomen vanuit verschillende segmenten van het elektromagnetische spectrum. Een andere manier om materialen van elkaar te onderscheiden is door de warmte-emissie op verschillende momenten van de dag te meten. De snelheid of traagheid waarmee materialen warmte-energie (verre infrarode straling) opnemen en afstaan, ook wel thermale inertie genoemd, kan sterk verschillen en is behulpzaam bij de identificatie van materialen als zij op andere wijze niet of nauwelijks van elkaar kunnen worden onderscheiden. Elektromagnetische energie komt voor in uiteenlopende golflengten en frequenties. Het electromagnetische spectrum kan worden onderverdeeld in een aantal segmenten, waarvan de grenzen slechts bij benadering zijn te bepalen.96 In remote sensing wordt meestal gebruik gemaakt van golflengten die een waarde hebben van 100 nanometer tot 15 centimeter. Voor stadsmorfologisch onderzoek geldt een verdere inperking, aangezien het ultraviolette segment niet wordt gebruikt.97 Voor het kunnen onderscheiden van objecten is het van groot belang om bij de waarneming van de meest geschikte golflengten gebruik te maken. Zichtbaar licht, zoals dat in de natuur voorkomt, heeft een golflengte waarde variërend van 400 tot 700 nanometer, en neemt slechts een zeer smal segment in beslag van het gedeelte van het elektromagnetische spectrum dat voor remote sensing wordt gebruikt. Buiten dit segment zien mensen niets, maar zijn dan aangewezen op instrumenten als camera's en radiometers. De stralingsenergie die daarmee wordt gemeten kan worden getransformeerd tot zichtbare beelden. De meest gebruikelijke fotografische emulsies en procédé's zijn ontwikkeld om de wereld van het zichtbare licht zo natuurgetrouw mogelijk weer te kunnen geven. Natuurgetrouw wil in dit verband zeggen dat zij een maximale overeenkomst vertonen met de beelden die
43
worden opgevangen door het menselijke fysiologische en neurale systeem; beelden die overeenkomen met de sensatie van het rechtstreeks aanschouwen. Registraties van buiten het visuele spectrum geven andere aspecten van de fysieke wereld weer, voor welke echter nauwkeurig omschreven conventies voor beeldrepresentatie bestaan. De overdracht van informatie over objecten op of nabij het aardoppervlak door licht heeft twee facetten. Licht vertelt iets over de morfologie van het object, door de manier waarop licht en schaduw op het object vallen in relatie tot de lichtbron. Hierdoor kunnen de vorm, afmetingen en textuur van het object worden afgelezen. Daarnaast levert de wijze waarop het object licht absorbeert en reflecteert informatie op over de helderheid en kleur van het object, zeker in vergelijking tot nabijgelegen objecten.98 Voor een goed begrip van de mogelijkheden en beperkingen van remote sensing als stedelijke waarnemingsmethode mag een andere beperkende factor niet onvermeld blijven, en dat is de rol van de atmosfeer. De toestand van de dampkring heeft invloed op de waarneming over grote afstand. Het pad dat het licht door de atmosfeer aflegt stelt beperkingen aan onze waarneming. We spreken van "een heldere dag" of menen dat het "heiig" is, waarmee we uitdrukking geven aan de grenzen die ons op dat moment worden opgelegd ten aanzien van het waarnemen van vergezichten. Wat veraf is gelegen vertoont zich als relatief monochroom, onscherp en contrast arm. Ook in de schilderkunst wordt sedert de late Middeleeuwen dit natuurverschijnsel nagebootst en staat bekend als atmosferisch perspectief. Indien we vanuit de lucht of de ruimte op grotere afstand waarnemen, treden er soortgelijke atmosferische effecten op, die variëren naar gelang de hoek waaronder onze zicht-as de dampkring doorsnijdt varieert. Bovendien kan niet de volle breedte van het elektromagnetisch spectrum voor remote sensing ook daadwerkelijk worden gebruikt. De in de atmosfeer voorkomende gassen zuurstof, kooldioxide en waterdamp absorberen alle drie bijna volkomen straling van bepaalde golflengte bereiken. Dit heeft tot gevolg dat bepaalde segmenten van het spectrum uitgesloten zijn van waarneming vanuit de lucht of vanuit de ruimte. Gesproken wordt van atmosferische vensters. Voorts verstoren wolken de waarneming voor een aantal spectrale segmenten, waaronder dat van het zichtbare licht. Dit heeft tot gevolg dat in temporele reeksen van opnamen (reeksen van eenzelfde gebied op opeenvolgende tijdstippen, vaak satellietopnamen) de waarneming van sommige lokaties op onregelmatige plaatsen wordt onderbroken of belemmerd, mede omdat de wolken een schaduw werpen op de aarde. Overigens kan het schaduweffect, of dit nu van wolken afkomstig is of van bomen, gebouwen of installaties, zowel fotochemisch als elektronisch in belangrijke mate worden gecompenseerd.
Opnamesystemen en platforms Voor remote sensing wordt gebruik gemaakt van twee verschillende opnamesystemen, namelijk fotografische systemen en radiometrische systemen; daarnaast bestaat er een onderscheid tussen actieve en passieve systemen. Bij fotografische systemen denken we al gauw aan camera's waarin een scene via een objectief wordt geprojecteerd op een lichtgevoelige emulsie, die daardoor verandert en vervolgens via een fotochemisch procédé wordt gefixeerd tot een permanente afbeelding.99 Met remote sensing camera's, die over het algemeen gebruik maken van grote vlakfilmformaten, wordt gefotografeerd bij zichtbaar licht en in het nabije infraroodbereik. Naar lichtgevoeligheid worden emulsies ingedeeld in orthochromatisch, panchromatisch en infrarood, en worden voor remote sensing zowel grijswaarden films ("zwart-wit films") als kleurenfilms gebruikt.100 Filters worden voor objectieven geplaatst om ongewenste stralingseffecten te minimaliseren. Fotografische systemen hebben als voordelen dat het stralingsgevoelige medium (de film) tevens dient als opslagmedium; dat alle gebeurtenissen binnen het opnamegebied gelijktijdig worden vastgelegd; en dat dit weinig ruimte inneemt en gebeurt tegen relatief geringe kosten. Daar staan als nadelen tegenover dat fotografische systemen moeilijk kunnen worden gekalibreerd (wat beperkingen oplegt
44
aan de betrouwbaarheid van de waarnemingsgegevens); en dat met fotografie slechts een nauw deel van het spectrum kan worden beslagen. Bovendien treedt informatieverlies op bij de conversie van analoge foto's naar digitale beelden, als computerverwerking aan de orde is. Radiometrische systemen werken vaak elektromechanisch of elektro-optisch, maar nooit fotochemisch. Hun signaal is elektronisch, en in een aantal gevallen zelfs digitaal, wat rechtstreekse geautomatiseerde gegevensverwerking mogelijk maakt. Optisch-mechanische systemen tasten het aardoppervlak lijn voor lijn af, waarbij een roterende spiegel wordt gebruikt om van links naar rechts te kijken. De observatie-as staat haaks op de vluchtlijn van het platform (vliegtuig, satelliet), dat zich met constante snelheid voortbeweegt. Door de gelijktijdigheid van voorwaartse en zijwaartse bewegingen treden ingewikkelde geometrische vertekeningen op in het beeld, die achteraf moeten worden opgeheven. Dit is een van de redenen waarom optischmechanische systemen bij voorkeur pas worden ingezet in situaties waar fotografie geen uitkomst meer biedt, zoals bij de detectie van warmtestraling (thermografie). Optischelektronische systemen maken gebruik van halfgeleidertechniek in de vorm van "ziende" chips of CCDs (charge coupled devices), die bekend zijn uit de videotechniek. Straling wordt gebundeld met een objectief waarmee de zichthoek en resolutie kunnen worden gevarieerd. Aaneengeschakelde rijen van CCDs kunnen gelijktijdig een hele strook van het aardoppervlak bestrijken, wat een betere geometrie van de beeldgegevens tot gevolg heeft ten opzichte van optisch-mechanische systemen. Bij multispectrale waarneming worden filters toegepast om de elektromagnetische straling te scheiden in separate kanalen. CCD-apparatuur wordt vooral in satellieten gebruikt, zoals in de Franse SPOTsatellieten, de Japanse MOS-satelliet en in de Duitse MOMS-instrumenten, die aan boord van space-shuttles werden getest.101 Opnamesystemen kunnen van het actieve dan wel van het passieve type zijn, wat bepaald wordt door het al of niet toedienen van elektromagnetische straling om het terrein (beter) detecteerbaar te maken. Verreweg de meeste opnamensystemen werken volgens het passieve principe en maken gebruik van het licht en de warmte die de aarde reflecteert of uitstraalt. Een normale fotocamera die bij donkere omstandigheden een flitslicht gebruikt om een scene te verlichten werkt volgens het actieve principe. In het remote sensing domein valt te denken aan radar, in het bijzonder synthetische apertuurradar (SAR), een instrument dat zelf microgolven genereert en de reflectie daarvan opvangt en in een signaal omzet. De puls die een SAR-instrument afgeeft is gefaseerd, zodat spreiding van straling wordt beperkt. Het
45
instrument is bijzonder gevoelig voor texturen en hoogteverschillen op de grond, ziet bij dag en nacht, evenals bij slechte weersomstandigheden. Radar leent zich uitstekend voor driedimensionale beelden (o.a. bodemreliëf) en voor het volgen van kleine transformaties aan het aardoppervlak. Interferometrische SAR-experimenten, die faseverschillen tussen twee beelden van exact hetzelfde gebied gebruiken, tonen aan dat een globale morfologische weergave van steden in drie dimensies mogelijk is. Een Amerikaans experiment met IFSAR naar Albuquerque, New Mexico laat zien, dat in luttele minuten en volledig automatisch een perspectivisch beeld van de binnenstad kan worden vervaardigd, met een horizontale resolutie van 1.0 meter en een verticale resolutie van 0.5 meter.102 Het IFSAR-onderzoek is vooral van betekenis voor stedenbouwkundige grondplan- en massastudies en voor het volgen van veranderingen met betrekking tot bouwvolumes. Bij (vrijwel) gelijktijdige opname van een gebied vanuit enigszins verschillende standpunten kunnen stereoscopische beelden worden vervaardigd. Veel remote sensing programma's zijn ingericht op stereoscopische waarneming, onafhankelijk van het type draagtoestel of opnamesysteem. We zien dan ook dat overlappende luchtfoto's die kort na elkaar werden genomen tijdens dezelfde vlucht stereoscopisch kunnen worden bekeken, maar ook de gegevens van twee nagenoeg identieke satellieten die eenzelfde baan volgen. Als voorbeeld kunnen dienen de Europese ERS-1 en ERS-2 satellieten, die met IFSAR-techniek de topografie van de aarde zeer accuraat vastleggen.103 Stereoscopie is van betekenis voor de beeldvorming van stedelijke gebieden, omdat het een realistische ruimtelijke sensatie teweegbrengt bij de beschouwer. Tevens vervult stereoscopie een rol bij verificatie van de identiteit van objecten. Uit stereoscopische beelden kunnen hoogtecoördinaten worden afgeleid, waaronder terreinhoogten en gebouwhoogten, afhankelijk van het type gegevens soms met een nauwkeurigheid van enkele centimeters. Ruimtevaart- en luchtvaarttoestellen waarop opnamesystemen zijn gemonteerd, worden doorgaans aangeduid met de term platforms. Er is een enorme variatie aan platforms, en historisch gezien zijn er zelfs onwaarschijnlijke oplossingen bedacht om opnamesystemen door het luchtruim te sturen, bijvoorbeeld werden vogels ingezet en raketten. Hier komen slechts twee categorieën ter sprake, namelijk vliegtuigen en satellieten, aangezien dit de meest gangbare en veelzijdige platforms zijn. Om met de oudste soort van platforms te beginnen, die van de vliegtuigen, deze hebben als voordeel dat zij uitermate stuurbaar zijn en dus naar gewenste lokaties kunnen worden gedirigeerd. Voorafgaand aan een vlucht wordt een gedetailleerd vluchtplan uitgewerkt,
46
waarin het waarnemingsdoel, de vlieghoogte en het vluchtpatroon worden bepaald. Als met vliegtuigen een groot oppervlak bestreken moet worden, kan dat gebeuren door opnamen te maken van grote hoogte -maar atmosferische omstandigheden moeten dit toestaan-, of wordt vanaf geringere hoogte de vliegbeweging aangepast en het gebied in herhaalde parallelle banen, strook na strook, geregistreerd. Fotografische opnamen voor cartografische doeleinden worden op deze wijze uitgevoerd, terwijl rekening wordt gehouden met een ruime voorwaartse en laterale overlapping van opnamen ten behoeve van stereovisie. Ook het vastleggen van lineaire topografische elementen, zoals tracés voor wegen en spoorwegen, de loop van rivieren en kanalen, en van kustlijnen kunnen met vliegtuigen betrekkelijk eenvoudig plaatsvinden. Aan vliegtuigen voor remote sensing worden stringente eisen gesteld voor wat betreft stabiliteit en trilling. Door Nederland wordt actief deelgenomen aan het remote sensing onderzoek vanuit vliegtuigen met een experimenteel optisch-elektronisch sensorsyteem voor landen zee-observatie, genaamd CAESAR (CCD Airborne Experimental Scanner for Applications in Remote Sensing).104 Het instrument werd ontworpen en gebouwd door de Technisch-Fysische Dienst van TNO-TU en het Nationaal Lucht- en Ruimtevaartlaboratorium (NLR) en is eigendom van de Nederlandse overheid, door tussenkomst van de Beleidscommissie Remote Sensing (BCRS). De toepassingsmogelijkheden worden momenteel nog onderzocht en richten zich op zeewater, topografie en landmeetkunde. De maximale geometrische resolutie van het sensorsysteem bedraagt 0,5 bij 0,5 meter en objecten van vijf tot tien centimeter worden nog waargenomen. CAESAR is ingericht voor stereoscopische waarneming en geschikt voor hoogtemeting. Overigens wordt voor hoogtemetingen vanuit vliegtuigen ook gebruik gemaakt van laser altimetrie, een actieve techniek die wordt gebruikt voor het Actueel Hoogtebestand Nederland (AHN). Satellieten voor aardobservatie bestaan pas sinds 1960 en werden voor militaire spionage gebruikt. Voor civiel gebruik werd sinds 1972 het Amerikaanse Landsatprogramma in het leven geroepen. Satellieten verrichten hun werk vanaf grote hoogte, van enkele honderden tot duizenden kilometers. Geostationaire satellieten bevinden zich op een vaste positie ten opzichte van het aardoppervlak en volgende de rotatie van de aarde. Communicatie satellieten zijn doorgaans van dit type. Waarnemingssatellieten omcirkelen de aarde met zeer grote snelheid waarbij telkens een nieuwe strook wordt opgenomen, die parallel aan de voorgaande is gelegen (met overlapping). Satellieten zenden het signaal dat zij hebben opgevangen door naar grondstations op aarde, waar signaalverwerking plaatsvindt en van waaruit de gegevens worden gedistribueerd naar afnemers. Algemeen gesteld beslaan satellieten tijdens een enkele passage een groter gebied dan vliegtuigen, en is daarom minder montage van beelden noodzakelijk. De registratie van dezelfde gebieden gebeurt frequenter en met grotere regelmaat, hetgeen van belang is in verband met het onderzoek naar morfologische transformaties van steden en landschappen.
