Cuencas visuales
Las aplicaciones de los Sistemas de Información Geográfica son inmensas, hoy nos vamos a detener en un procedimiento análitico que nos permite conocer la cuenca visual de uno o varios observadores.
La realización de cuencas visuales tiene grandes aplicaciones en la ingeniería civil para dar respuesta a preguntas como:
– ¿Desde donde será visible un nuevo parque eólico todavía en proyecto?
– ¿Qué territorio es capaz de abarcar un vigilante forestal en una torreta de incendios?
– ¿Cuál sería el emplazamiento idóneo para construir una red de torres de vigilancia de manera que cubran el mayor área con el menor coste?
– ¿Desde que puntos de una carretera se puede ver una cantera o una mina a cielo abierto?
Una cuenca visual consiste en definir un punto que será el observador, establecer la altura del observador (puede ser la altura de una persona sobre el suelo o en lo alto de una torre de 10m de altura).
Con la ayuda de un Modelo Digital del Terreno, crearemos la cuenca visual desde ese punto, pudiendo establecer de antemano el radio de visibilidad.
En la siguiente imagen se muestra una cuenca visual correspondiente a una torre de vigilancia de incendios ubicada en Pozo Fierro (León), al oeste de la cuenca del río Luna:
- Se observa en verde la zona visible desde la torre de vigilancia
La cuenca visual se ha realizado para una altura del observador de 8m y un radio de visibilidad de 20km (Aproximadamente unas 125.664ha).
Al ser una zona con un relieve abrupto, existen grandes zonas sin visibilidad, especialmente los fondos de valles. La zona visible abarca una superficie de 35.677ha, es decir, un 28,39% del total de su rango de visibilidad.
Para ver como es la cobertura sobre la zona del río Luna, se ha estudiado la cuenca visual de la torre de vigilancia de Camposagrado, al este del río. La siguiente imagen muestra la cuenca visual de la torre de Camposagrado realizada con las mismas características que la de Pozo Fierro:
- Se observa en verde la zona visible desde la torre de vigilancia
La zona visible abarca una superficie de 20.671ha, es decir, un 16,45% del total de su rango de visibilidad.
A continuación, se analiza la unión de ambas cuencas visuales. En la siguiente imagen se muestra el detalle de la zona de solape de visibilidad de ambas torres:
- En azul se ven las zonas visibles desde una sola torre, mientras que en rojo se ven las zonas visibles desde ambas torres.
Como se puede observar, existe poco solape entre ambas torres debido a que Pozo Fierro tiene visibilidad en las caras con orientación oeste mientras que Camposagrado tiene visibilidad en su cara este, siendo ambas torres complementarias y abarcando una gran parte de la zona de análisis comprendida desde el muro del embalse de los Barrios de Luna hasta la unión de los ríos Luna y Omaña.
Por último, se ha realizado una visualización en 3D de uno de los valles de la zona de solape, al fondo se ve la torre de Camposagrado. La imagen tiene una exageración vertical para apreciar mejor las zonas de visibilidad.
En este caso, la utilización de las cuencas visuales nos ha permitido comprobar la buena localización de ambas torres de vigilancia.
Además, se puede analizar en las zonas sin visibilidad directa, como complemento al estudio, cuál tendría que ser la altura de la columna de humo para que sea visible desde las torretas.
En un hipotético caso de creación de una red de vigilancia de incendios forestales por medio de torres, el uso de esta herramienta nos permitiría elegir las ubicaciones más idóneas y preparar alternativas.
Finalmente, se podría complementar con el estudio de rutas de vigilancia de patrullas móviles terrestres para completar los espacios «ciegos» de las torres, analizando la visibilidad desde las carreteras y optimizando las rutas diarias a las carreteras estrictamente necesarias.
Esta herramienta creo que también se podría implementar en la identificación de zonas de riesgo por deslizamiento, teniendo en cuenta los problemas en zonas de grandes pendientes.
Hola Martha;
Quizás para lo que nos comentas sería más útil la combinación de mapas de pendientes utilizando Modelos Digitales de Elevación con buena resolución (mínimo 5m de lado por pixel) con modelización de cuencas hidrográficas para ver los flujos hidrológicos en la zona concreta.
Una vez localizado el punto problemático con posibilidades de deslizamientos se podría terminar de analizar ya en campo o incluso creando modelos mediante la utilización de LIDAR terrestre.
Muchas gracias por el comentario
Las cuencas visuales en un GIS supongo que se determinan con un algoritmo, que consiste en realizar radiaciones des del punto de observación, y en cada radiación ir variando al ángulo cenital,para observar cada punto que determina el mdt y comparar los ángulos cenitales obtenidos en cada radiación, de manera que a mayor distancia, si el ángulo cenital es mayor que el anterior, no es visible.
Las cuencas hidrológicas, calculadas como cuencas visuales a partir de diferentes puntos de un cauce, se generan como un Raster.
