Conectar regiones con la red óptima

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La herramienta Conexiones de región óptimas identifica la red óptima de rutas de menor coste para conectar una serie de regiones de entrada. No crea rutas separadas que conectan una ubicación a otra.

Utilice esta herramienta si tiene varias regiones y desea crear una red que represente el modo de viajar entre ellas de la mejor forma. Por ejemplo, las regiones pueden ser una serie de parches de hábitat, parques u operaciones de tala. Las redes resultantes pueden ser corredores ecológicos que conectan el hábitat, senderos para bicicleta que conectan los parques o vías forestales que conectan las operaciones de tala.

En la red resultante, el viajero puede moverse de una región a cualquier otra utilizando las rutas, incluido viajar por otras regiones para llegar a una región distante.

La conexión de red óptima para seis regiones se muestra sobre la superficie de coste. El viajero puede llegar a cualquier región (punto morado) al viajar por la red (línea azul).

Si proporciona una entrada de superficie de coste, la red resultante será una red de rutas de menor coste. Si solo proporciona orígenes de entrada, la red resultante será la red de las rutas más cortas.

En la red óptima, la dirección del viaje no importa. El coste acumulado es el mismo si el viajero se desplaza de una región a otra o de la segunda región a la primera. Si la dirección del viaje es relevante para su análisis, utilice la herramienta Ruta óptima como línea.

Ejemplos de aplicación de Red óptima

Puede utilizar una red óptima de rutas de menor coste entre ubicaciones para resolver distintos escenarios, como los siguientes:

• En una iniciativa de socorro, ha identificado cinco áreas en las que se posicionarán las bases de rescate y de personal médico. Quiere desarrollar la mejor red de rutas de suministro entre las bases.
• En una explotación maderera, desea crear la red más rentable de caminos de tala forestal para extraer la madera.
• En una operación de extinción de incendios, desea identificar la mejor red de senderos para mover recursos de extinción entre distintas sedes.
• A partir de un modelo de adecuación, ha identificado 10 de los mejores terrenos de hábitat para los linces. Quiere que los linces se puedan mover entre los terrenos utilizando la red más efectiva de corredores de vida salvaje para mantener la diversidad genética dentro de la metapoblación.

Análisis de red óptima

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

• Calcule la distancia en línea recta y, opcionalmente, ajuste los cálculos con una barrera o un ráster de superficie.
• Si lo desea, determine la velocidad a la que se llegará a la distancia utilizando una superficie de coste, características del origen, factor vertical y factor horizontal. Cree el ráster de distancia acumulada.
• Conecte regiones sobre la superficie de distancia acumulada resultante utilizando una red óptima, rutas específicas o corredores.

Desde la tercera área funcional, a continuación, se ilustra la conexión de regiones con una red óptima de rutas. Este escenario implica un conjunto de cuatro regiones que corresponden a estaciones de guardabosques (puntos morados) y ciertos ríos (líneas azules).

Las regiones se conectan mediante una red óptima a través de la superficie de coste mientras se aplica una barrera.

La red óptima (líneas naranjas) que conecta las regiones se muestra sobre la superficie de coste-distancia acumulado.

Al examinar la salida de la asignación de distancia, se puede observar por qué las dos regiones inferiores no están conectadas. Debido a la barrera del río, no son vecinos de coste.

La red óptima (líneas naranjas) que conecta las regiones se muestra sobre la superficie de asignación de distancia.

Crear una red óptima

Para crear una salida de red óptima, siga estos pasos:

1. Abra la herramienta Conexiones de región óptimas.
2. Proporcione las regiones que se van a conectar en el parámetro Datos de entrada de región en forma de ráster o entidad.
3. Asigne un nombre a la red de conectividad óptima de salida.
4. Opcionalmente, proporcione un dataset de barrera.
5. Si procede, proporcione una superficie de coste para el parámetro Ráster de costes de entrada.
6. De manera opcional, proporcione un nombre para el parámetro Clase de entidad de salida de conexiones vecinas.
7. De manera opcional, especifique los valores de los parámetros Método de distancia o Conexiones dentro de la región.
8. Haga clic en Ejecutar.

Herramienta Conexiones de región óptimas

La herramienta Conexiones de región óptimas identifica la red óptima de rutas de menor coste para conectar una serie de regiones de entrada.

Proporcionar las entradas

Primero, identifique las regiones de origen.

Una región puede ser un punto, una línea, un polígono o grupos de celdas ráster. Las regiones identifican las ubicaciones que se van a conectar. Las ubicaciones en un dataset de entidades se consideran regiones. Cuando la entrada es un ráster, una región es un grupo de celdas contiguas con el mismo valor.