Remote sensing onderzoek in Nederland Nederland participeert actief in de sterk internationaal gekleurde onderzoeksprogramma's voor remote sensing. Het Nederlandse onderzoek wordt begeleid door de Beleidscommissie voor Remote Sensing (BCRS), die sinds 1986 het coördineren en stimuleren van remote sensing-activiteiten in de breedste zin van het woord tot taak heeft en verantwoordelijk is voor de uitvoering van het Nationaal Remote Sensing Programma (NRSP). In de BCRS zijn als belangrijkste vertegenwoordigers te noemen de overheid, door diverse ministeries (het ministerie van VROM in 1996 heeft om financiële redenen afgehaakt), ingenieursbureaus en de industrie, evenals de Stichting Ruimtevaart Onderzoek Nederland (SRON) voor wat betreft de afstemming van het aardgericht ruimte-onderzoek vanwege de stichting Nederlands Wetenschappelijk Onderzoek (NWO). Het NRSP gold aanvankelijk voor de periode 1986-1990, maar werd door geboekte successen en veelbelovende perspectieven in het onderzoek
47
gecontinueerd in NRSP-2, dat twee maal vijf jaren zou beslaan, te weten de periode 1990 tot 2000. Voor wat betreft de laatste helft van de tweede periode, van 1996 tot 2000, worden de volgende doelstellingen nagestreefd. Ten eerste, het verzekeren van een permanente verankering van het operationele gebruik van door remote sensing verkregen informatie binnen de gebruikerssectoren van de overheid en het bedrijfsleven. In de tweede plaats, het zorg dragen voor een blijvende plaats van de expertise op het terrein van remote sensing onderzoek, -technologie en -toepassingen binnen de Nederlandse kennis infrastructuur. Als derde wordt de vestiging van een permanente infrastructuur in Nederland voor informatievoorziening, coördinatie van nationale activiteiten nagestreefd, en de vestiging van een nationaal en internationaal aanspreekpunt ten behoeve van remote sensing toepassingen. Tenslotte wordt een aanzet gegeven tot de ontwikkeling van remote sensing-toepassingen in ontwikkelingslanden ten behoeve van beleidsvorming en uitvoering, in samenwerking met gebruikers in ontwikkelingslanden, gericht op blijvende verankering. De eerste en de laatste doelstelling hebben binnen het programma de hoogste prioriteit, waarin tevens het pragmatisch karakter van het programma tot uitdrukking komt. Onderzoek wordt uitgevoerd door een aantal interdisciplinaire werkgroepen naar toepassingen die vanuit een oogpunt van "operationalisering en commercialisering" de beste kansen bieden. Onderzoeksprojecten met een louter wetenschappelijk belang worden door de BCRS bij voorkeur niet gefinancierd. Tot de werkgroepen behoren de commissie Remote Sensing Onderzoek van Water (ROWA), Remote Sensing Onderzoek Atmosfeer (ROAT), de Programma Adviesgroep Land (PAG-land) en de werkgroep Remote Sensing Onderzoek Bos (ROBO). Daarnaast bestaan er stuurgroepen die een liaison-functie vervullen naar een drietal betrokken ministeries. Zij hebben als doel om de beleidsontwikkeling ten aanzien van remote sensing te ondersteunen en coördineren met zogenaamde overleggroepen voor alle instellingen binnen een ministerie, die zich actief met remote sensing bezighouden. Bovenop het NRSP werd in 1993 het Plan Gebruikersondersteuning (GO) van kracht dat, volgens de wens van de ministerraad in mei van dat jaar het gebruik van gegevens van Europese satellieten voor aardobservatie moest gaan stimuleren. In afwijking van NRSP-2 zal het plan GO niet in 2000 aflopen maar voor onbekende duur worden voortgezet. Het plan GO heeft een drieledige doelstelling -en evenzoveel prioriteiten105- en die luidt: Het ondersteunen van de Nederlandse gebruikers van gegevens van de toekomstige Europese aardobservatie systemen bij het ontwikkelen van toepassingen ten behoeve van operationeel gebruik; vervolgens het ontwikkelen en exploiteren van de nationale gegevensinfrastructuur en ondersteuning voor de Nederlandse bijdragen aan de Europese infrastructuur ten dienste van gebruikers van de gegevens afkomstig van de Europese en de internationale aardobservatie systemen; en als laatste het ondersteunen van gebruikers in ontwikkelingslanden bij het ontwikkelen van toepassingen van de gegevens van aardobservatie systemen ten behoeve van duurzame ontwikkeling, in samenhang met daarvoor door ESA en EUMETSAT uit te voeren activiteiten. Als uitvloeisel van de tweede doelstelling is het Netherlands Earth Observation NETwork of NEONET-project tot stand gekomen, dat een nationale infrastructuur moet bewerkstelligen en heeft geleid tot een elektronische informatievoorziening op het World Wide Web.106 De Neonet-server wordt onderhouden door het Nationaal Lucht- en Ruimtevaartlaboratoium in samenwerking met onder anderen het Koninklijk Meteorologisch Instituut en het Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu. In de programma's van de BCRS en SRON ontbreekt het onderzoek naar stedelijke structuren en ontwikkeling volledig: ook daar zal men tevergeefs naar zowel een sociaalwetenschappelijke als een ruimtelijk-historische component zoeken. Eenzelfde, weinig bemoedigend beeld geeft de Nederlandse Onderzoeks Databank (NOD) waar temidden van 84 onderzoeksbeschrijvingen die met de zoekterm "remote sensing" naar boven komen, en de 15 die reageren op "luchtfoto" deze belangrijke toepassingsgebieden niet
48
voorkomen.107 Dit ondanks het feit dat de planologische en stedenbouwkundige problemen met betrekking tot urbanisatie in grote delen van Nederland steeds nijpender werden en onbeheersbaar dreigden te worden. Zo werd bij de Rijks Planologische Dienst in 1994 een projectgroep opgericht, die zich moest buigen over het actualiseren van de Vierde Nota voor de Ruimtelijke Ordening Extra (VINEX). Daar werden expliciet morfologische vragen gesteld over het bestaan en de ontwikkeling van de Stedenring Centraal Nederland (Randstadring Noord, Randstadring Zuid, Stedenring Zuid en Stedenring Oost).108 Vragen als "wat waren de morfologische aspecten van het verstedelijkingsproces sinds 1980?", die een duidelijk historische dimensie vertonen en die vooral waren ingegeven door de angst voor Amerikaanse toestanden ten aanzien van ongebreidelde verstedelijking, zoals die blijkens de statistieken van Eurostat, zich ook in Europa aftekenen. Het zijn dergelijke praktische planningkwesties, die op exploratieve wijze door universitaire onderwijs- en onderzoeksinstellingen op het gebied van ruimtelijke wetenschappen bij de kop worden gevat. Zonder een intensieve inzet van geoinformatica en analytische remote sensing zou het vandaag de dag onmogelijk zijn om het geloof in effectieve oplossingen overeind zou kunnen houden. In het Nederlandse academische GIS-onderzoek woedt al meer dan tien jaar een discussie over de waarde van GIS om de kloof tussen ontwerp en onderzoek in de ruimtelijke planning te dichten.109 De vele verspreide onderzoeksactiviteiten zijn naderhand gebundeld in samenhangende programma's, terwijl aan de Faculteit Ruimtelijke Wetenschappen van de Rijksuniversiteit Utrecht een expertisecentrum (Nexpri GIS-expertise centrum) en een onderzoekschool (NETHUR onderzoekschool) werden opgericht. Urban remote sensing is in ons land nog maar zwak ontwikkeld, ondanks dat buitenlands onderzoek zonneklaar heeft aangetoond, dat juist het ruimtelijk-sociale, ruimtelijk-historische en stedenbouwkundige onderzoek profijt kunnen hebben van een remote sensing benadering. Sommige onderzoeken werden reeds vijftig jaar geleden gepubliceerd.110 Meer recentelijk vallen de resultaten van change detection-studies het meest op. Zo heeft de Italiaanse planoloog en informaticus M. Pesaresi van diverse Italiaanse steden animaties vervaardigd, die het verstedelijkingsproces gedurende de afgelopen decennia weergeven op grond van remote sensing informatie.111 Naast deze dynamische visualisaties maakte Pesaresi bewerkingen van satellietbeelden, die het type bebouwing verhelderend weergeven. Dat gebeurde aan de hand van speciaal daarvoor ontwikkelde algoritmen, die met grote accuratesse de grove categorieën "residentieel" en "industrieel" wisten te identificeren. Later in dit boek zal op dit type van onderzoek uitgebreid worden teruggekomen. De achterstand van Nederland op het gebied van urban remote sensing dreigt voorlopig alleen maar groter te worden ten opzichte van het buitenland. Beloftevolle onderzoeksprojecten die de lacunes van het NRSP zouden kunnen opvullen, moeten de ondersteuning vanwege de BCRS ontberen. Exemplarisch is in dit verband het onderzoek "Remote recognition in de stedebouwkunde", dat aan de faculteit der Bouwkunde van de Technische Universiteit te Delft, dat enkele jaren geleden onder leiding van T.E. de Jong werd geëntameerd. Het project beoogde de realisatie van een ontwerp-relevant geografisch informatiesysteem van de Randstad vanaf 1965, en moest leiden de ontwikkeling van software voor patroonherkenning in kaarten en remote sensing beelden. Het project kreeg echter geen middelen toegewezen en is sindsdien jammerlijk in een comateuze toestand komen te verkeren.112 Bijgevolg is de kennis over initiatieven om remote sensing toe te passen op gebieden (morfologie) die ook stedenbouwhistorisch interessant zijn nauwelijks verbreid.
49
Ground truth: in situ sensing Field work is actually a rewarding activity, since it brings us back into the real world of which aerospace imagery is a reflection only.113 W.G.L. de Haas Morfologische veldwaarneming in situ, toegesneden op stedelijke situaties, heeft zich binnen een aantal richtingen van de aard- en menswetenschappen gedurende de afgelopen decennia kunnen ontwikkelen. Om te beginnen is door de remote sensing zelf een belangrijke impuls afgegeven aan in situ sensing als uitvloeisel van beeldinterpretatie. De in het bovenstaande genoemde inzichten zijn alle aan dit vakgebied ontleend. Daarnaast zijn met name binnen de geografie diverse methoden van veldobservatie bedacht, vooral sinds de jaren vijftig, met de opkomst van de ruimtelijke analyse als geografische subdiscipline in Verenigde Staten. Over dit onderwerp zijn in de loop der tijd veel op het onderwijs gerichte publicaties verschenen, onder andere van Gunn (1962), Wheeler en Harding (1965), Archer en Dalton (1968), Daugherty (1974), Whyte (1977), Lounsbury en Aldrich (1979) en Stoddard (1982). De geodesie of landmeetkunde is als discipline geheel toegesneden op het verzamelen van meetgegevens in het veld -vooral terreinvorm en gebouwde structuren- en het in kaart en statistiek weergeven daarvan, en ook de (topografische) cartografie heeft methoden van "naverkenning" ontwikkeld om luchtfotografische opnamen correct te interpreteren. Tenslotte heeft ook de site- en historiegerichte architectuur en stedenbouwkunde van bijvoorbeeld Muratori (1959), Visser (1960), Lynch (1960), Cullen (1961), Conzen (1961), Caniggia (1963) Muret (1972), Van Oerle (1974), Chastel (1977), Secchi (1984, 1989), Fortier (1989) eigen methoden van observatie voortgebracht. In bepaalde situaties stelt de geometrie van het lucht- of ruimteperspectief beperkingen aan wat van de fysieke realiteit kan worden waargenomen, doordat objecten het zicht op andere objecten benemen. Dit probleem doet zich bijvoorbeeld voor indien hoge objecten zich buiten de midden-as van een centraalperspectivische opname bevinden, en achterliggende objecten afschermen. In de praktijk van de luchtkartering is ruime ervaring opgedaan met het naverkennen van luchtfoto's op lokaties, die niet met voldoende zekerheid kunnen worden geïnterpreteerd. Dat naverkennen, dat met de luchtfoto in de hand te velde gebeurt, dient om ambiguïteiten te elimineren of ontbrekende gegevens aan te vullen. Voor cartografen is het belangrijk om precies te weten waar grenslijnen lopen van topografische objecten, dus van kavels, gebouwen, kunstwerken, installaties, en dergelijke. Ook de identiteit van objecten moet met zekerheid worden vastgesteld, hetgeen wordt bemoeilijkt door het geringe onderscheidingsvermogen van het menselijk oog met betrekking tot grijswaarden. Aanvullende waarnemingen zijn in die gevallen noodzakelijk om betekenis dragende, bruikbare beelden te verkrijgen. Het naverkennen van luchtfoto's in de context van topografische cartografie staat geenszins op zichzelf, maar maakt deel uit van een algemeen vereiste van remote sensing om met zekerheid feitelijke informatie te kunnen ontlenen aan beelden. Een hoge mate van zekerheid is te bereiken door het vergelijken van in situ opgenomen (gemeten of geconstateerde) lokale omstandigheden met corresponderende meetwaarden in de voorstelling van een deel van het aardoppervlak. Fotometers of radiometers (stralingsmeters) meten op lokatie (meestal enkele meters boven de grond) de hoeveelheid aanwezige straling. Die intensiteitswaarden worden vervolgens vergeleken met corresponderende posities in het remote sensing-beeld. Zo wordt zekerheid verkregen over de juiste interpretatiewijze van remote sensing-beelden. Hoeveelheid en soort van licht, temperatuur en andere vormen van elektromagnetische straling worden met behulp van specialistische instrumenten opgenomen. Soms volstaat het om zonder bijzondere hulpmiddelen een visuele inspectie uit te voeren, zoals G.J. Eikenaar (1990) aangeeft in zijn onderzoek naar het opsporen van schade aan stadsbomen in Den Haag met behulp van remote sensing.114 De vitaliteit van bomen -in
50
