Caracterización de la infraestructura vial terrestre en el diagnostico de sistemas territoriales. (Borrador) Por: Carlos Gonzaga. Jorge Hurtado.

Octubre 2011.

1. Índice de Suficiencia Vial (Índice de Engel)

- Indica el nivel de servicio de la red vial en una superficie. - Combinación de la densidad vial con la presencia de la población. - Mide la Justificación de la longitud vial construida en el territorio. - Áreas por debajo del valor medio del índice de Engel se considera áreas críticas. - A menor valor menor capacidad de infraestructura vial o zonas relativamente

saturadas; mayores valores mayor capacidad de garantizar la circulación o intercambio de bienes de acuerdo a la población y superficie involucrada.

Se sugiere clasificar en 3 a 5 intervalos de clase:

1. Zonas con infraestructura saturada (valores mas bajos) 2. Zonas con infraestructura vial relativamente saturada (valores medios) 3. Zonas sin saturación vial (valores altos)

Formula:

100xAxP

KmVIE =

IE= Índice de Engel KmV= Longitud vial en kilómetros. A = Área P= Población. Otra forma de interpretar este indicador es en función de la capacidad de respuesta de la infraestructura: una infraestructura vial saturada no garantiza una oferta adecuada de la infraestructura vial para el número de habitantes que vive en un espacio determinado. (Instituto de geografía - UNAM) Para representar espacialmente los resultado se recomienda el trazado de isolíneas (interpolación del valores del índice contenido en los centroides de los polígonos analizados) así como la estimación de su valor medio con vistas a determinar dentro del territorio que áreas se encuentran por debajo de la media de dicho índice a las que consideraremos áreas críticas en este renglón del Diagnóstico. (Molinet, 2006)

Fig1. Ejemplo de mapa de coeficiente de Engel.

2. Índices De Conectividad Vial A Partir De Costos De Desplazamiento

Este índice permite establecer la capacidad de conectarse (intercambiando personas, mercancías, servicios e información) de los asentamientos poblacionales hacia los principales centros poblados por intermedio de infraestructura vial (carreteras). El análisis consiste en hacer un modelado espacial utilizando el análisis de redes en SIG, y tiene como principal objetivo la elaboración de un mapa de costo de conexión, entre los poblados, este costo, estará dado, por el nivel de impedancia de la red vial. La impedancia a su vez, se determinara en base al costo de tiempo para movilizarse por la red y la distancia entre los poblados más cercanos, el tiempo o impedancia, será calculada o ponderada en función de velocidades aproximadas permitidas según las características de la red vial. Podemos hacer el analisis de costos de desplzamiento en formato RASTER o VECTOR en SIG como describimos a continuación:

2.1. Análisis Raster.

Operativamente podemos decir, que el análisis en términos generales, consiste en obtener dos coberturas temáticas, una matriz de impedancia o superficie de costo (raster) de movilización o conectividad, y otra de fuentes o ubicación de los centros poblados (la ubicacion de centros poblados actua como objetivo para el analisis de costos de desplazamiento), y así poder aplicar un sin número de herramientas SIG sobre análisis espacial, para el cálculo de costos por distancias. En nuestro ejemplo la matriz de impedancia ha sido elaborada ponderando las características propias de la red vial terrestre, pudiendo incrementar o variar el análisis con otros tipos de variables o pesos (población, servicios, polos productivos etc), según las características de los sistemas territoriales que estemos analizando y el resultado que queramos obtener. Base SIG. Elemento Dato -Tipo Variable

descrita Modelo de dato

Atributos Entidad espacial

Red vial (carreteras)

Geográfico Ubicación y características de las vías de comunicación

Vector (shape)

Tipo de vía, estado de la vía, velocidad de diseño, velocidad penalizada, longitud

Línea (red)

Centros poblados

Geográfico Ubicación y principales características

Vector Puntos o polígonos

Modelo de elevación Digital DEM

Geográfico Forma del terreno, pendientes

Raster Área, superficie

Tabla1. Información requerida en el análisis: Fuente elaboración propia. Para las especificaciones técnicas de las vías serán tomadas de la siguiente tabla de normas técnicas (Ministerio de Obras Publicas Ecuador).

