Les concepts abordés dans cette rubrique s’appliquent aux outils Champ de vision et Points d’observation. L’outil d’analyse de la visibilité Champ de vision géodésique leur ressemble, mais le comportement de ces outils présentent quelques différences. L’outil Champ de vision géodésique accepte tous les champs numériques comme propriétés du point d’observation, tandis que les outils Champ de vision et Points d’observation respectent uniquement les noms de champs fixes (par exemple OFFSETA, OFFSETB, etc.) de la table attributaire des entités de point d’observation en entrée.
Un champ de vision permet d'identifier les cellules d'un raster en entrée visibles à partir d'un ou de plusieurs emplacements d'observation. Chaque cellule du raster en sortie reçoit une valeur indiquant le nombre de points d'observation visibles depuis chaque emplacement. Si vous n’avez qu’un seul point d'observation, chaque cellule capable de voir ce point d'observation prend la valeur 1. Toutes les cellules qui sont incapables de voir le point d'observation reçoivent une valeur nulle. La classe d'entités points d'observation peut contenir des points ou des lignes. Les nœuds et les sommets de lignes serviront de points d'observation.
A quoi sert le calcul d'un champ de vision ?
Les outils d'analyse de champ de vision s'avèrent utiles pour connaître le degré de visibilité d'objets. Pour savoir, par exemple, à partir de quels emplacements du paysage, des châteaux d'eau seraient visibles s'ils étaient construits à tel ou tel endroit ou quelle serait la vue depuis une route.
Dans l'exemple ci-dessous, le champ de vision d'une tour d'observation est identifié. Le raster d'altitude représente la hauteur du terrain (les nuances les plus claires correspondant aux valeurs d'altitude les plus élevées), et la tour d'observation est signalée par un triangle vert. La hauteur de la tour d'observation peut être définie dans l'analyse. Les cellules vertes sont visibles depuis la tour d'observation, les rouges ne le sont pas.
À l’aide du curseur de transparence, vous pouvez afficher une couche raster d’ombrage sous votre raster d’élévation et incorporer la sortie à partir de l’analyse de champ de vision pour visualiser la relation entre la visibilité et le terrain.
Non seulement vous pouvez déterminer les cellules visibles à partir de cette tour d'observation, mais, s'il y a plusieurs points d'observation, vous pouvez également déterminer ceux capables de voir chaque emplacement observé. Votre décision peut dépendre de quels points d'observation sont capables de voir quels emplacements. Par exemple, dans une étude sur la qualité visuelle associée au choix de l'emplacement d'un site d'enfouissement, s'il est déterminé que le site proposé sera vu uniquement depuis des petites routes de campagne et non pas des routes principales et secondaires, il peut être considéré comme un emplacement favorable.
Outils pour l'analyse de champ de vision et de points d'observation
Plusieurs outils permettent d’effectuer l’analyse de la visibilité. Cette rubrique aborde les outils Champ de vision et Points d'observation. Ils permettent tous les deux de générer un raster de champ de vision en sortie. Les résultats obtenus par l'outil Points d'observation permettent en outre d'identifier avec précision les points d'observation visibles depuis chaque emplacement de la surface raster.
Champ de vision, outil
L'outil Champ de vision crée un raster, en enregistrant le nombre de fois où chaque surface est visible depuis les emplacements des entités points ou des polylignes d'observation en entrée. Cette valeur est enregistrée dans l’élément VALUE de la table du raster en sortie. Tous les emplacements de cellule qui ont la valeur NoData dans le raster en entrée, se voient attribuer cette même valeur dans le raster en sortie.
- Lorsqu'une polyligne en entrée est utilisée, tous les nœuds et les sommets le long de chaque arc en entrée sont traités en tant que point d'observation individuel. Les valeurs de l'élément VALUE du raster en sortie indiquent le nombre de nœuds et de sommets visibles à chaque cellule.
