Entender el análisis de distancia de ruta

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Consulte Análisis de distancia y Migrar de herramientas de distancia a herramientas de distancia sin distorsión para obtener más información sobre las funciones mejoradas.

Las herramientas de distancia de ruta, Distancia de ruta, Asignación de la distancia de ruta y Vínculo de menor distancia de ruta, se utilizan para realizar el análisis de distancia. Si se utilizan junto con las herramientas de costes, euclidianas, hidrológicas y otras herramientas de Spatial Analyst, se pueden modelar eficazmente muchos procesos de dispersión y movimiento. En las siguientes secciones se describe la teoría básica de las herramientas de distancia entre rutas y cómo utilizarlas.

Reglas básicas del movimiento tras la distancia de ruta

Las herramientas de distancia de ruta son parecidas a las herramientas de coste de distancia en cuanto a que ambas determinan el coste de viaje acumulativo mínimo desde un origen a cada ubicación de una superficie de ráster. Sin embargo, la distancia de la ruta no solo calcula el coste acumulado sobre una superficie de costes, sino que lo hace compensando la distancia real de la superficie que debe recorrerse y los factores horizontales y verticales que influyen en el coste total de desplazarse de un lugar a otro. La superficie de costes acumulados producida por estas herramientas puede utilizarse en la modelización de la dispersión, el movimiento de flujos y el análisis de la ruta menos costosa.

Para utilizar con la máxima eficacia las herramientas de distancia entre rutas, es importante comprender algunos principios básicos de la dispersión y el movimiento sobre una superficie. Para ilustrar estos principios básicos, analizaremos la cantidad de energía, o más explícitamente, la cantidad de combustible necesaria para conducir un coche entre dos puntos teniendo en cuenta diversos factores de coste.

Para conducir un coche por una carretera plana a lo largo de 50 millas del punto A al punto B se necesitarán x galones de combustible.

La energía gastada al viajar por una carretera plana es una función de distancia.

Se necesitará más combustible para conducir el mismo coche del punto A al punto B si tiene que viajar por una superficie rugosa o llena de baches, como una carretera sin asfaltar. La cantidad de combustible utilizado en el segundo caso se calcula por la distancia recorrida sobre la fricción, que es el factor de fricción (F), para compensar los baches de la superficie, multiplicado por la distancia a recorrer y dividido por las millas por galón que el coche recorre en superficies planas y lisas (D = Millas recorridas / millas por galón), lo que resulta en la siguiente fórmula:

F * D = combustible_utilizado

Se gasta más energía viajando por una carretera llena de baches.

La fórmula anterior también se puede utilizar en el primer ejemplo, pero el factor de fricción era mucho menor que en el segundo ejemplo porque el coche circulaba por una superficie lisa.

Si la ruta del punto A al punto B fuera cuesta arriba, el coche tendría que recorrer una distancia real mayor que si la ruta fuera llana. (Puede ignorar por el momento el hecho de que sería necesario combustible adicional para propulsar el coche cuesta arriba). La distancia que se recorre se conoce como distancia de superficie (SD).

Se gasta más energía cuando se va cuesta arriba.

La distancia de superficie extiende la distancia de recorrido real sobre el tipo de superficie de recorrido. Siguiendo con el ejemplo anterior, ahora el coche debe recorrer la superficie con baches durante una distancia mayor. La distancia de superficie (SD) aumenta el coste total del viaje como factor, no por simple suma. Cuando se considera la distancia de superficie (SD sustituye a D), se utiliza la siguiente fórmula:

F * SD = combustible_utilizado

Otro grupo de elementos que pueden influir en el consumo de energía de un coche son los factores horizontales. Estos factores tienen en cuenta la ruta horizontal más fácil de recorrer y a qué distancia de ella se desplaza el coche. Un factor horizontal en este ejemplo podría ser la velocidad del viento. Si hay un fuerte viento detrás del coche, este consumirá menos combustible para desplazarse del punto A al B, independientemente de la superficie y de la distancia real del trayecto.