Figura2. Tabla de especificaciones técnicas del MOPT para diseño vial: Fuente: MOPT Determinación de la Velocidad Aproximada. La Velocidad Aproximada es la utilizada para el análisis de impedancia, esta es igual a la velocidad de diseño menos una penalización en función del estado de la vía. Para asignar un valor de velocidad de diseño según la clase de vía, previamente es necesario realizar una operación espacial (por superposición) en distintas capas temáticas (mapa de pendientes y red vial), del DEM obtenemos el mapa de pendientes del área de análisis. El objetivo de esta operación es obtener el valor medio de pendiente para un tramo de vía determinado, ahora bien, este tramo estará de acuerdo a la topografía del terreno en que estemos trabajando, queda a criterio del analista, pero siempre partiendo de que mientras mayor accidentado es el terreno, mayor será la segmentación de la línea que representa la vía. (Existen algunas herramientas en SIG para realizar esta segmentación sin afectar la forma original de la línea). Cada segmento de línea representara una fila en la tabla de atributos de las vías. Utilizando Arc Gis 9.x estas operaciones se pueden realizar de la siguiente manera:

- Mapa de pendientes, a partir del DEM con el módulo Spatial Analyst – Surface Analysis – Slope – Degree o Percent (lo dejamos en porcentaje) se obtiene como salida un raster de pendientes.

- Para obtener el valor medio de pendiente en cada tramo de vía, previamente agregamos un campo único numérico e identificador en la tabla de atributos de las vías (cada tramo o fila tendrá un único identificador numérico). Luego con la herramienta Spatial Analyst Tools (Arc Toolbox) – Zonal – Zonal Statistics as Table – en el primer casillero del cuadro de dialogo Input raster or feature zone data el vector de las vías, en el casillero zone field el campo

identificador, en el casillero Input value raster el raster de pendientes, y en el ultimo casillero direccionamos adecuadamente el Output que será una tabla con una serie de estadísticas. Para incorporar el valor de la media de pendiente a la tabla de atributos del tema vías, lo realizamos por intermedio de un Join entre las dos tablas, utilizando como campo común, el campo identificador numérico. Para esto, hacemos click derecho en el tema vías – Joins and Relates – Join. En este cuadro de dialogo Join Data, nos cercioramos que en el primer casillero este la opción Join attributes from a table, en el siguiente casillero el campo en común del tema, es decir el Identificador numérico, en el próximo casillero la tabla de estadísticas y por último el campo en común en esta tabla. El campo de la media lo hacemos permanente y podemos remover los otros campos que no vamos a utilizar.

Para la determinación de las velocidades de la red vial (km/h), se considera la clase de vía (ver tabla de normas técnicas CLASES I, II, II, IV Y V) y esta a su vez, está determinada por la superficie o tipo de vía (CLASE DE PAVIMENTO). Identificado la case de vía y el valor medio de pendiente en cada tramo, podemos establecer la velocidad de diseño en cada clase, utilizando la tabla de normas técnicas, tenemos 3 opciones (tipo de terreno %) LL para i < 5%, O entre 5 a 15 % y M para 15 a 25 % (considerar valores absolutos), obviamente estos valores deberán ser incluidos en un campo velocidad de diseño en la tabla de atributos del shape de vías. La penalización que se le restara a la velocidad de diseño, estará dada por el estado de la vía para la circulación, para fines de ejemplo utilizaremos los siguientes criterios. Estado de la vía Penalización (km/h)* Buena 0 Regular 8 Mala 15 Estos valores serán restados a la velocidad de diseño. Con la velocidad penalizada y la longitud de cada tramo calcularemos el tiempo (segundos). Convertimos las vías a raster con el valor del tiempo, reclasificamos el raster (Spatial Analyst – Reclassify) en los valores sin dato (No Data) ponemos el 1200 s (tiempo promedio de una persona normal en recorrer 1 Km) Como resultado obtendremos un nuevo raster o matriz de impedancia, es decir el valor de cada pixel estará dado por el costo en tiempo o impedancia, mientras más alto es el valor mayor es el costo de traslado. Por último, obtenemos el mapa de costo de tiempo de conexión por vía carrozable, desde los diferentes poblados en nuestra área de estudio, para esto, utilizaremos un análisis espacial entre 2 capas (Cost distance) por un lado, el raster de impedancias y por otro, la cobertura de los poblados, (esta ultima cobertura pueden ser entidades como puntos o polígonos, y, modelo de dato vector o raster, en función del software de SIG que utilicemos)

