CAL LANDSLIDE POLY: CÁLCULO DE POLÍGONOS SUSCEPTIBLES...
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CAL LANDSLIDE POLY: CÁLCULO DE POLÍGONOS SUSCEPTIBLES A PROCESOS DE REMOCIÓN EN MASA YOHANA MARCELA URREGO DÍAZ FREDY YAMID RODRÍGUEZ NARANJO JHON RODRÍGUEZ GUALTEROS UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD DE INGENIERÍA ESPECILIZACIÓN EN SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA BOGOTÁ D.C. NOVIEMBRE 2015
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CAL LANDSLIDE POLY: CÁLCULO DE POLÍGONOS SUSCEPTIBLES A PROCESOS DE REMOCIÓN EN MASA
YOHANA MARCELA URREGO DÍAZ FREDY YAMID RODRÍGUEZ NARANJO
JHON RODRÍGUEZ GUALTEROS
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD DE INGENIERÍA
ESPECILIZACIÓN EN SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA BOGOTÁ D.C.
NOVIEMBRE 2015
CAL LANDSLIDE POLY: CÁLCULO DE POLÍGONOS SUSCEPTIBLES A PROCESOS DE REMOCIÓN EN MASA
YOHANA MARCELA URREGO DÍAZ FREDY YAMID RODRÍGUEZ NARANJO
JHON RODRÍGUEZ GUALTEROS
TRABAJO PARA OPTAR POR EL TITULO DE ESPECIALISTA EN SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA
DIRECTOR. Salomón Einstein Ramírez Fernández
MSc. Ciencias de la Información y las Comunicaciones con énfasis en Geomática
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD DE INGENIERÍA
ESPECILIZACIÓN EN SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA BOGOTÁ D.C.
NOVIEMBRE 2015
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Nota de Aceptación:
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Firma del presidente del jurado
________________________________
Firma del jurado
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Firma del jurado
Bogotá, D.C., Noviembre de 2015
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CONTENIDO
INTRODUCCIÓN .............................................................................................. 10
CAPITULO 1. ENFOQUE DEL ESTUDIO ........................................................ 13
1.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ....................................................................... 13
1.2. OBJETIVOS ................................................................................................................ 14 1.2.1. Objetivo General ..................................................................................................... 14 1.2.2. Objetivos Específicos .............................................................................................. 14
CAPITULO 2. MARCO CONCEPTUAL ........................................................... 15
2.1. REMOCIÓN EN MASA ............................................................................................... 15 2.1.1. Tipos de remoción en masa .................................................................................... 15
2.1.2. Factores que generan la remoción en masa .......................................................... 16 2.1.3. Agentes desencadenantes de remociones en masa .............................................. 17
2.2. SUSCEPTIBILIDAD A DESLIZAMIENTOS ............................................................... 17 2.2.1. Historia de los mapas de susceptibilidad ................................................................ 18 2.2.2. Elaboración de mapas de susceptibilidad a los deslizamientos ............................. 18 2.2.3. Métodos para elaborar mapas de susceptibilidad a deslizamientos ...................... 19
2.3. INGENIERIA DE SOFTWARE PARA SIG ................................................................. 19 2.3.1. Metodología de desarrollo de software RUP .......................................................... 19 2.3.2. Ventajas y desventajas ........................................................................................... 20 2.3.3. Fases de la metodología RUP ................................................................................ 20
CAPITULO 3. METODOLOGÍA ........................................................................ 21
3.1. FASE DE PLANEACIÓN ............................................................................................ 21
3.2. FASE DE ANÁLISIS Y DISEÑO................................................................................. 22
3.3. FASE DE IMPLEMENTACIÓN ................................................................................... 22
3.4. FASE DE EVALUACIÓN Y RESULTADOS .............................................................. 22
CAPITULO 4. ANÁLISIS DE RESULTADOS .................................................. 23
4.1. FASE DE PLANEACIÓN ............................................................................................ 23
4.2. FASE DE ANÁLISIS Y DISEÑO................................................................................. 23 4.2.1. Requerimientos funcionales - Diagrama de casos de uso. ........................................ 23 4.2.2. Requerimientos no funcionales. .................................................................................. 26 4.2.3. Diagrama de despliegue ............................................................................................. 27
5
4.2.4. Diagrama de componentes ......................................................................................... 28 4.2.5. Diagrama de secuencias ............................................................................................. 28
4.3. FASE DE IMPLEMENTACIÓN ................................................................................... 29 4.3.1. Software de implementación ....................................................................................... 29
4.4. FASE DE EVALUACIÓN Y RESULTADOS .............................................................. 30