- S'il n'existe pas d'élément SPOT dans la table des entités points d'observation en entrée, l'interpolation bilinéaire est utilisée pour déterminer l'altitude de chaque point d'observation. Si la cellule raster la plus proche d’un point d’observation ou d’un sommet a une valeur NoData, l’outil ne pourra pas déterminer son élévation. Dans ce cas, le point d'observation sera exclu de l'analyse de champ de vision.
- Les cellules de valeur NoData intervenant entre le point d'observation et d'autres cellules sont considérées comme invisibles et ne masquent pas la visibilité.
Exemples d'applications de l'outil Champ de vision
Le tableau suivant contient des exemples des types de questions auxquelles l’outil Champ de vision permet de répondre :
| Question | Options de l'outil Champ de vision |
|---|---|
Quelles sont les surfaces pouvant être surveillées à partir d'un poste de vigie incendie situé à 15 mètres de haut ? | Données ponctuelles, OFFSETA |
Un site en projet pour le stockage des déchets est-il très visible depuis une autoroute déjà construite ? | Ligne |
Où devrait se trouver la prochaine tour d'une série de tours de transmission ? | Données ponctuelles, OFFSETA, OFFSETB, VERT1, VERT2, AZIMUTH1, AZIMUTH2 |
Exemple de champ de vision
Un exemple d'application de l'outil Champ de vision consiste à identifier les surfaces situées dans une zone d'étude depuis lesquelles les tours d'une ligne de transmission en projet sont visibles. Les entrées de l'analyse sont les éléments suivants :
- un raster d'altitude de la surface,
- un raster enregistrant la hauteur du couvert forestier (la hauteur du sommet de la végétation au-dessus de la surface du sol à chaque emplacement),
- une classe d'entités linéaires où le sommet de chaque ligne représente l'emplacement des tours qui devront supporter le câble.
Etape 1 : ajoutez le raster de la hauteur de la végétation au raster d'altitude de la surface à l'aide de l'outil Addition.
Raster ou valeur constante 1 en entrée : canopy_height
Raster ou valeur constante 1 en entrée : elev_surface
Raster en sortie : elev_canopy
Etape 2 : effectuez l'analyse de champ de vision via l'outil Champ de vision.
Raster en entrée : elev_canopy
Entités points ou polylignes d'observation en entrée : powerline
Raster en sortie : elev_viewshed
Facteur Z : {valeur par défaut}
Utiliser les corrections de courbure de la Terre : {valeur par défaut}
Coefficient de réfraction : {valeur par défaut}
Le résultat de cette opération est un raster de champ de vision.
Points d'observation, outil
L'outil Points d'observation stocke les informations codées par binaire à propos des points d'observation qui peuvent voir chaque cellule raster. Ces informations sont stockées dans l'élément VALUE.
Pour afficher toutes les régions du raster visibles uniquement par un point d'observation en particulier, le point d'observation 3 par exemple, ouvrez la table attributaire de raster en sortie et sélectionnez la ligne où le point d'observation 3 (OBS3) est égal à 1 et tous les autres points d'observation ont la valeur 0. Les régions du raster pouvant être vues uniquement par le point d'observation 3 seront mises en surbrillance sur la carte.
Pour utiliser des données linéaires avec l’outil Points d’observation, convertissez la classe d’entités linéaires avec l’outil Sommets d’entités vers points dans le jeu d’outils Gestion des données > Entités. Il y a une limite de 16 points.
S'il n'existe pas d'élément SPOT dans la table attributaire d'entités, l'interpolation bilinéaire est utilisée pour déterminer l'altitude de chaque point d'observation. Si la cellule raster en entrée la plus proche d'un point d'observation a la valeur NoData, l'outil ne pourra pas déterminer son altitude. Dans ce cas, le point d'observation sera exclu de l'analyse de visibilité.
Les cellules de valeur NoData intervenant entre le point d'observation et d'autres cellules sont considérées comme invisibles et ne masquent pas la visibilité.
Détails à propos de l'outil Points d'observation
L'outil Points d'observation stocke les informations codées par binaire à propos des points d'observation qui peuvent voir chaque cellule raster. Ces informations sont stockées dans l'élément VALUE.
