可視領域解析

可視領域解析は、特定の場所から（ベース地形表面上で）見える領域である可視領域を描く計算アルゴリズムです。これは、ほとんどの地理情報システム（GIS）ソフトウェアに搭載されている地形解析ツールセットの共通部分です。解析では、デジタル標高モデル（DEM）の各セルの標高値を使用して、特定のセルへの可視性または特定のセルからの可視性を判断します。この特定のセルの位置は、解析のニーズに応じて異なります。たとえば、可視領域解析は、通信塔の位置を特定したり、道路からの眺めを特定したりするためによく使用されます。可視領域は、塔などの個々のポイント、または道路を表す線などの複数のポイントを使用して計算できます。線分を解析する場合、線に沿った各頂点を計算して、その可視領域を判断します。このプロセスを逆にすることもできます。たとえば、埋立地の位置を特定する場合、解析によって埋立地が見える場所を特定し、視界から隠すことができます。

可視領域解析は、ArcGIS Pro、GRASS GIS (r.los、r.viewshed)、QGIS (viewshed plugin)、^[1] LuciadLightspeed、LuciadMobile、SAGA GIS (Visibility)、TNT Mips、ArcMap、Maptitude、ERDAS IMAGINEなど、多くのGISプログラムのいずれかを使用して実行できます。可視領域は、1 つのセル (視点セル) から次のセル (ターゲット セル) までの標高の差を推定するアルゴリズムを使用して、 DEMから作成されます。ターゲット セルの可視性を判断するには、視点セルとターゲット セルの間にある各セルの視線を調べます。視点セルとターゲット セルの間にある値の大きいセルでは、視線がブロックされます。視線がブロックされている場合、ターゲット セルは可視領域の一部ではないと判断されます。ブロックされていない場合は、可視領域に含まれます。^[2]

このアルゴリズムは、特定の変数セットにも基づいています。可視領域解析を実行する場合、いくつかの変数を使用して計算を制限または調整できます。たとえば、解析で無線塔の位置を特定する場合、その位置の標高 (セル値) に塔の高さを追加できます。高さが指定されていない場合、可視領域解析では塔が配置されている DEM のセル値が使用されます。

タワーの高さを追加する別の方法は、オフセット変数を使用することです。オフセット値は、送信タワーと受信タワーの両方に追加できます。次に、オフセット値をセルの標高値に追加して、各タワーの実際の標高を取得します。

可視領域解析では、視野角を制限することもできます。無線塔の視野角、つまり方位角は、2 つの値を追加することで計算に組み込むことができます。最初の値は、可能な最小の方位角で、2 番目の値は、可能な最大の方位角です。プログラムは、これらの指定された方位角の範囲内でのみ可視領域を解析します。垂直角を追加することもできます。垂直角の値は、90° (真上を見る) から -90° (真下を見る) までです。この変数は、無線塔が非常に狭い垂直ビームを放射する場合に追加する必要があります。可視領域解析で使用される最後の変数は、半径値です。無線塔の場合、無線信号の範囲が限られている場合 (たとえば 10 マイル)、半径変数を設定して、可視領域解析を 10 マイルの半径に制限することができます。

タワーの配置以外にも、可視領域分析は他の用途にも使用できます。たとえば、可視領域分析を使用すると、大きな建物の増築の影響を予測できます。可視領域分析では、建物が見えるすべてのエリアと、特定の場所から見えなくなるすべての景色が表示されます。可視領域分析は、山岳地帯の火災観測ステーションの位置を特定するのにも使用されます(Lee および Stucky、1998)。これにより、森林全体の火災を監視できるようにステーションを配置できます。

線分に可視領域解析を使用する例として、ワイオミング州土地管理局が、ワイオミング州全域にわたる国立歴史トレイルからの可視性を判断するために可視領域解析を使用しました。ロック スプリングス フィールド オフィス エリア内には、選択できる 5 つの異なる可視領域があります。この例は、可視領域 1 です。可視領域は、トレイルから見える陸地領域を、トレイルから見える回数に基づいて、見えないレベルから見えるレベルまでの 4 つの異なるレベルで示します。これは、開拓者が西部の辺境のトレイルに沿って旅をしていたときに見えたものを示しています (ロック スプリングス フィールド オフィス)。

別の例として、米国地質調査所(USGS) は、 NASAの火星探査ローバー(MER) プロジェクトを支援するために可視領域分析を使用しました。NASA は、火星探査ローバーの適切な着陸地点を見つける必要があったとき、USGS に頼んで最適な場所をマップしました。分析の一部には、候補地の選択の可視領域が含まれていました。この場合、可視領域は、各着陸地点から火星探査ローバーが見える可能性のある領域と見えない可能性のある領域を示します (MER 着陸地点可視領域分析)。

• Lee, J., & Stucky, D. (1998). デジタル標高モデルにおける最小コスト経路の決定に可視領域解析を適用することについて。国際地理情報科学ジャーナル、12(8)、891-905。
• MER 着陸地点の可視領域分析 (2007)。火星探査ローバー プロジェクト。2009 年 3 月 16 日閲覧。
• 可視領域解析の実行 (2007 年 3 月 15 日)。ArcGIS 9.2 Desktop ヘルプ。2009 年 3 月 3 日に www.esri.com から取得。
• ロック スプリングス フィールド オフィス (2001)。国立歴史トレイル展望地。土地管理局所蔵。2009 年 3 月 16 日閲覧。
• Wu, H., Pan, M., Yao, L., & Luo, B. (2007). 大規模 DEM 上でビューシェッドを生成するためのパーティションベースのシリアルアルゴリズム。国際地理情報科学ジャーナル、21(9)、955-964。

• 国定歴史トレイル展望地 -土地管理局より
• EarthScope Viewshed アプリケーション - NASAがサポートする地理空間技術応用研究所の Web アプリケーション