Fonctionnement de l’outil Champ de vision géodésique
Disponible avec une licence Spatial Analyst.
Disponible avec une licence 3D Analyst.
L’outil Geodesic Viewshed (Champ de vision géodésique) détermine les localisations visibles de la surface sur un ensemble de points ou de polylignes d’observation, à l’aide de méthodes géodésiques. L’outil transforme la surface d’élévation en un système de coordonnées 3D géocentriques et applique des lignes de visée 3D au centre de chaque cellule transformée. Il exploite la puissance d’une unité de traitement graphique (GPU), si votre système en est doté. Il tient compte, éventuellement, de l’incertitude verticale ou de l’erreur que présente la surface d’élévation en entrée. Il peut également générer une table de relations point d’observation-région pour un maximum de 32 points d’observation (points, multipoints ou polylignes) pouvant être reliés à la classe d’entités des points d’observation en entrée.
Puisque le calcul est effectué dans un véritable système de coordonnées 3D, l’outil Champ de vision géodésique n’a pas besoin du paramètre de correction de la courbure de la Terre. Il utilise également les unités z de la référence spatiale en entrée, si elle est disponible, plutôt qu’un paramètre de facteur z. Enfin, puisque chaque ligne de visée 3D est évaluée indépendamment des autres lignes de visée, il évite certaines erreurs pouvant s’introduire dans un algorithme de champ de vision basé sur un front d’ondes (la famille de champs de vision existante des outils de géotraitement, par exemple). Ainsi, l’outil Champ de vision géodésique produit une visibilité et des surfaces au-dessus du niveau du sol (AGL) plus précises que l’outil Champ de vision.
Détermination de la visibilité
Cet outil utilise des points 3D géocentriques pour les points d’observation, les cibles et les centres des cellules de la surface d’élévation. Une cible est le centre d’une cellule de surface auquel est ajouté un décalage supplémentaire facultatif. Un système de coordonnées 3D géocentriques est un système de coordonnées cartésiennes orienté à droite dont l’origine \(C\) est le centre de la Terre, l’axe \(x\) désignant l’intersection du premier méridien et de l’équateur, l’axe \(z\) désignant le pôle Nord et l’axe \(y\) pivotant à 90 degrés dans le sens horaire à partir de l’axe \(x\) et orienté vers le bas à partir du pôle Nord. La figure ci-dessous donne un exemple de localisation cible \(T\) exprimé avec des coordonnées géocentriques.
Pour déterminer la visibilité de chaque cible, des lignes de visée 3D sont construites de chaque point d’observation vers chaque cible. La figure ci-dessous illustre la construction des lignes de visée. La trajectoire au sol de chaque ligne de visée sur le sphéroïde est déterminée et divisée en intervalles de taille de cellule. Dans cette figure, les intervalles sont identifiés par les points verts et la distance qui les sépare correspond à la taille de cellule. À chaque intervalle, la distance verticale \(d\) entre la ligne de visée et la surface est calculée. L’élévation du sol est estimée grâce à une approche linéaire pondérée par l’inverse de la distance (IDW) à l’aide des centres des cellules les plus proches. Si la valeur de \(d\) est positive pour tous les intervalles au sol le long de la ligne de visée, la cible est considérée comme visible. Dans le cas contraire, elle est considérée comme non visible.
Erreur verticale
Le paramètre Vertical error (Erreur verticale) n’est activé que si le type d’analyse est Frequency (Fréquence). Il permet de tenir compte de l’incertitude verticale que présente la surface d’élévation en entrée. Lorsque la valeur de ce paramètre est 0 ou qu’elle n’est pas spécifiée, une seule ligne de visée est définie entre le point d’observation et chaque cible. La cible est alors visible ou non visible. Dans ce cas, le raster de visibilité en sortie enregistre le nombre de fois où chaque emplacement de cellule du raster de surface en entrée peut être vu par n’importe quel point d’observation en entrée.
Lorsque le paramètre Vertical error (Erreur verticale) est supérieur à 0 (par exemple, 0,6 mètre), certaines lignes de visée sont définies entre le point d’observation et chaque cible. Pour chaque ligne de visée et chaque intervalle, un nombre aléatoire distribué uniformément et compris dans la plage -0,6, 0,6 est ajouté à \(d\). Si \(d\) prend une valeur inférieure à zéro, cette ligne de visée spécifique est arrêtée. Dans ce cas, chaque point d’observation ajoute un nombre compris entre zéro et un (nombre de lignes de visée réussies divisé par le nombre total de lignes de visée, à partir de ce point d’observation) au raster de visibilité en sortie, qui adopte alors le type nombre à virgule flottante à simple précision.
Détermination d’AGL
Un raster au-dessus du niveau du sol (AGL) est une sortie facultative qui représente la hauteur au-dessus du sol à laquelle les cellules cibles non visibles doivent s’élever afin de devenir visibles. La figure suivante illustre la manière dont la valeur AGL est déterminée. \(T\) est une cible dotée d’une certaine hauteur (qui est le décalage cible dans l’illustration). La ligne de visée entre le point d’observation \(O\) et la cible \(T\) est bloquée par le MNT. Par conséquent, la cible \(T\) n’est pas visible. Si la cible est élevée à la nouvelle position \(T'\), elle devient alors visible car la ligne de visée est désormais dégagée. La distance entre \(T'\) et le sol est la valeur AGL dans le raster en sortie.
