Autómatas celulares en Model Builder: Modelos dinámicos de cambio de usos de suelo

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María Ángeles Gutiérrez Poblete
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1 Autómatas celulares en Model Builder: Modelos dinámicos de cambio de usos de suelo Jaime Díaz-Pacheco y Borja Moya-Gómez jdiazpac@ucm.es/ bmoyagomez@ucm.es Departamento de Geografía Humana Universidad Complutense de Madrid

2 La actividad humana produce alteraciones en el medioambiente. La actividad humana y sus efectos es multidimensional. Uno de los testigosmásimportantesde la actividadhumanaesel cambiode usosde sueloy sudinámica. Image source :

3 OBJETIVO: - Diseño de un modelo dinámico de usos de suelo basado en AC en software SIG.

4 ELEMENTOS DE UN AUTÓMATA CELULAR CONVENCIONAL

MODELOS DINÁMICOS DE CAMBIO DE USOS DE SUELO BASADOS EN AUTÓMATAS CELULARES Torsten Hägerstrand (1916-2004).

http://www.e-geography.de 1964. Innovation, Diffusion as a Spatial Process. Universty of Chicago Presss. Chicago. 334 p.

5 MODELOS DINÁMICOS DE CAMBIO DE USOS DE SUELO BASADOS EN AUTÓMATAS CELULARES Torsten Hägerstrand ( ). Lunds Universitet. Spreading innovation in space and time: number of people reached by the innovation Innovation, Diffusion as a Spatial Process. Universty of Chicago Presss. Chicago. 334 p. Waldo Tobler (1930). California University, Santa Barbara. Every thing is related with everything but nearest things are more related that distant things "Cellular Geography", in S. Gale, G. Olsson, eds., Philosophy in Geography, Riedel, Dortrecht, 1979, pp

CARACTERÍSTICAS DEL MODELO 2000 2006 2009 Time Periods Extent 4 Vacant Land

Use Dataset: MLU Based on photo-interpretation Vector original format Original

6 CARACTERÍSTICAS DEL MODELO Time Periods Extent 4 Vacant Land Focused on urban land Vacant land is static Land Use Categories 6 Functions Land Use Dataset: MLU Based on photo-interpretation Vector original format Original Scale of reference 1: Features Minimum mapped unit 100 meters Originally 22 LULC classes

LAND USE CHANGE BEHAVIOUR Where? POTENTIAL TRANSITION (RULES) Changing rules Changing demand How much?

7 CARACTERÍSTICAS DEL MODELO. Esquema general. LAND USE Period t 0 (2000) FUTURE SCENARIOS True LAND USE Period t 9 (2009) LAND USE Period t 6 (2006) LAND USE CHANGE BEHAVIOUR Where? POTENTIAL TRANSITION (RULES) Changing rules Changing demand How much? LAND USE DEMAND MODEL VALIDATION Simulation LAND USE Period t 9 (2009) CALIBRATION Simulation LAND USE Period t 6 (2006) True LAND USE Period t 6 (2006) MAP COMPARISON

8 CARACTERÍSTICAS DEL MODELO. Transición potencial. Demanda. Cuánto? Transición potencial. Dónde? -log(1 -r) α Pj = NjAj Sj Zj v White, R., Engelen, G., Uljee, I., Lavalle, C., & Ehrlich, D. (2000, June)

9 CARACTERÍSTICAS DEL MODELO. Vecindad. P = N S A Z r P = N S A Z r Las reglas de vecindad representan las preferencias de localización de los usos de suelo compitiendo por el espacio. Source: RIKS (Metronamica), Maastricht

10 CARACTERÍSTICAS DEL MODELO. Aptitud. P = N S A Z r Madrid Slope La aptitud puede estar definida por características socioeconómicas o ambientales. Si bien generalmente integra propiedades físicas.

11 CARACTERÍSTICAS DEL MODELO. ACCESIBILIDAD P = N S A Z r Madrid - Distance to Highways La accesibilidad define los valores de influencia respecto algún elementodel territorio (transporte, servicios...), exceptousosde suelo. a j = 1 + (D/δ i ) -1

12 CARACTERÍSTICAS DEL MODELO. Random. P = N S A Z r El random se incluyeen la la función para incorporarun gradode aleatoriedadal sistema.

13 Loop Random Land Use A t 0 Neigborhood Accessibility Suitabilitiy Potential Transition for Land Use A Zoning Features Demand Allocation Land Uses t 01 Land Uses t Model Model 21 Random Land Use B t 0 Neigborhood Accessibility Suitabilitiy Potential Transition for Land Use B Zoning Features

14 Land Use t 1 Output adjustmentsand vacantlandsubmodel Land Use t 0 TransitionPotential Demand submodel Features Allocation submodel Random

16 SCRIPTS PYTHON ArcGIS no tiene todas las herramientas necesarias para estudiar la evolución de los usos del suelo por autómatas celulares Generador de Filtros (Vecindad)* Asignación de uso de suelo (allocation) Aplicador de la vecindad Calculador potencial

17 GENERADOR DE FILTROS (VECINDAD)* Función de filtro (valor a asignar según distancia): Función distance-decay predefinida Interpolación lineal o cúbica (hoja Excel) Características del ráster (tamaño pixel) FILTRO DE VECINDAD DEL SUELO I- ESIMO CON SUELO J-ESIMO Métrica distancia (Manhattan o Euclidea)

18 GENERADOR DE FILTROS (VECINDAD)* Tamaño pixel: 100m M. distancia: Euclidea

19 APLICADOR DE VECINDAD Y CALCULADOR DE VECINDAD Asignar a cada celda el valor de potencial por posible interacción usos del suelo (m, m) Cada celda solo tiene un valor de vecindad por uso de suelo (suma de las diferentes interacciones) Se obtienen m rásters de vecindad (uno para cada uso del suelo) Se obtienen m x m rásters

20 ASIGNACIÓN DE USOS DEL SUELO (ALLOCATION) Matrices de Potenciales por usos de suelo (P) Demanda de cada uso del suelo (d) 1.- Ordenar celdas por potencial y uso del suelo 2.- Ir asignando según orden anterior hasta completar (d) 2b.- Si alguna celda tiene empate, elegir uso de suelo al azar. Heurística (no asegura solución óptima)

22 Jaime Díaz-Pacheco 1 y Borja Moya-Gómez 2 jdiazpac@ucm.es/ bmoyagomez@ucm.es 1,2 Departamento de Geografía Humana Universidad Complutense de Madrid Gracias!

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