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ICT: Cálculo del Índice de Conectividad Terrestre
ICT: Cálculo del Índice de Conectividad Terrestre| Presentación y opciones | Caja de diálogo de la aplicación |
| Sintaxis |
En el ámbito de la ecología, se define la conectividad ecológica o terrestre como la capacidad que presentan los diferentes hábitats que conforman un territorio para permitir el movimiento de los distintos organismos a través de ellos. La conectividad se calcula a partir de la distribución espacial y caracterización de estos hábitats. Si no se dispone de mapas de hábitats también se puede calcular a partir de mapas de cubiertas o usos del suelo.
Esta aplicación genera una capa ráster que cubre una determinada área de estudio, en la que cada celda contiene el Índice de Conectividad Terrestre (ICT) para ese centro de celda, o punto focal, según la fórmula de Pino, modificada de la de Hanski.
ICT=Sumatorio_del_área_de_las_celdas_alrededor_del_punto_focal
en qué:
el área (A) de cada celda de alrededor de cada punto focal se conserva si la afinidad (a) con la categoría focal es 1 y se va haciendo más pequeña cuanto menor es esta afinidad. Al mismo tiempo, el área de cada celda de alrededor también se hace menor cuanto mayor es la distancia de la celda al punto focal y cuanto mayor es la impedancia, la cual se utiliza en el cálculo de la distancia de coste, δ. Una impedancia muy grande hace que δ sea grande y que la celda prácticamente no contribuya a la suma del área de conectividad, mientras que una impedancia mínima, igual a 1, hace que δ sea la distancia euclídea y la contribución a la suma del área sea proporcional a la exponencial negativa de la distancia euclídea; la contribución de la impedancia se multiplica por un valor α que proporciona una estimación relacionada con una dispersión media de las especies en una situación de mínima impedancia y que se establece en una contribución de 0.05 veces el área a una distancia igual al radio máximo de exploración: α=ln(0.05)/radio. En otras palabras, el 3r factor (función exponencial) modula que la contribución del área se multiplique por 1 cuando la distancia sea 0 y la impedancia mínima, que se multiplique por 0.05 cuando la distancia sea el máximo radio de exploración y la impedancia sea también mínima (1), y que pueda multiplicarse por prácticamente cero cuando la impedancia sea alta.
Para escalar adecuadamente los resultados, y tal y como se justifica más adelante, finalmente se aplica un logaritmo en base 10 al resultado.
El cálculo se efectúa para un cierto hábitat o cubierta/uso del suelo de interés, llamado categoría focal, ICTc. Como se explicará posteriormente, es posible combinar los ICTc de las distintas categorías para obtener un índice de conectividad terrestre general, ICTg.
Esencialmente el ICT proporciona, en cada celda del ráster obtenido (o sea, en cada punto focal), un indicador del área disponible (conectada) a su alrededor (hasta un radio máximo definido) para una determinada categoría focal con la que se ha calculado ese ráster. Para realizar el cálculo el programa suma las áreas (celdas) alrededor de cada punto focal, pero ponderándolas en función de su afinidad a la categoría focal (una categoría afín aporta más a la suma) y, al mismo tiempo, ponderando el área de cada celda en función de su distancia de coste al punto focal (aplicando un coste o "fricción" mayor que la pura distancia geográfica según la impedancia de la categoría de la celda respecto de la categoría focal).
Para obtener el Índice de Conectividad Terrestre en cada punto focal y escribirlo en cada celda del ráster resultante esta aplicación determina su conectividad respecto a un área circundante a partir de:
La impedancia se puede definir como la resistencia a la conectividad de una categoría (un hábitat o una cubierta del suelo) respecto a la categoría focal.
El programa utiliza un archivo ráster que proporciona, para cada celda del área de estudio (por ejemplo de 30 m de lado) la impedancia con la categoría focal objeto de estudio. Se obtiene a partir de una reclasificación del fichero de hábitats o cubiertas/usos del suelo a los valores adecuados de impedancia de cada categoría respecto a la categoría focal. La impedancia sirve para considerar una distancia no euclídea entre los puntos analizados, sino modulada por un coste anisótropo que evidentemente existe al considerar la conectividad en un paisaje real, formado por hábitats o cubiertas diferentes ubicados en diferentes posiciones en torno a cada punto focal.
La impedancia es mínima (1) entre la categoría focal y ella misma o entre ella y categorías muy similares. La impedancia es máxima (por ejemplo 1000, valor que hace prácticamente imposible la conectividad) entre ella y otras categorías en las que se considere que la conectividad es prácticamente inexistente (entre bosques y zonas urbanas, por ejemplo).