dit geval paardenkastanjes- kan niet uitsluitend worden gediagnosticeerd uit multispectrale luchtfoto's (met nabij-infrarood), maar vereist gegevens over boomhoogte en stamdiameter over een lange waarnemingsperiode. Het is een voorbeeld van de wijze waarop een combinatie van remote sensing en in situ sensing bijdragen aan stedelijk beheer. In de stedenbouw en sociale wetenschappen zijn tal van technieken aan te wijzen voor het verzamelen van gegevens door veldwerk, al dan niet in relatie tot remote sensing. Als dit verzamelen gebeurt met behulp van foto- of videocamera's, radiometers of door rechtstreekse visuele waarneming in aansluiting op remote sensing, zouden we kunnen spreken van in situ sensing (of "close-by sensing").115 In de Engelstalige vakliteratuur wordt als doel van in situ sensing genoemd: het verkrijgen van "ground truth" of "surface truth".116 Er kunnen ten aanzien van in situ sensing tenminste twee interpretatieve functies worden aangeduid, te weten die van verificatie en van suppletie. R. Stoddard (1982) noemt een viertal verschillende benaderingen om uitsluitsel over de inhoudelijke betekenis van remote sensing-beelden te verkrijgen.117 Één mogelijkheid is, om naar de lokatie in kwestie toe te gaan en zich ter plekke op de hoogte te stellen van de situatie. Een andere weg is om gebruik te maken van grootschaliger beeldgegevens (bijvoorbeeld door verlaging van opnamehoogte bij gevlogen sensoren), wat in de praktijk neerkomt op een vergroting van de ruimtelijke resolutie waarmee wordt waargenomen. In de regel wordt hiervoor een representatief proefgebied gekozen, dat een beperkte omvang heeft. De resultaten van de identificatie worden dan als maatstaf genomen voor andere gedeelten in het remote sensing-beeld met overeenkomstige variatiepatronen. Een volgende optie is het kiezen voor multisensor-gegevens, die door onderlinge vergelijking uitsluitsel kunnen geven over de identiteit van stedelijke en landschappelijke objecten. Afwijkende golflengten of sensoren kunnen worden ingezet om kenmerken van objecten in een gebied te versterken of te verzwakken op basis van hun elektromagnetische reflectie of emissie. "Ground truth" kan volgens Stoddard ook worden ontleend aan gepubliceerde bronnen, zoals kaarten en plattegronden, door relatieve lokaties in deze documenten te vergelijken met die in remote sensing-bronnen. Tenslotte zijn achtergrondkennis en ervaring in beeldinterpretatie zeer van invloed op het succes van de identificatie van objecten en terreinkenmerken. Overigens zou de opsomming van Stoddard kunnen worden uitgebreid met stereoscopische analyse, die veel in de luchtfotokartering wordt toegepast. Zoals in relatie tot het naverkennen bij fotokartering reeds was opgemerkt, kunnen ten aanzien van beeldinterpretatie met behulp van in situ sensing twee functies worden aangeduid, te weten verificatie en suppletie. Beide functies beogen het optimaliseren van de interpretatie en representatie van het waarnemingsobject, in het kader van dit onderzoek de uitwendige morfologie van stedelijke landschappen. Bij de interpretatie van remote sensing beelden vormt achtergrondkennis een doorslaggevende factor, en dan vooral de kennis met betrekking tot de relatie tussen object en zijn representatie. Logischerwijs zal interpretatie meer kans van slagen hebben naarmate door langdurige en intensieve (actieve) observatie de vertrouwdheid met het waarnemingsobject groter is. De stad waarin men voor langere tijd woont en werkt, en die men zich dagelijks ruimtelijk en psychologisch (mental images) toe-eigent, die men kent vanuit diverse perspectieven, bij verschillende licht- en weersomstandigheden, en stemmingen; van welke men de gebruiksritmiek heeft gadegeslagen en heeft doorleefd, biedt vanzelfsprekend een veel rijker referentiekader dan plaatsen die men slechts van naam kent. In de praktijk wordt de ruimtelijke cognitie van de stad niet alleen gevoed vanuit de veelzijdige ervaringen aan het aardoppervlak, dat wil zeggen vanuit horizontale waarneming en gewaarwording, maar ook door waarneming van bovenaf, die we bijvoorbeeld tegenkomen in de abstracte loodrechtblik van stadsplattegronden, en in een arsenaal van hoogtescènes van landschappen, steden, delta's en waterbekkens die ons bereiken via diverse media. Scènes die ons inlichten over het exogene skelet van ons cultuurlandschap; over de kruin van continenten, landen, streken en plaatsen; en over de
51
ordening van het maaiveld. Een panchromatisch luchtperspectief op een bekende stad, bijvoorbeeld, stemt in redelijke mate overeen met de gegevens die het menselijke visuele waarnemingssysteem dagelijks te verwerken krijgt. De interpretatie van een dergelijke opname wordt bemoeilijkt door het uitzonderlijke perspectief, en niet zozeer door de stad als object. Het alledaagse perspectief van de voetganger, de automobilist, of bewoner van het bovenhuis moet mentaal worden getransformeerd tot een schema dat op voorstellingsniveau aansluit bij het remote sensing beeld. Een complicerende factor bij de interpretatie van remote sensing beelden is de beperkte overeenkomst van sommige soorten gegevensbronnen met het menselijk visueel waarnemingssysteem. Wanneer het remote sensing beeld is ontstaan door straling, die het menselijk oog niet kan verwerken, heeft de representatie weinig meer van doen met onze ervaringswereld, maar kan daar hoogstens naar verwijzen. De interpretatie verloopt dan veel moeizamer en is in eerste instantie opgehangen aan herkenning van de globale geometrie van de stad. De verschillende objecten waaruit de stad is opgebouwd zullen door hun materiële samenstelling elektromagnetische straling op een specifieke manier terugkaatsen of uitstralen naar de sensor. Dit heeft tot gevolg dat de distributie van stralingsintensiteiten anders is dan wat het menselijk oog gewoon is om waar te nemen. Anders gezegd produceert "extra-visuele" waarneming ongebruikelijke beelden, die in eerste instantie kunnen worden geduid aan de hand van enkele grove aanknopingspunten als schaal, lokatie en oriëntatie, maar die niet zonder kennis van zaken kunnen worden uitgelegd. Om zekerheid te verkrijgen over wat een door de sensor opgevangen signaal betekent, wordt op lokatie aan de grond geobserveerd hoe bepaalde pixelwaarden binnen het remote sensing-beeld de stedelijke werkelijkheid van corresponderende lokaties afbeeldt. Het kan vergeleken worden met het toekennen van een betekenis van lokale intensiteitswaarden op grond van een bekende legenda of sleutel. Evenals symbolen op een topografische kaart kunnen worden geduid met behulp van een legenda, zo kunnen vlekken in en patronen in een remote sensing beeld worden verklaard vanuit een reeks geverifieerde monsters. Het toekennen van een betekenis aan onderdelen van het beeld wordt classificatie genoemd. De juistheid van de monsters (keys) gebeurd in de regel aan de grond. Is de betekenis van een monster voor één of enkele lokaties ter plekke vastgesteld, dan wordt al extrapolerende aangenomen dat deze betekenis ook geldt voor alle andere keren dat dit monster in het beeld voorkomt. Met in situ sensing wordt met andere woorden getracht om uitsluitsel te verkrijgen over de semantiek van remote sensing beelden door aan de huid van stad en landschap observaties te verrichten en de uitkomsten hiervan te vergelijken met de wijze waarop deze in het remote sensing-beeld zijn weergegeven. Een tweede functie van in situ sensing is suppletie, het vergaren van aanvullende gegevens, en komt tegemoet aan perspectivische beperkingen van remote sensing. Al eerder is naar voren gebracht dat orthogonale en oblique remote sensing elkaar op een aantal punten kunnen aanvullen. Dit neemt niet weg dat sommige morfologische fenomenen zich aan het blikveld van zowel lucht- als ruimtewaarneming onttrekken en gegevens niet of nauwelijks op een andere manier effectief kunnen worden vergaard dan door lokale, terrestrische observatie. Architectonische en stedenbouwkundige massastudies verlangen gedetailleerde waarneming van verticale lijnen en vlakken op en boven maaiveldhoogte; grondgebruikstudies stellen belang in zowel permanente bestemmingen van het stedelijke grondvlak op alle ruimtelijke schaalniveaus, als in het incidentele, onvoorziene en geïmproviseerde ruimtegebruik (festivals, manifestaties, rellen, calamiteiten, extreme weersomstandigheden, stroomuitval). Echter, vegetatie, abri's, overhangende balkons, brede dakgoten en kroonlijsten, daken met overstek, bovengrondse loopbruggen, bruggen en viaducten blokkeren de fotografische waarneming loodrecht van bovenaf, evenals tijdelijke obstakels (voertuigen, tenten, opslagmaterialen enz.) dat doen. In die gevallen kunnen methoden om in situ visuele gegevens te verzamelen uitkomst bieden.
52
In situ sensing speelt, zoals blijkt uit het voorgaande, een rol bij de bewaking van de kwaliteit van gegevens, waar onder andere toe behoren betrouwbaarheid (zekerheid omtrent de juistheid), precisie en actualiteit. Wanneer verschillen in signaalsterkte nauwelijks kunnen worden onderscheiden, of de fysieke omvang van verschijnselen die bestudeerd worden grenzen aan de maximale resolutie van het remote sensing-systeem, zal het grondonderzoek meer nadruk moeten krijgen.118 Soms is extreme nauwkeurigheid van gegevens vereist, die de resolutie van remote sensing-beelden ver te boven gaat. In dat geval zal aan de grond gemeten moeten worden met specialistische technieken. Het verzakken van gebouwen en weg- en waterbouwkundige kunstwerken, minuscule bodemdaling en grondmassa verplaatsingen zijn enkele voorbeelden, die verder reiken dan de huidige mogelijkheden van remote sensing. Terloops is de lagere geodesie of landmeetkunde al genoemd, een vakgebied dat met grote precisie de geometrie van de fysieke omgeving weet te beschrijven.119 De geodesie beschikt over een breed methodisch en technisch instrumentarium voor puntsbepaling (plaatsbepaling, hoogtemeting). Tot de meest recente ontwikkelingen behoren de global positioning systems (GPS). GPS is een door het Amerikaanse ministerie van Defensie ontwikkelde methode van plaatsbepaling waarbij gebruik wordt gemaakt van geodetische satellieten en mobiele ontvangers. Behalve in de geodesie wordt GPS gebruikt voor navigatie van lucht-, water- en landverkeer, cartografie, mijnbouw, landbouw en archeologie.120 Resumerend: de noodzaak van in situ sensing is gelegen in het feit, dat niet alle relevante onderzoeksgegevens door remote sensing kunnen worden verkregen, ook niet door afleiding of indirecte waarneming. Daarnaast moet onduidelijkheid over de betekenis van vergaarde gegevens zoveel mogelijk worden geminimaliseerd. Het doel van in situ sensing is het bereiken van isomorfisme, dat wil zeggen van een 1-op-1 correspondentie tussen beeld en object. In veel gevallen zullen daartoe van representatieve gebiedsdelen steekproeven worden genomen om de in het remote sensing-beeld weergegeven intensiteiten te vergelijken met in situ gemeten waarden. Is de relatie tussen steekproeven en remote sensing-beeld eenduidig vastgesteld, dan kan de uitkomst worden geëxtrapoleerd naar soortgelijke repetities van intensiteitswaarden en -patronen die in het beeld voorkomen. Er kan zich tevens een probleem van temporele aard voordoen wanneer het moment waarop opnamen van bovenaf worden gemaakt te zeer uiteenloopt met het tijdstip waarop grondgegevens werden vergaard. Hierbij valt te denken aan kortstondige cycli in stedelijke veranderingsprocessen, zoals klimaat; verkeer en vervoer; vegetatie; tijdelijke bebouwing, manifestaties en werkzaamheden. Het simultaan inwinnen van gegevens levert in het algemeen betere resultaten op, bovendien kunnen voorafgaand aan de opnamen van bovenaf markeringspunten op de grond worden aangebracht, waaraan de beeldgeometrie kan worden getoetst. In de praktijk zal in situ sensing bestaan uit een combinatie van geodetische, geografische, architectuur- en stedenbouwhistorische, bouwhistorische en (non-destructieve) archeologische methoden van onderzoek te velde. Het ter plekke observeren en meten aan de stad kan steekproefsgewijze gebeuren of integraal voor het gehele te onderzoeken gebied. Ingeval van steekproeven moet tevoren een afweging worden gemaakt over aard en aantal. Te weinig steekproeven maakt een accurate interpretatie onmogelijk, terwijl een overvloed aan steekproeven onnodig veel tijd en middelen kost zonder bij te dragen aan verbetering van de kwaliteit van het onderzoek.121 In welke verhouding remote sensing en in situ sensing worden gebruikt binnen het fysiek-morfologisch stadsonderzoek is afhankelijk van de precieze vraagstelling, evenals de keuze voor toe te passen technieken. Bovendien zijn deze methoden niet per definitie strikt complementair, maar soms overlappend, zodat de keuze tussen de methoden zal worden bepaald door beschikbare tijd, middelen en personeel. Als methode belichaamt in situ sensing de meest directe vorm van contact tussen onderzoeker en het stedelijke artefact. De onderzoeker registreert daartoe het detail van de stad, het specifieke van de lokatie, in tegenstelling tot remote sensing waar het
53
primair gaat om overall-structuren en de bredere context van objecten en lokaties. Combinatie van het hoogte- en het vlakteperspectief heeft als voordeel dat de integratie tussen remote sensing enerzijds en de visuele onderzoeksmethoden uit de architectuur en stedenbouw (waarnemingspsychologische en fysieke structuuranalyses), geografie, sociologie, antropologie en archeologie wordt bevorderd. War wellicht van wezenlijker belang is, is dat de ruimtelijke geschiedenis zich kan specialiseren in de richting van visuele analyse, die beter is gefundeerd op objectieve en verifieerbare visuele informatie. Het is juist deze gecombineerde waarneming van het nabije en het veraf gelegene, van onderdeel in relatie tot geheel, en van het verband tussen het specifieke en het algemene, dat remote sensing als analytische observatiemethode zijn kracht geeft.122 Maar ook vandaag de dag kunnen stedenbouwkundige surveys het moeilijk stellen zonder een multiperspectivische, multithematische, multitemporele en multischalige benadering, zoals zal blijken uit een tweetal later te bespreken morfologische analysemethoden.
Documentaire fotografie Binnen de diverse toepassingsgebieden van aardobservatie vanuit de lucht en ruimte wordt het begrip in situ sensing doorgaans restrictief uitgelegd en beperkt zich tot het lokaal uitvoeren van metingen, die vervolgens worden vergeleken met corresponderende variaties in het remote sensing beeld. De vraag rijst evenwel of ingeval van ruimtelijkhistorisch onderzoek niet een veel ruimere interpretatie van in situ sensing wenselijk is, en bijvoorbeeld ook terrestrische fotogrammetrie, documentaire fotografie, cinematografie en videografie te beschouwen als vormen in situ observatie. We hebben per slot van rekening ook hier te maken met natuurwetenschappelijke technieken van beeldregistratie, zij het dat het studie-object vanuit een andere, meer horizontale gezichtshoek wordt geobserveerd. Deze paragraaf wil één van deze specialismen, de documentaire fotografie, bij de kop pakken en bespreken aan de hand van een drietal verschijningsvormen, te beginnen met architectuursurveys, waarin fotografie vooral exploratief en analytisch wordt gebruikt; gevolgd door reportagefotografie door fotografen en kunstenaars, waarin het stedelijk territoir systematisch wordt vastgelegd; om te eindigen met terrestrische fotogrammetrie, de meest wetenschappelijke en exacte omgang met omgevingsfotografie.
