Tener en cuenta las barreras en los cálculos de distancia

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Una barrera es un obstáculo que está presente entre las dos ubicaciones para las que se está calculando la distancia. Las barreras pueden ser entidades tales como un lago, una autopista dividida o una cordillera. La distancia en línea recta se altera cuando existe una barrera. Es posible que desee conocer la distancia más corta posible entre las ubicaciones después de tener en cuenta la distancia adicional necesaria para el desvío alrededor de la barrera.

Ruta en línea recta entre un senderista y una cabaña

Cuando existe una barrera en el camino, el viajero debe rodearla.

La ruta de los senderistas cambia si hay un lago entre ellos y la cabaña

Puede ajustar la distancia en línea recta incluyendo barreras e incorporando la distancia de superficie real que se recorre. Una vez determinada la distancia ajustada en línea recta, la tasa a la que se cubre la distancia se puede controlar mediante una superficie de coste, características del origen, un factor vertical y un factor horizontal. Si se especifica cualquiera de estos factores de tasa con una barrera, un desvío alrededor de la barrera será la distancia de menor coste entre las ubicaciones.

Ejemplos de uso de barreras

Se pueden usar barreras para ayudar a resolver distintos escenarios, como los siguientes:

  • En un estudio de la fauna silvestre, determinar la distancia entre dos parches de hábitat que están separados por un lago.
  • Determinar la distancia más corta que debe recorrer una embarcación de un puerto deportivo a otro si están separados por una península.
  • Identificar una ruta de senderismo por un área en la que existe una pendiente pronunciada que hay que evitar.
  • Definir la trayectoria de vuelo que debe seguir un avión si hay una tormenta entre él y su destino.

Ajustar el análisis de distancia en línea recta con barreras

El análisis de distancia se puede dividir conceptualmente en las siguientes áreas funcionales relacionadas:

Desde la primera área funcional, la distancia en línea recta se ajusta con barreras, como se ilustra a continuación. Este escenario implica un conjunto de cuatro estaciones de guardabosques (puntos morados) y ciertos ríos (líneas azules).

El resultado de la distancia en línea recta identifica la distancia desde cada celda que no pertenezca al origen hasta la estación de guardabosques más cercana.

Mapa de distancia en línea recta desde cuatro estaciones de guardabosques
Se muestra la distancia en línea recta desde cada celda que no pertenezca al origen hasta la estación de guardabosques más cercana. Se muestran los ríos.

Las barreras ajustan la distancia en línea recta ya que el viajero necesita rodearlas.

Mapa de distancia en línea recta que se ajusta para rodear los cursos de agua que sean barreras
Los guardabosques no pueden vadear los ríos, por lo que los ríos actúan como barreras. Observe que la distancia aumenta en el otro lado de las barreras.

Los rásteres de dirección de origen en línea recta y dirección hacia atrás son iguales si no hay barreras.

Mapa de dirección en línea recta desde cuatro estaciones de guardabosques
El ráster de dirección de origen indica la dirección a la estación de guardabosques más cercana. Las direcciones se basan en direcciones de brújula (0 a 360 grados).

El ráster de dirección hacia atrás identifica, para cada celda, la dirección que se toma para retroceder desde la celda para volver al origen más cercano. Cuando se introducen barreras, el viajero debe rodearlas.

Mapa del ráster de dirección hacia atrás modificado por la inclusión de barreras
Se muestra el ráster de dirección hacia atrás con las barreras de cursos de agua incorporadas. Los valores de dirección de origen del ráster anterior se deben modificar para que el viajero pueda desviarse alrededor de los ríos.

Crear un ráster de distancia con barreras

Para crear un ráster de distancia que incorpore barreras, siga estos pasos:

  1. Abra la herramienta Acumulación de distancia.
  2. Proporcione el origen en el parámetro Ráster o datos de origen de entidad de entrada.
  3. Asigne un nombre al ráster de distancia de salida.
  4. Identifique la barrera en el parámetro Datos de entidad o ráster de barrera de entrada.
  5. Especifique cualquier otro parámetro necesario.
  6. Haga clic en Ejecutar.

