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Análisis Espacial Vectorial (Buffers)

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Objetivos:

Entender el uso de buffers en un análisis espacial vectorial.

Palabras Clave

Vector, buffer, análisis espacial, distancia de buffer, disolver frontera, buffer interior y exterior, buffer múltiple

Vista general

Análisis espacial utiliza información espacial para obtener información nueva y significativa de datos SIG. Habitualmente se realiza el análisis espacial mediante una aplicación SIG. Las aplicaciones SIG normalmente poseen herramientas de análisis espacial para obtener estadísticas (p.e. ¿cuántos vértices forman esta polilínea?) o para realizar geoprocesos como un buffer en torno a una entidad. Los tipos de análisis espacial que se utilizan varían conforme a las materias de estudio. Quienes trabajan en gestión e investigación del agua (hidrología) estarán interesados mayormente en analizar el terreno y modelar el flujo de agua a su través. En gestión de fauna, los usuarios están interesados en funciones analíticas relacionadas con puntos de localización de fauna y su relación con el medio ambiente. En este apartado explicaremos el uso de buffers como un ejemplo útil de análisis espacial que puede desarrollarse a partir de datos vectoriales.

Buffers en detalle

Buffer normalmente genera dos áreas: un área que está dentro de una distancia especificada a entidades del mundo real seleccionadas y otra área que está fuera. El área que está dentro de la distancia especificada es la zona buffer.

Una zona buffer es cualquier área que sirve al propósito de mantener las entidades del mundo real distantes entre ellas. Las zonas buffer se utilizan a menudo para proteger el medio ambiente, proteger zonas residenciales o comerciales de accidentes industriales o desastres naturales, o para prevenir la violencia. Algunos tipos habituales de zonas buffer pueden ser los cinturones verdes entre zonas residenciales y comerciales, zonas fronterizas entre paises (ver figura zona buffer), zonas de protección acústica alrededor de aeropuertos, o zonas de protección de la contaminación a lo largo de los ríos.

Figure Buffer Zone 1:

../../_images/buffer_zone.png

La frontera entre los Estados Unidos de América y México está separada por una zona buffer. (Fotografía tomada por SGT Jim Greenhill 2006).

En una aplicación SIG, las zonas buffer siempre están representadas como polígonos vectoriales rodeando a otro polígono, línea o punto (ver figura_buffer_punto, figura_buffer_línea).

Figure Point Buffer 1:

../../_images/point_buffer.png

Una zona buffer alrededor de puntos vectoriales.

Figure Line Buffer 1:

../../_images/line_buffer.png

Una zona buffer alrededor de polilíneas vectoriales.

Figure Polygon Buffer 1:

../../_images/polygon_buffer.png

Una zona buffer alrededor de polilíneas vectoriales.

Alternativas en buffer

Hay varias alternativas a la hora de generar un buffer. La distancia de buffer o tamaño de buffer puede variar conforme a valores numéricos incluidos en la tabla de atributos de la capa vectorial para cada entidad. Los valores numéricos tienen que ser definidos en unidades del mapa conforme al Sistema de Referencia de Coordenadas (SRC) utilizado con los datos. Por ejemplo, el ancho de una zona buffer a lo largo de la ribera de un río puede variar dependiendo de la intensidad de uso de los terrenos adyacentes. Para cultivo intensivo la distancia del buffer será mayor que para agricultura ecológica (ver Figura figura_buffer _variable y Tabla tabla_atributos_buffer).

Figure Variable Buffer 1:

../../_images/variable_buffer.png

Buffers en ríos con diferentes distancias de buffer

Río

Uso del terreno adyacente

Distancia de buffer (metros)

Río Breede

Cultivo intensivo de verduras

100
Komati

Cultivo intensivo de algodón

150

Naranja

Agricultura ecológica

50

Río Telle

Agricultura ecológica

50

Tabla de Atributos del Buffer 1: Tabla de atributos con distintas distancias de buffer a ríos, basada en información relativa al uso del terreno adyacente

Buffers alrededor de entidades tipo polilínea, como ríos o carreteras, no necesariamente tienen que estar en los dos lados de las líneas. Pueden estar bien al lado izquierdo o al derecho de la entidad. En estos casos, el lado izquierdo o derecho se elige dependiendo de la dirección desde el punto de inicio hasta el punto final de la linea definida durante su digitalización.

Zonas buffer múltiples

Una entidad puede también tener más de una zona buffer. Se pueden realizar buffers en torno a una central nuclear a distancias de 10, 15, 25 y 30 km, formando de este modo anillos alrededor de la central como parte un plan de evacuación (ver figura_multiple_buffers).

Figure Multiple Buffers 1:

../../_images/multiple_buffers.png

Haciendo un buffer de una entidad tipo punto con distancias de 10, 15, 25 and 30 km.

Buffer con bordes intactos o disueltos

Las zonas buffer a menudo tienen los bordes disueltos de modo que no hay áreas de superposición entre las zonas buffer. No obstante, en algunos casos, puede ser útil mantener los bordes de las zonas buffer, de modo que cada una de las zonas buffer es un polígono independiente y es posible identificar las zonas de solape (ver Figura_buffer_disolver).

Figure Dissolve Buffers 1:

../../_images/buffer_dissolve.png

Zonas buffer con bordes disueltos (izquierda) y con bordes intactos (derecha) mostrando las áreas de solape.

