SIG y Medio ambienteSIG y Medio ambiente

Modelos ambientales

Las aplicaciones ambientales de los SIG• Los Sistemas de Información

Geográfica (SIG): importante herramienta en las tareas de planificación ambiental y ordenación del territorio.

• Muy necesarios en la gestión del territorio y del medio ambiente.

Tipos de aplicaciones ambientales de los SIG• a) SIG inventario de recursos naturales.

Inventario de la situación de cada tema. Creación de la base de datos.

• b) SIG instrumento de resolución de problemas ambientales complejos, para ello interrelación con modelos matemáticos / informáticos ambientales. El enfoque tratado en esta asignatura.

• c) Elemento importante en la gestión y control del entorno natural por el hombre. Simulación de impactos. Diseño de políticas.

SIG y Modelos ambientales• Dos conceptos diferenciados• Dos historias separadas y

diferentes• Recientemente intentos de

conexión y de relación

Definición de modelo matemático• Un modelo es una representación

simplificada de un objeto de investigación, elaborado con la finalidad de descripción, explicación, previsión o planificación

• Un modelo espacial es un modelo de un objeto en un espacio matemático con 2 aspectos: geográfico y valores temáticos.

Definición de modelo matemático ambiental• Una representación simplificada

de una cuestión de interés ambiental, en la que se hace uso de métodos matemáticos y de su representación mediante un programa informático

TIPOS DE MODELOS MATEMATICOS

• A) MODELOS EMPÍRICOS: mediante la estadística se establecen relaciones entre distintos fenómenos. Por ejemplo, la ecuación universal de perdida de suelo.

• B) MODELOS BASADOS EN PROCESOS.Descripción matemática de los mecanismos que producen una situación. Pretenden entender los mecanismos que subyacen a un fenómeno geográfico

• EL segundo tipo resulta de mayor interés, aunque son mas difíciles de crear.

TIPOS DE MODELOS BASADOS EN PROCESOS: CLÁSICOS

• A) MODELOS DETERMINISTAS, ecuaciones diferenciales, un valor de entrada en la ecuación genera un único valor de salida (modelos lineales) o varios valores de salida en modelos no-lineales.

• B) MODELOS ESTOCÁSTICOS, componentes aleatorios en las ecuaciones. Un valor de entrada produce diferentes salidas para cada ejecución del modelo.

TIPOS DE MODELOS BASADOS EN PROCESOS: INTELIGENCIA ARTIFICIAL

• C) MODELOS BASADOS EN REGLAS,AUTÓMATAS CELULARES. Por ejemplo del crecimiento urbano, análisis cambio de usos del suelo (IDRISI32), etc.

• D) MODELOS DE SIMULACIÓN MEDIANTE MULTIAGENTES AUTÓNOMOS QUE INTERACTUAN UNOS CON OTROS.

Modelos dinámicos

• Los modelos pueden estáticos o dinámicos. Según exista un único o varios valores para el aspecto temporal.

• Muchos problemas ambientales necesitan ser estudiados con modelos dinámicos

• Muchos problemas ambientales son espaciales, necesitan usar modelos espaciales y, a la vez, dinámicos.

Organización de la información en los modelos espaciales y SIG• 5 tipos de organización de datos en modelos

espaciales anteriores a la existencia de los SIG.• a) Matriz de variables stock: Cada fila una

observación, columnas=variables Sin datos sobre contigüidad espacial.

• b) Matriz de interacciones. Cada fila y columna una zona. Datos de interacción entre zonas.

• c) Redes. Segmentos de una red. Sin coordenadas. Zonas=nodos

• d) Listas. Datos muy desagregados (personas, ..). Micro simulación

• e) Raster. Similar a la de un SIG.

Estructuras de datos en SIG y modelos espaciales• Matriz de stocks similar a la de un

SIG vectorial de polígonos. • Matriz de interacciones sin una clara

correspondencia en los SIG. • Redes se pueden representar con

coberturas de líneas y de puntos. • Listas se pueden representar con

coberturas de puntos.• Raster muy buena correspondencia

con los SIG.

Estructuras de datos en SIG y modelos espaciales• SIG adecuados para estudiar modelos basados en

las matrices de stock, sin cambio en la geometría de las unidades espaciales a lo largo del tiempo: modelos urbanos, algunos modelos ambientales y modelos de transporte son de este tipo.

• SIG adecuados para Modelos de flujos con cambios en la posición de algunos elementos pero es constante la geometría general. Mejorar las funciones SIG normales para que se adapten a estos tipos de datos.

• SIG no adecuados para modelos en los que ocurren flujos que cambian la geometría de la estructura espacial. Insuficiente consideración del tiempo en los SIG. Muchos modelos ambientales son de este tipo.