Las barreras afectan al cálculo de distancia

Las siguientes secciones proporcionan información sobre el ajuste de la distancia en línea recta con barreras mediante la herramienta Acumulación de distancia.

Especificar una barrera

Una barrera puede alterar los cálculos de distancia si resulta necesario desviarse para evitarla. Algunos ejemplos de barreras son un lago, una autovía dividida, una cordillera, un río o un acantilado. Hay un parámetro de entrada que puede usar para especificar dónde existen ubicaciones de barrera, ya sea como datos de entidad o ráster. Si la entrada de este parámetro es una clase de entidad, se convertirá a un ráster cuando se ejecute la herramienta.

También puede definir barreras de otras formas. Si se proporciona un ráster de superficie, una superficie de coste, un ráster de factor vertical o un ráster de factor horizontal, se considera que las celdas NoData de cualquiera de estos rásteres son barreras. Si se define el entorno de Máscara, las ubicaciones que están fuera del área cubierta por la máscara (las celdas NoData) también se consideran barreras. En cualquier caso, las barreras impiden el movimiento. Cuando sea necesario, las barreras se engrosarán ligeramente para evitar fisuras que permitan moverse a través de la barrera. Consulte la sección Engrosar las barreras para evitar fisuras que se muestra a continuación para obtener más información.

En resumen, se permite viajar entre ubicaciones que tienen valores válidos para el ráster de superficie de entrada, el ráster de superficie de coste, el ráster de factor vertical y el ráster de factor horizontal, así como entre ubicaciones que están dentro del área definida por la máscara en el entorno de análisis, si se especifica. No está permitido viajar entre ubicaciones definidas por la entrada de barrera, a través de ubicaciones que se encuentran fuera del área de máscara (celdas NoData), ni a través de cualquier ubicación donde el ráster de superficie, el ráster de superficie de coste, el ráster de factor vertical o el ráster de factor horizontal tengan un valor de NoData.

Las barreras afectan a los rásteres de distancia de salida

Los siguientes rásteres de salida que se producen al realizar el análisis de distancia se ven afectados por barreras:

  • Ráster de acumulación de distancia
  • Ráster de dirección hacia atrás
  • Ráster de dirección de origen

Ráster de acumulación de distancia

Para cada celda que no pertenezca al origen, el ráster de acumulación de distancia de salida calcula la distancia acumulativa hasta el origen de menor coste o más cercano. Si se ha especificado una entrada de barrera, los valores de distancia tienen en cuenta el desvío necesario para rodear las celdas de barrera.

Un ejemplo sería localizar un nuevo complejo de edificios donde se prefiere la proximidad a los tendidos eléctricos existentes. En la siguiente imagen, se muestra la distancia desde cada celda que no pertenezca al tendido eléctrico más cercano (líneas azules). No se especificó ninguna entrada de barrera. Se muestra el ráster de distancia resultante, en el que el verde indica las ubicaciones más cercanas.

Mapa de distancia en línea recta desde líneas eléctricas
La distancia en línea recta desde los tendidos eléctricos. Para cada celda, la distancia en línea recta se calcula al segmento de línea eléctrica más cercano.

Debido a las restricciones locales, las nuevas líneas eléctricas no pueden pasar por encima de crestas. La siguiente imagen muestra el impacto de agregar una línea de crestas (línea morada) como barrera. Observe que las ubicaciones del otro lado del cordón montañoso ahora están más lejos (en marrón claro) de las líneas eléctricas debido a la distancia agregada necesaria para rodear el cordón montañoso.

Mapa de la distancia en línea recta que se ajusta para rodear la barrera
La distancia en línea recta se ajusta para tener en cuenta la distancia adicional necesaria para rodear la barrera.