CONCLUSIONES ............................................................................................. 36
RECOMENDACIONES Y POSIBLES MEJORAS DEL PLUGIN ..................... 37
BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................ 38
6
LISTA DE TABLAS
Tabla 1. Clasificación de la remoción en masa ................................................. 15
Tabla 2. Factores condicionantes relevantes para cada tipo de remoción en
masa ................................................................................................................. 17
Tabla 3.Configuración de campos en las capas vectoriales para cálculo de
susceptibilidad .................................................................................................. 25
Tabla 4. Requerimientos no funcionales del plugin Calc Landslide Poly .......... 27
7
LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Clasificación de los fenómenos de remoción en masa ...................... 16
Figura 2. Esquema metodológico plugin Calc Landslide Poly .......................... 21
Figura 3. Diagrama de casos de uso plugin Calc Landslide Poly ..................... 24
Figura 3. Ejemplo de configuración de campos en QGIS antes del cálculo. ..... 25
Figura 5. Diagrama de despliegue del plugin Calc Landslide Poly ................... 28
Figura 6. Diagrama de componentes del plugin Calc Landslide Poly ............... 28
Figura 7. Diagrama de secuencias del plugin Calc Landslide Poly ................... 29
Figura 8. Mockup – Interfaz Gráfica de Usuario Cal Poly Landslide ................. 31
Figura 9. Selección de capas vectoriales .......................................................... 31
Figura 10. Selección del atributo de ponderación ............................................. 32
Figura 11. Formas de cambiar el % de influencia de las capas ........................ 32
Figura 12. Formas de cambiar el porcentaje de influencia de las capas .......... 33
Figura 13. Resultado de susceptibilidad a procesos de remoción en masa –
Capa vectorial ................................................................................................... 33
Figura 14. Resultado de susceptibilidad a procesos de remoción en masa –
Tabla de atributos ............................................................................................. 34
Figura 15. Validación si se selecciona una misma capa ................................... 34
Figura 16. Validación si el porcentaje de influencia no suma 100..................... 35
Figura 17. Validación si no se especifica un folder de almacenamiento de
resultados. ........................................................................................................ 35
8
RESUMEN
El estudio, análisis y estimación de fenómenos espaciales registrados en
diferentes lugares e instantes de tiempo requiere de metodologías que
permitan analizar su comportamiento las cuales brindan la posibilidad de la
adecuada toma de decisiones.
Este proyecto pretende brindar al usuario una funcionalidad (plugin) que
permita determinar la ocurrencia o no de un fenómeno de remoción en masa en
un determinado lugar del espacio a partir de unas variables previamente
seleccionadas.
Palabras clave: plugin, susceptibilidad, remoción en masa
9
ABSTRACT
The study, analysis and estimation of spatial phenomena recorded in different
places and times require methodologies to analyze their behavior, which
provide the possibility of proper decision-making.
This project provides the user functionality (plugin) for determining the
occurrence or not of a phenomenon of landslides at a certain point in space
from a previously selected variables.
Keywords: plugin, susceptibility, landslides
10
INTRODUCCIÓN
Los fenómenos de remoción en masa son procesos de transporte de material
definidos como la “movilización lenta o rápida de determinado volumen de
suelo, roca o ambos, en diversas proporciones, generados por una serie de
factores” (Hauser, 1993). Estos movimientos tienen carácter descendente ya
que están controlados por la gravedad (Cruden, 1991). Las características
geológicas, geomorfológicas y la cobertura vegetal del entorno son algunas de
las variables que pueden verse afectadas en los procesos de remoción en
masa induciendo alta inestabilidad en el suelo.
En la actualidad, estos fenómenos no solo se consideran como agentes que
contribuyen con la degradación del paisaje, sino que además tienen un
profundo impacto en la localización de asentamientos urbanos, mitigación y
prevención de desastres y en la planeación, diseño y construcción de obras;
siendo estas las principales razones por las que es necesario cartografiar este
tipo de procesos. “El mapeo pude realizarse sobre un área donde se tiene
información de la ocurrencia de deslizamientos o se tiene un inventario de
estos eventos, o sobre áreas en las cuales no se tiene conocimiento de
deslizamientos en el pasado, pero se requiere evaluar la posibilidad de
amenazas a futuro” (Suarez, 2009). Las metodologías de espacialización de
áreas susceptibles a procesos de remoción en masa, se encuentran
condicionadas a diversos factores, entre ellos los más relevantes son los
antecedentes propios de la zona de estudio, las técnicas de análisis relativo y
absoluto y a la experticia de los profesionales que intervienen en el estudio de
estos procesos.
En el intento de modelar este tipo de fenómenos y encontrar patrones que
permitan comprender su comportamiento, durante las últimas décadas y
gracias a los avances de la cartografía automatizada y a la evolución de los
SIG se ha logrado el desarrollo de interesantes estudios teórico-prácticos
11
dentro de los cuales se destacan notablemente las aplicaciones en las
llamadas Ciencias de la Tierra.
