MÓDULO: ANÁLISIS DE LOS CAMBIOS DE USO DE SUELO

Transcripción

1 MÓDULO: ANÁLISIS DE LOS CAMBIOS DE USO DE SUELO PROFESOR: WENSESLAO PLATA ROCHA UNIVERSIDAD AUTONOMA DE SINALOA, MEXICO FACULTAD DE CIENCIAS DE LA TIERRA Y EL ESPACIO

2 MODULO V Tema 1: Aplicaciones de TIG a grandes espacios (pequeña escala) - Desarrollo de metodología de pérdidas y ganancias territoriales. El análisis de los cambios de uso del suelo presentado en este apartado se ha basado en la metodología desarrollada por Pontius y otros, (2004). Esta metodología permite obtener para cada categoría de uso del suelo las ganancias y las pérdidas, el cambio neto y los intercambios experimentados entre dos momentos temporales. Asimismo, permite valorar el cambio total tomando como referencia las persistencias y así poder evaluar cuales fueron las transiciones sistemáticas más significativas entre categorías.

3 El análisis parte de la matriz de tabulación cruzada 0,0 Ocupación del suelo , Ocupación del suelo ,0 Dinámica en la ocupación del suelo : 0 0 1: 0 1 2: 1 0 3: 1 1 4: 2 1 Valores que representan cambios 5: 3 1

4

5 Para ello, se parte de una matriz de tabulación cruzada (que en el estudio de usos de suelo comúnmente se denomina matriz de cambios) resultado de cruzar dos mapas de diferente fecha (por ejemplo:1990 y 2000). En dicha matriz las filas representan las categorías del mapa en el tiempo 1 (T1) y las columnas las categorías del mapa en el tiempo 2 (T2). Asimismo, la diagonal principal muestra las persistencias entre el T1 y T2, mientras que los elementos fuera de la diagonal principal dan cuenta de las transiciones ocurridas entre el T1 y T2 para cada categoría. En la fila 6 se recoge el total ocupado por cada categoría en el T2 (P +j ), mientras que en la columna 6 se recoge el total de cada categoría en el tiempo T1 (P i+ ). Hasta aquí no hay ninguna diferencia con un análisis basado en un proceso de tabulación cruzada. Sin embargo, ante la necesidad de realizar estudios más detallados de los cambios, se agregaron una fila y una columna adicional. Así, la fila 7 mostraría la ganancia que tuvo cada categoría entre el T1 y T2 y la columna 7 la pérdida que tuvo cada categoría entre el T1 y T2.

6 El cálculo de dichos parámetros se obtienen de la siguiente forma:

7 El análisis de los cambios de uso/cobertura del suelo se basa, principalmente, en la Metodología de Pontius y otros, Tabla 1. Matriz de tabulación cruzada para dos mapas de diferente fecha. Tiempo Tiempo 1 Clase 1 Clase 2.. Clase n Suma T 1 Perdidas 2 Clase 1 P.. P P P 3 Clase 2 P P 21 P 22.. P 1 n 1 P 2 n P 2 1 P P 2 jj jj Clase n 6 Suma T Ganancias P n1 P n2 P P 2 P P jj P P 1 jj P P nn n P n P P n P jj P n P jj Fuente. Pontius et al 2004 G L ij ij P P j j P P jj jj D j DT j L ij G G S j 2 MIN( Gij, Lij ) ij ij L ij Pi Ts ij ( P j Pjj ) P P j

8 Indicadores de cambios en la Comunidad de Madrid en el período (CLC nivel 1) Ganancias (ha) Persistencias (ha) Pérdidas (ha) Cambio Neto (ha) Cambio Total (ha) Intercambio (ha) S. Artificiales , ,50 483, ,00 Z. Agrícolas 2.340, , , ,50 Z. Forestales , , , ,50 Z. Húmedas 0 60, Sup. Agua 652, ,50 213, ,00

9 INTERCAMBIOS Categoría con superficie inicial y final igual. Fuente. Elaboración propia.

10 DETECCION DE CAMBIOS EN DIFERENTES NIVELES

11 TRANSICIONES SIGNIFICATIVAS

12 Aplicación práctica de la metodología de Pontius y otros (2004). Desarrollo estadístico y espacial en el SIG Idrisi Andes. Land Change Modeler for Ecological Sustainability