El problema que planteo es cómo generar un vector(arco)que defina el perímetro de una cuenca hidrológica a partir del raster obtenido, y después se plantea cómo estructurar esos arcos, de manera que unos correspondan a la cuenca principal, y otros sean cuencas de afluentes de segundo o tercer órden.
Me gustaría conocer un SIG que ofreciera éstas aplicaciones.
Gracias
El GIS lo que hace es evaluar que en cada radiación, el ángulo que se forma entre el punto de observación y el punto de destino sea mayor que el ángulo que se forma entre el punto de observación y el horizonte local, es decir, que el punto de destino esté por encima del horizonte local.
El horizonte local lo calculo teniendo en cuenta todo el terreno que hay entre el observador y el punto de destino.
En ArcGIS, las cuencas hidrológicas no se calculan como cuencas visuales a partir de diferentes puntos de un cauce, ya que nos daría una cuenca falsa.
Se deben delimitar primero una serie de parámetros que se obtienen a partir de un DEM (dirección del flujo, acumulación del flujo y puntos de desfogue), a partir de ahí se puede utilizar la herramienta watershed para delimitar la cuenca.
Se pueden utilizar múltiples puntos de desfogue, de manera que cada uno represente la cuenca o subcuenca que nos interesa, pudiendo ser clasificadas posteriormente una vez pasadas a polígono (o incluso mientras siguen estando en formato raster).
ArcGIS es una herramienta comercial, pero GvSIG también permite el análisis hidrológico y es totalmente gratuito.
http://www.gvsig.com
Espero haber respondido a tu pregunta.
Un saludo y gracias por la aportación
Hola; he leído este interesante artículo, y te quería hacer la siguiente consulta: ¿en base a qué criterios recomiendas establecer el radio máximo de alcance visual?
Un saludo y muchas gracias.
Por la apariencia y los patrones espaciales de zonas visibles que se aprecian en las imágenes que ponéis en este post, diría que los cálculos de cuencas visuales los habéis hecho con la herramienta viewshed de ArcGIS. ¿Es así…?
En un estudio profundo que hicimos en el Plan INFOCA (Andalucía) terminamos demostrando que esta herramienta sólo calculaba más o menos correctamente las cuencas visuales para terrenos predominantemente llanos. En tipologías de terreno abrupto ó de relieve ondulado, las cuencas visuales que ofrece el algoritmo de la herramienta viewshed no son correctas, ya que suele incurrir en una acentuada sobreestimación de las zonas visibles. Esta afirmación está apoyada por un exhaustivo trabajo de campo en el que se muestrearon las cuencas visuales calculadas con viewshed para un total de 27 puntos de vigilancia contra incendios y se compararon con la realidad visual de cada uno de esos puestos. Las diferencias eran escandalosas y se debe decir que estos 27 puestos estaban ubicados en distintas tipologías de relieve.
Para solucionar esta disfunción, nosotros desarrollamos nuestra propia herramienta de cálculo de cuencas visuales, basada en un sencillo pero potente algoritmo que utiliza la metodología tradicional de obtención de cuencas visuales mediante radiaciones, tal como apuntaba Carlos Fañanás. Los resultados resultan ser extremadamente ajustados a la realidad.
Como mejora, nuestra herramienta no se limita a discriminar lo visible de lo no visible (como hace viewshed), sino que además, para aquellas zonas que topográficamente quedan ocultas al vigilante, se ofrece el dato de Cota Complementaria de Visibilidad (CCV). Este concepto se corresponde con la altura que habría que añadirle a un punto no visible del terreno para que pasara a ser visible por el vigilante para el que se está realizando el cálculo. Como podréis ya imaginaros, ese concepto “huele a humo”… Quiero decir con esto que es intuitivamente equiparable a la altura de columna de humo necesaria para que un incendio en zona “oscura” pasara a ser detectado por el vigilante en cuestión.
Finalmente hemos generado todas las cuencas visuales y mapas de columna de humo para toda nuestra red de vigilancia fija y hemos elaborado una potente Metodología de Evaluación Multicriterio para dicha red. En esa Metodología de Evaluación se tienen en cuenta criterios de Cobertura Visual (que a mayor valor más realza la calificación de un puesto), criterios relacionados con las Zonas Ocultas y sus datos de Columna de Humo (que a mayores valores más detractan la nota del puesto), así como otros datos de información territorial tales como Frecuencia Estadística de incendios, Vulnerabilidad del territorio (según valor de los bienes a proteger) e incluso el Nivel de Solape de las cuencas visuales de cada puesto con sus vecinos más próximos. El resultado de esta metodología es un Análisis Multivariante en entorno SIG que utilizamos como herramienta de apoyo en la toma de decisiones relativas a la gestión de nuestra red de vigilancia contra incendios. Dicho SIG cuenta con un Módulo de Optimización, que tras un análisis espacial, delata a los puestos más prescindibles de una red y también ofrece alternativas para la reubicación o para la apertura de nuevos puestos de vigilancia.
Hasta el momento hemos utilizado esta metodología a nivel operativo y de gestión, pero esperamos empezar pronto con la fase de divulgación y propagación del conocimiento generado por nuestra herramienta. Por lo que intentaremos ofrecer publicaciones con información más detallada.