Partiendo de la importancia de implementar estos procesos automatizados, los
cuales se convierten en instrumentos valiosos para la adecuada toma de
decisiones y el propicio manejo y uso del espacio geográfico, surge la
necesidad desarrollar Calc Landslide Poly, un plugin implementado en
PyQGIS el cual tiene como propósito permitir al usuario el cálculo e
identificación de polígonos susceptibles a procesos de remoción en masa, a
partir de 4 capas temáticas (cualitativas - cuantitativas) que ya cuentan con un
tratamiento estadístico univariado preliminar, el cual permite identificar la
probabilidad o el grado de susceptibilidad (baja, media y alta) con el que se
puede dar un proceso de remoción en masa en un determinado lugar del
espacio.
El desarrollo del plugin, el cual tendrá su implementación en QGIS, será de
gran utilidad para profesionales que se encuentren vinculados con este tipo de
estudios (geólogos, geomorfólogos, hidrólogos, ingenieros catastrales, civiles,
ambientales, etc.) y más específicamente a todas entidades e industrias
dedicadas a la prestación de servicios medioambientales, de consultoría,
minería y petróleo.
Los estudios y la literatura consultada hasta el momento, evidencian que no
existe una funcionalidad (plugin) con el mismo propósito de Calc Landslide
Poly. A la fecha solo se cuenta con programas libres y privados que permiten
la visualización, análisis, manipulación y geoprocesamiento de información
geográfica a través de flujos de trabajo.
ArcGIS por ejemplo, cuenta con una herramienta de geoprocesamiento
(Superposición ponderada), la cual posibilita la superposición de varias capas
tipo raster, utilizando una escala de medición común y pesos de cada una de
las variables de acuerdo a su importancia. Software como QGIS, Ilwis, gvSIG,
12
entre otros, proporcionan al usuario la calculadora raster o el álgebra de mapas
como una opción que permite superponer y operar capas si el usuario así lo
requiere.
Finalmente la implementación no solo permite espacializar las áreas
susceptibles a procesos de remoción en masa sino que además provee la
información suficiente para la adecuada toma de decisiones en tiempos
óptimos.
13
CAPITULO 1. ENFOQUE DEL ESTUDIO
1.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Vivimos en un mundo dinámico en el que día a día el ser humano intenta
interactuar con todo lo que lo rodea, no solo como una forma de comprender su
universo sino también como una alternativa de poder suplir sus necesidades.
En la actualidad el hombre debe enfrentarse a muchos fenómenos naturales
que son inherentes a su entorno y que de cierta forma lo impulsan a desarrollar
modelos que le permitan tomar decisiones ante las diversas situaciones.
De esta forma y pensando en la necesidad de evaluar el grado de
susceptibilidad a procesos de remoción en masa que pueden presentar los
suelos, se propone la implementación de Calc Landslide Poly, una
funcionalidad integrada a software de de SIG que permitirá al usuario la
identificación de áreas vulnerables a deslizamientos posibilitando además la
planificación eficaz, la prevención de desastres, el adecuado uso del suelo y
toma de decisiones.
14
1.2. OBJETIVOS
1.2.1. Objetivo General
Planear, desarrollar e Implementar un plugin (Calc Landslide Poly) en
PyQGIS que permia al usuario el cálculo de susceptibilidad a procesos de
remoción en masa, a partir de 4 capas temáticas (cualitativas - cuantitativas)
que ya cuentan con un tratamiento estadístico univariado preliminar.
1.2.2. Objetivos Específicos
Identificar el grado de susceptibilidad (baja, media y alta) con el que se
puede dar un proceso de remoción en masa en un determinado lugar del
espacio a través de una funcionalidad integrada a QGIS.
Desarrollar una metodología de elaboración de software a través de la
construcción de un plugin.
Identificar la forma en que estas funcionalidades contribuyen con el
desarrollo de estudios multipropósito
15
CAPITULO 2. MARCO CONCEPTUAL
2.1. REMOCIÓN EN MASA
Se entiende por fenómeno de remoción en masa al proceso de transporte de
material, movilización lenta o rápida de determinado volumen de suelo, roca o
ambos, en diversas proporciones, generados por una serie de factores.
Estos movimientos tienen carácter descendente ya que están
fundamentalmente controlados por la gravedad (Lara & Sepúlveda, 2008).
Rolando Mora Chinchilla define el fenómeno de remoción en masa como
procesos de la geodinámica externa, los cuales modifican las diferentes formas
del terreno.
2.1.1. Tipos de remoción en masa
Las remoción en masa ha sido clasificada por los autores Cruden & Varnes
(1996), de acuerdo al tipo de movimiento y al material involucrado (Varnes,
1978). La Tabla 1 y Figura 1 muestra esta clasificación.