Pour afficher toutes les régions du raster visibles uniquement par le point d'observation 3, ouvrez la table attributaire de raster en sortie et sélectionnez la ligne où le point d'observation 3 (OBS3) est égal à 1 et où tous les autres points d'observation ont la valeur 0. Les régions du raster pouvant être vues uniquement par le point d'observation 3 seront mises en surbrillance sur la carte.
Eléments OBSn de raster
En plus des éléments standard VALUE et COUNT de la table attributaire de raster, de nouveaux éléments seront créés et correspondront à chaque point d'observation du jeu de données ponctuelles en entrée. Ces éléments sont OBS1, OBS2, ..., OBSn, n représentant le nombre de points d'observation. Ils sont définis comme suit :
ITEM NAME WIDTH OUTPUT TYPE N.DEC OBSn 2 2 B -
Ces éléments enregistrent la visibilité de chaque cellule par chaque point d'observation des entités points d'observation en entrée. Par exemple, chaque cellule raster visible par le point d'observation 8 (featurename# = 8) contiendra la valeur 1 dans l'élément nommé OBS8. Les cellules ne pouvant pas être vues depuis le point d'observation prennent une valeur nulle. Les emplacements de cellule qui ont la valeur NoData dans le raster en entrée, se voient attribuer cette même valeur dans le raster en sortie.
Vous pouvez utiliser les éléments OBSn pour identifier les cellules raster visibles d'un point d'observation spécifique. Cela diffère légèrement du cas précédent où une sélection était effectuée selon le paramètre VALUE. Dans ce cas, les cellules visibles par les points d'observation 1 et 8 peuvent être vues également par d'autres points d'observation (auquel cas, elles ont chacune une valeur différente).
Par exemple, pour afficher toutes les surfaces visibles par les points d'observation 1 et 8, ouvrez la table attributaire de raster et sélectionnez la ligne où le point d'observation 1 (OBS1) et le point d'observation 8 (OBS8) sont égaux à 1 et tous les autres points d'observation sont égaux à 0.
Quantification de la qualité visuelle
Les informations fournies par les résultats de l'outil permettent également d'effectuer une analyse de la qualité visuelle. Vous pouvez, par exemple, déterminer la qualité visuelle de tous les emplacements sur une surface en positionnant un point d'observation sur chaque entité visuelle significative dans l'étendue du raster en entrée. Ces points peuvent comprendre une décharge municipale, une casse automobile, des parcs et chacune des tours de transmission électrique de la région.
Après avoir exécuté l'outil Points d'observation, utilisez l'élément OBSn de la table du raster en sortie pour sélectionner les emplacements de cellule pouvant voir chaque entité visuelle. Utilisez l'un des divers autres outils pour cumuler les scores positifs ou négatifs, selon la qualité visuelle et la pondération de chaque point d'observation. Une fois tous les points d'observation pris en compte, les emplacements de cellule ayant les meilleurs scores auront la meilleure qualité visuelle.
Exemples d'applications de l'outil Points d'observation
Le tableau suivant contient des exemples des types de questions auxquelles l'outil Points d'observation peut répondre :
| Question | Options de l'outil Points d'observation |
|---|---|
Pour un ensemble donné d'emplacements pour des postes de vigie incendie, quel est le nombre minimal de postes requis pour pouvoir observer la zone d'étude entière ? | Données ponctuelles, OFFSETA |
Quels emplacements du raster peuvent voir uniquement le site de stockage des déchets et la tour de transmission 3 ? | Données ponctuelles |
Comment puis-je déterminer les emplacements de surface ayant la meilleure vue ? Je souhaite affecter des pondérations différentes à chaque entité de paysage au sein d'un champ de vision selon sa qualité visuelle. | Données ponctuelles |
Contrôle de l’analyse de visibilité
Il est possible de limiter la région du raster inspectée en spécifiant différents éléments dans le jeu de données attributaire d'entités, tels que les valeurs d'altitude du point d'observation, les décalages verticaux, les angles d'analyse horizontaux et verticaux et les distances d'analyse. Il y a neuf éléments au total : SPOT, OFFSETA, OFFSETB, AZIMUTH1, AZIMUTH2, VERT1, VERT2, RADIUS1 et RADIUS2.