Nota:

Si una barrera provoca que una ubicación se desconecte de un origen, no se calcula la distancia a las celdas desconectadas.

Rásteres de dirección hacia atrás y dirección de origen

La acumulación de distancia también le permite crear un ráster de dirección hacia atrás y un ráster de dirección de origen. En cada celda que no pertenezca al origen, el ráster de dirección hacia atrás identifica la dirección que viaja al salir de la celda que no pertenece al origen más cercano o de menor coste.

En cada celda que no pertenezca al origen, el ráster de dirección de origen identifica la dirección a la celda de origen más cercana o de menor coste. Si no hay barreras al calcular la distancia en línea recta, estas dos salidas son las mismas; con barreras, no lo son.

Los rásteres de dirección hacia atrás y dirección de origen utilizan la misma convención que una brújula. El rango de valores es de 0 grados hasta 360 grados, con el 0 reservado para las celdas de origen. Hacia el este, a la derecha, es 90, y los valores aumentan en sentido horario, de modo que 180 es sur, 270 es oeste y 360 es norte. Los dos rásteres informan de dirección real, con el ráster de dirección hacia atrás que informa de los grados como valores de punto flotante y el ráster de dirección de origen que los indica como enteros.

Se ilustra la diferencia entre la dirección hacia atrás y la salida de la dirección de origen, por ejemplo, al calcular la distancia de viaje para que un palista llegue a un destino (Jim’s kayak rental) cuando existe una península de tierra está entre el palista y el destino. La península se convierte en una barrera para el palista (el viajero). En la siguiente imagen, en el ráster de dirección hacia atrás, cada celda almacena la dirección en la que el palista debe salir de la celda para volver a Jim’s kayak rental, ya que el palista debe rodear el saliente de tierra. Este movimiento direccional se indica para las celdas representativas mediante las flechas de color azul oscuro. En el ráster de dirección de origen, cada celda almacena la dirección en línea recta de vuelta a Jim's kayak rental. Esta dirección se indica mediante las flechas azules claro. Las dos direcciones son diferentes. Las flechas de color azul oscuro guían al palista alrededor de la península, mientras que las flechas azules claro indican la dirección en línea recta de vuelta a Jim’s kayak rental desde cualquier ubicación, independientemente de la península.

Mapa que indica cómo difieren la dirección de origen y destino cuando existe una península entre un palista y su destino
Jim's kayak rental se encuentra en la esquina inferior izquierda de la imagen (punto naranja). Los polígonos de costa y amarillo son barreras. Para un conjunto de muestra de celdas, se muestran el valor de dirección hacia atrás (azul oscuro) y el valor de dirección de origen (azul claro). El polígono amarillo indica las ubicaciones de los amarres que el palista debe evitar.

Un uso importante del ráster de dirección hacia atrás es generar las rutas más cortas desde un destino de vuelta al origen más cercano. En la siguiente imagen, el ráster de dirección hacia atrás de salida era una entrada de la herramienta Ruta óptima como línea para definir la ruta más corta que el palista (punto morado) debe tomar alrededor de la península (la barrera), evitando la zona de amarres (polígono amarillo), para volver al área de alquiler de kayaks.

Ruta que debe seguir un kayak para rodear una península y volver al alquiler de kayaks
La herramienta Ruta óptima como línea utiliza la salida de la distancia en línea recta y la salida de dirección hacia atrás para crear rutas de polilínea más cortas a un origen, evitando las barreras.

Las barreras pueden cambiar el origen más cercano o de menor coste

Al agregar barreras, estas pueden modificar qué celda de origen es la más cercana o menos costosa de alcanzar. Por ejemplo, en la primera imagen que aparece a continuación, existen dos orígenes: S1 y S2. El origen más cercano a la celda que no pertenece al origen x es el origen S1.

La celda x está a 180 grados de distancia del origen más cercano S1
En la celda x distinta del origen, la celda de origen más cercana es S1 y el valor 180 se almacena en la ubicación de x en el mapa de dirección de salida.