Tabla 1. Clasificación de la remoción en masa
TIPO DE MOVIMIENTO TIPO DE MATERIAL
esprendimiento o Caída
Roca Suelo
Toppling (Volcamiento)
Deslizamiento Rotacional
Traslacional
Extensiones Laterales
Flujos
Complejos
FUENTE: Varnes, 1978
16
Figura 1. Clasificación de los fenómenos de remoción en masa
FUENTE: Gonzales de Vallejo, 2002
2.1.2. Factores que generan la remoción en masa
Existen ciertos factores que son condicionantes para la generación de los
diferentes tipos de remoción en masa (ver Tabla 2) (Hauser, 1993). Los
factores condicionantes corresponden a aquéllos que generan una situación
potencialmente inestable. Estos son principalmente la geomorfología, geología,
geotecnia y vegetación, que actúan controlando la susceptibilidad de una zona
a generar fenómenos de remoción en masa, donde la susceptibilidad se define
17
como la capacidad o potencialidad de una unidad geológica o geomorfológica
de ser afectada por un proceso geológico determinado (Sepúlveda , 1998).
Tabla 2. Factores condicionantes relevantes para cada tipo de remoción en masa
FUENTE: Elaboración propia
2.1.3. Agentes desencadenantes de remociones en masa
Un agente desencadenante es un factor externo que genera una respuesta
traducida en una remoción en masa mediante el rápido incremento de
esfuerzos o la reducción de la resistencia del material de una ladera
(Wieczorek, 1996). Un agente desencadenante se caracteriza principalmente
por la existencia de un corto lapso entre causa y efecto. Entre los agentes
desencadenantes más comunes de remociones en masa se cuentan
principalmente las lluvias de gran intensidad y los sismos; secundariamente las
erupciones volcánicas, la intervención antrópica, la fusión de nieve, la erosión
de canales, entre otros.
2.2. SUSCEPTIBILIDAD A DESLIZAMIENTOS
La susceptibilidad, generalmente, expresa la facilidad con que un fenómeno
puede ocurrir sobre la base de las condiciones locales del terreno. La
susceptibilidad es una propiedad del terreno que indica qué tan favorables o
desfavorables son las condiciones de éste, para que puedan ocurrir
deslizamientos (Suarez, 2009).
18
El mapa de susceptibilidad clasifica la estabilidad relativa de un área, en
categorías que van de estable a inestable, muestra donde hay o no,
condiciones para que puedan ocurrir deslizamientos. La probabilidad de
ocurrencia de un factor detonante como una lluvia o un sismo no se considera
en un análisis de susceptibilidad (Suarez, 2009).
2.2.1. Historia de los mapas de susceptibilidad
Los mapas de “susceptibilidad” a los deslizamientos fueron desarrollados por
primera vez, por Brabb en San Mateo County California, para el USGS en
1978. Los primeros mapas se realizaban superponiendo mapas con los
diferentes factores geológicos que influían en las fallas de los taludes. En 1988,
se inició el uso de SIG para la elaboración de los mapas de susceptibilidad. En
1991, se involucraron los métodos determinísticos con el análisis de factores de
seguridad para las fallas de talud infinito con el programa DLISA. En 1994, el
programa SHALSTAB (Montgomery y Dietrich) creó subrutinas que facilitaban
el análisis de deslizamientos poco profundos. En 1999, se presentaron dos
programas SINMAP (Pack y otros) y SMORPH (Vaugeois y Shaw) y se inició la
utilización de la lógica difusa en los SIG. En el 2006, el programa PISAm
incluyó los modelos digitales de elevación y se desarrolló en Estados Unidos y
Canadá el programa ArcSDM3 (Suarez, 2009).
En la actualidad, hay una gran cantidad de software con subrutinas para el
análisis de susceptibilidad.
2.2.2. Elaboración de mapas de susceptibilidad a los deslizamientos
El mapa de susceptibilidad es un mapa en el cual se zonifican las unidades de
terreno que muestran una actividad de deslizamientos similar o de igual
potencial de inestabilidad, que se obtiene de un análisis multivariable entre los
factores del terreno que afectan la susceptibilidad a los deslizamientos y el
mapa de inventario de deslizamientos.
19
No existe un procedimiento estandarizado para la preparación de mapas de
susceptibilidad a los deslizamientos y sí existe mucha libertad en la
determinación de los pasos a seguir y los niveles de susceptibilidad varían de
acuerdo con los criterios de los diversos autores.
2.2.3. Métodos para elaborar mapas de susceptibilidad a deslizamientos
Método heurístico: se basan en el estudio conceptual de los procesos de
ocurrencia de los deslizamientos y requiere del análisis por parte de
profesionales con conocimientos y experiencia tanto de la región estudiada
como de los procesos. Se divide el terreno en una serie de subáreas que tienen
características similares en cada uno de los aspectos indicados (Relieve,
geología, geomorfología, geotecnia, etc.).
Método estadístico: Se refiere al cálculo de la densidad en los deslizamientos,
para cada unidad geomorfológicamente homogénea o para determinados
rangos de factores determinantes de la estabilidad. La densidad de los
deslizamientos se toma típicamente, como el porcentaje del área que es
ocupada por éstos. El método estadístico superpone mapas de parámetros y
mapas de unidades homogéneas al mapa de inventario de deslizamientos y
calcula las densidades del deslizamiento.
