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Introduction

Pouvoir travailler sur les données SIG 3D est possible depuis quelques années dans la suite ArcGIS for Desktop. Nous vous avions présentées les capacités 3D indoor de cette suite et plus particulièrement de ArcGIS Pro.

ArcGIS Pro, logiciel SIG voûte de l’architecture ArcGIS actuelle proposée par ESRI côté utilisateur, offre des avancées techniques dans l’analyse 3D outdoor depuis sa version 2.0. Les présentations vidéo disponibles laissent augurer des fonctions intéressantes (Voir les liens sont en fin d’article).  Nous développerons dans une série d’articles les fonctions disponibles depuis quelques temps maintenant et à la portée de tous.

Certains de nos clients travaillent sur les capacités exploratoires 3D afin de permettre une prise de connaissance, et  une optimisation de leurs missions de surveillance et de protection lors d’événements publics sur des situations statiques ou dynamiques.

Nous prenons comme « théâtre » d’application le quartier du Flon à Lausanne. Ce lieu présente des caractéristiques intéressantes en termes de dénivelé entre les parties les plus basses et les plus hautes de 40 mètres.

Figure 1 – Le quartier du Flon à Lausanne (Modèle numérique de terrain, bâtiment 3D, relevé LIDAR)

Les outils utilisés dans l’objectif de produire une analyse sur des positionnements et déplacements de personnes dans la scène en 3D sont présentés ci-après. Le logiciel ArcGIS Pro est en version 2.3.0.

Nous vous présenterons le travail sous forme de 4 articles :

  • Article 1 : présentation globale et l’utilisation de l’outil « lignes de visée »
  • Article 2 : l’outil « Champ de vision » et la création d’observateurs avec un fichier de données SIG
  • Article 3 : la mise en application sur un événement festif
  • Article 4 : conception d’une animation de l’exploration 3D et conclusion générale. Et en guise de mise en bouche, nous vous déposons une courte vidéo sur l’exploration 3D :

 

Les outils disponibles et les objectifs atendus

Prise de connaissance des outils

ArcGIS Pro dispose d’outils accessibles directement depuis l’interface utilisateur de l’application. Ils sont situés dans la barre de menu « Analyse » (Analysis). La lecture du bandeau vous conduit à ce sous-menu disponible uniquement si les données chargées dans le projet sont de composantes 3D.

Figure 2 – L’accès plus particulier au menu « Analyse interactive » (Interactive analysis dans la capture d’écran.)

 

Le menu regroupe 4 outils qui sont :

  • Les lignes de visées (Line of sight) permettent de montrer la visibilité entre 2 points.
  • La vue traversante des immeubles 3D (Slice) permet de « découper » des objets 3D (ici des immeubles) pour voir ce qui est caché derrière.
  • Le dôme de vision (View Dome) permet de montrer la vision à 360°d’un point défini.
  • Le champ de vision (Viewshed) permet de donner le champ de vision d’un point défini.

Figure 3 – Les outils de l’analyse interactive

 

Objectifs

L’objectif est de placer des observateurs et autres vigies en des points d’observations hautes lors d’une manifestation dans le quartier du Flon à Lausanne.

Nous allons utiliser 3 hypothèses de placement :

  • Un observateur fixe / équipements fixes
  • Plusieurs observateurs fixes
  • Plusieurs observateurs mobiles

Nous vérifierons nos hypothèses au travers de 3 outils :

  • Les lignes de visées
  • Le champ de vision
  • Le champ de vision d’un fichier de point

L’outil de vue traversante a été omis. Cette fonction répond plutôt à des problématiques d’urbanisme pour voir ce qu’il y a derrière un projet de bâtiment.

La mise en pratique – L’outil ligne de visée (line of sight)

 

L’outil permet de paramétrer (Figure 4):

  • La position de l’observateur (Observer) :
  • La hauteur de vue l’observateur (Vertical Offset) : elle est fixée par défaut à 2m.
  • La distance minimale de la ligne de visée (Minimum Distance). Il s’agit de la distance minimale pour la prise en compte de la visée
  • L’étendue maximale de la ligne de visée (Maximum Distance)
  • La position de la cible (Target) :
  • La hauteur minimale de la cible (Vertical Offset)

 

Figure 4 – Paramètres observateur et cible

 

4 méthodes de création sont proposées pour la ligne de visée :

 

Figure 5 – Vue globale des méthodes de création

 

  • Par un placement interactif (Interactive Placement)

 

Figure 6 – Placement interactif

 

  • Depuis une caméra (Observer From Camera) : Cette option place la caméra sur un plan d’observation en hauteur.

 

Figure 7 – Vue d’une caméra

 

  • En fonction d’un tracé, d’un parcours des cibles (Target Along a Line). La création des points d’observateur s’effectue le long d’une couche de lignes en 3D.

 

Figure 8 – Cibles le long d’une ligne

 

  • Depuis une couche géographique (From Layer)

 

Figure 9 – Cibles à partir d’une ligne

 

La création des points d’observateur s’effectue le long d’une couche de lignes en 3D.

 

Création du positionnement de l’observateur et des « cibles » par placement interactif.

Pour ce test, nous allons placer un observateur qui ciblera 4 points précis depuis le toit du bâtiment de forme cylindrique (Figure 10), situé en partie Nord de la carte (Figure 4). Il offre une situation de visibilité et une hauteur remarquable pour réaliser ce travail.

 

Figure 10 – Bâtiment choisi et mise en place de l’observateur

 

Nous vous laissons un plan large de la scène après cette mise en place (Figure 11).

Figure 11 – Plan large de la scène

 

Ensuite, nous définissons par clic les cibles que notre observateur va regarder. Nous avons rencontré une contrainte dans le nombre d’objets observés qui est de 4 : Cette situation se rencontrera aussi dans l’usage des outils connexes du module exploratoire 3D (Figures 12 et 13).