También esperamos poder ofrecer asesoría a otros servicios de defensa contra incendios que estuvieran interesados en implementar nuestro sistema.
Si alguien desea más información podéis escribirme a: jmartindeoliva@agenciamedioambienteyagua.es
NOTA: he trabajado en incendios en distintas CAR de la provincia de León y debo deciros que en nuestro muestreo de campo sobre la validez de los cálculos con herramienta viewshed, pudimos comprobar que en zonas de topografía similar a la de Pozo Fierro, Camposagrado o el valle del Bernesga, las estimaciones de visiblidad de dicho algoritmo eran bastante alejadas de la realidad. He de suponer que lo habréis contrastado.
No obstante me parece justo mencionar, a favor de la herramienta “viewshed” de ESRI, que no sólo se limita a calcular cuencas visuales desde un único punto sino que también permite hacerlo desde Polilíneas.
Hola Joaquín;
En efecto, se hizo con ArcGIS. La intención es simplemente mostrar las utilidades y aplicaciones que pueden tener las cuencas visuales sin entrar a cálculos muy detallados ni con que algoritmo o programa. Conocemos de las limitaciones de ArcGIS en esta y otras herramientas, pero no era nuestra intención difundir dicha herramienta de trabajo.
Como verás, hemos comentado el detalle de la posibilidad de calcular también la columna de humo que sería necesaria en un punto para hacerse visible.
Lo que comentas sobre el algorimo que habéis desarrollado nos parece muy interesante y agradeceríamos poder analizarlo ya que automatizaría las tareas que ahora hacemos más «a mano». ¿Está preparado para implementarse en GvSIG o lo habéis desarrollado como herramienta independiente (Tipo arcGIS engine)?
Respecto a la nota, no hemos contrastado el resultado de la cuenca visual ya que simplemente se trata de una entrada con carácter divulgativo de las aplicaciones de los SIG, no se trata de un proyecto que se haya hecho en realidad. Todos estos modelos y datos obtenidos por estos sistemas hay que validarlos y calcular el error cometido (y muchos otros parámetros como los que comentas), ya que como bien apuntas, puede ser muy grande.
La elección del sitio del «ejercicio» fue simplemente por haber trabajado en incendios en esa zona durante varios años.
Os agradeceríamos que compartiéseis la información sobre vuestro algoritmo cuando la tengáis disponible y con mucho gusto podremos dedicarle una entrada si os parece bien.
Muchas gracias por el aporte que consideramos de gran interés.
Un saludo
Copiada información e intenciones de vuestro comentario… Muy loable por cierto… Me parece magnífica la divulgación que hacéis sobre utilidades concretas de los SIG en distintos campos de la ingeniería. Ésta me llamó la atención desde el principio por lo trabajado que tenemos aquí esa cuestión concreta de las cuencas visuales para la dtección de incendios.
En cuanto a tu pregunta sobre el algoritmo decirte que está desarrollado como herramienta independiente para ArcGIS, de momento no implementable en AvGIS, aunque tenemos programadores que podrían encargarse de ello. Está bien la sugerencia.
Mi intención al comentar vuestro hilo era informar también a posibles lectores de la poca precisión que ofrece la herramienta Viewshed en la mayoría de tipologías de terreno.
Como os comentaba, en cuanto podamos empezaremos a compartir información y conocimiento. Espero que sea pronto.
Gracias a tí y un saludo.
Nos alegramos que te guste nuestro punto de vista y mucho más que compartas la experiencia adquirida con nosotros y todos los que leen el blog de Alawa.
Esperamos que pronto podamos analizar y utilizar esa herramienta de la que nos hablas. Nosotros seguiremos haciendo este tipo de artículos que esperamos os sean de interés.
Un saludo y muchas gracias.
Hola, estoy introduciendome en estos temas y quisiera saber de que forma puedo calcular las cuencas visuales.Saludos!!!
Estimado Ernesto;
Las cuencas visuales se pueden hacer con diversos programas de GIS como GRASS, QGIS, GvSIG y ArcGIS (Este último comercial) utilizando extensiones.
Las manera concreta de realizar la cuenca visual dependerá del programa utilizado y las necesidades del proyecto. En ese aspecto, sería recomendable mirar los manuales de cada programa para ver las opciones que nos permiten configurar a la hora de realizar la cuenca visual.
Un saludo
Buenos días Luis Carlos;
Muchas gracias por el comentario.
Respecto a tu pregunta, he de decirte que es algo muy variable, depende del objetivo para el cual se diseña la cuenca visual. No es lo mismo evaluarla para una central de biomasa en un llano con una «pequeña» chimenea que un parque eólico con generadores situados a 80m de altura sobre un páramo o que la necesidad de establecer una red de torres de vigilancia contra incendios, en cuyos criterios están la optimización de la red en términos económicos.
En resumen, la decisión final depende de las características de cada caso.
Un saludo
Excelente post! Explicas muy bien el fin de esta herramienta y su utilidad. Muchas gracias!