2.3. INGENIERIA DE SOFTWARE PARA SIG
2.3.1. Metodología de desarrollo de software RUP
El Rational Unified Process o Proceso Unificado de Racional, es una
metodología cuyo fin es entregar un producto de software el cual utiliza el
lenguaje unificado de modelado UML. Constituye la metodología estándar más
utilizada para el análisis, implementación y documentación de sistemas
orientados a objetos.
20
El RUP es un conjunto de metodologías adaptables al contexto y necesidades
de cada organización, describe cómo aplicar enfoques para el desarrollo del
software y se centra en la producción y mantenimiento de modelos del sistema.
2.3.2. Ventajas y desventajas
Las ventajas de la metodología RUP es que es la más utilizada en la industria
del software, es un proceso iterativo, existe una evaluación continua del
producto y es ideal para proyectos de gran tamaño. Las desventajas son su
alto costo de implementación y su alto grado de complejidad.
2.3.3. Fases de la metodología RUP
Planeación: Objetivos y requerimientos del proyecto (5% del tiempo del
proyecto)
Análisis y diseño: Arquitectura y casos de uso (35% del tiempo del proyecto)
Implementación: Desarrollo del producto (50% del tiempo del proyecto)
Evaluación y resultados: Entrega, distribución e instalación del producto
(10% del tiempo del proyecto)
21
CAPITULO 3. METODOLOGÍA
La construcción de plugins, representa una nueva herramienta potencialmente
novedosa en el uso de los SIG. Estas funcionalidades son desarrolladas
siguiendo las metodologías de elaboración de software y son integradas a
programas a través de procesos de codificación, validación y pruebas. En el
presente proyecto se propone la metodología RUP (Rational Unified Process o
Proceso Racional Unificado), la cual es un proceso de ingeniería de software
enfocada en establecer tareas y responsabilidades adaptables al contexto y a
las necesidades de cada organización.
Se relaciona de esta forma la propuesta metodológica para el plugin Calc
Landslide Poly, el cual que permite el cálculo de susceptibilidad a procesos de
remoción en masa. El siguiente esquema muestra las fases y procedimientos
necesarios.
Figura 2. Esquema metodológico plugin Calc Landslide Poly
FUENTE: Elaboración Propia
3.1. FASE DE PLANEACIÓN
En esta fase se describe brevemente el producto a desarrollar (especificación
técnica), se define el objetivo del proyecto (alcance) y se establecen los
22
requerimientos (funcionalidades y no funcionales) del plugin. Se considera una
previa planeación y una visión general del proyecto.
3.2. FASE DE ANÁLISIS Y DISEÑO
También conocida como fase de elaboración. En esta parte las necesidades
del usuario se desarrollan a través de los casos de uso, los cuales responden a
los requerimientos planteados en la fase anterior y se define la arquitectura
base de la funcionalidad a desarrollar.
3.3. FASE DE IMPLEMENTACIÓN
También conocida como fase de construcción o desarrollo. Se lleva a cabo la
construcción del producto completando la funcionalidad del sistema,
identificando requerimientos pendientes, administración de cambios y posibles
mejoras. Se mencionan los elementos de software que comprende el sistema,
código fuente y lenguajes de programación, archivos de configuración y
componentes del software.
3.4. FASE DE EVALUACIÓN Y RESULTADOS
También conocida como fase de cierre. Durante esta fase se busca garantizar
que el producto este bien preparado para su entrega al usuario. Es una fase
que puede presentar cambios y requiere la revisión de requisitos o
especificaciones, análisis y diseño, implementación, pruebas y despliegue. Esta
fase incluye capacitación de usuarios, soporte técnico, forma en que se
distribuye y se instala el producto.
Todas las fases del modelo metodológico incluyen actividades, productos por
actividad, roles, precondiciones y postcondiciones.
23
CAPITULO 4. ANÁLISIS DE RESULTADOS
En este capítulo se presentan los resultados obtenidos durante la ejecución de
la metodología expuesta en el capítulo anterior, se explican con detalle los
procedimientos realizados en cada una de las fases
4.1. FASE DE PLANEACIÓN
Calc Landslide Poly es plugin implementado en PyQGIS, el cual tiene como
propósito permitir al usuario cálculo de polígonos susceptibles a procesos de
remoción en masa, a partir de 4 capas temáticas (cualitativas - cuantitativas)
las cuales cuentan con un tratamiento estadístico univariado preliminar.
Su única y principal funcionalidad es espacializar áreas las cuales contienen un
atributo que indica la probabilidad o el grado de susceptibilidad (baja, media y
alta) con que puede darse un proceso de remoción en masa en un determinado
lugar del espacio.