13 Introducción LCM es un software para el análisis de los cambios de uso/cobertura del suelo, modelos de predicción a futuro y evaluación de las implicaciones que dichos cambios conllevan en los hábitat y la biodiversidad. Encargado por el Centro Andes para Conservación de la Biodiversidad de Conservation International (fuente de inspiración para el nombre de esta Edición de IDRISI), LCM es la primera amplia aplicación vertical desarrollada por Clark Labs. IDRISI es un aplicación horizontal un software destinado a cumplir con muchas aplicaciones. En cambio, un aplicación vertical se dirige a una aplicación especifica). Por tanto, LCM se orienta al apremiante problema del rápido cambio de los usos del suelo y a las muy especificas necesidades analíticas de la conservación de la biodiversidad.

14 Es posible que usuarios experimentados en SIG pueden investigar más de lo que LCM hace por su cuenta. Sin embargo, hay algunas cuestiones de suma importancia que los usuarios principiantes y expertos deben conocer sobre LCM. 1. EL análisis de cambio de uso del suelo y su predicción se organizan en torno a sub-modelos de transición. Una sub-modelo transición puede constar de una sola transición de uso del suelo o de un grupo de transiciones que se cree que tienen el mismo comportamiento en las variables subyacentes. 2. Todos los sub-modelos de transición de uso del suelo deben ser analizados antes iniciar con los modelo de predicción. 3. Este módulo incorpora la opción de utilizar variables dinámicas de uso del suelo y de accesibilidad. 4. Todos los archivos utilizados por LCM deben figurar en la carpeta de trabajo o en una de las carpetas del proyecto. NO utilice el botón Examinar para seleccionar los archivos.

15 LCM esta organizado en 5 módulos: 1. Change Analysis: Análisis de cambio de uso/cobertura de suelo 2. Transition Potentials: Modelación de las transiciones potenciales de uso/cobertura del suelo 3. Change Prediction: Predicción de los cambios de uso/cobertura del suelo. 4. Implications: Evaluación de éstas implicaciones para la biodiversidad 5. Planning: Evaluación de la planificación de intervenciones para la conservación de la sostenibilidad ecológica.

16 En IDRISI Andes. LCM se accede desde el menú de modelado (Modelling ---> Environmental/Simulation Models) y se abre como un diálogo especial adjunto a la izquierda de IDRISI del trabajo.

17 Dentro de cada pestaña, una serie de tareas y etapas de análisis se presentan como una serie de paneles desplegables. Las primeras tres de las cinco pestañas de LCM se destinan al análisis integrado de cambio de uso del suelo y su proyección en el futuro. Como resultado de ello el acceso a casi todos los paneles de estas fichas requiere la especificación de un conjunto mínimo de parámetros del proyecto ubicado en el primer panel de la primera ficha. Tenga en cuenta que los paneles sobre las tres primeras fichas están organizadas generalmente en torno a un conjunto de operaciones secuenciales que deben seguirse, una tras otra.

18

19 El módulo Change Analysis Algunos conceptos teóricos (Change Analysis). El análisis de los cambios de uso del suelo llevado a cabo en este módulo se ha basado, principalmente, en la metodología desarrollada por Pontius et al., (2004). Esta metodología permite obtener para cada categoría de uso del suelo las ganancias y las pérdidas, el cambio neto y los intercambios experimentados entre dos momentos temporales, representados espacialmente. Así mismo permite valorar el cambio total tomando como referencia las persistencias y así poder evaluar cuales fueron las transiciones sistemáticas más significativas entre categorías.

20 El análisis parte de la matriz de tabulación cruzada 0,0 Ocupación del suelo , Ocupación del suelo ,0 Dinámica en la ocupación del suelo : 0 0 1: 0 1 2: 1 0 3: 1 1 4: 2 1 Valores que representan cambios 5: 3 1

21 Generación espacial de dicho parámetros en el módulo Change Analysis Para aplicar dicha metodología, el módulo necesita, como parámetros principales, dos mapas de uso/cobertura del suelos para dos fechas diferentes Click para continuar Dicha información nos permitirá iniciar con el análisis de los cambios de uso del suelo. Este módulo permite hacer una evaluación gráfica de los cambios ocurridos y una evaluación cartográfica, principalmente.