La impedancia la establecen los expertos en la conectividad de cada hábitat/cubierta/uso respecto de los otros hábitats/cubiertas/usos. A menudo se utiliza como impedancia el inverso de la afinidad, descrita a continuación.
Pueden existir celdas de impedancia etiquetadas con valores sindatos, que serán excluidas del cálculo.
La afinidad puede definirse como la similitud que presenta una categoría (un hábitat o una cubierta/uso del suelo) respecto a la categoría focal, y que permite la conectividad entre ambas.
El programa utiliza un archivo ráster que proporciona, para cada celda del área de estudio (por ejemplo de 30 m de lado) la afinidad con la categoría focal objeto de estudio. La afinidad se obtendrá a partir de una reclasificación del fichero de hábitats o cubiertas/usos del suelo a los valores adecuados de afinidades de cada categoría respecto a la categoría focal.
La afinidad es máxima (1) entre la categoría focal y ella misma o entre ella y categorías muy similares. La afinidad es mínima (por ejemplo 0.001, valor que hace prácticamente nula la conectividad) entre ella y otras categorías en las que se considere que la afinidad es prácticamente inexistente (entre bosques y zonas urbanas, por ejemplo).
La afinidad la establecen los expertos en la conectividad de cada hábitat/cubierta/uso respecto a los demás hábitats/cubiertas/usos. Una aproximación es el número de organismos compartidos entre cada pareja de hábitats/cubiertas/usos.
Pueden existir celdas de afinidad etiquetadas con valores sindatos, que serán excluidas del cálculo.
Dado que los archivos ráster de impedancia y de afinidad se recortan iterativamente, para conseguir una máxima velocidad de ejecución, es preferible que sean, o bien IMG sin comprimir (máxima velocidad de recorte aunque ocupen más en el disco) o bien archivos extra-comprimidos indexados (RLE indexado; desde GeM+ se puede comprobar esto, o bien convertirlos a archivos RLE indexados desde IMGIMG).
La persona usuaria debe definir la distancia de separación entre puntos focales para los que se desea realizar el cálculo del ICT. Esta distancia se expresa en las unidades del Sistema de Referencia Horizontal de los archivos originales (de impedancias, etc). El archivo ráster de ICT tendrá como lado de celda el mismo valor que la distancia entre puntos focales (o muestras) definida.
Normalmente no es necesario (y sería muy lento) aplicar el cálculo a una distancia entre puntos focales igual al lado de celda de los mapas de hábitats o de cubiertas/usos originales, ya que las conectividades calculadas en una celda y en una celda adyacente son prácticamente iguales. Por ello, la distancia entre puntos focales suele ser un valor mayor que la de la celda original. Además, la distancia entre puntos focales debe ser un valor que, dividido entre el lado de celda de los archivos originales, de un número impar (el programa controla esto y emite un mensaje de error si no se cumple esta condición). Por ejemplo, si se trabaja con un ráster con lado de celda de 30 m, distancias entre puntos focales de 150 m, 210 m o 390 m pueden ser valores adecuados; valores progresivamente mayores harán cuadráticamente más rápida la ejecución del programa o del BAT/PS1 resultante del programa, pero cada vez menos precisa la determinación del ICT; esta imprecisión se traducirá en más discontinuidades entre celdas, pero sobre todo en la posible no constatación de áreas con mejor o peor conectividad a causa de un muestreo demasiado separado.
Se recomienda realizar algunas pruebas en una ventana del área de estudio para tener una percepción satisfactoria de qué distancia entre puntos focales es adecuada en aquella zona, teniendo en cuenta su estructura de paisaje y el lado de celda de que se disponga en los mapas de hábitats o cubiertas/usos. Hay que tener presente que la fórmula aplicada en cada punto focal suma las áreas de todas las celdas vecinas (hasta el radio indicado a continuación) ponderadas por la afinidad con la categoría focal y, al mismo tiempo, ponderadas por la distancia de coste (anisótropa, que considera la impedancia) de cada celda en su punto focal. En cuanto a la influencia en el tiempo de cálculo, puede consultarse el punto 1 de los aspectos avanzados.