Architectuursurveys Tot de documentaire fotografie in het kader van in situ sensing behoren behalve de fotogrammetrie ook de survey-methoden, die door op morfologie georiënteerde architectuur en stedenbouwkunde zijn voortgebracht. Fotografie is daar een vast onderdeel van het instrumentarium om in situ gegevens te verzamelen, temidden van cartografische technieken en rechtstreekse visuele observatie. Tenminste drie buitenlandse voorbeelden van morfologisch stadsonderzoek hebben de afgelopen jaren opzien gebaard vanwege hun analytische scherpte en vernieuwende begrip van structuurveranderingen in relatie tot planning. De Atlas van Parijs, die sinds 1983 wordt vervaardigd door het Institut Français d'Architecture onder leiding van de architectuurhistoricus B. Fortier, levert een treffend voorbeeld van in situ waarneming als complementaire methode voor cartografische analyse, toegepast op een historische binnenstad.123 De Atlas zet in zekere zin de traditie voort van grootschalige kaartering van Parijs, die begon met de uiterst gedetailleerde en subtiel afgezette atlas van Vasserot en Bellanger, die van 1810 tot 1860 werd ingemeten. De nieuwe atlas is de visuele verslaglegging van een onderzoek naar de geleidelijke transformatie van de ruimtelijke structuur van Parijs en probeert door cartografische analyse nog onbekende wetmatigheden op te sporen, die aan de basis van de veranderingen hebben gelegen. De atlas beschrijft grafisch zeer minutieus de architectonische en stedenbouwkundige dimensies van de morfologische structuur van het grondplan van Parijs sinds het einde
54
van de achttiende eeuw.124 De positie van karakteristieke gebouwen, die worden opgevat als exponent van historische denkbeelden over de ontwikkeling van Parijs wordt grafisch geaccentueerd door hen als kleine axonometrieën uit te tillen boven het fijnmazige weefsel van de stad, gezien op maaiveldhoogte. Bij de samenstelling van deze atlas, waarvan de complexe intellectuele portée is beschreven door de Groningse architectuurhistoricus E.R.M. Taverne (1990), is uitvoerig gebruik gemaakt van fotografie voor het reconstrueren van gevelwanden en axonometrieën. Aan luchtfoto's werd informatie over de architectonische details van daken en gebouwomtrekken ontleend, evenals over kleine stedenbouwkundige elementen (straatmeubilair), en de informatie werd met behulp van ontwerpprogrammatuur in kaart gebracht. Een ander voorbeeld van een stedenbouwkundige field survey-methoden vinden we bij B. Secchi, hoogleraar stedenbouw aan de universiteit van Venetië, waarbij stedenbouwkundige oplossingen worden geconcipieerd vanuit een nauwkeurige cartografische analyse van de historische stad in relatie tot haar geografische regio.125 De topografie van de regio wordt door Secchi gecombineerd met in situ observatie van bouwkundige constructies en informatie over zowel grondgebruik als menselijke gedragspatronen. Secchis methode systematiseert de analyse van de relaties tussen op in elkaar grijpende ruimtelijke schaalniveaus, variërend van het architectonisch detail van de openbare ruimte tot en met het niveau van de regio. De regionale processen worden verregaand bepaald door fysisch-geografische en topografische factoren. In de stedenbouwkundige projecten die zijn uitgevoerd waaronder Jesi (1984-1987), Siena (1986-1990), Abano (1991-1992), en het plan voor het historische centrum van Ascoli Piceno (1989-1993), wordt met name aandacht geschonken aan de wijze waarop de stad en de regio elkaar in de loop der eeuwen wederzijds formeel hebben beïnvloed. Aanvullend veldwerk verschaft inlichtingen over de architectonische geleding en inrichting van de stedelijke ruimte, maar ook over bouwkundige aspecten die in een later stadium in het ontwerp toepassing kunnen vinden, bijvoorbeeld materialen, gesteldheden, constructies, vormen, ornamentiek en stilistiek. De functie van de veldinventarisatie is niet alleen het verkrijgen van een gedetailleerd beeld en inzicht in het feitelijk gebruik van het stedelijke grondgebied, maar vooral om potentiële ontwikkelingslokaties te inventariseren, die uiteindelijk door sporadische, acupunctuurachtige ingrepen het stedelijk mechanisme als geheel (het sociale leven, de stedelijke economie) weer tot leven moeten wekken, en op een hoger functioneel plan te stabiliseren. Fotografie wordt ook hier aangewend om zijn mnemonische functie, als informatief en analytisch medium dat bijdraagt tot de opsporing van ruimtelijke problemen en conceptualisering van hun oplossingen. Als derde voorbeeld geldt een uitputtende structuuranalyse van Secchis volgelingen, de Italiaanse stedenbouwkundigen S. Boeri, A. Lanzani en E. Marini naar de regio Milaan in de periode vanaf 1950.126 Hier wordt een groot gebied -de stadsregio beslaat circa 5.600 km2- onderworpen aan een morfologische analyse van de veranderingen zoals die luchtfotografisch, cartografisch en door in situ waarneming kunnen worden geconstateerd. Het in situ-onderzoek inventariseert en classificeert op Lynchiaanse wijze tal van ruimtelijke situaties die typerend zijn voor het hedendaagse ruimtegebruik van steden en het verstedelijkte platteland, liefst onder wisselende lichten gebruiksomstandigheden, en tracht deze situaties en lokaties aan heersende 'life styles' van bewoners te koppelen, dat wil zeggen aan herkenbare, gemeenschappelijke gedragspatronen. Anderzijds worden ontwikkelingen op het grootschalige observatieniveau, zoals nieuwe architectuurtypen, ingepast en een breder morfologisch verband van kernen, voorzieningen en verbindingen. Was de morfologische structuur van het gebied een halve eeuw geleden nog te kenschetsen als mono-centrisch, hiërarchisch en radiaal, nu is door een in zeer snel tempo plaatsgrijpende verstedelijking een veel meer diffuse structuur ontstaan, waarin nieuwe stedelijke kernen in zijn aan te wijzen, het platteland is omgevormd tot een halfopen en half-bebouwd gebied. Milaan zelf vergrootte de capaciteit van haar uitvalswegen, kreeg een ringweg is sindsdien omgeven door een grofmazige mantel van
55
nieuwe industriële en kantorencomplexen, vermengd met woningbouw. Ondertussen hebben in de oude stad veel gebouwen een nieuwe bestemming gekregen en is het ruimtegebruik in en rond deze gebouwen gewijzigd. De morfogenetische elementen van de regio, de geomorfologie en topografie van drie verschillende landschapstypen (de uitlopers van de zuidelijke Alpen, het droge centraal gelegen gebied, en het waterrijke moerasgebied in het zuiden), hebben bij het transformatieproces weliswaar een pregnante en ordenende rol gespeeld, maar zijn in het hedendaagse kaartbeeld nog nauwelijks als zodanig identificeerbaar. De toegenomen automobiliteit van grote aantallen bewoners van de regio verschaft een verklaring hoe Milaan haar gravitatiekracht zag verminderen ten gunste van de regio. Nieuwe, zich repeterende stedelijke architectuurtypen konden zo in de isolatie van een van oudsher door een dicht netwerk van verbindingswegen ontsloten agrarisch gebied ontstaan. Architectuurtypen die als 'containers' een veelvoud van functies herbergen, goed bereikbaar zijn voor autoverkeer, intern helder ontsloten zijn, maar aan de buitenkant streng zijn afgescheiden van de rurale omgeving. Het nieuwe geografische beeld van de regio Milaan dat zich aandient, en niet alleen hier maar in vele andere metropolitane gebieden, niet te vergeten onze eigen Randstad, kan slechts begrepen worden door de kennis over kleinschalige processen en structuren, dus die de regio in zijn geheel beslaan, te integreren met kennis vanuit directe observatie en fotografische analyse van dichtbij. Ook wat Boeri noemt de 'vitale dimensies' van de verandering, de verschillende belevingsniveaus van de bewoners op het fysieke vlak (de gebouwde omgeving), menselijk gedrag in de ruimte, en de beelden omtrent de ruimte die mensen bewonen in het bewustzijn en het geheugen, moeten in morfologische analyses een plaats krijgen.127 Wat echter opvalt in architectuursurveys, waar het fotografie en remote sensing betreft, is dat er, behoudens enkele uitzonderingen, een discrepantie bestaat tussen de complexe stedenbouwkundige vraagstellingen van dit moment en het ontbreken van een methodische exploitatie van fysische waarnemingsgegevens, en dan met name van remote sensing. Sinds de jaren zeventig heeft de ruimtelijke ordening haar ontwerpgerichte invalshoek verlaten en richt zij zich meer op processen dan op vormen.128 Vooral door het kwantitatieve karakter van de aansturing van processen is een reactie teweeggebracht, waarbij kwalitatieve aspecten in de vorm van beeldkwaliteitsplannen en cultuurhistorische waardenstellingen aan momentum lijken te winnen. Deze kentering is onder andere waarneembaar in de recent verschenen Startnota Ruimtelijke Ordening (1999) van het rijk, waar het cultuurlandschap als artefact nadrukkelijk naar voren wordt geschoven. De beeldloosheid van de basale onderzoeksgegevens werpt een obstakel op voor de ruimtelijke ordening om de complexe en veranderlijke structuur van dat cultuurlandschap inzichtelijk te maken. Het verdient in dit licht aanbeveling om meer dan voorheen gebruik te maken van systematische analysemethoden die vanuit remote sensing zijn ontwikkeld. Vooral van belang zijn de dynamische simulatiemodellen waarmee urbanisatieprocessen kunnen worden gevolgd voor wat betreft hun tempo, richting en omvang. In het laatste hoofdstuk zullen recente resultaten worden besproken onderzoek naar spatio-temporele analyse van verstedelijkingsgebieden. Zij betekenen een belangrijke uitbreiding van zowel historische als toekomstgerichte morfologische onderzoeksmethoden.
Reportagefotografie Om geldige uitspraken te kunnen doen over de morfologische aspecten van historische luchtfoto's zijn doorgaans aanvullende gegevens nodig om zo veel mogelijk ambiguïteit bij interpretatie te kunnen uitschakelen. In de praktijk van het historisch onderzoek, want goed aansluitende referentiegegevens komen hoogstens voor in uitzonderlijke, nauwkeurig omschreven gevallen. Hoewel vele categorieën van aanvullende gegevens ten behoeve van luchtfoto interpretatie denkbaar zijn, beperken we ons hier tot hoofdzakelijk natuurkundig bepaalde visuele opnametechnieken, waarvan de fotografie
56
de m eest bekende en voor de hand liggende is. Fotografische opnamen vanaf de grond leveren vaak rijke informatie, indien aan tenminste twee voorwaarden is voldaan, namelijk er moet een topografische relatie bestaan tussen de grondscène en de luchtfoto; en de twee mogen elkaar in de tijd niet teveel ontlopen. Daarnaast gelden kwalitatieve aspecten van techniek en de werkwijze van de fotograaf, die veel gemakkelijker dan zijn collega in de lucht een subjectief element kan inbrengen in zijn opnamen door standpunt en onderwerpskeuze, en door in te spelen op situaties die zich (mogelijk onverwacht) voordoen. De factor expressiviteit van de grondopname moet daarom in de evaluatie van de opname worden meegenomen, hoe moeilijk deze meestal ook is te kwantificeren. Voor morfologische doeleinden vormen expressiviteit en artisticiteit eerder hinderpalen dan dat zij helpen het luchtfotografisch beeld te completeren. Objectieve en klinische registratie van de bouwsubstantie daarentegen kan een morfologische analyse van bovenaf terdege ondersteunen. Spoedig na de introductie van de daguerrotypie vond een verbreiding van deze techniek plaats in tal van grote steden in Europa en de Verenigde Staten. Omstreeks 1840 reeds verschenen in het buitenland de eerste gepubliceerde plaatwerken over steden: monografieën over het straatleven, woon- en werkomstandigheden, de architectuur en inrichting van de publieke ruimte, en het aanzien van de stad van buiten de verdedigingswerken. Tot de vroegste visuele verslaglegging van stedelijk leven met daguerreotypen kunnen worden gerekend Paris et ses evirons reproduits par le daguerréotype van Arnout, onder leiding van Ch. Philippon, uit 1840; de Collection de vues de Paris prise au daguerréotype, gravures en taille douces van Chamouin, uitgegeven rond 1845; en vooral het oeuvre bestaande uit driehonderd "eaux-fortes" van M. Potémont, gemaakt in de periode 1843-1866.129 De Engelse fotograaf Th. Shotter Boys publiceerde in 1842 zijn Original Views of London As It Is, dat een opsomming geeft van topografische onderwerpen die min of meer standaard konden worden aangetroffen in albums van die periode: de voornaamste kerken, openbare gebouwen en paleizen, hoofdstraten, bruggen, parken, clubs en monumenten; een bonte verzameling van zowel oude als splinternieuwe objecten.130 Reeds voordat de luchtfotografie zijn intrede had gedaan, werden steden van buitenaf gefotografeerd, bijvoorbeeld van grote afstand als silhouetten, of als 'juwelendozen' vanaf hoge uitkijkpunten. In die zin volgt de stadsfotografie lang bestaande cartografische en picturale tradities. Maar ook van binnenuit wordt de stedelijke ruimte door fotografen vereeuwigd, en ook hier worden tradities voortgezet, zoals in de fotografie van monumenten en stedelijke vista's die hun voorloper hadden in lithografieën. In verschillende grote steden in Europa waren in de jaren veertig van de negentiende eeuw lithografen op commerciële basis werkzaam met het vervaardigen en verkopen van aangename kijkstukjes voor een middle-class clientèle. Overeenkomsten qua compositie en onderwerpskeuze worden door vergelijking vrijwel onmiddellijk duidelijk, hoewel beperkingen in de fototechniek aanvankelijk leidden tot een optimaal uitspelen van visuele effecten voor wat betreft stemming en dramatiek. Het geringe contrast dat met de vroege fotografische materialen kon worden overbrugd, maakte een keuze noodzakelijk om de lichtste c.q. donkerste partijen van doortekening te voorzien, anders dan het geval was met de lithografische prentjes. De eerste fotografische stadstafereeltjes die als ansichten werden verkocht, hadden geen wezenlijk andere functie dan die van tegenwoordig: het waren souvenirs aan een prettig verblijf in de stad voor hen die dat zich konden veroorloven. Maar naast de fragmentarische beelden van een gesoigneerde stedelijke werkelijkheid, de wereld van de opkomende bourgeoisie, werd in de tweede helft van de negentiende eeuw ook de grimmige, vuile en verziekte werkelijkheid van de stad van de werkende klasse door fotografen voor het voetlicht gebracht. We weten dat in een aantal gevallen fotografen in grote steden opdracht kregen om hele verpauperde stadsdelen systematisch vast te leggen, alvorens deze bij wijze van sanering werden gesloopt en werden vervangen door een bebouwing die aansloot bij de normen van een nieuwe tijd. In 1856 legde Ch. Marville in opdracht van de Service des Traveaux Historiques delen van het
57
middeleeuwse Parijs vast die op de nominatie stonden te worden gesloopt op instigatie van Haussmanns Préfecture de la Seine. Ordentelijk schreef Marville in zijn hoedanigheid van officiële stadsfotograaf van Parijs in beelden mee aan de Histoire générale de Paris, die werd uitgegeven door de genoemde Service. Bijna driekwart eeuw later, in 1925, de historicus en stadsbibliothecaris van Parijs, M. Poëte, de historische betekenis van de stadsportretten uit het voor-Haussmanniaanse tijdperk in zijn iconografie van de stad nogmaals onderstrepen.131 Dergelijke foto-opdrachten werden door gemeentelijke instanties ook verleend aan de Britten Th. Annan voor Glasgow en J. Burgoyne voor Birmingham, terwijl de Hamburgse firma van G. Koppmann in het laatste kwart van de eeuw meer dan tienduizend opnamen maakte van de meest duistere krochten van het Wandrahminsel, voor het inwerking treden van plannen om daar een haven te vestigen.132 Het zijn voorbeelden van systematische documentaire fotografie die vooral een historisch doel diende, namelijk het vasthouden van het beeld van oude en in wezen overleefde stadsdelen, terwijl de opdrachtgevers impliciet met de foto's hun plannen legitimeerden om in te grijpen in de leefomstandigheden van een grote, maar politiek niet rechtstreeks vertegenwoordigd deel van de stadsbevolking. Beelden van de oude situatie lieten immers de vooruitgang en de verworvenheden van de moderne maatschappij, ook op het sociale vlak, in een oogopslag aflezen, wanneer men daarmee in de hand door de in volkshygiënisch en rechtsordelijk opgeschoonde stad trok. Juist door de systematiek van overlappende opnamen die aan de dag werd gelegd bij de uitvoering van een aantal fotografische documentatieprojecten, kan vandaag de dag nog een gedetailleerde reconstructie worden gemaakt van de weliswaar onderkomen, maar historisch relevante middeleeuwse morfologische structuur van enkele Europese steden. Bovendien stellen deze projecten in staat om een haarscherp beeld te verkrijgen van de woon-, werk- en leefomstandigheden van de negentiendeeeuwse stadsbevolking. Daarbij moet in ogenschouw worden genomen dat geportretteerde stedelingen soms lang en onbeweeglijk voor de camera moesten poseren, omdat de geringe lichtgevoeligheid van de gebruikte materialen dat nu eenmaal vroeg. Naast het zuiver documentaire werk dat in het kader van stadssanering in opdracht werd uitgevoerd, moeten de inspanningen van fotografen als J. Riis worden genoemd, die door middel van hun fotografie sociale wantoestanden vastlegden en opzettelijk politiseerden. Riis vatte eind tachtiger jaren de schrijnende aanblik van de slums van New York in indringende beelden samen, als bestanddeel van een publicatie (1890) die gold als een ondubbelzinnige aanklacht tegen de kapitalistische laissez-faire politiek van zijn tijd.133 Andere sociale hervormers onder fotografen van het stedelijk leven waren G. Godwin, J. Thomson en P. Martin.134 Ook de Parijse fotograaf E. Atget (1857-1927) heeft een indringend, doch fragmentarisch beeld geschetst van Parijs in zijn albums Zoniers en Fortifications, waarin de chaos en de verpaupering van de bidonvilles zeer feitelijk, ma ar tegelijkertijd als een politieke aanklacht werd vastgelegd.135 Hoewel van groot belang voor studies naar de sociale geschiedenis van de stad tijdens de industriële revolutie, is hun betekenis voor het morfologische onderzoek naar de negentiende-eeuwse stad betrekkelijk gering. Panoramafoto's van stadsgezichten en landschappen genoten in de tweede helft van de negentiende eeuw populariteit, toen ook geschilderde panorama's bewondering oogstten. De geschiedenis van het panorama als publieksmedium werd uitvoerig aan de orde gesteld door S. Oettermann (1980).136 Fotografische panorama's van verafgelegen oudheidkundig "klassieke" plaatsen als Caïro en Constantinopel (Istanboel) werden gemaakt, maar ook van de meest technische industrielandschappen als de fabrieken van Krupp, die even buiten Essen waren gelegen. Dergelijke panorama's waren echter moeilijk te produceren en ook kostbaar, zodat zij voor hun verspreiding waren aangewezen op goedkopere reproductietechnieken als de houtgravure.137 De fotopionier E. Muybridge (1830-1904), die bekendheid verwierf met zijn bewegingsstudies en experimentele filmopnamen, heeft in 1878 het Panorama of San Francisco from
58
California Street Hill geschoten, dat een uniek beeld van de stad geeft voordat in 1906 een noodlottige aardbeving zou toeslaan, gevolgd door een grote brand. Het panorama geeft een nauwkeurig 360 graden-beeld in dertien aan een gemonteerde opnamen, die alle op dezelfde dag werden gemaakt, en verschaft de mogelijkheid om contemporaine luchtfoto's met een grotere mate van waarschijnlijkheid te interpreteren. Overigens is de rol van panoramische observatie allerminst uitgespeeld, zoals blijkt uit enkele recente voorbeelden uit het werk van hedendaagse kunstenaarsfotografen in buiten- en binnenland. Daarbij wordt in sommige gevallen -men kan denken aan fotografen als N. Araki (Tokyo), J. Brohm (München) E. Overmeer en M. Müller, de rigide systematiek van de waarneming ingewisseld voor meer persoonlijke interpretaties van het stadspanorama, bijvoorbeeld door het stedelijk milieu te portretteren als een bonte verzameling snapshots, fragmenten van stedelijke cultuur. Daarentegen werken in eenzelfde systematische traditie als Muybridge, M. Kasimir en F. Migayrou aan L'homme volant, een drie meter lange panoramische foto van 450 graden, opgenomen op het Place d'Etoile te Parijs. In Nederland heeft beeldend kunstenaar P.-H. Stulemeijer gedurende de periode van 1977 tot 1997 gedisciplineerd en systematisch de ontwikkeling van de Haagse Beemden te Breda gefotografeerd.138 De interesse van Stulemeijer om als beeldhouwer en maker van monumentale kunstwerken om over een lange periode documentaire omgevingsfotografie te bedrijven werd gevoed door een belangstelling voor het veranderende karakter van de omgeving waarbinnen openbare kunstwerken zich moeten kunnen handhaven. De transformatie van een agrarisch landschap tot een volledig geürbaniseerd gebied -naar het ontwerp van de stedenbouwkundigen Maas en Tummers- werd door de kunstenaar vastgelegd vanuit een twaalftal vaste punten: één in het midden en elf in een ring om de geplande (en inmiddels gerealiseerde) stadsuitbreiding heen. De panoramische opnamen werden vier maal jaarlijks gemaakt, alle op hetzelfde uur van de dag. De opnameseries laten zien op welke wijze de zichtlijnen tussen de opnamepunten worden geblokkeerd door opeenvolgende (steden)bouwkundige en landschappelijke ingrepen. Bovendien tonen de beelden aan dat bouwsystemen zijn veranderd, evenals de omgang van de samenleving met natuur en milieu; de effecten van de kunstmatige verlaging van de grondwaterstand is zichtbaar; en opvalt dat gebouwen in hun korte bestaan reeds van bestemming wisselden. Het behoeft geen betoog dat dergelijke projecten niet alleen binnen maar ook buiten de beeldende kunst zeer uitzonderlijk zijn, maar dat zijn tegelijkertijd als historische documentatie en als gereedschap bij de visuele interpretatie van luchtfotografisch materiaal van dezelfde tijd en plaats van eminent belang zijn.