Utilizando Arc Gis 9.x, estas operaciones se pueden realizar de la siguiente manera: Spatial Analyst Tools (Arc Toolbox) – Distance – ahí se despliegan algunas herramientas para análisis de costo (Cost Distance)en todas se pedirá como elementos de entrada las matriz de impedancia y la cobertura con la ubicación de los poblados.. El análisis espacial consiste en calcular el costo de desplazamiento desde cada celda hacia la ubicación objetivo por el camino de menor impedancia, para el caso de los pixeles del raster en donde su valor es cero (lugares en donde no hay presencia de red vial), como lo señalamos anteriormente, se ha asignado un valor de 1200 segundos/Km, valor asumido como el promedio de velocidad de una persona normal al caminar, con el fin de no tener valores nulos en la operación del costo de distancia. Se ve un ejemplo de análisis raster de costos de desplazamiento a continuación:

Figura3. Ejemplo con análisis “Raster” de un mapa de costos de desplazamiento de la provincia de Napo.

2.2. Análisis vectorial con redes.

En análisis con redes básicamente consiste en crear una matriz de tiempos de viaje a travez de la red vial usando diferentes puntos como origen y destino. El tiempo que se calcula para cada par en la matriz, corresponde al tiempo que toma en desplazarse sobre la red por el camino de menor impedancia. Una vez obtenida la matriz se procede a calcular los diferentes índices que la literatura los llama de “accesibilidad” y que a la vez pueden ser ponderados por la población del lugar y asi obtener uno mas representativo de acuerdo al objeto del estudio. A continuación un ejemplo de este tipo para la provincia de Napo donde los origenes y destinos en la matriz de tiempos de viaje fueron los centroides de las cabeceras cantonales.

Figura4. Mapa de accesibilidad con análisis de redes (vector) para la provincia de Napo. También se podrían hacer mapas combinados entre el análisis vector y raster, por ejemplo calculando los costos de desplazamiento (raster) al sector de mayor accesibilidad (vector).

2.3. Isócronas.

Las isócronas son líneas que unen puntos de igual tiempo de recorrido, en el SIG, se determina una serie de isócronas para un centro, basado en el cálculo del tiempo recorrido sobre la red. (UNLP – MG. 2011), puede considerarse una variante de los anteriores. Los mapas de isócronas también aportan información sobre el estado de las vías como canales de relación entre las distintas partes del territorio, en este caso, con respecto a un punto determinante del territorio, pues se elaboran a partir de encuestas donde se ha determinado el tiempo empleado en trasladarse desde ella hacia un lugar determinado, por ejemplo, capital o principal poblado.

La obtención de este análisis puede ser, mediante una interpolación o un análisis de densidad del valor del tiempo, contenido en la cobertura de puntos que representa los poblados.

Figura5. Ejemplo de mapa de isócronas. Otros Ejemplos de mapas de conectibilidad.

Figura6. Ejemplo de mapa de conectividad vial

Bibliografía.

- Palacio, J.L. et al. 2004. Indicadores para la Caracterización y el Ordenamiento Territorial. Universidad Nacional Autónoma De México - Instituto De Geografía. 1ra edición. México. 161 p. ISBN 970-32-1885-7.

- Universidad Nacional de La Plata – Maestría en Geomática UNPL - MG. 2011. Curso de Sistemas de Información Geográfica. La Plata – Argentina.

- Molinet, E. 2005. Seminario de Planificación Física y Ordenamiento Territorial. Universidad Técnica Particular de Loja y Colegio de Ingenieros Civiles. Loja- Ecuador.

- Ministerio de Obras Públicas de Ecuador. 2007. Valores de Diseño Recomendados para Carreteras de Dos Carriles y Caminos Vecinales de Construcción. Quito –Ecuador.