Detectie van Grote waternavel met drones en satellieten

Weten waar Grote waternavel groeit, is essentieel voor goed waterbeheer. Deze invasieve waterplant groeit namelijk explosief, vooral tijdens warme zomers. Dit heeft veel impact: inheemse soorten worden verdrongen (slecht voor de biodiversiteit), watergangen raken verstopt (wat de waterafvoer belemmert) en de waterkwaliteit gaat achteruit. Koeien lopen letterlijk de sloot over op sommige stukken(!). Het verwijderen moet zorgvuldig gebeuren om verspreiding te voorkomen en dat kost veel tijd en geld.

Voor waterschappen en boeren is dit een serieus probleem. Door vroeg in te grijpen bij een infectie kunnen de hoeveelheid werk en kosten aanzienlijk worden beperkt. Om deze reden is het van groot belang om waternavel in een vroeg stadium te kunnen vinden.

Innovatieve aanpak met drones en AI

Voor het Hoogheemraadschap van Rijnland hebben we een methode ontwikkelt met drone- en satelliettechnologie, gecombineerd met kunstmatige intelligentie (AI). Hiermee kunnen waterbeheerders geholpen worden bij deze uitdaging. De resultaten zijn veelbelovend en boven verwachting goed op te schalen.

Ontwikkelingstraject: één seizoen monitoring bij Alphen aan den Rijn

In een gebied ten zuiden van Alphen aan den Rijn hebben we gedurende één seizoen (april tot november) zowel drone- als satellietbeelden verzameld en geanalyseerd. Met drones voerden we zes opnames uit op verschillende hoogtes om de optimale vlieghoogte te bepalen. Parallel monitorden we het gebied via satellietbeelden van Pleiades NEO en SuperView Neo, die sinds 2023 beschikbaar zijn via het Netherlands Space Office met een resolutie van circa 30 centimeter.

De verzamelde beelden werden gelabeld: locaties met Grote waternavel werden gemarkeerd als trainingsmateriaal voor ons AI-model. Dit neurale netwerk leert om de plant te onderscheiden van zijn omgeving.

Wat werkt goed bij drones?

We ontdekten dat een relatief hoge vlieghoogte een goede balans biedt tussen snelheid en detectiemogelijkheden. Op deze hoogte blijft de structuur van de plant goed zichtbaar, terwijl het karteren veel sneller gaat dan op lagere hoogtes. Daarbij levert deze werkwijze nauwelijks verstoring op voor omwonenden, vee en broedende vogels.

Het getrainde algoritme detecteert Grote waternavel zeer nauwkeurig al bij een paar blaadjes. Een belangrijk voordeel: doordat de plant zich bijna altijd met meerdere groeiplaatsen tegelijk voordoet, wordt een besmetting vrijwel altijd opgemerkt, zelfs als een individuele kleine groeiplaats gemist wordt. Elk nadeel heeft zijn voordeel.

En de satellieten?

Satellietbeelden zijn door de grote afstand tot de aarde lager in resolutie dan dronebeelden. Toch zijn grotere haarden zeer betrouwbaar te detecteren. Groeiplaatsen vanaf ongeveer 2m² worden consequent gevonden. De kosten per oppervlakte-eenheid zijn laag, waardoor nog grootschaligere monitoring haalbaar wordt.

Het nadeel: de planbaarheid is beperkt. Van de zeventien satellietopnames in 2024-2025 waren er zeven goed bruikbaar, vijf redelijk en de overige slecht tot niet bruikbaar door bewolking. Voor vroege detectie van kleine haarden zijn satellieten daarom minder geschikt.

Maar voor trendherkenning en signalering van dichtgroeiende watergangen zijn satellieten juist zeer waardevol. Hoewel het herkennen van individuele waternavelplanten hogere resolutie-eisen stelt, kunnen we het 'dichtgroeien' van watergangen extreem nauwkeurig monitoren - vrijwel op pixelniveau (30x30cm). Dat maakt satellietbeelden vooral nuttig voor slecht bereikbare gebieden waar grootschalig overzicht nodig is.

Satellieten of toch drones?

Beide technologieën hebben hun eigen sterke punten. Drones leveren hoge resolutie en kunnen daardoor kleine haarden detecteren in een vroeg stadium. Ze zijn bovendien goed planbaar - je vliegt wanneer het je uitkomt.

Satellieten daarentegen hebben een lagere resolutie en detecteren vooral grotere patches (vanaf circa 2m²). Ze zijn minder voorspelbaar door wolkenbedekking, maar juist zeer kostenefficiënt voor grote oppervlaktes. Dit maakt ze ideaal voor brede monitoring en trendherkenning over uitgestrekte gebieden.

De kunst zit hem in de combinatie: satellieten voor het brede overzicht en signalering, drones voor de gerichte opvolging en vroege detectie waar nodig.

Inzichten uit het pilottraject

Dit innovatietraject levert niet alleen waardevolle inzichten op, maar ook concrete uitgangspunten voor gerichte doorontwikkeling.

Efficiëntere vlieghoogtes Het verschil in detectiekwaliteit tussen laag en hoog vliegen blijkt beperkt. Door op grotere hoogte te opereren kunnen we gebieden sneller in kaart brengen, met minimale verstoring voor mens, vee en natuur en relatief lage kosten.

Weersonafhankelijker werken Door te investeren in robuustere drones en sensoren, verkorten we de doorlooptijd en vergroten we de betrouwbaarheid. Dit maakt vaste monitoringmomenten goed haalbaar.

Slimme combinatie van technologieën. Drones zijn sterk in detail: ze maken vroege opsporing van kleine haarden mogelijk en bieden nauwkeurige controle op specifieke locaties. Satellieten bieden juist overzicht: ze brengen grote gebieden in beeld, signaleren veranderingen en maken trendanalyses over langere perioden mogelijk – efficiënt en kosteneffectief.

Door beide technieken te combineren benutten we het schaalvoordeel van de satelliet met de precisie van drones.

We blijven dit systeem doorontwikkelen als praktisch instrument voor effectief beheer van invasieve waterplanten.

Aan de slag?

Geïnteresseerd in drone- en satellietmonitoring voor waterbeheer? Neem contact met ons op voor een gesprek over de mogelijkheden.