Se gasta menos energía viajando con viento de cola.

Si se incluye el factor horizontal (HF) en el coste total del viaje, se obtiene la siguiente fórmula:

F * SD * HF = combustible_utilizado

El factor horizontal relacionado con la velocidad del viento debe ajustarse para compensar la cantidad de fricción horizontal que se encontrará con respecto a la relación de la dirección de desplazamiento y la dirección del viento. Por ejemplo, si el viento sopla detrás del coche con un desplazamiento de ángulo de 45 grados, el viento beneficiará algo al coche, pero no tanto como si soplara directamente detrás de él (desplazamiento de 0 grados).

La dirección del viento repercute en el gasto de energía dependiendo del ángulo (viento cruzado).

Si el coche se dirige directamente contra el viento, el factor de fricción horizontal sería mayor.

El último factor que afectará al consumo de energía del coche es la pendiente ascendente o descendente que debe superar durante el desplazamiento, lo que se conoce como factor vertical. En este ejemplo, si el coche va cuesta abajo, el coste total del viaje disminuirá; si va cuesta arriba, el coste total aumentará.

Se gasta menos energía cuesta abajo.

Incorporando el factor vertical (VF) a la fórmula anterior se obtiene la fórmula siguiente:

F * SD * HF * VF = combustible_utilizado

Al modelar una fuente de dispersión o un objeto en movimiento, una herramienta de distancia de ruta permitirá controlar la fricción, la distancia de superficie, el factor horizontal y el factor vertical. El ejemplo anterior es sencillo, pero se pueden ilustrar muchos de los elementos que afectan al movimiento. La mayoría de los movimientos no son tan sencillos como el de un coche circulando por una superficie. Por ejemplo, puede ser menos costoso para algunos tipos de fenómenos cuando el ángulo vertical es grande o cuando se desvía significativamente de la dirección de desplazamiento horizontal especificada. La pendiente cero puede ser costosa de superar en otra situación. La pendiente para los factores verticales pueden ser las densidades de aire, los niveles de concentración o los decibelios de ruido en lugar de elevación. Las herramientas de distancia entre rutas permiten controlar los factores que influyen en la dispersión, como los enumerados aquí, lo que permite personalizar el análisis para adaptarlo a los requisitos del fenómeno considerado.

Salidas del análisis de la distancia de ruta

Los diferentes tipos de salidas desde las herramientas de distancia de ruta se describen en las siguientes secciones.

Resultado de distancia de ruta

El resultado principal de la herramienta Distancia de ruta es el ráster de distancia de coste total acumulado. Este ráster almacena la distancia acumulada de menor coste para cada celda, teniendo en cuenta todos los factores de coste, que resulta de la celda de origen menos costosa. Dado que la distancia de coste se basa en una asignación iterativa, se garantiza el menor coste acumulado para cada célula procedente de una fuente. Los valores acumulados se basan en la unidad de coste especificada en la superficie de coste.

Salida de dirección de Vínculo de menor distancia de ruta

La herramienta Vínculo de menor distancia de ruta identifica, para cada celda, qué celda debe desplazarse o fluir en el camino de vuelta a la celda de origen desde la que es menos costoso llegar.

Los valores del ráster de salida van de 0 a 8, que son códigos que identifican la dirección hacia la siguiente celda vecina (la celda subsiguiente) cuando se recorre (desde el destino hasta el origen menos costoso) la ruta de menor coste acumulativo. A las celdas de origen se les asigna 0, porque ya han alcanzado el objetivo (el origen).

Si la ruta pasa al vecino de la derecha, a la celda de salida se le asignará el valor 1. Si la ruta es hacia abajo a la derecha, el valor será 2, directamente al sur sería 3, y así sucesivamente, continuando en el sentido de las agujas del reloj, como se muestra en el siguiente diagrama:

Salida de Asignación de distancia de ruta

El ráster Asignación de distancia de ruta identifica, para cada celda, la zona de origen que puede llegar a la ubicación de la celda con el menor coste acumulado.