En la siguiente imagen, las regiones de entrada (los polígonos coloreados) se muestran sobre una capa de superficie de coste.

Determinar la región de menor coste

La región de menor coste se identifica para cada celda que no pertenezca al origen utilizando los cálculos realizados por la herramienta Asignación de distancia.

En la siguiente imagen, las regiones de entrada se muestran sobre la capa de asignación de distancia asociada. El valor de cada celda en el ráster de asignación identifica la región a la que se puede llegar con el coste acumulado menos costoso (más bajo).

Crear rutas de coste

Se crean rutas de coste entre cada región y sus regiones de costes vecinas.

En la imagen de abajo, las regiones de entrada y las rutas de menor coste desde cada región hasta sus regiones de costes vecinas (líneas magentas) se muestran sobre la capa de asignación de costes asociada.

Convertir regiones y rutas en un gráfico

Las regiones y las rutas resultantes se convierten en un gráfico. Un gráfico en este contexto es la estructura matemática utilizada para modelar relaciones por pares mediante la teoría de grafos. En la conversión, las regiones son los vértices y las rutas son los bordes. El coste acumulado de la ruta corresponde al peso del borde.

Conceptualmente, esta conversión se representa mediante la siguiente ilustración. Los círculos numerados son los vértices (las regiones) y las líneas de conexión entre los vértices son los bordes (las rutas de menor coste). Los pesos de los bordes son el coste acumulado de las rutas. En la ilustración, los costes más altos se representan con líneas más gruesas.

Este gráfico es una ilustración conceptual de las conexiones óptimas con los vecinos de coste de cada región en la teoría de grafos.

Nota:

Para comprender bien cómo funciona esta herramienta, es recomendable tener unos conocimientos básicos de la teoría de grafos. Existen muchos recursos que puede consultar, pero puede empezar por esta entrada de la Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Graph_theory.

El árbol de expansión mínima se determina utilizando la teoría de grafos para conectar los vértices (regiones) de la forma más eficaz (menor coste). El árbol de expansión mínima no es necesariamente único, ya que puede haber más de un conjunto de bordes que se consideran mejor.

Nota:

Encontrará más información sobre los árboles de expansión mínima en línea, como esta entrada de Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Minimum_spanning_tree.

Asignar a entidades de línea

La representación espacial de las regiones y las rutas del árbol de expansión mínima se asignan de nuevo a una clase de entidad de salida.

En la imagen de abajo, las regiones de entrada y la red de rutas de menor coste desde el árbol de expansión mínima (líneas magentas) se muestran sobre la capa de superficie de coste asociada.

Rutas de salida a regiones de coste vecinas

También es posible que una clase de entidad de las rutas hasta las regiones de coste vecinas constituya la salida. Puede utilizar esta salida para crear su propia red, agregar rutas al árbol de expansión mínima o analizarla más en análisis de red.

Se muestra la asignación de coste-distancia con regiones conectadas por rutas hasta sus regiones de coste vecinas.

Si no se proporciona una superficie de coste, la salida sería una red de rutas que conecta las regiones del modo más corto posible.

Nota:

La herramienta Conexiones de región óptimas respeta las barreras. Las barreras se pueden especificar mediante el parámetro de barrera o mediante celdas NoData en la máscara o en el ráster de superficie de coste. La red resultante identifica la distancia física más corta o menos costosa para llegar a cada ubicación desde un origen mientras navega alrededor de estas barreras.

Información adicional

Las siguientes secciones contienen información adicional sobre la conexión de regiones con una red de rutas óptima.

Rutas que siguen a través de regiones

Cada ruta es una entidad lineal separada y existirán líneas duplicadas donde las rutas recorran un segmento común.

Para una red de rutas conectada, si las regiones de entrada son polígonos o un ráster de regiones de varias celdas, las rutas continúan hacia un punto dentro de la región para permitir que el viajero entre por una ruta, se mueva dentro de la región y salga por otra ruta para llegar a otras regiones. Dado que se desconoce cómo se moverá un viajero dentro de la región, no se asigna ningún coste a estos segmentos extendidos dentro de una región y no se incurre en ningún coste al moverse por la región. Lo mismo ocurre cuando se introducen regiones lineales: no se incurre en ningún coste al moverse a lo largo de la región lineal para llegar a otras rutas.