Terrestrische fotogrammetrie Enigszins vergelijkbaar met de documentaire fotoreportages in het kader van grootschalige stadsreconstructies zijn sinds het midden van de negentiende eeuw vele in oog lopende, monumentale gebouwen gefotografeerd. Het eerste, groots opgezette initiatief tot architectuur documentatie vond plaats in Frankrijk, toen in 1851 de Missions Héliographiques werden uitgevoerd onder auspiciën van de Commission des Monuments Historiques, opgericht in 1837. De Missions Héliographiques hadden als doel om een inventarisatie en documentatie in gang te zetten van alle beschermenswaardige bouwkundige monumenten van Frankrijk. Voor de uitvoering werden vijf fotografen aangetrokken. De Missions waren in hoge mate experimenteel en hun succes bleef beperkt door het ontbreken van objectieve selectiecriteria en richtlijnen voor het vastleggen, zodat de circa driehonderd vervaardigde registraties ongebruikt terechtkwamen in de archieven van de Commission. Pas na de ontwikkeling van de fotogrammetrie zouden documentatieprojecten voor monumenten meer kans van slagen krijgen, en het meest imposante werk op dit vlak komt ongetwijfeld voor rekening van A. Meydenbauer (1834-1921) in Duitsland, die in het magische jaar 1858 het Meßbildtverfahren had uitgevonden, een methode om bouwkundige monumenten
59
fotogrammetrisch vast te leggen.139 Gedurende een reeks van jaren heeft hij deze voornamelijk meetkundige methode verder uitgewerkt, terwijl hij eigenhandig technische platencamera's bouwde, die hij zorgvuldig kalibreerde.140 Meydenbauer was zich sterk bewust van de kwetsbaarheid van het bouwkundig erfgoed van Pruisen en heeft ruimschoots voor het uitbreken van de Frans-Pruisische oorlog van 1870 gepleit voor de oprichting van een archief voor architectuurfotogrammen, aan de hand waarvan ingeval van oorlogsschade de gebouwen gereconstrueerd dan wel hersteld konden worden. Zijn ideeën vonden weerklank bij de regering en in 1885 werd de Königliche Preussische Meßbildanstalt te Berlijn in het leven geroepen. Onder leiding van Meydenbauer werden in de periode tot zijn afscheid in 1909 circa twintigduizend opnamen gemaakt, die door hun optische en geometrische kwaliteit, en met name door hun inhoud nog altijd van eminente architectuurhistorische waarde zijn.141 Meydenbauer heeft naar verluidt zijn fotogrammetrische onderzoekingen onafhankelijk uitgevoerd van de Franse artillerie-officier A. Laussedat, die algemeen als grondlegger van de fotogrammetrie wordt beschouwd.142 Laussedat had zich al in de jaren veertig tot taak gesteld om terreincoördinaten uit landschapsfoto's af te leiden en ontwikkelde daartoe een wiskundige berekeningsmethode, die de basis heeft gelegd voor de latere hulpwetenschap. Hij begon zijn experimenten in 1849 en noemde zijn methode metrophotographie, een benaming die tot in de eerste decennia van de twintigste eeuw stand heeft gehouden, maar daarna in onbruik raakte.143 De verslaglegging van zijn onderzoekingen werden van jaar tot jaar gepubliceerd en tenslotte ook gecompileerd.144 In zijn Recherches sur les instruments, les methodes et le dessin topographiques (1898-1903), wordt een nauwkeurig beeld geschetst van de geschiedenis en de stand van de fotogrammetrie aan het begin van de twintigste eeuw. Het gebruik van landschapsfoto's voor terreinmeting heeft internationaal tot na de Eerste Wereldoorlog toepassing gevonden, vooral in bergachtige landen. De technieken werden verder verfijnd, lang nadat de eerste verticale luchtfoto's een feit waren en hun geschiktheid voor kaartproductie was aangetoond. De Amerikaanse geodeet J.W. Bagley publiceerde in 1917 een handboek over terreinfotografie met panoramische camera's. De experimenten van Laussedat waren in eerste instantie gericht op de topografie van het buitenstedelijke terrein, maar hadden deels betrekking op architectonische onderwerpen, in het bijzonder op de restitutie van monumentale architectuur en fortificaties. In Frankrijk vond de eerste poging plaats in 1849, waar van de zuidelijke façade van het Hôtel des Invalides met behulp van een "chambre claire" exacte tekeningen werden gemaakt. Een jaar later werd weer een topografisch onderwerp gekozen, de Mont Valérien, en vervolgens werd in 1861 het dorp Buc nabij Versailles fotogrammetrisch geregistreerd. Hoewel het latere werk van Laussedat zich nog meer op de theoretische grondslagen zou concentreren, zou nog in de late jaren vijftig uit de praktijk blijken dat fotogrammetrie een universele methode voor visuele registratie was, waarvoor vele gebruikstoepassingen denkbaar waren. De voornaamste terrestrische toepassingen waren de topografische kartering van bergachtige gebieden en de preventieve conservering van historische gebouwen, terwijl de aërische fotogrammetrie als eerste wederom de cartografie zou dienen, om vervolgens een vaste onderdeel te gaan vormen van de luchtfotografie, en later, tot op de huidige dag, van remote sensing over haar volle breedte. Gecorrigeerde foto's of fotogrammen werden in de twintigste eeuw veelvuldig gebruikt voor de vervaardiging van bouwtechnische tekeningen, topografische cartografie en metrische analyse. Tijdens de Tweede Wereldoorlog werden fotogrammetrische opnamen van de Sainte-Chapelle te Parijs (1943-44) gemaakt, en in 1962 gebeurde hetzelfde in verband met de restauratie van de Saint-Laurent du Puy. De terrestrische fotogrammetrie heeft ten tijde van de bouw van de Assouandam een aanzienlijke impuls gekregen door inspanningen van de UNESCO, om het Nubisch cultuurgoed veilig te stellen voor het stijgende waterpeil van de Nijl. In een viertal fotogrammetrische
60
campagnes onder leiding van de Franse geograaf Bonneval in de periode 1955 tot 1961, gevolgd door een vijfde onder toezicht van M. Carbonnell, tracht de Franse regering om de belangrijkste monumenten fotogrammetrisch te laten documenteren. Het binnenlands cultuurbehoud vindt een pleitbezorger in R. Chevallier, die korte tijd later in diverse publikaties wil komen tot de oprichting van een corpus van stereofotogrammetrische documentatie.145 België beschikt dan reeds over een fotogrammetrische inventarisatie van haar historische monumenten,146 terwijl Zwitserland en Duitsland belang stellen in de methode.147 Ook in Nederland is sinds de jaren zestig in het kader van monumentenzorg fotogrammetrisch werk verricht ten behoeve van restauratie en conservering.148 De landfotogrammetrie wordt tegenwoordig gekenschetst door een hoge graad van automatisering, die op het eerste gezicht weinig meer van doen heeft met het moeizame en kritische ontschranken van glasplaatnegatieven uit de beginperiode. Door de computerisering is fotogrammetrie goedkoper geworden en eenvoudiger uitvoerbaar. Zo heeft het Europees onderzoeksproject REFRAN, dat werd uitgevoerd door Italcad, Leica, Istituto Centrale per il Restauro en de Università dell Aquila software voortgebracht, die op een economische en snelle manier de beeldverslaglegging van monumenten kan bewerkstelligen.149 Fotografische opnamen van beschermde of te restaureren objecten worden ingelezen en digitaal dusdanig gemanipuleerd, dat de objecten er vrij van vertekening worden weergeven. De gecorrigeerde beelden kunnen met vectorlijnen worden overgetrokken en metingen kunnen vanaf het beeld worden uitgevoerd. De verkregen tekeningen en meetgegevens kunnen gedurende restauraties worden verwerkt.150 Een ander positief gevolg van de digitale omwenteling in de fotogrammetrie is geweest, dat het architectonisch waarnemingsobject in zekere zin is "gedemocratiseerd". Niet langer blijft de vereeuwiging beperkt tot de topstukken van het (inter)nationale monumentale erfgoed, maar kan voortaan de gehele openbare ruimte van grote steden worden beslagen, met alle monumentwaardige jongere ensembles en patronen daarbinnen. In Nederland kennen we het voorbeeld van de Optitheek, een beeldarchiveringsproject in opdracht van de Dienst Gemeentewerken, afdeling Landmeten en Vastgoedinformatie te Rotterdam. De Optitheek bevat circa 90.000 gerectificeerde foto's die het gehele gemeentelijke grondgebied van Rotterdam beslaan. De grondfoto's zijn opgenomen met een bijzondere techniek, die aan het begin van de jaren tachtig werd ontwikkeld en bekend werd onder de naam FRANK (M.J.M. Bogaerts 1982). FRANK staat voor Fotografische Registratie voor ANaloge beeldrepresentatie en Kaartvervaardiging. De registratie gebeurt met een naar boven gerichte camera, die een objectief heeft met een extreem wijde beeldhoek en alles opneemt neemt binnen een halve sfeer. De camera is gemonteerd op het dak van een personenauto, die steeds na twintig meter stopt om de omgeving vast te leggen. Jaarlijks wordt ongeveer twintig procent van de fotovoorraad vervangen door actuele opnamen. De foto's zijn door hun sterke vertekening van het beeld niet rechtstreeks bruikbaar en worden daarom fotogrammetrisch gecorrigeerd. Dat gebeurt met digitale beeldverwerkingstechnieken en de gerectificeerde beeldbestanden worden opgenomen in een informatiesysteem. In dit visuele informatiesysteem worden de grondscènes gekoppeld met orthogonale luchtfoto's die ieder jaar worden geactualiseerd. Een grafische interface maakt navigatie mogelijk door een realistische, zij het virtuele stad. Het informatiesysteem is binnen de dienst on-line beschikbaar voor medewerkers. Een verdere behandeling van de ontwikkeling van de fotogrammetrie en de betekenis daarvan voor de registratie van ruimtelijke objecten, moet helaas in dit boek achterwege blijven. Hier moest worden volstaan met enkele zijdelingse opmerkingen over fotogrammetrische initiatieven uit de twintigste eeuw, om aan te geven dat deze hulpwetenschap nog altijd intensief wordt beoefend, hetzij vanuit een luchtperspectief of vanuit een grondperspectief, en derhalve relevant is voor een beschrijving van het uitgangspunt van deze paragraaf, te weten het in elkaar schuiven van het horizontale en verticale perspectief bij visueel-historische interpretatievraagstukken.
