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#1 Sun 28 January 2018 19:26

Quentin_gis
Juste Inscrit !
Date d'inscription: 26 May 2014
Messages: 7

QGIS/Grass: Simulation de pollution lumineuse

Bonjour à toutes et à tous,

Il y a longtemps que je n'avais plus mis les pieds sur le fofo, mais là je coince, donc je voudrais vous soumettre mon problème.

Objectif

Étant astronome amateur, je souhaite réaliser des cartes Haute Résolution de la luminosité du fond de ciel, autrement dit de pollution lumineuse (PL).
Pour cela l'idée est de partir d'une couche vecteur d'occupation des sols, qui permette de ressortir les sols artificialisés, qui correspondent à l'urbain, et donc aux sources lumineuses.

A noter qu'il existe déjà des cartes de PL, mais celles-ci sont basées sur Corine Land Cover, et donc sont limitées en résolution spatiale. En effet, Corine Land Cover présente le défaut de ne montrer que les plus grosses villes. et fait donc totalement l'impasse sur les petits villages qui sont néanmoins autant de sources potentielles de PL.

Méthode

Partant de ce constat, j'ai cherché une base gratuite d'occupation des sols et suis tombé sur la super base vecteur "OCS" tirée du réseau Sentinelle (projet européen Copernicus). Cela me permet d'extraire les surfaces urbanisées avec une très bonne résolution et d'en faire un fichier vecteur. Je dispose donc d'une couche vecteur représentant les sources de lumière. A partir de là, reste à mettre au point une méthode pour générer un raster de luminosité du ciel sur la zone d'étude et donc un modèle de diffusion à partir de ces sources.

Après avoir cherché un peu, j'ai vu que mathématiquement, la diffusion est assez simple à modéliser, cela peut se résumer par l'équation suivante :

Équation (1) : L(x,y) =k * P * 1 / (D)^2.5

Avec L (x,y), la Luminosité du fond de ciel à la verticale du point de coordonnées (x,y)
k, une constante
P, la population de la ville
D, la distance entre le point d'observation (x,y) et la source de lumière (ici la ville de population P)

En fait, dans l'équation (1) K*L représentent la quantité de lumière émise par la ville, puisqu'il a été montré qu'il existe une bonne corrélation entre population d'une ville et nombre d'habitants (à niveau de développement égal).

Au lieu d'appliquer cette règle à une ville, on peut aussi bien l'appliquer à une source de lumière unique et ponctuelle : un lampadaire.

On doit alors avoir quelque chose du genre :

L(x,y) =I * 1 / (D)^2.5

Avec I, la quantité de lumière émise par un seul lampadaire.

Mon idée est donc de générer une couche de lampadaires. En connaissant la distance moyenne entre deux lampadaires dans la rue, on peut calculer une densité moyenne en zone urbaine (1 polygone pour x m²). En calculant la surface de chaque polygone de sol urbanisé, on peut donc en déduire un nombre moyen de lampadaires. Reste ensuite à générer une couche de points se basant sur le nombre indiqué dans chaque polygône... et on obtient une couche de point, de lampadaires.

Jusque là, pas de soucis, c'est pour la suite que je coince : je voudrais générer un raster de diffusion lumineuse basé sur l'équation (2), à partir de la couche de lampadaires... et là je ne sais pas comment faire car je ne suis pas spécialiste du raster.

Comment faire pour calculer ce raster à partir de QGIS / GRASS ? Avez-vous une idée ?

Merci par avance.

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#2 Thu 01 February 2018 13:49

sylvain poupard
Participant assidu
Date d'inscription: 19 Mar 2009
Messages: 362

Re: QGIS/Grass: Simulation de pollution lumineuse

Bonjour,

Je ne sais pas si j'ai bien compris mais avez-vous essayé l'extension d'interpolation?
Elle apparaît dans le menu raster une fois chargée dans les extensions.

Bon courage

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#3 Thu 01 February 2018 15:11

MathieuR
Membre
Lieu: aix-en-provence
Date d'inscription: 16 Feb 2009
Messages: 1690
Site web

Re: QGIS/Grass: Simulation de pollution lumineuse

Bonjour,

Ce que je verrais, ce serait de générer un raster de distance aux lampadaires puis de faire un calcul raster
sous QGIS : Raster > Analyse > Proximité puis Raster > calculatrice raster
ou sous GRASS : r.distance puis r.mapcalc


geodata au cerema et petits billets en géomatique

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#4 Sat 03 February 2018 19:57

Quentin_gis
Juste Inscrit !
Date d'inscription: 26 May 2014
Messages: 7

Re: QGIS/Grass: Simulation de pollution lumineuse

Bonsoir,

Merci d'avoir pris le temps de me lire et de me répondre (j'avoue que mon post est un peu long...) !

Sylvain, en fait le problème est qu'il ne s'agirait pas ici d'une interpolation puisque je n'ai pas de points de mesure, donc ca ne peut pas fonctionner.
Il s'agit bien ici de simuler l'impact d'un éclairage public et de prédire une quantité de lumière zénithale en chaque point du territoire.


Mathieu : merci je vais tester voir ce que cela donne !


Cordialement,
Quentin

Dernière modification par Quentin_gis (Sat 03 February 2018 20:21)

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#5 Sun 04 February 2018 11:29

Quentin_gis
Juste Inscrit !
Date d'inscription: 26 May 2014
Messages: 7

Re: QGIS/Grass: Simulation de pollution lumineuse

Hello les SIGistes smile

Donc en fait la solution r.distance ne fonctionnera pas (pas toute seule en tous cas).

