“Dankzij lasertechnologie wordt steeds meer bekend over de beschavingen in Meso-Amerika voor de komst van de Europeanen. Overal duiken gebouwen, wegen en kanalen op”, zo begint een artikel in de NRC van 23 oktober 2025. Het gaat over tempelcomplexen in Midden-Amerika. Ze zijn gebouwd door de Maya’s, die hun hoogtepunt kenden tussen de jaren 250 en 900 van onze jaartelling. De beroemdste zijn die van Chichén Iztá (Mexico) en Tikal (nu in Guatemala). Zie figuren 1, 2 en 3. De cultuur van de Maya’s was al over haar hoogtepunt heen toen het gebied in de zestiende eeuw veroverd werd door de Spanjaarden. Dat werd hun ondergang. Veel tempels zijn sindsdien overwoekerd door het oerwoud. Tikal werd in 1848 herontdekt. En nog steeds worden nieuwe tempelcomplexen gevonden. Tegenwoordig gaat dat vanuit vliegtuigen, met behulp van de lasertechnologie lidar.
a) Zoek op waar lidar de afkorting van is en geef de Nederlandse vertaling.
LIght Detection And Ranging. Vertaling: lichtdetectie en afstandsbepaling.
Lidar werkt op dezelfde manier als radar, namelijk met pulsen van elektromagnetische straling. Uit de tijd die verloopt tussen het versturen van een puls en de ontvangst van de door een object gereflecteerde puls, wordt de afstand tot het object berekend. Het verschil met radar zit in de gebruikte golflengten. Bij radar is die in de orde van 1 cm. Bij lidar tussen 10 µm en 250 nm.
b) In welk deel van het elektromagnetisch spectrum valt radar respectievelijk lidar?
In beide gevallen betreft het elektromagnetische golven. Zie Binas tabel 19B.
Radar werkt met golven van rond 1 cm (= 10-2m), dat zijn radiogolven.
Lidar werkt met golven van 10 µm (10-5m) tot 250 nm (= 2,5 . 10-7m). Dat is infrarood.
Lidar wordt ook gebruikt om hoogteverschillen in het landschap en de begroeiing in kaart te brengen, zelfs zeer kleine.
c) Geef de reden waarom lidar hiervoor geschikter is dan radar.
Lidar gebuikt een veel kleinere golflengte dan radar, waardoor ook heel kleine objecten voor reflectie kunnen zorgen en dus gedetecteerd kunnen worden. De radiogolven van radar buigen daar omheen.
Deze techniek is een voorbeeld van remote sensing. De opnames worden gemaakt vanuit een vliegtuig. Doordat de laserstraal via een oscillerende spiegel naar de grond gaat wordt, terwijl het vliegtuig in een rechte lijn vliegt, het grondoppervlak in zigzagbanen afgetast (figuur 4).
De laserpuls reflecteert niet alleen op het grondoppervlak, maar ook bijvoorbeeld op de verschillende lagen van het gebladerte van bomen. Zie figuur 5.
d) Leg uit hoe uit hoe hiermee in principe het hele terrein inclusief begroeiing afgebeeld kan worden.
Een laserpuls bestaat uit een grote verzameling fotonen. Elke volgende laag van het gebladerte kaatst een deel van de fotonen terug en laat door openingen in het bladerdek een deel door naar de volgende laag, waar ook weer reflectie plaats vindt, en wat erover blijft gaat door naar de grond en wordt daar deels gereflecteerd. Er komen bij het vliegtuig na elkaar heel veel gereflecteerde fotonen binnen. De tijdsverschillen kunnen worden omgerekend naar hoogteverschillen van de verschillende lagen. Uit de verschillen van de sterkten (amplitudes) van de terugkaatsingen kan door een computerprogramma de begroeiing worden gereconstrueerd. Zie figuur 5.
Op deze manier is voor heel Nederland de hoogte van het maaiveld boven NAP (Normaal Amsterdams Peil) bepaald: het Actueel Hoogtebestand Nederland (AHN). In 2019 kwam dit voor het eerst beschikbaar. Om de paar jaar wordt elk gebied geactualiseerd: zie ahn.nl. Door met de cursor over de kaart te gaan, kun je overal de hoogte vinden en de dag waarop de meting verricht is. Je kunt ook een straatnaam in het zoekvenster invoeren.
e) Wat wordt bedoeld met het ‘maaiveld’? (Zoek het eventueel op internet op.)