61
Beeldmanipulatie "So much has been written during the last ten years about the computer that it may seem superfluous to discuss it again. Yet it is sensible to try to remove some of the mystery, and to show that the computer can be an immensely valuable aid to historical research". R. Floud (1973), p. 190. Waarom digitaal manipuleren? Reeds vanaf het ontstaan van de luchtfotografie vormt beeldmanipulatie een integraal onderdeel van de remote sensing methode. Onder beeldmanipulatie wordt hier verstaan: het verrichten van technische handelingen die ertoe leiden dat een beeld beter tegemoet komt aan tevoren bekende gebruikseisen. Manipulatie van remote sensing beelden heeft als doel om ervoor te zorgen dat aan deze beelden accurate en betrouwbare informatie kan worden onttrokken. Voorafgaand zal het vaak nodig zijn om onvolkomenheden als gevolg van de gebruikte registratietechniek of omstandigheden weg te werken. Er is dan dus sprake van een herstel achteraf, om uiteindelijk het lezen van de beelden te vergemakkelijken of überhaupt mogelijk te maken. Een groot aantal manipulatie technieken die vandaag de dag worden gebruikt in digitale systemen vinden hun oorsprong in de wiskundige grondbeginselen van fotografie en fotogrammetrie. Ruim voordat computers hun entree maakten in de beeldmanipulatie was een reeks van oplossingen bedacht om lucht- en ruimtefoto's te corrigeren met behulp van filters, objectieven, vervormbare camerabehuizingen, retouches, collages (mozaïeken), en vooral darkroom technieken. Om enkele voorbeelden van fotografische mogelijkheden te geven uit het pre-digitale tijdperk: het vergroten en verkleinen van het beeld, het beïnvloeden van contrast, scherpte en geometrie (zoals onthoeken volgens Scheimpflug, ontschranken; het "warpen" van het beeld op gekromd fotopapier); het “omkleuren” en wisselen tussen positief en negatief; het combineren van voorstellingen door meervoudige belichting of door een "sandwich" van negatieven. Ook het lokaal ingrijpen op het beeld door doordukken of tegenhouden behoorde tot dit repertoire en werd onder meer toegepast bij het compenseren van de schaduwen die wolken op het landschap wierpen. Moderne digitale beeldverwerkingssystemen, beschreven door onder anderen J.A. Richards (1993), hebben bovenstaande mogelijkheden van beeldmanipulatie aanzienlijk uitgebreid. Het hoofddoel is onveranderd gebleven -het onttrekken van betrouwbare informatie-, maar ook hier is sprake van een voortdurende uitbouw van zowel het waarnemend als analytische vermogen ten opzichte van datgene waartoe mensen in staat zijn. J. Star en J. Estes (1990) noemen een aantal redenen waarom gebruikers van remote sensing, die van nature zeer getalenteerd zijn om beelden te analyseren, niettemin een beroep (moeten) doen op digitale beeldverwerkingstechnieken.151 Allereerst kunnen computers beter tonaliteiten onderscheiden dan mensen. Kan het menselijk oog ongeveer 18 tot 26 grijswaarden onderkennen (andere bronnen spreken van 30 à 40 grijswaarden) in een analoge scène, de computer heeft geen moeite met een veelvoud daarvan, bijvoorbeeld 256 grijswaarden in diezelfde scène. Door omkleuring (pseudokleuren) of segmentering (en herbemonstering) kan veel meer nuance worden waargenomen. Voor kleurenwaarneming geldt hetzelfde. Hoewel het menselijke visuele waarnemingssysteem vele duizenden kleuren kan onderscheiden, moet het in de computer, die niet terugschrikt voor scènes met meer dan zestien miljoen kleuren, toch zijn meerdere erkennen. Computers zijn beter dan mensen in staat om zeer grote hoeveelheden gegevens te verwerken. Een enkele opname van het Landsat TM-systeem bedekt een vierhoek op aarde met zijden van ongeveer 185 kilometer. De multispectrale gegevens zijn onderverdeeld in zeven bandbreedtes en nemen gezamenlijk meer dan 200 megabytes in beslag. Het behoeft geen betoog dat de studie van ruimtelijke processen niet met een enkele opname kan volstaan maar reeksen van beelden vraagt, eventueel aangevuld met gedigitaliseerde historische luchtfoto's. Afhankelijk van parameters als de
62
grootte van het studiegebied, de duur van de observatieperiode, en de resolutie die minimaal is vereist voor identificatie van objecten en terreinkenmerken, zal de totale omvang van de gegevensvoorraad als snel enkele gigabytes belopen. Bij deze orde van grootte is gegevensverwerking zonder computers nauwelijks meer denkbaar. Als vierde argument voor digitale beeldverwerking noemen Star en Estes het feit dat correctie van gegevens met computers eenvoudiger kan gebeuren dan op andere manieren. Veel remote sensing gegevens zijn van oorsprong digitaal, maar ook als dit niet het geval is, is digitalisatie om reden van manipuleerbaarheid wenselijk. Tot de meest voorkomende correcties behoren het veranderen van standaardprojectie naar een projectie die past in de specifieke gebruiksomgeving; het compenseren van atmosferische waas; en het opheffen van de verschillen in reflectie die worden veroorzaakt door de veranderende hoek waaronder de zon het aardoppervlak bestraalt.152 Maar er zijn nog vele andere correcties te noemen, zoals het verwijderen van het 'speckle-effect' in radarbeelden, radiometrische correctie als gevolg van lichtafval in optische systemen (vooral van belang bij mozaïeken en 'seamless databases'), en het verkleinen van de ruimtelijke resolutie indien dit voor de verwerking nodig is.
Beeldvormende elementen Het is goed om te bedenken dat veel algoritmes voor de correctie en analyse van remote sensing beelden inspelen op fundamentele inzichten uit de waarnemingspsychologie. Het gaat met name om beeldvormende elementen, die ook bij kunsthistorische beeldinterpretatie worden gebruikt. Ze werden uitvoerig onderzocht en beschreven door de psycholoog R. Arnheim, in een reeks van publikaties sinds het midden van de jaren vijftig.153 R.N. Colwell (1960) geeft in het gezaghebbende werk over foto-interpretatie dat onder zijn redactie tot stand kwam, een beschrijving van een zestal elementen, die bij interpretatie van remote sensing beelden worden ingeschakeld, en die in de literatuur over dit onderwerp telkens weer terugkeren. Het zijn grootte (size), vorm (shape), schaduw (shadow), toon of kleur (tone or color), textuur (texture), en patroon (pattern). Campbell (1987) voegt daar de elementen associatie (association) en topografische lokatie (site) aan toe, hetgeen door Lilesand en Kiefer (1987), Avery (1992) en Star en Estes (1990) wordt overgenomen. Wat zelden expliciet wordt vermeld is, dat deze elementen zowel een absolute waarde vertegenwoordigen als een relatieve, en dat een object dus afmetingen in meters kent, maar tegelijkertijd kleiner of groter is dan andere objecten uit dezelfde of andere categorieën. Hetzelfde geldt voor toon of grijswaarde, die meetbaar is en tevens lichter of donkerder dan aangrenzende waarden. Grootte verschaft een van de meest bruikbare aanwijzingen om het aantal mogelijke identificaties van een gegeven object terug te brengen. Colwell (1959) heeft aan de hand van een rurale scène aangetoond, dat identificatie grondig mis kan lopen indien men zich geen rekenschap geeft van het element grootte, terwijl men de overige beeldelementen zorgvuldig in ogenschouw heeft genomen. De vorm van objecten in de luchtfoto roept vaak een bijzonder probleem op als aanwijzing bij interpretatie, omdat de karakteristieken van driedimensionale objecten gezien vanuit de lucht zo dramatisch kan verschillen van observatie vanaf de grond. Het vereist een bijzondere training van interpretators om zich perceptueel te heroriënteren op het planmatige interpretatie van het aardoppervlak. "The ability to understand and make use of the plan view has to be aquired like another language. It then becomes a powerful tool, for the plan view of objects is an important and sometimes conclusive indication of their structure, composition, and function", aldus Colwell (1960).154 De waarde van het beeldelement vorm leidt soms niet alleen tot een eenduidige identificatie van een object, maar helpt eveneens om de betekenis en functie van objecten te begrijpen. Star en Estes wijzen erop dat het moeilijk kan zijn om een taxonomie te ontwikkelen die verschillende vormen op een consistente manier beschrijft.155 Schaduw (vrijwel altijd wordt slagschaduw bedoeld) is niet in elke soort remote sensing gegevens aanwezig. Schaduw maakt kleine objecten beter herkenbaar -behalve
63
wanneer deze zich bevinden in de schaduw van grotere objecten- en ook objecten die nauwelijks contrasteren met hun achtergrond. Tevens roept schaduw de suggestie op van 'diepte'. Zijn de datum en tijd van de opname, alsmede de lokatie bekend, dan kan de hoek die de zon met de aarde maakt berekend worden en kan de lengte van de schaduw gebruikt worden ter berekening van de hoogte van objecten. Tonaliteiten of grijswaarden en kleuren in het beeld komen niet altijd overeen met onze natuurlijke waarneming en zijn verre van constant. Ze worden in hoge mate beïnvloed door de toestand waarin materialen zich bevinden (vochtig, droog; vloeibaar, bevroren, gesmolten; enzovoort) en verkrijgen daardoor andere reflectieve eigenschappen. Als gebruik werd gemaakt van bandbreedtes die buiten het visuele spectrum vallen moeten kleuren en grijswaarden worden beoordeeld op hun functioneelsymbolische betekenis, die van geval tot geval zal kunnen verschillen. Textuur moet worden bezien in relatie tot de schaal van de afbeelding. Textuur kan worden omschreven als een herhaling van tonaliteiten, die wordt veroorzaakt door groepen van objecten die te klein zijn voor individuele herkenning. Zo kunnen we bij kleinschalige remote sensing beelden van een stedelijke regio spreken van de textuur van een woonwijk, een spoorwegemplacement of industrieel complex, maar bij grootschaliger gegevens van dezelfde lokaties zullen de grotere objecten duidelijk herkenbaar zijn en textuur van toepassing zijn op een nieuwe categorie van objecten, zoals plaveisel, vegetatie, of dakbedekking. Patronen hebben betrekking op vaste, voorspelbare combinaties van objecten of ruimtelijke arrangementen en komen we zowel in het cultuurlandschap tegen als in de natuur. De meeste patronen die vanuit de lucht kunnen worden waargenomen zijn het resultaat van de interactie tussen culturele en natuurlijke factoren.156 In patronen is meestal een orde aan te wijzen die bij texturen ontbreekt. Met associatie worden de relaties tussen een object en objecten in zijn directe omgeving -vaak uit andere categorieën- bedoeld. Associatie heeft met andere woorden betrekking op de identificerende werking van de context van het object. Water en bruggen vormen een voorbeeld, evenals spoorwegen en stations; autosnelwegen en wegrestaurants; stadhuizen en marktpleinen; decentrale winkelcentra en woonwijken; energiecentrales en hoogspanningslijnen: de ene categorie van objecten ondersteunt de positieve identificatie van de andere. Ten slotte vertelt de topografische lokatie soms iets over de identiteit van objecten. Langs de kust komen specifieke objecten voor die elders ontbreken, zoals golfbrekers, vuurtorens, typische duin- of kweldervegetatie of strandpaviljoens. Een sterrenwacht vestigt zich het liefst in een lichtarm en storingvrij buitengebied, en ook sanatoria, beauty farms en meditatiecentra verkiezen vaak een rustige omgeving. Als we spreken van interpretatie is het goed om een onderscheid te maken tussen de identificatie van objecten en patronen enerzijds, en de beeldvorming betreffende de ruimtelijke werkelijkheid anderzijds. J. Albertz (1991) noemt als fasen van het interpretatieproces het 'Erkennen von Objekten', dat antwoord geeft op de vraag 'Was ist wo vorhanden?', gevolgd door het eigenlijke 'Interpretieren', dat betekenis verleent aan het waargenomene door het activeren van achtergrondkennis en inzichten.157 Het eigenlijke interpreteren heeft een meer concluderend karakter, terwijl de herkenningsfase vooral exploratief is. Albertz merkt op, dat er geen scherpe scheidslijn valt te trekken tussen herkennen en interpreteren, maar dat fysiologische (het zien), cognitieve (het weten) en neurale (de koppeling tussen zien en weten) processen via een iteratieve voortgang tot de uiteindelijke beeldvorming leiden. Digitale beeldverwerking vervult een belangrijke functie bij de interpretatie van remote sensing beelden. De interpretatiehulpmiddelen uit de digitale beeldverwerking hebben onder meer betrekking op objectherkenning, patroonherkenning en textuuranalyse. Een deel van het onderzoek naar deze hulpmiddelen houdt zich speciaal bezig met de automatische opsporing en analyse van artificiële objecten, zoals wegennetwerken en (onderdelen van) gebouwen. De resultaten van dit onderzoek zijn
64
van groot belang voor de verdere ontwikkeling van digitale archieven en bibliotheken, die over enorme hoeveelheden gegevens beschikken waarvan de ontsluiting problematisch is. Onderzoek naar digitale bibliotheken geeft een hoge prioriteit aan het zoeken naar informatie in remote sensing beelden, meer nog dan het vinden van bestanden. Interpretatietechnieken vullen met andere woorden het ontsluiten van collecties aan met de mogelijkheid ook de inhoud van beelden te kunnen doorzoeken. In het laatste hoofdstuk zal op het onderwerp van digitale bibliotheken worden teruggekomen. In de volgende paragraaf zal een reeks van voorbeelden worden gegeven van situaties waarin remote sensing heeft bijgedragen tot kennisvorming over steden. Daarbij zal voorzover mogelijk steeds de waarde van digitale manipulatietechnieken worden aangegeven.
Voor- en nadelen van remote sensing Voordelen Voor onderzoek naar de transformatieprocessen van de fysionomie van steden biedt remote sensing een aantal wezenlijke voordelen. Hoewel voor- en nadelen niet geheel kunnen worden geobjectiveerd en afhankelijk zijn van de aard van de onderzoeksvraagstellingen, wordt in de nu volgende passage in het kort een opsomming gegeven van algemeen geldende voor- en nadelen. Kwantificering van een bedrijfskundige "cost-effectiveness" (winst in tijd, geld, menskracht) valt buiten het bestek van deze studie. Remote sensing levert naakte feiten, oftewel gegevens "uit eerste hand", dat wil zeggen dat het stedelijke landschap min of meer objectief wordt gerepresenteerd. De beelden komen overwegend mechanisch, optisch en/of elektronisch tot stand en geven uitsluitend reële situaties weer. Op het niveau van de voorstelling worden de gegevens nauwelijks aangetast door subjectieve menselijke interpretatie. Dit ter onderscheiding van cartografisch materiaal, dat sterk wordt beïnvloed door menselijke interpretatie van afbeeldingen van de werkelijkheid door een opeenvolging van beslismomenten met betrekking tot het grafisch symboliseren van die werkelijkheid. In tegenstelling tot fotografie vanaf het aardoppervlak is het bijna ondoenlijk om het waarnemingsobject te manipuleren en situaties te ensceneren. Als zodanig heeft de remote sensing opname geen last van dramatische of symbolische voorstellingswijzen, die de zeggingskracht van de beelden vergroten. Remote sensing beelden hebben een synoptisch karakter doordat zij in een enkel beeld een groot gebied kunnen beslaan en kenmerken zich in het algemeen door een hoge detailleringsgraad. Hierdoor kan een overzicht worden verkregen van objecten, patronen en terrein gesteldheden, hun aantallen en specifieke kenmerken, en kunnen onderlinge relaties tussen grootschalige en kleinschalige fenomenen worden bestudeerd.158 Kaarten van vergelijkbare schaal daarentegen, vertonen minder nuance en detail en geven geen informatie over de toestand van de stedelijke ruimte ten tijde van de opname. Door generalisatie worden het detail van de werkelijkheid opgeofferd aan de leesbaarheid van het kaartbeeld. Remote sensing beelden zijn de facto synchroonopnamen, met andere woorden zij geven weer wat op een bepaald moment op alle waargenomen lokaties tegelijkertijd plaatsvindt. Daarbij worden specifieke omstandigheden soms mee afgebeeld, zoals weersomstandigheden (zon, sneeuw), de gevolgen van overvloedige regenval, groene of kale bomen, mensenmassa's, verkeersdrukte, enzovoort. Door het simultane element van remote sensing beelden portretteren zij de stedelijke werkelijkheid als een waarachtige en levendige werkelijkheid, die de historicus zal helpen zijn beeld van het verleden te concretiseren. Tegenover de simultaneïteit van het enkele remote sensing beeld staat de diachroniteit van de seriële opnamen of tijdreeksen van eenzelfde gebied. De bedekking van het Nederlandse grondgebied met zwart-wit panchromatische luchtfoto's geschiedt momenteel ongeveer iedere drie jaar; voor het verleden is dat interval niet veel groter. Met de komst van satellietwaarneming is de opnamefrequentie alleen nog maar
65
toegenomen en opname-intervallen van één dag komen voor. Geostationaire satellieten zouden in principe een continue verslag kunnen doen van een bepaald gebied. Een regelmatige bedekking is voor procesgericht morfologisch onderzoek van cruciaal belang, omdat zodoende inzicht kan worden verkregen in de dynamiek van klein- en grootschalige transformaties. Remote sensing vormt soms de enige methode om bepaalde gegevens te vergaren, omdat deze vanaf de grond niet zichtbaar zijn, niet zijn gekarteerd of überhaupt niet met het menselijk oog kunnen worden waargenomen. Dit laatste voordeel is essentieel voor zowel sociaal-morfologisch als fysisch-morfologisch onderzoek. Voor de historicus betekent het dat deze met een nieuwe bril naar de werkelijkheid kan kijken en daarmee zijn blikveld wordt verruimd. Het schouwtoneel van het aardoppervlak openbaart zich voor de ogen van de historicus op een nog niet eerder vertoonde wijze. Daarin worden tijdgebonden toestanden en situaties met al wat zich daarop bevindt meegenomen, ook bij nacht, slechte weersomstandigheden, tijdens spitsuren, seizoenarbeid, in tijden van oorlog en economische welvaart, of gedurende de omschakeling naar nieuwe vervoerssystemen. Het aangezicht van de aarde, van de steden, vertoont weliswaar overeenkomsten met reeds bekende beelden, maar vult tegelijkertijd aan door hernieuwde visualisatie van bekende fenomenen, door het demaskeren van foutieve veronderstellingen en het blootleggen van het tot dusver onbekend geblevene. Bovendien worden waarnemingen verricht vanuit uiteenlopende gezichtspunten, hetgeen als een methodisch voordeel kan worden beschouwd: hoog of laag boven het aardoppervlak; verticaal naar beneden of schuin. We weten dat binnen het totale elektromagnetische spectrum het zichtbare licht maar een zeer bescheiden segment in beslag neemt. Toch berust vee kennis over morfologie en ruimtelijk-historische processen grotendeels op visuele waarneming binnen dit smalle segment.159 Door de ruimtelijke werkelijkheid bij uiteenlopende elektromagnetische golflengten te onderzoeken neemt de kans toe nieuwe ontdekkingen te doen, die een verhelderend licht doen schijnen op de reeds bekende ontwikkelingsgeschiedenis van de stad. Niet alleen kan de historicus door innovatieve waarnemingsmethoden beschikken over een ruimer actueel referentiekader voor wat zich in het verleden heeft voltrokken in morfologisch en functioneel opzicht; ook wordt voor het eerst het historische aandeel van de bouwsubstantie van de stad op een nieuwe manier "doorgelicht". Remote sensing is in veel gevallen een snelle en doelmatige methode om ruimtelijke gegevens te verzamelen. Een enkele opname bevat doorgaans vele tientallen megabytes aan gegevens.160 Dezelfde aantallen gegevens verzamelen via andere methoden, of benodigde specifieke gegevens over hetzelfde gebied, vraagt aanmerkelijk meer tijd en inspanning. Door de snelheid van de methode ligt de actualiteitswaarde van de gegevens hoger dan bij cartografie. Bijgevolg kan remote sensing ingeval van historisch onderzoek als actuele referentie ten aanzien van spatialiteit en temporaliteit functioneren met grotere scherpte. De veelzijdige toepasbaarheid van remote sensing beelden schept een gunstig klimaat voor een betere communicatie en multidisciplinaire samenwerking tussen wetenschappers uit een breed scala van disciplines die de stedelijke ruimte onderzoeken, zoals de geodesie, vegetatiekunde, sociologie, economie, planologie, stedenbouw, sociale geografie en geschiedenis. Zoals later zal blijken hebben Le Corbusier, Van Lohuizen, Branch en vele anderen gewezen op de noodzaak van een multidisciplinaire aanpak van stedenbouw en planning, evenals Braudel, Kooij en vele andere historici dat deden voor de geschiedenis.161 Het zijn de visuele rijkdom, het realiteitsgehalte, het synoptisch perspectief, die remote sensing bij uitstek geschikt doen zijn voor een synthetische visie op de stedelijke (historische) werkelijkheid. Overigens kan het gezamenlijk dragen van de kosten die zijn verbonden aan remote sensing gebruik bestedingsruimte scheppen in onderzoeksbudgetten. De mogelijkheden tot gegevensverwerking met digitale systemen hebben een hoge vlucht genomen sinds de introductie van de eerste elektronische computers, nu
66
meer dan een halve eeuw geleden. Afzonderlijke opnamen kunnen tot mozaïeken naadloos aan elkaar worden gelast (seamless databases), terwijl met een grote mate van bewegingsvrijheid door virtuele, maar zeer realistische landschappen kan worden genavigeerd. Bepaalde categorieën van gegevens kunnen uit het beeld worden geïsoleerd, evenals objecten, patronen en texturen. Kunstmatige intelligentie en neurale netwerken ondersteunen de interpretatie van beelden en het zoeken naar opgegeven motieven. Integratie van diverse soorten digitale informatie in hybride grafische en (alfa)numerieke systemen is een feit geworden in moderne geografische informatiesystemen, waarmee tevens allerhande analytische operaties kunnen worden uitgevoerd. Daarbij moet worden bedacht, dat het combineren van bronnen doorgaans een meerwaarde oplevert boven de som van de afzonderlijke bronnen.162 Exacte kopieerbaarheid en snelle en goedkope distribueerbaarheid van gegevensbestanden via netwerken kan bevorderlijk werken voor kennisuitwisseling tussen individuele wetenschappers, onderzoeksgroepen en tussen wetenschap en samenleving, in weerwil van juridische barrières die soms worden opgeworpen. Tegenover het geweldige potentieel van remote sensing om ruimte en tijd te comprimeren tot manipuleerbare gegevenssets staat echter enkele belangrijke bezwaren.