J'explique en image, vous comprendrez mieux :

https://image.noelshack.com/fichiers/20 … daires.jpg

Ci dessus, un exemple simple à deux lampadaires, notés respectivement source 1 et source 2.
Les deux lampadaires sont considérés comme identiques, c'est à dire qu'ils ont la même puissance : chaque lampadaire émet
une quantité de lumière que nous noterons Q.

Mon objectif est donc de générer un raster qui prédit la quantité de lumière reçue en chaque point / pixel.

Ceci est très faire à faire à partir d'un problème à un seul lampadaire qui émet une quantité de lumière Q :

L =Q * 1 / (D)^2.5


L : quantité de lumière au niveau d'un pixel
Q : quantité de lumière émise par le lampadaire
D : distance au lampadaire.

On voit donc que dans le cas d'un système à un seul lampadaire, il suffit de connaitre sa distance et sa puissance (Q) pour prédire la quantité de lumière L
reçue au niveau de chaque pixel.


Prenons maintenant le problème d'un système un tout petit peu plus compliqué à deux lampadaires (cf. mon image ci-dessus) de puissance identique
Q.


On voit bien que le seul critère distance ne suffit plus. Il existe en effet entre les deux lampadaires une zone à l'intérieure de laquelle les intensités
lumineuses vont venir s'additionner. C'est ce que j'ai représenté dans la zone commune aux deux cercles. Et il va exister deux points particulier (les deux points intersections des cercles) où l'intensité lumineuse sera multipliée  exactement par deux par rapport au problème à un seul lampadaire.

C'est cette addition de lumières qui me pose problème et que je n'arrive pas à résoudre sous SIG... et qui ne fonctionne pas avec un simple raster de distance.

Les pistes auxquelles je pense ne sont pas parfaites...
1 - Générer un raster par lampadaire et additionner tous les raster (j'ai plus de 100 000 points rien que sur mon département !)
2 - Utiliser des cartes de chaleur à différents rayons de recherche et les additionner avec une pondération inversement proportionnelle au rayon de recherche ?

Ces solutions ne me semble pas "élégantes" et je pense qu'il doit y avoir des méthodes plus adaptées, mais je ne sais pas comment faire.


Cordialement,
Quentin

Dernière modification par Quentin_gis (Sun 04 February 2018 11:34)


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#6 Fri 09 February 2018 11:26

MathieuR
Membre
Lieu: aix-en-provence
Date d'inscription: 16 Feb 2009
Messages: 1690
Site web

Re: QGIS/Grass: Simulation de pollution lumineuse

Bonjour,

Je ne suis pas spécialiste de la thématique, mais finalement, votre fonction serait plutôt celle-ci :
L(i) =Q * 1 / (D(i))^2.5
avec i la quantité de lumière par rapport à un lampadaire.
Si la quantité de lumière au niveau d'un pixel est la somme des quantités de lumière pour le pixel reçue via chaque lampadaire, alors
L = somme(L(i))
En admettant que la quantité de lumière une règle assez simple d'addition.

Autrement dit, il faudrait additionner les rasters par lampadaire, ou bien réaliser le calcul pixel par pixel pour tous les lampadaires.

Pour la première solution d'addition de raster, avec GRASS, via QGIS notamment, il y a moyen de scripter ça au moyen d'un batch pour faire toute la chaîne de traitements.


geodata au cerema et petits billets en géomatique

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#7 Sat 17 February 2018 15:13

Quentin_gis
Juste Inscrit !
Date d'inscription: 26 May 2014
Messages: 7

Re: QGIS/Grass: Simulation de pollution lumineuse

Bonjour Mathieu,

Oui c'est tout à fait ca.
Le problème c'est d'automatiser tout ca et là je ne sais pas faire sad

Cordialement,
Quentin

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#8 Sat 17 February 2018 15:25

Quentin_gis
Juste Inscrit !
Date d'inscription: 26 May 2014
Messages: 7

Re: QGIS/Grass: Simulation de pollution lumineuse

Une autre idée pourrait-être d'utiliser une matrice de distance.
En calculant la distance à chaque ville et en attribuant une pondération à chaque ville en fonction du nombre d'habitants.
Ensuite on pourrait finir le travail avec une interpolation.

Je vais creuser cette piste.

Cordialement,
Quentin

Dernière modification par Quentin_gis (Sat 17 February 2018 15:27)

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#9 Wed 28 February 2018 10:59

MathieuR
Membre
Lieu: aix-en-provence
Date d'inscription: 16 Feb 2009
Messages: 1690
Site web

Re: QGIS/Grass: Simulation de pollution lumineuse

ça peut être une idée !
Pour la matrice de distance de points, il y a l'outil vecteur "Outils d'analyse > matrice des distances".
Selon la résolution de votre raster, peut-être essayer r.to.vect pour avoir un point pour chaque pixel.


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#10 Tue 16 April 2019 19:02

POKE26
Participant occasionnel
Date d'inscription: 12 Mar 2018
Messages: 11

Re: QGIS/Grass: Simulation de pollution lumineuse

Salut Quentin,

je déterre un peu ce sujet car je suis à la recherche de carte de pollution lumineuse et si tu as pu arriver jusqu'au bout, je suis intéressé de voir ce que ça donne !

On discute de l'Avex avec de belles cartes indicatives :
https://avex-asso.org/dossiers/pl/europ … index.html

Au cas ou, il y a aussi ces images sur le site de la NASA, pas ultra précis mais ça a le mérite d'exister et si je trouve plus précis, je te ferais signe !
https://www.ngdc.noaa.gov/eog/viirs/index.html
A vérifier, je n'ai pas fouillé tout le chapitre, il y a peut-être d'autres données d'autres satellites !

Je te tiens au courant si je trouve qq chose !

POKE

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