10. 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 |
10.1. 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.
10.2. 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 de buffer es cualquier área que tenga el propósito de mantener las características del mundo real distantes unas de otras. Las zonas de amortiguamiento se establecen a menudo para proteger el medio ambiente, proteger las zonas residenciales y comerciales de accidentes industriales o desastres naturales, o para prevenir la violencia. Los tipos comunes de zonas de amortiguamiento pueden ser cinturones verdes entre áreas residenciales y comerciales, zonas fronterizas entre países (ver: numref: figure_buffer_zone), zonas de protección contra el ruido alrededor de los aeropuertos o zonas de protección contra la contaminación a lo largo de los ríos.
Figura 10.6 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 de buffer siempre se representan como polígonos vectoriales que encierran otras entidades poligonales, lineales o puntuales (ver Figura 10.7, Figura 10.8, Figura 10.9).
Figura 10.7 Una zona buffer alrededor de puntos vectoriales.
Figura 10.8 Una zona buffer alrededor de polilíneas vectoriales.
Figura 10.9 Una zona de amortiguamiento alrededor de los polígonos vectoriales.
10.3. Alternativas en buffer
Hay varias variaciones en el almacenamiento en búfer. La distancia de la zona de influencia o el tamaño de la zona de influencia puede variar según los valores numéricos proporcionados en la tabla de atributos de la capa vectorial para cada entidad. Los valores numéricos deben definirse en unidades de mapa de acuerdo con el Sistema de referencia de coordenadas (SRC) utilizado con los datos. Por ejemplo, el ancho de una zona de amortiguamiento a lo largo de las orillas de un río puede variar según la intensidad del uso de la tierra adyacente. Para el cultivo intensivo, la distancia de amortiguación puede ser mayor que para la agricultura orgánica. (ver Figura Figura 10.10 y la Tabla table_buffer_attributes).
Figura 10.10 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.
10.3.1. Zonas buffer múltiples
Una entidad también puede tener más de una zona de influencia. Una planta de energía nuclear puede tener una zona de influencia con distancias de 10, 15, 25 y 30 km, formando así múltiples anillos alrededor de la planta como parte de un plan de evacuación (ver Figura 10.11).
Figura 10.11 Haciendo un buffer de una entidad tipo punto con distancias de 10, 15, 25 and 30 km.
10.3.2. Buffer con bordes intactos o disueltos
Las zonas de influencia a menudo tienen límites disueltos para que no haya áreas superpuestas entre las zonas de influencia. En algunos casos, sin embargo, también puede ser útil que los límites de las zonas de influencia permanezcan intactos, de modo que cada zona de influencia sea un polígono separado y pueda identificar las áreas superpuestas (consulte la Figura Figura 10.12).
Figura 10.12 Zonas buffer con bordes disueltos (izquierda) y con bordes intactos (derecha) mostrando las áreas de solape.
10.3.3. 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.
10.4. 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.
10.5. 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.
La superposición espacial es un proceso que le permite identificar las relaciones entre dos entidades poligonales que comparten toda o parte de la misma área. La capa del vector de salida es una combinación de la información de las entidades de entrada (consulte Figura 10.13).
Figura 10.13 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.
10.6. ¿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.
10.7. ¡Ahora prueba tú!
Aquí hay algunas ideas para que pruebes con tus alumnos:
Debido al aumento dramático del tráfico, los urbanistas quieren ampliar la carretera principal y agregar un segundo carril. Cree una zona de influencia alrededor de la carretera para encontrar propiedades que se encuentren dentro de la zona de amortiguación (consulte Figura 10.14).
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.
Figura 10.14 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.
10.8. 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!
10.9. 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
El Manual del Usuario de QGIS tiene información más detallada para el análisis de datos vectoriales en QGIS.
10.10. ¿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.