Le calcul de la distance \(TT'\) ne suppose pas que le triangle \(OTT'\) est un triangle rectangle.
Interprétation de la table de relations point d’observation-région en sortie
Lorsque le type d’analyse est Observers (Points d’observation), l’outil produit une table de relations point d’observation-région, comme illustré dans la figure suivante. Dans cette table, le champ Observer répertorie les ID d’entité de la classe d’entités en entrée. Le champ Region répertorie les valeurs de cellule des régions du raster de visibilité en sortie. La table répertorie ainsi les régions que chaque point d’observation peut voir. Vous pouvez utiliser cette table pour consulter les ID de région auxquels sont attribués un ID de point d’observation, et inversement.
Les mêmes informations sont codées dans les valeurs des cellules en sortie du raster de visibilité, mais de manière moins accessible. Dans ce cas, le raster de visibilité en sortie contient les trois valeurs (1, 2 et 3), comme illustré dans la capture d’écran suivante de la table attributaire :
Les points d’observation en entrée sont triés par ordre croissant selon leurs valeurs OBJECTID et le raster de visibilité en sortie signale l’opérateur OU bit à bit de leurs positions triées. L’algèbre spatiale de raster permet d’extraire des informations indiquant quels points d’observation peuvent voir quelles régions et ces informations peuvent être reliées aux entités points d’observation à l’aide de cette règle de tri. La figure ci-dessous en présente un exemple. Supposons que le point d’observation 1 corresponde à l’ObjectID 1 et que le point d’observation 2 corresponde à l’ObjectID 2. Dans la carte de visibilité en sortie, la région 1 (la zone en jaune pâle) aura une valeur de cellule égale à 1. Dans la carte de visibilité en sortie, la région 2 (la zone en bleu) aura une valeur de cellule égale à 2. La région 3 (la zone en vert) dans la carte de visibilité en sortie aura une valeur de cellule égale à 3, la valeur numérique de l’opérateur OU bit à bit de 1 et 2.
Dans l’image ci-dessus, les valeurs des cellules en sortie sont l’opérateur OU bit à bit des index internes des entités en entrée. La table des relations point d’observation-région renvoie les mêmes informations en utilisant des ID de classe d’entités plutôt que des index internes.
La table des relations point d’observation-région peut être utilisée pour identifier les champs de vision de façon interactive.
Contrôle de l’analyse de visibilité
Il est possible de limiter le champ de visibilité de chaque point d’observation en spécifiant divers champs ou valeurs numériques dans les paramètres des points d’observation. D’un point de vue fonctionnel, ces paramètres de points d’observation sont identiques aux champs du cône de visualisation, tels que OFFSETA ou OFFSETB, qui permettent de contrôler l’analyse de visibilité effectuée à l’aide de l’outil Champ de vision. La différence réside dans le fait que les paramètres de points d’observation de l’outil Champ de vision géodésique acceptent n’importe quel champ numérique et ne sont pas limités à des noms de champs spécifiques.
Utilisation d’un GPU
Cet outil propose des performances accrues si un certain matériel GPU est installé. Reportez-vous à la rubrique Traitement GPU avec Spatial Analyst pour en savoir plus sur sa prise en charge, sa configuration et son activation.
Optimiser les performances
La détermination d’un champ de vision est un processus nécessitant d’importantes ressources de traitement par ordinateur. Vous trouverez ci-dessous des options d’amélioration des performances de l’outil autres que l’utilisation du matériel GPU décrite dans la section précédente.
Définissez le paramètre Outer radius (Rayon extérieur) sur une valeur (par exemple, 25 kilomètres) significative pour votre application. L’outil ne traite que les cellules situées dans la distance de visualisation, ce qui réduit le temps de traitement. Plus la valeur du paramètre Outer radius (Rayon extérieur) est élevée, plus il faut de temps à l’outil pour la traiter.
Définissez Analysis method (Méthode d’analyse) sur Perimeter Sightlines (Lignes de visée du périmètre). Avec cette méthode, l’outil n’exécute les lignes de visée que jusqu’aux cellules situées sur les bords du cône de visualisation, ce qui diminue le temps de traitement.
Si le raster d’élévation en entrée couvre une zone géographique plus grande que votre zone d’étude, définissez l’environnement Extent (Étendue) sur votre zone d’étude pour réduire la taille du raster en sortie.
Espace temporaire requis
Au moment de l’exécution, l’outil Champ de vision géodésique projette le raster en entrée dans un système de coordonnées géocentriques 3D pour le traiter. Seules les cellules qui sont comprises dans la zone tampon des entités points d’observation en entrée (avec une distance de la zone tampon définie par le paramètre Outer radius [Rayon extérieur]) sont projetées. Chaque cellule projetée requiert environ 50 octets d’espace temporaire pour la méthode d’analyse All Sightlines (Toutes les lignes de visée) et environ 150 octets d’espace temporaire pour la méthode d’analyse Perimeter Sightlines (Lignes de visée du périmètre). Vérifiez les messages des outils pour connaître la quantité exacte d’espace temporaire requis et le chemin sur lequel il sera écrit. Le répertoire temporaire peut être redirigé vers un lecteur et un chemin différents à l’aide de la variable d’environnement TMP Microsoft Windows, si l’espace disponible n’est pas suffisant dans le répertoire temporaire par défaut.