En la siguiente imagen, se agrega una barrera horizontal. El origen más cercano a x es ahora el origen S2 (como muestra la ruta gris clara alrededor del extremo derecho de la barrera).

Una barrera horizontal cambia el origen más cercano de S1 a S2
Con una barrera (línea gris oscuro horizontal), la celda de origen más cercana a x es ahora S2. La dirección que va directamente a S2 es diferente a la dirección hacia atrás que se toma al seguir la ruta más corta.

Como resultado, la presencia de barreras puede cambiar los valores de salida de las celdas en el ráster de dirección hacia atrás. En este ejemplo, el valor asignado a x en el ráster de dirección hacia atrás sin la barrera será 180,0. Con la barrera, la dirección hacia atrás para x será 121,5.

Para el ráster de dirección de origen, el origen más cercano a la celda x sin la barrera es S1, sur, en una dirección de 180 grados. Cuando se agrega la barrera horizontal, la dirección de origen asignada a x es de aproximadamente 135 grados (flecha azul clara), que es la dirección en línea recta de x al origen S2, no en la dirección en la ruta. Como resultado de la barrera, la dirección hacia atrás y la dirección de origen de x a S2 son diferentes.

El valor de x en un ráster de asignación de distancia de salida cambiará de S1 sin barrera a S2 con la barrera.

Si se proporciona una superficie de coste y una barrera, son posibles los tres escenarios siguientes para el valor asignado a la celda que no es de origen x:

  1. Si S1 fuera el origen de menor coste sin la barrera, con una barrera, S2 se convierte en el origen de menor coste con un coste acumulativo mayor que el valor asignado a S1.
  2. Si S2 era el origen de menor coste sin la barrera, alcanzar el origen S2 era inicialmente más barato que alcanzar S1. Con una barrera, S2 sigue siendo el origen de menor coste, pero con un aumento del coste acumulativo total.
  3. S2 era el origen de menor coste sin la barrera, pero la ruta para alcanzar S2 no pasa cerca de la barrera. Con la barrera, el coste acumulativo de S2 sigue siendo el mismo. La barrera no suponía ningún efecto.

Con una superficie de coste, el ráster de dirección de origen cambiará si el origen de menor coste de x cambia de S1 a S2. Sin embargo, si S2 fuera inicialmente el origen de menor coste, la dirección de origen de x permanecerá igual.

Engrosar las barreras para evitar fisuras

Una barrera se puede representar como una entidad lineal, como una carretera o un río. En este caso, la entidad de línea se debe rasterizar antes de realizar la operación de distancia. Como ráster, la entidad lineal tendrá un grosor de solo una celda. Si bien la naturaleza de la barrera se conservaría donde es perfectamente horizontal o vertical, puede ser diagonal. En este caso, sería geométricamente posible que el viajero se colara a través de lo que constituirían fisuras en la barrera.

Para evitarlo, las herramientas Acumulación de distancia y Asignación de distancia ensancha automáticamente las secciones diagonales en una celda. Dado que se impide que el viajero pase por las diagonales, la entrada de la barrera seguirá siendo una verdadera barrera.

Evitar que el viajero se cuele por las fisuras engrosando levemente las secciones diagonales de las barreras
El viajero podría colarse diagonalmente por las fisuras de una barrera (izquierda). Para evitarlo, las secciones diagonales de barreras se engrosan levemente (derecha).

Si la barrera de entrada es un ráster, este proceso de engrosamiento también se lleva a cabo para las celdas diagonales que tienen el ancho de una celda.

Las barreras que se especifican como un dataset en el parámetro de la herramienta se fusionan en la superficie de coste y, cuando es necesario, las celdas NoData de la superficie de coste se engrosan. El resultado es el engrosamiento de las barreras independientemente de si están especificadas por un dataset o si se les asigna a sus ubicaciones NoData en la superficie de coste, lo que evita posibles fisuras.