L'image suivante représente graphiquement la façon dont est contrôlée une analyse de visibilité. Le point d'observation est le sommet de la montagne située à gauche (OF1 dans l'image). La direction du champ de vision se situe dans le cône dont la base est orientée vers la droite. Vous pouvez contrôler le décalage du point d'observation (par exemple, la hauteur de la tour), la direction dans laquelle regarder et la hauteur selon laquelle regarder depuis l'horizon.
Lorsque le jeu de données des entités du point d'observation est une classe d'entités ponctuelles, chaque point d'observation peut avoir un ensemble unique de contraintes d'observation dans la table attributaire. S'il s'agit d'une classe d'entités polylignes, chaque sommet le long d'une polyligne en entrée utilise les mêmes contraintes d'observation que celles contenues dans l'enregistrement de la polyligne de la table attributaire.
Les définitions de ces éléments peuvent varier à condition qu'elles soient numériques. Si un élément n'existe pas, les valeurs par défaut sont appliquées.
SPOT
L'élément SPOT permet de définir les altitudes de surface pour les points d'observation.
Décalage
Le décalage représente la distance verticale (en unités de surface) à ajouter à la valeur z d'un emplacement de la surface.
Il existe deux éléments de décalage, l'un qui définit l'altitude à ajouter à l'emplacement d'observation et l'autre qui définit ce qui sera ajouté à chaque cellule à prendre en compte pour la visibilité.
OFFSETA
L'élément OFFSETA représente la distance verticale en unités de surface à ajouter à la valeur z du point d'observation.
Si OFFSETA existe dans la table attributaire d'entités, sa valeur est ajoutée à l'altitude de l'élément SPOT s'il est présent ; sinon, elle est ajoutée à la valeur z de la surface interpolée. La valeur OFFSETA doit être positive. Si l'élément OFFSETA n'existe pas, la valeur par défaut est 1.
OFFSETB
L'élément OFFSETB indique la distance verticale en unités de surface à ajouter à la valeur z de chaque cellule, telle qu'elle est prise en compte pour la visibilité.
Si OFFSETB existe dans la table attributaire d'entités, sa valeur est ajoutée à la valeur z de surface de chaque emplacement de cellule lorsque sa visibilité est analysée. Cette valeur doit être positive. Si aucun élément OFFSETB n'est trouvé dans la table attributaire d'entités, sa valeur est nulle par défaut.
Azimut
Les azimuts définissent les limites de l'angle horizontal à l'analyse. Le balayage s'effectue dans le sens horaire, du premier azimut vers le second. Les valeurs de l'angle sont indiquées en degrés de 0 à 360 (0 étant orienté au nord).
AZIMUTH1
L'élément AZIMUTH1 définit l'angle de démarrage de la plage d'analyse.
Si cet élément n'existe pas dans la table attributaire d'entités, sa valeur est nulle par défaut.
AZIMUTH2
L'élément AZIMUTH2 définit l'angle d'arrivée de la plage d'analyse. La valeur d'AZIMUTH2 doit être supérieure à celle d'AZIMUTH1.
Si cet élément n’existe pas dans la table attributaire d’entités, il a 360 comme valeur par défaut. Si à la fois, AZIMUTH1 et AZIMUTH2 ne sont pas définis, les valeurs par défaut donnent un balayage complet à 360°.
Angle vertical
L'angle vertical définit les limites de l'angle vertical à l'analyse. Les angles sont exprimés en degrés (de 90 à -90), les valeurs positives représentant les angles au-dessus du plan horizontal et les valeurs négatives représentant ceux en dessous. Le plan horizontal (0 degré) est défini par la valeur z du point d'observation plus la valeur de l'élément OFFSETA. Les deux angles verticaux peuvent être négatifs.