Nadelen Het grootste nadeel van remote sensing vanuit historisch oogpunt is, dat remote sensing niet ver in de tijd kan terugkijken. Zoals vermeld is de ouderdom van de eerste luchtfotografische opnamen minder dan honderd veertig jaar. Het gaat hier om experimentele, incidentele registraties van steden en landschappen, die echter het karakter en de structuur van (delen van) de stedelijke ruimte, van de townscape, in één oogopslag duidelijk maken. Systematische bedekking door verticale luchtfotografie ten behoeve van topografische kaartproductie is in Nederland pas in het begin van de jaren dertig op gang gekomen.163 Dit betekent dat systematische observatie vanuit de lucht de periode bestrijkt van halverwege het interbellum tot heden. Er is in de tussenliggende periode uiteraard onnoemelijk veel veranderd voor wat betreft de groei en structuurverandering van steden, de infrastructuur en landschapsinrichting, maar toch neemt dit tijdvak slechts een fractie in beslag van de tijdschaal waarmee de historischmorfoloog gewoonlijk werkt. En voor andere vormen van remote sensing zoals infrarood fotografie en -radiometrie, radar en satellietobservatie geldt a forteriori hetzelfde. Een andere beperking, eveneens van temporele aard, betreft de frequentie waarmee opnamen worden gemaakt. Voor het in detail kunnen volgen van transformatie processen is een hoge temporele resolutie nodig, dat wil zeggen dat met een zekere regelmaat en met geringe tussenpozen een visuele verslaglegging van het betrokken gebied voorhanden moet zijn. De temporele resolutie van de gegevens moet zijn afgestemd op het onderzoekvraagstuk. Vaak is dit niet het geval en is de onderzoeker aangewezen op beschikbaar materiaal. Dit betekent dat gegevens omtrent ontwikkelingen òfwel moeten worden geëxtrapoleerd c.q. geïnterpoleerd, òfwel dat aanvullende bronnen moeten worden geraadpleegd, uitwijkmanoeuvres die echter in de geschiedbeoefening niet uniek zijn. Er zijn problemen van perspectivische aard. Om te beginnen neemt de remote sensor in het algemeen uitsluitend de "kruin" van de stad waar, of hooguit enkele centimeters onderhuids. De interne structuur van de gebouwde omgeving op, onder of boven het maaiveld blijven voor het zicht verborgen, hoewel deze voor het morfologisch onderzoek relevant kan zijn en voor menig stadsmorfologisch onderzoek een belangrijke component vormen. Doorsneden van objecten zijn niet mogelijk -hoogstens kunnen van ruïnes de plattegronden worden herkend- en dus zullen ook hier andere bronnen plattegronden, profielen of metingen aan objecten- het structuurbeeld van de morfologie moeten compleet maken. De systematiek van de bedekking kan ernstig tekort schieten, vooral bij gevlogen remote sensing. De flexibele inzet en bestuurbaarheid van vliegtuigen maakt dat deze
67
voor bepaalde missies zeer geschikt zijn, met name voor opname lineaire topografische elementen zoals voor tracé-studies of kustlijnstudies, maar dat geen grote aaneen gesloten oppervlakken worden geregistreerd. Projectgebonden verzamelingen van remote sensing gegevens kunnen "gaten" vertonen in de bedekking en zijn vaak gebonden aan een bepaalde schaal. Dat geldt bijvoorbeeld voor militaire verkenningsmissies, hoewel deze door hun ongebruikelijke tijdstippen en opname omstandigheden wetenschappelijk van grote waarde kunnen blijken. Ook het ontbreken van regelmaat tussen de missies of te grote tijdsintervallen kunnen roet in het eten strooien. Problemen op het vlak van de opnametechniek zijn talrijk en laten zich uitsplitsen in geometrische en radiometrische problemen. De effecten van deze problemen moeten achteraf worden gecorrigeerd. Gegevens die zijn verzameld met optische systemen, bijvoorbeeld foto- en videocamera's, vertonen ondanks de vooruitgang in de lenstechniek een vervorming van het beeld als gevolg van sferische of chromatische aberratie. Het komt voor dat door de gebruikte opnametechniek objecten het zicht op andere objecten wegnemen, bijvoorbeeld het verdwijnen van een trottoir of wegdek achter hoge gebouwen aan de rand van het beeld. Geometrische congruentie is een voorwaarde om ongelijksoortige afbeeldingen van eenzelfde geografisch gebied (bijvoorbeeld luchtfoto's, satellietbeelden en plattegronden) effectief te kunnen vergelijken door middel van superpositie. Op de vervorming van gegevens door lijnscanners heeft ook de fotogrammetrie nog geen antwoord gevonden.164 Nederland is door de relatieve vlakheid van het terrein een betrekkelijk ongecompliceerde land voor fotogrammetrische bewerking. De geringe hoogteverschillen beperken de planimetrische vervorming die elders in sterke mate aanwezig is. Een bijkomende moeilijkheid is, dat onder verschillende atmosferische omstandigheden dezelfde objecten zich geheel verschillend kunnen voordoen in het beeld. Natte wegdekken, bodems of daken worden in het algemeen donkerder en spiegelen sterker; een hoge luchtvochtigheid vermindert het contrast in de opname. Panchromatische zwart-witte luchtfoto's voor kaartering bemoeilijken de interpretatie extra, doordat binnen een betrekkelijk beperkt scala van grijswaarden een veelvoud van kleuren wordt ondergebracht. Dat is een van de redenen waarom de interpretatie van remote sensing gegevens een grote investering in training vergt. Langdurige specialisatie is noodzakelijk om een goed rendement (informatiegehalte) te behalen. Voor interpretatie van historische beelden is het bovendien noodzakelijk dat men tevoren weet welke objecten in een gegeven periode kunnen voorkomen en welke zeker niet. Bepaalde categorieën van objecten maken niet langer deel uit van het stadsbeeld, zoals paardentrams, gashouders, semafoormasten of telegraafsystemen; andere hebben hun functie verloren of zijn onherkenbaar opgenomen in overkoepelende constructies. Het zijn dit soort situaties waar slechts historische kennis over het contemporaine stadsbeeld uitkomst kan bieden bij de interpretatie van oude luchtfoto's. "Ground truth" door middel van het vanaf het aardoppervlak verzamelen van gegevens (met name door middel van documentaire fotografie) blijft daarom belangrijk en de promotie van stedelijke iconotheken hoog op de faciliteitenagenda van de stedelijke geschiedenis te staan. Remote sensing is, tenslotte, een dure technologie: dat geldt zowel voor de gegevens, maar ook voor de computers en veel software waarmee de gegevens lokaal worden verwerkt. Voor historisch onderzoek, dat meestal berust op gegevens die tegen geringe kosten worden verkregen, moeten de kosten worden gezien als een serieuze belemmering. Het is haast onvermijdelijk, dat er bijzondere financieringsconstructie in het leven moeten worden geroepen om de remote sensing benadering van ruimtelijke geschiedenis levensvatbaar te maken.
68
Gebruiksfuncties van remote sensing Een fotografische analogie Zoals uit de later te beschrijven gebruiksgeschiedenis van remote sensing zal blijken, bestaan er talrijke gebruiksfuncties van remote sensing beelden. Waar het gaat om de beeldvormende dan wel kennisvormende waarde van remote sensing beelden hebben we kunnen constateren dat deze afhankelijk is van de condities waaronder het waarnemingsobject werd geregistreerd, het instrumentarium waarmee dat gebeurde, de methode van analyse en interpretatie, en vooral ook van de kennis met betrekking tot al deze factoren, het waargenomen object zelf in het bijzonder. Omwille van het overzicht zal in deze paragraaf een opsomming worden gegeven van de voornaamste gebruiksfuncties die de revue zijn gepasseerd. W.G.L. de Haas heeft in zijn dissertatie (1975) reeds een dergelijke poging ondernomen met betrekking tot de fotografie in het algemeen, terwijl hij de belangrijkste 'toepassingen' van de fotografie met voorbeelden illustreert en een aanduiding geeft van de mogelijke aard van de toekomstige ontwikkeling.165 Voordat we de diverse gebruiksfuncties van remote sensing op een rij zetten is het wenselijk om bij wijze van referentie te bezien welke functies De Haas heeft geïdentificeerd, temmer daar hij zich in zijn voorbeelden regelmatig heeft uitgelaten over luchtfotografie en remote sensing. Vervolgens kan de vergelijking worden getrokken tussen de inventarisatie van De Haas en worden de verschillen aanwijsbaar met de remote sensing-functies die uit dit onderzoek naar voren zijn gekomen. Als eerste noemt De Haas fotografie als medium der illusie, omdat het fotobeeld een ruimtelijke illusie opwekt, die nog kan worden versterkt door een abnormale beeldhoek van het gebruikte lenzenstelsel (bijvoorbeeld het fish eye-objectief); een stereo-effect, door schaalvergroting zoals in dia-projectie, of door toevoeging van geluid, wat zijn hoogtepunt bereikt in son-et-lumièrespectakels. De toeschouwer is door zijn veelvuldig contact met foto's evenwel minder gevoelig geworden voor het illusoire karakter van de fotografie. Nieuwe projectiemethoden op basis van lasertechnologie zoals de holografie zouden volgens de auteur een einde maken aan de visuele conventies van het centraalperspectief van de fotografie. Fotografie als medium der beeldende kunst en als expressiemiddel was reeds sinds het ontstaan van de fotografie onderwerp van discussie geweest. Moest fotografie als kunstvorm worden beschouwd of niet? Zeker was, dat fotografie het werken 'naar de natuur' vergemakkelijkte, en dat het zich evenals elke andere nieuw ingevoerde techniek hulde in de kleren van bestaande technieken, dat wil zeggen dat de fotografie de expressieve conventies van de schilderkunst aanvankelijk overnam. Dat fotografie als middel tot portrettering van personen en groepen veel implicaties had en heeft, zal in het licht van De Haas' sociologische belangstelling weinig bevreemding wekken. Het fotoportret bevindt zich telkens tussen twee tegengestelde polen van utilitaire eenheidsafbeelden aan de ene kant (pasfoto's voor identificatie) en artistieke uitbeeldingen van iemands persoonlijkheid in een societyfoto of staatsieportret anderzijds. Typerend voor het fotoportret is de mate van bewustzijn van het object: is de gefotografeerde persoon in kwestie zich bewust van de fotograaf -en in diens verlengde van de latere toeschouwer van het portret- en zal hij door zijn kleding, attributen, houding en mimiek trachten zijn presentatie te beïnvloeden, of in het geheel niet en vertoont het object op spontane wijze zichzelf? Speciale gelegenheden geven soms aanleiding tot de sociale verplichting om te worden geportretteerd, al dan niet in wisselende verbanden. Al in een vroeg stadium van haar ontwikkelingsgeschiedenis is de fotografie ontdekt als medium van verkennend onderzoek naar zowel de macro-kosmos (het heelal) als de micro-kosmos (micro-organismen en -structuren). Steeds werd de fotografie gebruikt als een verlengstuk van de menselijke waarneming als het gaat om ontdekkingen, bijvoorbeeld bij het vastleggen van snelle bewegingen, bij het waarnemen van verschijnselen buiten het visuele spectrum, en in de luchtfotografie, die volgens De Haas deze exploratieve functie van de fotografie bij uitstek illustreert. Immers kan door middel van luchtfotografie een overzicht worden verkregen van grote aaneengesloten gebieden, en doet zich door de bestendigheid van de voorstelling de gelegenheid voor
69
om deze grondig te bestuderen, in tegenstelling tot rechtstreekse waarneming vanuit een vliegtoestel. De samenhang der verschijnselen wordt door de luchtfoto zichtbaar gemaakt en stereoscopische waarneming verschaft zelfs een driedimensionaal model voor meting en "verder onderzoek". Wat met dit "verder onderzoek" wordt bedoeld, wordt niet duidelijk. De luchtfoto geeft de wereld op schaal weer en maakt als miniatuurmodel naar de denkbeelden van Levi-Strauss de dingen "grijpbaar en begrijpelijk", en tevens hanteerbaar voor de onderzoeker.166 Als nieuwe ontwikkeling wordt de orthofoto aangehaald die door compensatie van centraalperspectivische vervormingen de gedaante van een natuurgetrouwe kaart heeft gekregen. De verkennende betekenis is ook van toepassing op "niet-conventionele luchtverkenningstechnieken", zoals De Haas remote sensing betitelt. De satellietwaarneming die zich gesterkt weet door tal van nieuwe instrumenten als de beeldvormende radar, zal ertoe leiden dat de fotografie zal "worden gereduceerd tot een remote sensing techniek uit het tijdperk van de stoom".167 Een voorspelling die overigens nooit is uitgekomen. Ligt de betekenis van de verkennende functie van de fotografie in de beschrijving van onbekende verschijnselen, het logische vervolg daarvan is de interpretatie van het waargenomene. De fotografie als medium van analytisch onderzoek vormt een schakel in de keten van ontdekken en beschrijven, interpreteren en betekenis verlenen, en beslissen en handelen. Voorbeelden treffen we volgens De Haas aan in de medische diagnostiek en in de criminalistische foto-interpretatie. Het aardwetenschappelijk onderzoek analyseert gegevens van multispectrale scanners en benut de analytische mogelijkheden van beeldverwerkende computers. In het sociaal-wetenschappelijk onderzoek echter, is in verhouding tot de natuurwetenschappen een zeer bescheiden rol voor de analytische fotografie weggelegd. Schaarse uitzonderingen zijn het buurtonderzoek door H.Ph. Milikowski, de antropologische studies van M. Mead, en het sociaal-psychologisch onderzoek naar westerse communicatie (tijdens kleine conferenties) van Mead en P. Bijers. En niet te vergeten het sociografische onderzoek van Chombart de Lauwe naar de sociale ruimte van de metropool, dat veelbelovende resultaten in het vooruitzicht stelde voor wat betreft de vorm en betekenis van het grondgebruik, statistische analyse van luchtfotografische opnamen, en het volgen van ontwikkelingen op termijn door "sequential photography". Als overige toepassingen van het medium fotografie noemt De Haas de informatieve reportage, die de toeschouwer bij een voorval betrekt als ware hij ooggetuige, en die de herinnering aan het voorval levendig houdt. De aard van de informatieve reportage kan actueel-illustratief zijn, historisch-documentair of instructiefeducatief. De verhouding tot geschreven tekst varieert van ondersteuning van het verhaal tot de gehele of gedeeltelijke vervanging daarvan. Rijk geïllustreerde fotobladen als Life geven een goede indruk van deze ondersteunende en substituerende functie, hoewel deze door de verbreiding van de televisie terrein moesten prijsgeven. Waar fotografie wordt gebruikt als medium om de kijker psychologisch te beïnvloeden en tot handelen aan te zetten zouden we kunnen spreken van een manipulatieve functie, maar De Haas gebruikt deze term niet. Reclamefotografie illustreert deze functie door het suggestieve aanprijzen van artikelen en het scheppen van een bepaalde sfeer. En ook het sociaal protest heeft zich vroegtijdig van de fotografie meester gemaakt: de foto stelt als "document humain" misstanden aan de orde die door een volledig ontdaan zijn van elke luister niet zelden een (beoogd) schokeffect teweegbrengt. Tenslotte wordt de reproductie van documenten vermeld, die sinds Nièpce senior niet meer weg te denken is en het meest saillant in de moderne samenleving is ingekapseld in de vorm van de xerografie, oftewel de fotokopie.