Figure 12 – Plan resserré sur les cibles

 

Figure 13 – Définition des cibles – Plan large

 

Une fois les cibles marquées, nous pouvons apprécier les options prises. Les cibles sont symbolisées par les sphères blanches. Les croix apparaissant sur ces objets correspondent au point de vision théorique de l’observateur. L’axe de vision est représenté par un trait. Sur ce dernier, la vision effective de l’observateur est symbolisée par un trait de couleur vert, l’absence de vision par un trait rouge.

 

Figure 14 – Élévation des cibles

 

Les points observés sont placés à priori au sol. Nous pouvons aussi jouer sur la hauteur de chaque élément. (Figure 7). Ainsi, ce travail sur la variation de la hauteur permet de fixer les limites d’un champ dégagé de tout obstacle par l’observateur. Chaque point manipulé se trouve caractérisé par son positionnement en X, Y et Z. L’axe du Z est coloré en orange sur l’image suivante. (Figure 15).

 

Figure 15 – Cible en élévation

 

Si nous souhaitons modifier, déplacer l’ensemble des cibles, alors l’angle de vision peut être modifié en jouant sur la rotation du champ. Les cibles sont solidaires de l’ensemble et suivront cette action. (Figure 16)

 

Figure 16 – Modification de l’angle de la ligne de visée

 

Création par la définition d’un poste d’observation en hauteur

Le principe de conception est identique au précédent exemple. Le seul paramètre proposé porte sur le nombre de  cibles – une seule ou plusieurs (Figure 17a) : La vue se veut la plus aérienne possible. On peut aisément imaginer un drone ou un hélicoptère acquérir ce type de vue. (Figure 17b).

 

Figure 17a – Utilisation de l’observateur « caméra »

 

Figure 17b – Utilisation de l’observateur « caméra »

 

Le point d’observation est symbolisé par un losange qui regarde en plongeant des cibles en contrebas :

Figure 18 – L’observateur aérien

 

D’une caméra nous pouvons sélectionner plusieurs cibles. Le lien entre l’observateur et la cible est marqué par une ligne.

Figure 19 – Choix des cibles

Les cibles sont positionnées sur une ligne

La fonction « Cible le long d’une ligne » (Target Along a Line) répond au positionnement des cibles le long d’un parcours. Un observateur unique sert de point de référence. Nous attirons votre attention sur la nécessité de charger préalablement une couche géographique de type ligne, contenant un cheminement par exemple. Nous vous présentons rapidement:

  • Le type d’observateur par clic ou caméra (Observer sur la figure 20a)
  • Une variante entre le nombre d’objets visés ou la fréquence (métrique dans les copies d’écran).
  • La couche « lignes » utilisée comme support pour le traitement. Une seule ligne est à choisir si la couche comprend plusieurs objets  « lignes » (Figure 20b).

 

Figure 20a – Paramétrage de l’outil et options

 

Figure 20b – Paramétrage de l’outil et options

 

Figure 21 – Paramétrage de l’outil et options – sélection de la ligne

 

Sur une vue générale, le résultat suivant apparaît en définissant un observateur « caméra » :

 

Figure 22 – Option caméra sélectionnée

 

Et en sélectionnant une ligne (parcours) :

 

Figure 23 – Option clic sélectionnée

 

Les observateurs et les cibles sont créés à partir d’une couche de lignes préétablies.

L’établissement des lignes dans un fichier de couche ZM ou 2D (aussi chargé dans le projet ArcGIS Pro), à part, permet de générer simplement les points d’observation et les cibles. Attention un seul élément de chaque type est créé par l’outil. Le point d’observation correspond au point de création de la ligne, le point terminal à celui de la cible.

 

Figure 24 – Choix de la ligne

 

Figure 25 – Exemple de création automatique «observateur-cible »

 

Figure 26 – Option clic sélectionnée

 

Ce que nous pouvons en retenir

Nous venons de voir l’ensemble des possibilités de l’outil ligne de visée ou « line of sight », suivant l’utilisation d’une version française ou anglaise de ArcGIS Pro. Cet outil est riche en termes de fonctionnalités autrement accessibles par les outils de géotraitement de la boîte à outils 3D Analyst.

La prise en main est aisée de prime abord. Une pratique certaine des logiciels SIG est requise pour une utilisation avancée et optimale de l’outil. Les méthodes de création ont chacune leur pertinence mais nous privilégierons la position interactive et le placement des points le long d’une ligne comme étant les fonctions les plus utiles.

La semaine prochaine nous verrons l’outil « champ de vision » ou viewshed.

Références et liens utiles

 

IT IS GIS – La 3D et la 3D indoor avec ArcGIS Pro – Essai (4 parties) :

https://itisgis.ch/la-3d-et-la-3d-indoor-avec-arcgis-pro-essais-partie-1/

https://itisgis.ch/la-3d-et-la-3d-indoor-avec-arcgis-pro-essais-partie-2/

https://itisgis.ch/la-3d-et-la-3d-indoor-avec-arcgis-pro-essais-partie-3/

https://itisgis.ch/la-3d-et-la-3d-indoor-avec-arcgis-pro-essais-partie-4/

 

ESRI

Outils d’analyse exploratoire 3D (article ESRI) : https://pro.arcgis.com/fr/pro-app/help/mapping/exploratory-analysis/exploratory-analysis-tools.htm

Ligne de visées : https://youtu.be/IiPyyNU4Yvw

Vue traversante : https://youtu.be/sEnLoNSbMis

Dôme de vision : https://youtu.be/K7oRaOXXevQ

Champ de vision : https://youtu.be/0F2_RthCc2w