Wikipedia: “Het maaiveld is het aardoppervlak inclusief bestrating en aardwerken zoals een talud of dijk, maar zonder vegetatie en bouwwerken zoals huizen en viaducten.”
f) Kijk hoe hoog boven NAP jouw huis ligt en wanneer dat gemeten is.
Klik het vergrootglas-symbool aan en vul je straat in. Bijvoorbeeld Markt in Den Bosch (de plaats van het Glazen Huis van Serious Request in 2025): + 7,50 m boven NAP, bepaald op 18 februari 2021.
Het verzamelen van dergelijke nauwkeurige informatie is een kostbaar proces. Voor het gigantische gebied van de Maya’s is er dan ook geen gedetailleerde informatie aanwezig. Archeologen hebben niet de financiële middelen om potentiële sites gedetailleerd te laten onderzoeken. Het lukraak graven in onbekende locaties is ook geen optie.
De Japanse onderzoeker Takeshi Inomata van de Universiteit van Arizona kwam op het idee te kijken naar scans met lage resolutie die er wel zijn voor de zuidelijke provincie van Mexico, en ook nog publiek beschikbaar. Hij analyseerde opnamen en zocht patronen die zouden kunnen wijzen op mogelijke verborgen oude complexen. Met die informatie in de hand liet hij boven geselecteerde kleine gebieden lidar-opnamen maken met grotere resolutie. In 2019 maakte hij de verbluffende resultaten bekend: hij had 27 Mayacomplexen ontdekt die eerder niet bekend waren. Sommige in het oerwoud; andere in open landschap, maar zó uitgestrekt dat ze aan niemand ter plaatse opgevallen waren, ook niet aan mensen die er thuis waren. Zie figuur 6.
g) Wijs in figuur 6 enkele sporen aan van oude Maya-bouwwerken.
In een publicatie gaat Takeshi Inomata in op de gebruikte techniek en geeft hij interessante details. Zie figuur 6. Bij de precisiescans worden als golflengten gebruikt: 1.550 nm, 1.064 nm en 532 nm. Het vliegtuig vliegt op een hoogte van 650 meter. De pulsfrequentie – dat is het aantal pulsen dat per seconde uitgezonden wordt – is 150 kHz. De scanfrequentie – dat is het aantal keren per seconde dat een stukje van het terrein in kaart wordt gebracht – is 25 Hz.
h) Geef een reden waarom de pulsfrequentie zo veel hoger is dan de scanfrequentie.
De lidarbundel (heel snelle pulsen, die elkaar opvolgen met de pulsfrequentie) gaat heen en weer. Ondertussen vliegt het vliegtuig rustig verder. De stroken die zo tijdens de vlucht gescand worden overlappen elkaar. Daardoor wordt elke stukje terrein op de grond meerdere keren gescand (met de scanfrequentie). Maar dat gebeurt véél minder vaak dan de frequentie van de pulsen van de lidar.
De scanhoek is ongeveer 300. Daardoor kunnen aan het oppervlak stroken van 750 meter breedte gescand worden. De onderlinge afstand van de stroken is 345 meter.
i) Laat zien dat de breedte van de afgebeelde stroken 750 meter bedraagt.
Zie onderstaande figuur:
De tophoek is 300 en de hoogte is 650 meter. x = 650 · tan 300 = 375 m. Dus de breedte van de afgebeelde strook is 2 · 375 = 750 m.
j) Welke reden(en) kun je bedenken dat er in drie golflengtes gescand wordt?
Gebladerte en de grond reflecteren niet voor iedere golflengte even sterk. Door meerdere golflengte te gebruiken krijg je dus rijkere informatie over de structuur van grond en begroeiing. Informatie op internet geeft nóg enkele redenen: pulsen met een golflengte van 1.550 nm worden in mindere mate geabsorbeerd door regen- en mistdruppels, groen licht (zoals 532 nm) dringt verder door in water, en halfgeleiderdetectoren werken beter voor infrarood (zoals 1.064 nm).