70
Primaire remote sensing-functies In het gebruik van remote sensing als kennisinstrument kunnen, zoals zal blijken in de volgende hoofdstukken, een aantal bijzondere functies voor remote sensing worden aangewezen. Registratie Het registreren van cultuurlandschappen door de tijd met behulp van remote sensing dient primair een wetenschappelijk doel, namelijk het aanleggen van een voorraad van systematische gegevens die kunnen dienen als bron voor cultuurhistorische geschiedschrijving. Remote sensing is de meest efficiënte methode om ruimtelijke objecten en patronen in het cultuurlandschap nauwkeurig, snel en betrouwbaar vast te leggen. Een omvangrijk bestand van opnamen die op verschillende schaalniveaus het Nederlands grondgebied met grote regelmaat documenteren zou van grote waarde zijn voor een synthetiserende geschiedschrijving van de Nederlandse samenleving na omstreeks 1930, met name gekenschetst aan de hand van morfologische kenmerken en grondgebruik. Zo opgevat vormen goed geordende collecties van remote sensing beelden een entree voor de bestudering van maatschappelijke ontwikkelingsprocessen. Monitoring Onder monitoring wordt hier verstaan het doorlopend volgen van ruimtelijke ontwikkelingen binnen een omschreven gebied met het oog op bestuur, beheer (management) en planning van de stedelijke ruimte. Monitoring wordt wetenschappelijk toegepast om inzicht te verwerven in tal van processen die zich in het natuurlijke milieu, alsook processen die cultuurbepaald zijn. Trends kunnen worden vastgesteld met monitoring, evenals kwalitatieve en kwantitatieve kenmerken van ruimtelijke verschijnselen. De historische ontwikkelingsgang van een steden kan uit chronologische reeksen van luchtfoto's worden afgeleid. Dit inzicht bestaat al bijna driekwart eeuw, in ieder geval al sinds 1922.168 De planning van snelgroeiende agglomeraties wordt steeds meer afhankelijk van monitoring op basis van remote sensing. In cybernetische modellen voor (metropolitane) planning fungeert monitoring als sensor ten dienste van besluitvorming. Het verschaft de nodige feedback om ongewenste ontwikkelingen bij te sturen en gunstige processen te versterken.169 Terwijl wetenschappelijke monitoring voornamelijk beoogt om te constateren en begrijpen, wil monitoring in de planning vooral anticiperend aansturen. Exploratie Remote sensing vervult een exploratieve functie als sprake is van het speuren naar het voorkomen van gekende verschijnselen waarvan men niet weet op welke lokatie, aantallen en hoedanigheden deze voorkomen. Exploratie van natuurlijke hulpbronnen (olie, hout, mineralen) ten behoeve van exploitatie kan als voorbeeld dienen en kan grote gevolgen hebben voor de economische, infrastructurele en stedenbouwkundige ontwikkeling van hele regio's. Exploratie is ook aan de orde wanneer naar geschikte lokaties wordt gezocht voor de bepaling van tracés, grote bouw- en nederzettingslokaties, landbouwgronden, kanalen en dergelijke. Van ruimtelijkhistorische exploratie kan worden gesproken wanneer het aankomt om onbekende verschijnselen of samenhangen te ontdekken in de ruimtelijke structuur en transformatie van het stedelijke landschap. Om dit doel te bereiken kunnen verschillende strategieën worden gevolgd, bijvoorbeeld door gebruik te maken van instrumenten met een specifieke spectraal gevoeligheidsbereik, of door gebruik te maken van bijzondere opname-omstandigheden die in de natuur voorkomen (zonnestand, nacht, neerslag, waterstand, enz.). Ook valt te denken aan het inroepen van assistentie van computers die met beeldmanipulatie (combineren van banden; segmentatie, fourier-transformaties; animatie) resultaten nastreeft. Waarnemingen bij golflengten van buiten het visuele spectrum kunnen aanleiding geven tot nieuwe inzichten, zoals onderzoek naar warmteeilanden heeft aangetoond. Thermogrammen laten zien waar warmte-energie in steden
71
zich opstapelt, en waar lokale verschillen in opwarming en afkoeling het meest manifest optreden. Deze gegevens kunnen als onderdeel van een pakket van gegevens over het microklimaat in steden worden opgenomen in planning en ontwerp. Analyse Morfologische analyse uitgevoerd op remote sensing beelden omvat zowel de kwantitatieve als de kwalitatieve aspecten van de voorstelling. Bij analyse staat de vraag centraal naar de aard van de objecten en naar de ruimtelijk relaties tussen objecten. Deze relaties kunnen zowel op één schaalniveau betreffen als de naastgelegen hogere en lagere schaalniveaus. Daarnaast kunnen temporele relaties onderwerp van analyse zijn en in dit verband kunnen change detection studies worden genoemd. Dit is een vorm van computeronderzoek waarbij automatisch de verschillende tussen opnamen van verschillende ouderdom worden geaccentueerd. Het zijn vooral radarbeelden die voor dit type van analyse in aanmerking komen. Computeranalyse kan verder worden geëffectueerd door aan de geïdentificeerde objecten een aantal attributen toe te kennen, die worden gebruikt bij selectie-operaties. Het resultaat van de selecties, bijvoorbeeld spreidingspatronen van bepaalde klassen van objecten, zal in de scène worden gevisualiseerd.170 We komen dit soort operaties veelvuldig tegen in geografische informatiesystemen, waarin tal van mathematische (geometrische, statistische) functies zijn ondergebracht. C.P. Lo (1976) stelt dat kwantitatieve analyse zich bedient van metrische modellen (zoals kaarten en gerectificeerde remote sensing opnamen), waarbij metingen worden uitgevoerd naar lijnen en vlakken; richtingen (ten opzichte van het noorden; en hoogten (inzake verschillen, hellingen, laagdikten). Toepassing van dergelijke metrologische analyses komen voor in de fotogeologie en fotogeomorfologie, vegetatiekunde, meteorologie, studies naar kustgebieden, en stedelijke morfologie.171 Descriptieve modellen worden gebruikt om kwalitatieve karakteristieken te bepalen door middel van interpretatie. Deze interpretatie verloopt volgens Lo in drie hoofdfasen, namelijk aanschouwing (examination), identificatie en evaluatie, maar A.P.A. Vink (1964) onderscheidt maar liefst zes stappen in kwalitatieve analyse, en wel detectie; herkenning en identificatie; analyse; deductie; classificatie; en idealisatie.
Schematisering en cartografie Tussen remote sensing en cartografie bestaat een hechte en langdurige relatie. Als descriptieve modellen kleven aan beide voor- en nadelen, terwijl zij in sommige situaties uitwisselbaar zijn. Remote sensing beelden wordt in de cartografie gezien als een efficiënt informatiekanaal om de werkelijkheid te kunnen abstraheren tot schematische voorstellingen. Hier helpt het lucht- of ruimtebeeld de complexiteit van de ruimtelijke werkelijkheid om te zetten in een document van grafische symbolen, waarvan doorgaans de betekenis in een legenda wordt toegelicht. Voort wordt remote sensing met een hoge resolutie vanuit satellieten steeds vaker toegepast als middel om cartografische gegevens te actualiseren. Simulatie De simulatie-functie treedt naar voren wanneer remote sensing beelden worden aangewend als model om de werkelijkheid te bestuderen. De simulatie-functie kan worden gezien als centraal onderdeel van een "work-flow" van kennisverwerving. Naast statische simulatiemodellen die een toestand weergeven, kennen we dynamische varianten die processen modelleren. De mogelijkheid van manipulatie van het model is voor beide soorten van simulatie een belangrijk uitgangspunt, bijvoorbeeld het versneld of vertraagd weergeven van bewegingen of toestandveranderingen of het testen van hypothesen (what if ...).
72
Conceptualisatie Het conceptualiseren van ruimtelijke vraagstukken en van stedenbouwkundige ontwerpen gebeurt, zoals in het vervolg van dit boek zal worden aangetoond, sinds lange tijd met behulp van luchtfoto's. Fotomontages die ontwerpen voor gebouwen of infrastructurele werken in visueel verband plaatsen met hun reële toekomstige omgeving, dateren van voor de Tweede Wereldoorlog. Montages, die tegenwoordig met name met computers worden vervaardigd, vormen een gevestigde methode om concepten te toetsen op ruimtelijke en visuele integreerbaarheid. Zonder een accurate representatie van de omgeving is de toetsing van een geconceptualiseerde ingreep niet goed uitvoerbaar. De toetsing kan aspecten belichten als ontsluiting, visuele en programmatische spanning, assimilatie in bestaande weefsels en dergelijke. Bewijsvoering en verificatie Waar analyse feitelijke informatie verschaft over de samenstelling en relaties in het stedelijk landschap, ontstaan soms mogelijkheden om bestaande veronderstellingen te verifiëren. Zonder dat het altijd mogelijk zal zijn om mis-interpretatie volledig uit te sluiten, verschaft remote sensing een middel om ruimtelijk-historisch onderzoek beter met feiten te onderbouwen. Bewijsvoering keert als historische figuur terug wanner luchtfoto's worden gebruikt om sociaal-politieke stellingnamen te ondersteunen. Hier speelt een specifieke interpretatie van de voorstelling een rol bij argumentatie. Niet altijd kunnen de aangevoerde "feiten" direct worden waargenomen, maar moeten zij uit het luchtfotobeeld worden afgeleid, bijvoorbeeld bij het aan de kaak stellen van sociale misstanden in de woningbouw. De meest in het oog springende historische voorbeelden van deze functie van sociaal protest komen voor rekening van Le Corbusier, vanwege zijn felle commentaren op de grootschalige morfologie van het negentiende-eeuwse Parijs en de "anti-esthetische" stedenbouw van New York. Ook in een juridisch context vervult remote sensing de functie aandragen van bewijsmateriaal, waarbij het gaat om het nauwkeurig en onomstotelijk vaststellen van activiteiten (handelen of nalaten) die op bepaalde lokaties recentelijk of in het verleden hebben plaatsgevonden. Dan kan bijvoorbeeld worden gedacht aan juridische geschillen over erfafscheidingen, vermeend illegaal uitgevoerde bouw of verbouw, registratie van verkeersongevallen, of de opsporing van milieudelicten (bodemsanering).
Overige remote sensing functies Tenslotte wordt hier gewezen op twee functies die buiten het stramien van onderzoek en kennisverwerving vallen. In het onderwijs en de publieksvoorlichting kan een lucht- of ruimteperspectief op de werkelijkheid verhelderend werken als het gaat om ruimtelijke situaties te begrijpen. Oriëntatie wordt vergemakkelijkt door een hoog waarnemingsstandpunt, evenals het vaststellen van de omvang van ruimtelijke complexen binnen een gebied. Aan de hand van oude luchtfoto's kan een beeld worden overgedragen over de historische werkelijkheid, alsmede het tempo en de ingrijpendheid van veranderingsprocessen. Zo kan het bijdragen aan verhoging van het historisch culturele bewustzijn van scholieren en studenten in historische en ontwerpgerichte vakken. Behalve in schoolboeken en atlassen worden educatieve remote sensing materialen uitgegeven op media als video, cd-rom en via WWW. In het veld duiken luchtfoto's op in informatiepunten (op borden en in stands) bij onder meer grote waterstaatkundige werken, stadsvernieuwing- en nieuwbouwprojecten en natuurparken. Evenals stadsplattegronden in vroeger tijden een representatieve functie kenden, kunnen remote sensing beelden worden tentoongesteld in ontvangstruimten, directie- en bestuurskamers om uitdrukking te geven aan trots en "corporate identity". Het betreft hier het op zelfbewuste wijze exposeren van steden en dorpen, bedrijven, parken, openbare gebouwen, en bedrijvencomplexen in de vorm van oblique, want plastische en herkenbare luchtfoto's. De bezitter laat zich identificeren met de voorstelling, en het
73
remote sensing beeld kan bevorderlijk werken op de communicatie bij initiële contacten. Representatief gebruikte scènes zijn voorts aan te treffen in kalenders, op ansichtkaarten en souvenirs, in televisiereportages over culturele en sportevenementen en als posters die worden geschonken bij feestelijke gelegenheden. Deze meer maatschappelijke functies van remote sensing vallen buiten het bestek van dit boek.
74