Para ilustrar la red conectada resultante con respecto a una serie de rutas de menor coste independientes, la siguiente imagen muestra la diferencia entre las dos formas en que se pueden conectar las regiones. La primera imagen muestra el resultado de utilizar la salida de la herramienta Acumulación de distancia como entrada para la herramienta Ruta óptima como línea. En este caso, las rutas solo llegan a los bordes de las regiones. La segunda imagen muestra la red resultante de rutas que conectan las regiones creadas con la herramienta Conexiones de región óptimas. En este resultado, las rutas continúan dentro de la región, lo que permite que el viajero acceda a la región por una ruta y salga por otra.

Compare las rutas resultado de las herramientas Acumulación de distancia y Ruta óptima como línea con las rutas resultado de la herramienta Conexiones de región óptimas.

Dado que la salida de Conexiones de región óptimas es una red topológicamente correcta, se puede utilizar en análisis de red para realizar análisis adicionales.

También puede utilizar la herramienta Conexiones de región óptimas para evitar que las rutas continúen a lo largo de las regiones especificando Sin conexiones en el parámetro Conexiones dentro de las regiones.

Herramientas Conexiones de región óptimas y Ruta óptima como línea

La herramienta Conexiones de región óptimas crea una red óptima de rutas entre un número de regiones de entrada. Las herramientas Acumulación de distancia y Ruta óptima como línea funcionan conjuntamente para crear rutas entre orígenes y destinos identificados. La secuencia de herramientas Acumulación de distancia y Ruta óptima como línea también se puede utilizar para crear una red de rutas aislando de forma iterativa una región como origen y conectándola a las otras regiones identificadas como destinos. Este proceso se repite para cada región y las rutas de menor coste resultantes se combinan.

A continuación, se enumeran las limitaciones del enfoque iterativo:

• Conectar cada región a todas las demás regiones es un proceso combinatorio que puede crear un número muy elevado de rutas, especialmente si existen muchas regiones. Este enfoque no permite que se pueda llegar a una región distante utilizando una serie de rutas que conectan una secuencia de regiones que están entre usted y la región distante.
• Para reducir el potencial de un gran número de rutas, muchas veces se utiliza la distancia en línea recta más cercana entre dos regiones para identificar el origen y el destino. Sin embargo, si bien dos regiones pueden estar cerca geográficamente, puede resultar costoso viajar entre ellas debido a una entidad que interviene, como una montaña o un río. La herramienta Conexiones de región óptimas determina las regiones a conectar en función de la proximidad de menor coste.
• Muchas veces, se unen rutas diferentes de diferentes regiones y siguen la misma ruta de menor coste hacia una región común. Resulta difícil analizar la parte compartida si son rutas ráster, como las creadas por la herramienta Ruta óptima como ráster. Al realizar análisis posteriores, es mejor tratar cada ruta como una entidad separada.
• Las rutas creadas por la herramienta Ruta óptima como línea solo llegan al borde de una región. No crean una red de rutas conectadas.

Regiones y zonas

Las regiones se utilizan como entrada de Conexiones de región óptimas. Las regiones pueden ser una entidad o un dataset ráster. Si las regiones de entrada son datos de entidad, las entidades se convierten a un ráster. Una región es cualquier grupo de celdas contiguas con el mismo valor de celda. Una zona son todas las celdas de un ráster que tienen el mismo valor. Las zonas pueden estar formadas por una única región o por varias regiones desconectadas. En Conexiones de región óptimas, si hay grupos de celdas en la entrada con el mismo valor que no están conectados entre sí, se tratan como una única región con celdas desconectadas. El resultado es que en la red solo se conectará el grupo de celdas dentro de la región a la que sea menos costoso llegar, por lo que no todas las celdas de la entrada estarán conectadas.

Una entrada que contenga varios grupos de celdas desconectadas se puede convertir en una serie de regiones independientes con la herramienta Grupo de regiones. Al utilizar la salida de Grupo de regiones como entrada de Conexiones de región óptimas, cada región se conectará con el resto de regiones, de modo que se pueda llegar a todas las celdas de la entrada a través de la red resultante.

Escenarios de muestra con la herramienta Conexiones de región óptimas

A continuación, se muestran escenarios comunes para utilizar la herramienta Conexiones de región óptimas.

• La red óptima (el árbol de expansión mínima) es la salida deseada.
• Agregue rutas específicas a la red óptima con Acumulación de distancia y Ruta óptima como línea para conectar las regiones que la red óptima no capturó. Por ejemplo, al combatir varios incendios forestales, agregue rutas de escape para que los bomberos puedan utilizarlas si cambian las condiciones.
• Cree la red desde la salida opcional de todas las rutas hasta las regiones vecinas. Utilice la herramienta Seleccionar para seleccionar las rutas.
• Convierta cualquiera de los escenarios anteriores en una red de red y lleve a cabo análisis adicionales del movimiento entre las regiones.