Buffer exterior e interior

Las zonas buffer en torno a entidades poligonales se extienden normalmente hacia el exterior del borde del polígono aunque también es posible crear zonas buffer hacia el interior del borde del polígono. Digamos, por ejemplo, que el Departamento de Turismo quiere planificar una nueva carretera alrededor de la Isla de Robben y las leyes medioambientales exigen que la carretera esté al menos 200 metros tierra adentro de la línea de costa. Ellos podrían utilizar un buffer interior para encontrar la línea a 200 m tierra adentro y planificar su carretera para no atravesar dicha línea.

Problemas comunes / cosas a tener en cuenta

La mayoría de Aplicaciones SIG ofrecen al creación de buffers como una herramienta de análisis, pero las opciones para la creación de buffers pueden variar. Por ejemplo, no todas las Aplicaciones GIS permiten hacer un buffer sólo a la izquierda o la derecha de una entidad lineas, o disolver los bordes de zonas buffer o realizar un buffer hacia el interior de una entidad poligonal.

La distancia de buffer siempre debe definirse como un número entero (integer) o un número decimal (floating point value). Este valor se define en unidades del mapa (metros, pies, grados decimales) conforme con el Sistema de Referencia de Coordenadas (SRC) de la capa vectorial.

Más herramientas de análisis espacial

El buffer es una herramienta de análisis espacial muy importante y que se utiliza frecuentemente pero hay muchas otras que se pueden utilizar en un SIG y se pueden explorar por parte del usuario.

Superposición espacial es un proceso que permite identificar las relaciones entre dos entidades poligonales que comparten todo o parte de la misma superfice. El vector de salida es una combinación de la información de las entidades de entrada (ver figura_operaciones_superposición).

Figure Overlay Operations 1:

../../_images/overlay_operations.png

La superposición espacial con dos capas de entrada vectoriales (a_input=rectángulo, b_input=círculo). La capa vectorial resultante se muestra en verde.

Ejemplos típicos de superposición espacial son:

  • Intersección: La capa de salida contiene todas las áreas donde ambas capas se solapan (intersectan).

  • Unión: la capa de salida contiene todas las áreas de las dos capas de entrada combinadas.

  • Diferencia simétrica: La capa de salida contiene todas las áreas de las capas de entrada excepto aquellas áreas en que ambas capas se solapan (intersección).

  • Diferencia: La capa de salida contiene todas las áreas de la primera capa de entrada que no se solapan (intersectan) con la segunda capa de entrada.

¿Qué hemos aprendido?

Resumamos lo que hemos tratado en este documento:

  • Zonas buffer describen áreas alrededor de entidades del mundo real.

  • Las zonas buffer son siempre polígonos vectoriales.

  • Una entidad puede tener zonas buffer múltiples.

  • El tamaño de una zona buffer se define por una distancia buffer.

  • La distancia buffer tiene que ser un entero o valor de coma flotante.

  • Una distancia buffer puede ser diferente para cada entidad de una capa vectorial.

  • Las zonas buffer en torno a polígonos pueden ser hacia dentro o hacia fuera del borde del polígono.

  • Las zonas buffer se pueden crear con bordes intactos o disueltos.

  • Aparte de realizar buffers, un SIG habitualmente ofrece una gama de herramientas de análisis vectorial para resolver tareas espaciales.

¡Ahora prueba tú!

Aquí hay algunas ideas para que pruebes con tus alumnos:

  • A causa de un incremento dramático del tráfico, los encargados del planeamiento viario quieren ensanchar la carretera principal y añadir un segundo carril. Crea un buffer alrededor de la carretera para encontrar las propiedades que caen dentro de la zona buffer (ver figura_buffer_carretera).

  • Para controlar a los grupos de manifestantes, la policía quiere establecer una zona neutral para mantener a los manifestantes a al menos 100 metros de un edificio. Crea un buffer alrededor del edificio y coloréalo de modo que los organizadores del evento puedan ver donde está el área del buffer.

  • Se pretende ampliar una fábrica de camiones. El criterio de ubicación estipula que el emplazamiento potencial de estar a menos de 1 km de una carretera apta para transportes pesados. Crea un buffer a lo largo de una carretera principal de modo que puedas ver dónde están los emplazamientos potenciales.

  • Imagina que la ciudad quiere introducir una ley estipulando que no puede haber tiendas de bebidas alcohólicas a menos de 1000 metros de un colegio o una iglesia. Crea un buffer de 1 km alrededor de tu colegio y ve a ver si hay alguna tienda de bebidas alcohólicas demasiado cerca de tu colegio.

Figure Buffer Road 1:

../../_images/buffer_road.png

Zona buffer (verde) alrededor de un mapa de carreteras (marrón). Puede verse qué casas quedan dentro de la zona buffer de modo que ahora se puede contactar con el propietario y comentarle la situación.

Para reflexionar

Si no tienes un ordenador disponible, puedes usar una hoja de topografía y un compás para crear zonas buffer alrededor de edificios. ¡Haz pequeñas marcas de lápiz a distancias iguales alrededor de la entidad utilizando el compás, entonces conecta las marcas utilizando una regla!

Para profundizar

Libros

  • Galati, Stephen R. (2006). Geographic Information Systems Demystified. Artech House Inc. ISBN: 158053533X
  • Chang, Kang-Tsung (2006). Introduction to Geographic Information Systems. 3rd Edition. McGraw Hill. ISBN: 0070658986
  • DeMers, Michael N. (2005). Fundamentals of Geographic Information Systems. 3rd Edition. Wiley. ISBN: 9814126195

Páginas web:

El Manual del Usuario de QGIS tiene información más detallada para el análisis de datos vectoriales en QGIS.

¿Qué sigue a continuación?

En la próxima sección, veremos más de cerca la interpolación como un ejemplo de análisis espacial que se puede realizar con datos raster.