Los valores de salida son los mismos que los del origen de entrada, a menos que se especifique un valor para Ráster de valor de entrada, en cuyo caso se utilizarían los valores de dicha entrada.

Salidas opcionales

Además del ráster de salida específico de cada herramienta, cada una de las herramientas de distancia de ruta también puede crear opcionalmente otros tipos de salidas. La herramienta Distancia de ruta puede crear un ráster de vínculo de menor distancia y la herramienta Vínculo de menor distancia de ruta un ráster de distancia. La herramienta Asignación de distancia de ruta también puede crear tanto los rásteres de distancia como los de menor distancia, lo que resulta útil si desea crear todas las salidas posibles con la ejecución de una única herramienta.

Entradas para las herramientas de distancia de ruta

Todas las herramientas de distancia de ruta necesitan un dataset de las ubicaciones de los orígenes. En función de la herramienta y las opciones que se utilicen, pueden especificarse otras entradas para controlar mejor el análisis.

Entrada de origen

La entrada de origen identifica aquellas ubicaciones desde las que se calcula una distancia de coste acumulativo mínimo a cada celda no fuente. Puede ser un dataset de entidades o un dataset ráster, el mismo que utilizaría para las herramientas de distancia de coste.

Una entrada de origen puede contener una o varias zonas. Es posible que estas zonas estén o no estén conectadas. Se mantienen los valores originales asignados a las celdas de origen. No hay límite para el número de celdas de origen dentro del ráster <source>.

Entrada de coste

El ráster de coste de entrada también es el mismo que se utilizaría en las herramientas de distancia de costes. Cada ubicación de celda recibe un peso proporcional a un coste relativo incurrido por el fenómeno que se está modelando al pasar por una celda. Los costes suelen basarse en entidades inherentes al lugar que son estáticas antes del movimiento del elemento o fenómeno. Si se modeliza el movimiento del fuego, por ejemplo, las entidades del coste podrían incluir la pendiente, el aspecto, la edad, el tipo, el contenido de humedad y la cubierta de copas de la vegetación.

Las unidades de coste se basan en cualquier escala relativa, no en unidades geográficas. Las unidades pueden ser el coste en dólares o las unidades de energía gastadas; los costes de preferencia pueden ser sin unidad. Lo más importante es que los valores estén en una escala relativa. Si se agregan los valores asociados a la pendiente, el aspecto y el tipo de vegetación, se obtendrán resultados sin sentido para el movimiento del fuego. Sin embargo, si cada uno de estos atributos se reclasifica en relación con la susceptibilidad al fuego y luego se agrega, el resultado será un ráster de coste del fuego.

Los valores de coste asignados a cada celda son medidas de distancia por unidad para la celda.

Al interpretar los costes almacenados en cada celda como el coste por unidad de distancia de viaje a través de la celda, el análisis pasa a ser independiente de la resolución. Supongamos que hay dos rásteres, uno con una resolución de 50 metros y otro con una resolución de 100 metros. A varias celdas contiguas de cada ráster se les asignan cinco unidades de coste para recorrer cada celda. Las cinco unidades de coste se aplican a cada unidad de distancia (el coste de mover un metro en este caso); por lo tanto, costará 500 unidades de coste mover 100 metros a través de las celdas en cualquiera de los dos rásteres independientemente de su resolución.

Ejemplo

Si el tamaño de la celda se expresa en metros, el coste asignado a la celda es el coste necesario para recorrer un metro dentro de la celda. Si la resolución es de 50 metros, el coste total del desplazamiento dependerá entonces de si el desplazamiento es:

• Perpendicular a través de la celda (ya sea horizontal o verticalmente), donde sería el coste asignado a la celda multiplicado por la resolución (coste_perpendicular_total = coste * 50).
• Diagonalmente a través de la celda, donde sería el coste asignado a la celda multiplicado por la resolución de la celda, multiplicado por el factor diagonal de ≈1,414214 o √2, (coste_diagonal_total = 1,414214 *(coste * 50)).