Formas de relacionar SIG con modelos matemáticos (I)• Utilizar los mecanismos disponibles en un SIG (en

concreto las funciones de búsqueda selectiva y de modelado cartográfico) para construir, en el interior del SIG, modelos ambientales.

• Problemas: Capacidades SIG (base de datos espacial muy detallada, pobre tratamiento del tiempo) y necesidades de muchos modelos ambientales (importancia de la variable "tiempo")

• Bastantes temas ambientales tratados de esta manera:• Erosión del suelo• Ecología del paisaje y de las comunidades• Calidad visual del paisaje • Etc.

• En esta asignatura se usa este enfoque.

EJEMPLOS DE MODELOS AMBIENTALES DENTRO DE UN SIG• Herramientas para insertar y definir

modelos ambientales (ecuaciones matemáticas complejas en un SIG: IDRISI y otros)

• PCRASTER: Wesseling, 1996.• SIMU-MAP/MAPSCRIPT: Pullar, 2004.

www.geosp.uq.edu.au/projects/mapscript/

• Van Deursen, 2000: www.carthago.nl

Formas de relacionar SIG con modelos matemáticos (II)

Formas de relacionar SIG con modelos matemáticos (III)• Ejemplos de relación simple:• SIG GRASS y una serie de

modelos hidrológicos • SIG ILWIS del programa

hidrológico MICRO-FEM

Formas de relacionar SIG con modelos matemáticos (IV)

Formas de relacionar SIG con modelos matemáticos: SADE (V)

Aplicaciones mas usuales de los SIG en problemas ambientales• Aguas• - Modelos hidrológicos. Gestión de

cuencas, análisis y predicción de inundaciones y avenidas. Proyecto SAICA en España

• Ejemplos en http://www2.gis.uiuc.edu:2280/modviz/

• - Modelos oceanográficos. Base de datos sobre el océano (masa de agua). Modelo 3d, en el que importa mucho la dinámica temporal. Dedicado a la simulación

Aplicaciones mas usuales de los SIG en problemas ambientales• Suelos• - inventario de los suelos de una región o

país.• - erosión del suelo• - contaminación de las aguas.• Geología y geomorfología (minería)• - Geología y prospección minera,

sismología. Necesita modelos de datos 3d. Base de datos del subsuelo, atributos temáticos de la Geología: análisis y producción de cartografía

Aplicaciones mas usuales de los SIG en problemas ambientales• Análisis del terreno.

• Delimitación de unidades del relieve

• Generación de variables auxiliares para describir el terreno.

• Morfometría.

Modelado de la erosión

Aplicaciones mas usuales de los SIG en problemas ambientales• Fauna• - diversidad biológica• - determinación de hábitats para animales• Vegetación y ocupación del suelo• - Forestales: explotación, gestión y

conservación de los bosques. • - Ocupación del suelo: agricultura y

ganadería. Proyecto CORINE (Coordinación de información del entorno europeo): mapa digital de Europa escala 1:100.000 de las ocupaciones del suelo (80 variantes).

Aplicaciones mas usuales de los SIG en problemas ambientales• Atmósfera• - Modelos atmosféricos. Base de datos

sobre la capa de aire que rodea la tierra. Modelo 3d, de importancia el tiempo para simulación del comportamiento. Predicción del tiempo y del clima.

• Ecología• - medida de magnitudes geométricas de

elementos del paisaje.• - Coincidencia espacial de elementos de la

ecología

Aplicaciones mas usuales de los SIG en problemas ambientales• Análisis del paisaje.

• Calidad visual del paisaje• Morfología del paisaje. Ecología

del paisaje.

Aplicaciones mas usuales de los SIG en problemas ambientales

• Análisis y prevención de riesgos ambientales.• Riesgos naturales: inundaciones,

sísmicos, volcanes, etc• Tecnológicos: Incendios, derrames,

etc.• Medición de exposición espacial• Determinación de la vulnerabilidad del

territorio a los riesgos.

Aplicaciones SIG con modelos sociales• - Transporte: modelos de interacción

espacial. gravitatorio, etc.• - Producción: industria, agricultura• - Servicios comerciales y

equipamientos sociales: modelos de localización-asignación

• - Población: crecimiento demográfico.

• - Organización urbana: modelo de Garin-Lowry, etc.

Resumen: SIG y modelos ambientales• Problemas.• Funciones de análisis reducidas para integrar modelos

matemáticos. Por ejemplo, los SIG no cuentan con posibilidades de calibrar los modelos.

• SIG no manejan bien el aspecto temporal y dinámico.•• Ventajas:• Datos. Facilitan desagregar datos de los modelos• Desagregación de los modelos. Los SIG pueden aumentar

la resolución de los modelos espaciales. Reducir el problema de la unidad espacial modificable.

• Visualización. Mejorar el entendimiento y desarrollo de mejores modelos espaciales, incluyendo animación dinámica.