El alcance del plugin se encuentra enmarcado en las acciones que realizará el
sistema las cuales son: intersectar las capas ingresadas por el usuario, calcular
y clasificar la susceptibilidad mostrando una capa vectorial como resultado de
la ponderación, indicando al usuario las zonas de baja, media y alta
susceptibilidad.
4.2. FASE DE ANÁLISIS Y DISEÑO
4.2.1. Requerimientos funcionales - Diagrama de casos de uso.
Se relaciona la descripción de lo que el plugin provee al usuario, como el
sistema reacciona a entradas en particular y como se debe comportar bajo
ciertas condiciones.
24
Figura 3. Diagrama de casos de uso plugin Calc Landslide Poly
FUENTE: Elaboración Propia
El propósito del caso de uso Calcular Susceptibilidad, es obtener áreas con
un índice de susceptibilidad a procesos de remoción en masa, calculado a
partir de la ponderación de cuatro variables (capas vectoriales cualitativas-
cuantitativas geometría polígono) que han sido previamente parametrizadas
por un experto.
Para hacer uso de la funcionalidad el usuario requiere previamente:
a. Instalar el software QGIS Desktop versión 2.8 en adelante.
b. Ejecutar QGIS Desktop e instalar y ejecutar el complemento Calc Landslide
Poly.
c. Tener cuatro capas temáticas de datos espaciales (geología, pendientes,
cobertura vegetal y precipitación) con las siguientes especificaciones:
Geometría polígono
Almacenamiento en formato shapefile (.shp)
Igual sistema coordenadas
Cubrimiento de la misma área
Previa evaluación de calidad (consistencia lógica – topología, exactitud
temática y de posición)
Cada capa debe contener dos campos (susceptibilidad de la capa y
ponderación de la capa), necesarios para el cálculo de la susceptibilidad
final (ver
Tabla 3 y Figura 4).
25
Cada fila en la tabla de atributos debe pertenecer a un único objeto
espacial. Si esta condición no se cumple los resultados no serán
satisfactorios.
d. Cargar previamente las capas a QGIS Desktop
Tabla 3.Configuración de campos en las capas vectoriales para cálculo de susceptibilidad
CAPA VECTORIAL
PONDERACION SUSCEPTIBILIDAD INTERPRETACIÓN
ATRIBUTO TIPO DOMINIO ATRIBUTO TIPO
Unidad geológica
POND_GEO Short
1
SUS_GEO string (10)
Baja
2 Media
3 Alta
Pendiente POND_PEN Short
1
SUS_PEN string (10)
Baja
2 Media
3 Alta
Cobertura vegetal
POND_CV Short
1
SUS_CV string (10)
Baja
2 Media
3 Alta
Precipitación POND_PP Short
1
SUS_PP string (10)
Baja
2 Media
3 Alta
FUENTE: Elaboración Propia
Figura 4. Ejemplo de configuración de campos en QGIS antes del cálculo.
26
FUENTE: Elaboración Propia
Una vez el usuario ejecuta la funcionalidad Calc Landslide Poly, debe
seleccionar las capas, elegir el atributo o campo con el cual se realizará la
ponderación y especificar los porcentajes de influencia que tendrá cada capa
en el cálculo de la susceptibilidad final. Si la suma de los porcentajes de
influencia es diferente a 100% para las cuatro capas, el sistema genera un
mensaje de error indicando al usuario hacer el ajuste de los pesos de
ponderación.
Adicionalmente, si el usuario repite una de las capas el sistema le indicara al
usuario a través de un mensaje que las capas deben ser diferentes.
Al hacer click sobre el botón OK, la aplicación procesa las capas y agrega a la
vista y leyenda del mapa de la GUI (Interfaz Gráfica de Usuario) de QGIS, el
resultado de la intersección de las capas, el cual contiene en la tabla de
atributos el cálculo de la susceptibilidad a procesos de remoción en masa.
27
Si el usuario ingresa inicialmente capas con datos espaciales sin calificar y
hace click en el botón OK, la funcionalidad se ejecuta sin problemas, sin
embargo se debe tener en cuenta que para dichos campos el cálculo de
susceptibilidad final será <Null> lo cual indica ausencia de información.
El usuario debe especificar obligatoriamente un folder o ruta de salida en el
cual se guardará la capa vectorial resultado.
4.2.2. Requerimientos no funcionales.
Se describen en la Tabla 4 las restricciones y funciones que ofrece el plugin
Calc Landslide Poly, como tiempo, procesos, estándares, etc.
28
Tabla 4. Requerimientos no funcionales del plugin Calc Landslide Poly
ELEMENTO REQUERIMIENTO DESCRIPCIÓN
PRODUCTO
USABILIDAD
El plugin cuenta con un video de entrenamiento e cual tendrá una duración máxima de 3 minutos que podrá ser visto por el usuario en cualquier momento. El plugin debe presentar mensajes de error que permitan al usuario identificar el tipo de error y comunicarse con el administrador del sistema.