VERT1
L'élément VERT1 définit la limite de l'angle horizontal supérieur de l'analyse.
Si cet élément n'existe pas dans la table attributaire d'entités, il a une valeur de 90 par défaut.
VERT2
L'élément VERT2 définit la limite de l'angle horizontal inférieur de l'analyse. La valeur de l'élément VERT2 doit être inférieure à celle de VERT1.
Si cet élément n'existe pas dans la table attributaire d'entités, il a une valeur de -90 par défaut.
Rayon
Les rayons limitent la distance de recherche lors de l'identification des surfaces visibles depuis chaque point d'observation. Les cellules situées au-delà d'une certaine distance peuvent être exclues de l'analyse.
RADIUS1
L'élément RADIUS1 définit la distance de début à partir de laquelle la visibilité est déterminée. Notez que les cellules les plus proches de la distance de recherche RADIUS1 ne sont pas visibles dans le raster en sortie, mais peuvent encore bloquer la visibilité des cellules situées entre RADIUS1 et RADIUS2.
La valeur par défaut de la distance RADIUS1 est 0.
RADIUS2
Les cellules situées au-delà de la distance de recherche RADIUS2 sont exclues de l'analyse. La valeur de RADIUS2 doit être supérieure à celle de RADIUS1.
La valeur par défaut de la distance RADIUS2 correspond à l'infini.
Distance planimétrique et distance tridimensionnelle
Par défaut, les distances limites RADIUS1 et RADIUS2 sont interprétées comme des distances de ligne de visée tridimensionnelles. Pour garantir que la distance de pente est calculée correctement, les unités terrestres et de surface z doivent être dans la même unité de mesure. Pour traiter RADIUS1 et RADIUS2 en tant que distances planimétriques bidimensionnelles, insérez un signe moins (-) devant les valeurs.
Par exemple, si RADIUS1 est défini sur -1000 et RADIUS2 sur -9000, l'outil Champ de vision analyse les régions de la surface entre 1 000 et 9 000 unités terrestres mesurées de façon planimétrique à partir du point d'observation.
Paramètres par défaut
Le tableau suivant indique les paramètres par défaut des options qui contrôlent l'analyse de visibilité :
| Option | Paramètre par défaut |
|---|---|
SPOT | Estimation à l'aide de l'interpolation bilinéaire |
OFFSETA | 1 |
OFFSETB | 0 |
AZIMUTH1 | 0 |
AZIMUTH2 | 360 |
VERT1 | 90 |
VERT2 | -90 |
RADIUS1 | 0 |
RADIUS2 | Infini |
Corrections de la courbure et de la réfraction
Utilisez l'option de correction de courbure de la Terre pour corriger la courbure et la réfraction. Des corrections sont apportées lorsque les informations de projection pour la surface sont présentes. Les unités terrestres et les unités z de surface doivent en outre être en pieds, en mètres ou en unités/mètre. La formule utilisée pour la correction est la suivante :
Dist2 Dist2 Zactual = Zsurface - --------- + Rrefr * --------- Diamearth Diamearth- où :
Dist désigne la distance planimétrique entre l'entité d'observation et l'emplacement observé.
Diam désigne le diamètre de la Terre.
Rrefr désigne le coefficient de réfraction de la lumière.
La valeur par défaut du diamètre de la Terre (Diamearth) est définie comme étant de 12 740 000 mètres. La valeur par défaut du coefficient de réfraction (Rrefr) est de 0,13 ; ce dernier est basé sur le coefficient de réfraction gaussien (Brunner, F. K., 1984). Il est possible d'utiliser différentes valeurs pour Rrefr afin de prendre en compte des variations en termes de conditions atmosphériques sur la visibilité.
Bibliographie
Brunner, F. K. (1984), Geodetic Refraction: Effects of Electromagnetic Wave Propagation Through the Atmosphere. Springer, Berlin
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