Ráster de superficie

Un ráster de superficie de entrada se puede utilizar para determinar la distancia de superficie real, por oposición a la distancia planimétrica ("en línea recta") recorrida de una celda a la siguiente. La elevación suele ser el ráster de superficie de entrada.

El teorema de Pitágoras se utiliza para calcular la distancia real de desplazamiento de la celda "a" a la celda "b":

• Si el coste se calcula para uno de los cuatro vecinos adyacentes, la longitud de la base (a) es igual al tamaño de la celda (distancia del centro de una celda al centro de otra).
• Si el coste se determina para una celda diagonal, la base se deriva del tamaño de la celda multiplicado por ≈1,414214 (o √2).

Para determinar la altura (b) del triángulo, la altura de la celda de destino del ráster de superficie se resta de la altura de la celda de origen.

Cuando la superficie no es plana, la distancia de viaje es mayor. Una mayor distancia significa que se incurre en más costes al ritmo determinado por el ráster de costes de entrada y por los factores horizontales y verticales.

El coste de superar el ángulo de inclinación o declive (pendiente) no se calcula necesariamente solo a partir del ráster de superficie. Los costes asociados al ángulo de inclinación se calculan a partir del ráster de factores verticales de entrada y los factores de coste verticales adjuntos. El ráster utilizado para el ráster del factor vertical puede ser el mismo que el ráster utilizado para el ráster de la superficie de entrada.

Más detalles sobre el control de los cálculos de distancia de ruta

Definir un umbral de distancia máxima

A veces se alcanza un umbral de coste acumulativo superior al deseado. Dicho umbral se controla mediante el parámetro de distancia máxima. Cualquier ubicación que supere el umbral recibirá NoData en el ráster de distancia de coste de salida.

Uso de valores alternativos en el ráster de salida de la asignación

Si los valores asociados a las celdas de origen en el ráster de origen de entrada deben sustituirse por valores alternativos en el ráster de asignación de salida, puede introducirse un ráster de valores. Los valores definidos para cada celda de origen por el ráster de valores se asignarán a todas las celdas que se asignen a la ubicación de la celda de origen en el ráster de asignación de costes.

Variaciones en los elementos

Con Distancia de ruta se pueden modelar muchas variaciones alterando uno o todos los parámetros de entrada. Por ejemplo, si no hay ningún ráster de superficie de entrada para calcular la distancia de superficie, ni elementos de coste de factor horizontal o vertical, la herramienta Distancia de ruta realizará los mismos cálculos que la herramienta Distancia de coste. Cuando la distancia de coste se calcula sobre una superficie plana, no se necesita ningún ráster de superficie de entrada.

A veces, uno de los rásteres de factores horizontales o verticales puede contener el mismo valor para cada ubicación de celda. Por ejemplo, cuando se intenta modelizar el viento en una situación en la que la microtopografía no es importante y los vientos predominan desde una única dirección (como el sureste), cada ubicación de celda en la trama horizontal puede establecerse en 45 grados.

Unidades para los factores de entrada

Recuerde los siguientes efectos a la hora de determinar los factores de coste:

• Cualquier pendiente positiva o negativa entre celdas aumenta la distancia superficial, con lo que aumenta el coste.
• Un factor horizontal o vertical de 1 no afecta al coste de desplazamiento entre celdas. Sin embargo, un factor inferior a 1 disminuye el coste, y un factor superior a 1 lo aumenta.

Al determinar la función de factor horizontal o vertical que se va a utilizar (especialmente cuando se altera con modificadores) o al crear un gráfico de factor personalizado, deben tenerse en cuenta las unidades de coste iniciales en el ráster de costes de entrada y los efectos de un factor en estas unidades.

Cómo se calcula la distancia de ruta

Para obtener información sobre cómo se calculan los resultados de las herramientas de distancia de ruta, proceda con la siguiente sección:

• Cómo funcionan las herramientas de distancia de ruta