EFICIENCIA - DESEMPEÑO
El tiempo de apertura del plugin es de 3 segundos. Si el plugin queda fuera de servicio se contempla un tiempo máximo de recuperación de 30 segundos. El tiempo de ejecución de cálculo depende de la cantidad de polígonos implicados en el cálculo. Se estima un tiempo aproximado de 3 minutos para 20000 polígonos y 6 minutos para 50000 polígonos.
EFICIENCIA – ESPACIO DE
ALMACENAMIENTO
El plugin tiene un tamaño en disco de 220 KB y contiene 47 archivos distribuidos en 9 carpetas.
DEPENDENCIA QGIS Python
ORGANIZACIONALES
AMBIENTE DE EJECUCIÓN
Windows (32 y 64 bit) Mac OS X Linux
OPERACIÓN El grupo de desarrolladores estará disponible para retroalimentar y corregir el funcionamiento de la aplicación.
DESARROLLO El lenguaje en el que se desarrollara el plugin es PyQGIS.
EXTERNOS
REGULACIÓN
La aplicación después de diseñada se registrará de acuerdo a la ley 23 de 1982, que rige los derechos de autor. El sistema no requiere de datos personales para su implementación.
LEGISLATIVOS La aplicación debe contar con las respectivas licencias de los recursos usados como programas, imágenes, entre otras.
FUENTE: Elaboración Propia
4.2.3. Diagrama de despliegue
La Figura 5, relaciona el diagrama de despliegue que modela la arquitectura en
tiempo de ejecución del sistema. El diagrama permite identificar la tipología del
hardware sobre el que se ejecutará el plugin.
29
Figura 5. Diagrama de despliegue del plugin Calc Landslide Poly
FUENTE: Elaboración Propia
4.2.4. Diagrama de componentes
La Figura 6 muestra el diagrama de componentes el cual representa la
arquitectura de software del plugin. El front-end es la parte del software que
interactúa con el o los usuarios y el back-end es la parte que procesa la
entrada desde el front-end.
Figura 6. Diagrama de componentes del plugin Calc Landslide Poly
FUENTE: Elaboración Propia
4.2.5. Diagrama de secuencias
La Figura 7 muestra el diagrama de secuencias del plugin el cual permite
identificar la interacción que se da entre los objetos (usuario - app) del sistema.
30
Cada objeto cuenta con una “línea de vida” y el diagrama contiene mensajes de
intercambio entre los objetos de una forma ordenada.
Figura 7. Diagrama de secuencias del plugin Calc Landslide Poly
FUENTE: Elaboración Propia
4.3. FASE DE IMPLEMENTACIÓN
4.3.1. Software de implementación
La integración del plugin se realizó a través de QGIS, un software de Sistemas
de Información Geográfica de código libre que permite la manipulación de
datos en formatos vector y raster. Se eligió este programa por su
interoperabilidad, por su amigable interfaz de usuario y por su versatilidad de
interconexión con muchas bases de datos geoespaciales, facilitando el manejo
de datos.
4.3.2. Lenguaje de Programación
El desarrollo del plugin se llevó a cabo en Python, un lenguaje de programación
ampliamente utilizado que soporta múltiples paradigmas, entre ellos el
orientado a objetos, además es funcional en pequeña y gran escala y fácil
procedimentalmente hablando.
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PyQGIS es la librería de QGIS para ejecutar código Python. A partir de la
versión 0.9 en septiembre de 2007, QGIS tiene soporte para ejecutar scripts
utilizando el lenguaje Python. (Morales, 2015)
PyQGIS, permite la creación de complementos (plugins) utilizando python
como lenguaje de programación teniendo como principal ventaja la simplicidad
en la distribución y un desarrollo sencillo.
Las razones por las que se escogió este lenguaje de programación son: su
disponibilidad de uso en diferentes sistemas operativos, se puede integrar con
varios programas, es software libre, de código abierto y además es potente y
fácil de aprender.
Python, por su compatibilidad con el software libre y para este caso QGIS al
cual se integrará la funcionalidad con su complemento Qdesigner permitirá a
programadores y usuarios tener una perspectiva amigable con el Plugin.
4.4. FASE DE EVALUACIÓN Y RESULTADOS
Se garantiza la funcionalidad del plugin para su uso a través de un ejercicio de
implementación por parte de los desarrolladores. La distribución del plugin se
realizará inicialmente a través de una fase de prueba la cual permitirá a los
usuarios evaluar la funcionalidad, realizar sugerencias y a calificar el plugin.
Esta fase será tenida en cuenta para posteriores mejoras.
Se relacionan a continuación los resultados del ejercicio de implementación:
La Figura 8 muestra como es la visualización de la interfaz gráfica de usuario
inicial del plugin.