22 Evaluación gráfica de los cambios 1. Ganancias y pérdidas por categoría

23 Evaluación gráfica de los cambios 2. Cambio neto por categoría

24 Evaluación gráfica de los cambios 3. Contribuciones al cambio neto experimentado por categoría

25 Evaluación cartográfica de los cambios 1. Mapa de cambios 2. Mapa de persistencia 3. Mapa de ganancias y pérdidas 4. Mapa de transiciones de A a B 5. Intercambios entre A y B Tiene la posibilidad de ignorar transiciones no significativas Tiene la posibilidad de crear tantos mapas como sean necesarios.

26 Evaluación cartográfica de los cambios 1. Mapa de cambios

27 Evaluación cartográfica de los cambios 1. Mapa de persistencias

28 Evaluación cartográfica de los cambios 1. Mapa de ganancias y pérdidas para zonas urbanas

29 Evaluación cartográfica de los cambios 1. Mapa de transiciones

30 Evaluación cartográfica de los cambios 1. Mapa de intercambios

31 Tendencia Espacial de los cambios Esta opción permite determinar las tendencia de los cambios de usos del suelo En paisajes dominados por la intervención humana, las pautas de cambio puede ser complejas y, por tanto, muy difícil de descifrar. Para facilitar la interpretación en estos contextos, se ha proporcionado una herramienta de análisis de tendencia espacial. Este es un mejor ajuste a la superficie de tendencia polinomial para los patrones de cambio. El valor por defecto es una superficie de 3 ER orden que es bueno para tener un amplio panorama. Patrones de tendencias hasta del 9 O orden pueden calcularse. Sin embargo, tenga en cuenta que el tiempo necesario para calcular la superficie aumenta sustancialmente en cuanto se incrementa el orden.

32 Tendencia de la Tierras de Labor hacia Zonas agrícolas heterogéneas (3 er Orden)

33 El módulo Transition Potentials En este módulo se aplican dos metodologías (Redes Neuronales y Regresión Logística), el cual necesita como parámetros mínimos, las transiciones entre los diferentes usos del suelo y mínimo una variables explicativas. En el cuadro de este panel se enumeran todas las transiciones que existen entre los dos mapas de uso del suelo. No obstante es posible excluir algunas de dos formas: 1. Estableciendo un umbral para el análisis de las transiciones. 2. Eliminando cualquier transición que se ha excluido al hacer clic en el campo de entrada (Yes No). Por defecto, se supone que cada modelo de transición será analizado por separado, como base para la predicción. En este sentido LCM crea nombres para cada uno de estos sub-modelos. Estos nombres se pueden cambiar a cualquier nombre de conveniencia. Si se desea tener varias transiciones en un modelo juntos, simplemente se les da un nombre a dicho sub-modelo.

34 Sin embargo: - El modelado de múltiples transiciones en conjunto sólo está disponible utilizando la opción de Redes Neuronales (MLP). Para la opción de regresión logística el modulo requiere que las transiciones estén por separado. Si se quiere agrupar a las transiciones, esto se debe de hacer, solo si se tiene la certeza las fuerzas conductoras del cambio son las mismas. En general, en cuanto mayor sea el número de transiciones que se agrupan, la tarea se vuelve más y más difícil de resolver para MLP. Esto es fácil de medir por la validación de la exactitud informe prevé que la MLP

35 Metodología. Conceptos básicos. Una red neuronal artificial simula cómo un cerebro humano procesos de datos espaciales. El MLP, utilizado en las iteraciones (Back Propagation BP), es un algoritmo de aprendizaje de los más utilizados en modelos de redes neuronales. Una típica red BP contiene una capa de entrada, una capa de salida y una o más capas ocultas. En la Figura, cada capa contiene nodos (o neuronas) y está conectado por líneas de diferentes colores, lo que indica la desigualdad de pesos de la conexión. Las investigaciones han mostrado que, un análisis de 3-BP capas puede aproximar cualquier función polinómica. Toda la operación en una red neuronal funciona como una caja negra.

36 Multi-Layer Perceptron Opciones: Entrenamiento de la RN o Cargar pesos Entrenamiento

37 Logistic Regression

38 Logistic Regression Transiciones entre usos Mapa de restricciones Mapa de predicción y de residuales Variables explicativas de dichas transiciones Posibilidad de realizar predicciones Futuras de usos del suelo

39 El módulo Transition Potentials

40 El módulo Transition Potentials

41 Multi-Layer Perceptron Logistic Regression