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Figura 8. Mockup – Interfaz Gráfica de Usuario Cal Poly Landslide
FUENTE: Elaboración Propia
Una vez el usuario carga las capas a QGIS Desktop, el plugin muestra una lista
desplegable en la que es necesario especificar las capas vectoriales con las
que se realizará el cálculo de la susceptibilidad (ver Figura 9)
Figura 9. Selección de capas vectoriales
FUENTE: Elaboración Propia
Luego de indicar las capas vectoriales, se selecciona el campo que contiene el
tratamiento estadístico univariado preliminar o ponderación (ver Figura 10)
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Figura 10. Selección del atributo de ponderación
FUENTE: Elaboración Propia
La funcionalidad trae por defecto un porcentaje de influencia para cada capa de
25, sin embargo este valor puede ser modificado por el usuario en cualquier
momento o en su defecto borrado a través del botón Clear (ver Figura 11)
Figura 11. Formas de cambiar el % de influencia de las capas
FUENTE: Elaboración Propia
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Finalmente una vez se especifican todos los requerimientos del plugin la
interfaz luce como se muestra en la Figura 12. De esta forma ya es posible el
cálculo de la susceptibilidad la cual se ejecuta una vez el usuario hace click en
el botón ok.
Figura 12. Formas de cambiar el porcentaje de influencia de las capas
FUENTE: Elaboración Propia
El plugin muestra como resultado una capa vectorial que corresponde a la
susceptibilidad a procesos de remoción en masa del área de estudio
especificada por el usuario, la cual resulta de la intersección de las capas y del
cálculo del promedio ponderado entre ellas (ver Figura 13)
Figura 13. Resultado de susceptibilidad a procesos de remoción en masa – Capa vectorial
FUENTE: Elaboración Propia
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Adicionalmente, el plugin ha creado dos columnas en la tabla de atributos de la
capa resultado, en las cuales se ha registrado de forma cuantitativa y
cualitativa el resultado de la susceptibilidad, siendo 0-0,25 (baja), 0,26-0,5
(media) y 0,6-0,75 (alta). Los resultados se muestran en la Figura 14.
Figura 14. Resultado de susceptibilidad a procesos de remoción en masa – Tabla de atributos
FUENTE: Elaboración Propia
De igual forma el plugin Calc Landslide Poly cuenta con validaciones básicas
que se dan a través de mensajes de advertencia los cuales orientan al usuario
en su correcto uso. Se relacionan a continuación dichas validaciones:
Si el usuario selecciona dos veces la misma capa
Figura 15. Validación si se selecciona una misma capa
FUENTE: Elaboración Propia
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Si el porcentaje de influencia especificado por el usuario no suma 100.
Figura 16. Validación si el porcentaje de influencia no suma 100
FUENTE: Elaboración Propia
Si el usuario no especifica un folder donde guardar los resultados.
Figura 17. Validación si no se especifica un folder de almacenamiento de resultados.
FUENTE: Elaboración Propia
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CONCLUSIONES
La obtención de polígonos susceptibles a procesos de remoción en masa en
una determinada área de estudio a través del plugin Calc Landslide Poly,
posibilita la adecuada toma de decisiones, la planificación eficaz de los
recursos y el adecuado uso del suelo.
Una vez se ejecutada la funcionalidad el profesional puede encontrar
resultados de alta o baja confiabilidad, esto puede obedecer a dos razones
principalmente, la primera es que las capas cuenten o no, con los
requerimientos funcionales establecidos en la fase de análisis y diseño y la
segunda razón radica en la escala de la información, la cual en ocasiones no
satisface el nivel de detalle requerido por el usuario.
El valor de susceptibilidad calculado por el plugin le permite al usuario evaluar
la posibilidad o no de ocurrencia del fenómeno lo cual es de vital importancia si
se piensa en la prevención de desastres a través de obras de mitigación o en la
planeación de un proyecto
La implementación de este tipo de funcionalidades permite automatizar tareas
SIG brindando la posibilidad al usuario de optimizar tiempos y costos.
El desarrollo del plugin en un lenguaje de programación libre (PyQGIS)
posibilitó la alta interoperabilidad, la simplicidad y el desarrollo sencillo de la
funcionalidad.
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RECOMENDACIONES Y POSIBLES MEJORAS DEL PLUGIN
Para la obtención de resultados satisfactorios se recomienda que todas las
capas temáticas cuenten con el mismo sistema de referencia, presenten el
mismo cubrimiento espacial y sean sometidas a procesos de calidad antes del
geoprocesamiento.
Una vez realizada la fase de evaluación y resultados del plugin, se proponen en
un futuro las siguientes funcionalidades:
Incorporar una barra de estado que le permita conocer al usuario en que
porcentaje se encuentra el proceso.
Brindar la posibilidad de elegir en una paleta de colores como se desean ver
los resultados.
Ampliar el rango de categorías de susceptibilidad a 5 (muy baja, baja,
media, media alta y alta)
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