La persona usuaria debe definir el radio alrededor de cada punto focal en el que se realizará el cálculo. En la práctica, y para acelerar los cálculos, en lugar de aplicar un radio circular, se utiliza una zona de influencia cuadrada definida por un semilado. Así pues, el radio corresponde al semilado de las zonas cuadradas de estudio y debe ser un valor que, multiplicado por dos y dividido entre el lado de celda de los archivos originales, de un número impar. Si se trabaja con un lado de celda de 30 m, 2.025 m puede ser un valor adecuado; valores progresivamente mayores harán cuadráticamente más lenta la ejecución del programa o del BAT/PS1 resultante, pero con un incremento de precisión en la determinación del ICT cada vez menor dado que la exploración en celdas alejadas tiene poco peso en el ICT final de las celdas del ráster obtenido. Normalmente este radio es un valor mayor que la distancia entre puntos focales, pero se tolera que pueda ser más pequeño para propósitos exploratorios, por ejemplo para obtener unos primeros resultados más rápidamente (puesto que un valor más pequeño del radio de exploración hace el cálculo más rápido). Debe hacerse notar que dado que el efecto de la distancia decrece exponencialmente, hacer un radio muy grande implicará mucho más tiempo de cálculo y los resultados serán prácticamente iguales. Sin embargo, puede consultarse el punto 2 de los aspectos avanzados.
El ICT obtenido se presentará en un fichero ráster que expresa en cada celda el logaritmo en base 10 de la superficie de conectividad de la celda (sumando 1 a la superficie para evitar valores negativos del logaritmo). Se aplica un logaritmo para tener unos rangos de valores adecuados en el mapa (por un lado el índice así calculado tiene valores más pequeños y, al mismo tiempo, los valores más grandes pero más distintos quedan más cercanos, mientras que es posible distinguir mejor los valores de conectividades bajas y medias).
Este archivo ráster tendrá un lado de celda igual la distancia entre puntos focales indicada por la persona usuaria.
La aplicación permite elegir las unidades del fichero ICT, ya sea en hectáreas (ha) sumando 1 al valor por los motivos expresados previamente, o en m2 (+1) si así se desea (opción que puede ser más conveniente si se trabaja en distancias cortas donde la consideración "por m2" pueda resultar más natural que la consideración "por ha"). Por claridad en la expresión de las unidades, en el archivo de salida se indica log(ha) o log(m2), aunque en realidad lo que se calcula es log10(ha+1) o log10(m2+1).
Como también se ha dicho, típicamente se quiere obtener un archivo ICTc para cada hábitat o cubierta/uso de interés (bosques, cultivos, etc), a través de sendas ejecuciones de este programa. Posteriormente, se puede obtener un ICT general promediando los diferentes rásters (ICTc, por ICT de cada cubierta) con la aplicación EstRas (o con CalcImg). Esta media es una aproximación que pondera por igual a los diferentes hábitats o cubiertas; se puede valorar realizar una media ponderada en función de la proporción de cada cubierta en cada celda como aproximación más territorial. También se puede densificar cualquiera de estos archivos resultantes en la resolución del mapa de hábitats o de cubiertas/usos original; se sugiere hacerlo con la aplicación DensRas seleccionando interpolación bilineal.
Si se quiere revertir el valor del índice al dato de superficie (ha o en m2, según se haya calculado) de conectividad de cada celda, simplemente se debe efectuar, con la función POW() de la aplicación CalcImg, la operación: capa_superficie=10(capa_ICT)-1.
Si se desea tener una capa de puntos estructurados (.pnt, vectorial) con el ICT de cada punto focal excluyendo las celdas que eventualmente puedan estar en zonas sindatos (mar, etc), se puede ejecutar la aplicación IMGPNT; cabe notar que si se dispone de los diferentes ICT de los diversos hábitats o cubiertas de la zona de estudio configurados como un ráster multibanda, el IMGPNT permite obtener el .pnt en una sola operación, que creará tantos campos en la tabla de atributos del archivo .pnt como bandas contenga el ráster multibanda.
Optativamente, es posible indicar que se quiere generar dos capas adicionales, una con puntos centrados en cada punto focal y una con polígonos delimitando la zona analizada en cada punto focal. Estas capas no intervienen directamente en el proceso de cálculo pero pueden ser útiles para tener una idea más visual de la densidad del muestreo y el alcance geográfico de cada punto, algo útil en docencia, por ejemplo. Estos archivos tendrán el mismo nombre que el ráster ICTc generado, pero añadiendo los sufijos "_Mostres" y "_Zones", respectivamente. Los atributos de los puntos y polígonos irán desde 1 al número de puntos focales (o muestras) analizadas. Estos archivos serán vectores no estructurados (.vec); si el número de puntos focales es muy grande, su dibujado, consulta, etc, será lento, por lo que puede ser conveniente convertirlos a archivos estructurados (.pnt y .pol) a través de las apliaciones VECPNT y Ciclar de MiraMon indicando (importante!) que NO se desea estructuración topológica.
En ámbitos extensos (miles de km²) con distancias de muestreo cortas (cientos de metros) y radios de exploración largos (kilómetros) los tiempos de ejecución pueden requerir muchas horas, o días. Es por ello que la aplicación permite (con los parámetros FilaIni, FilaFi y NFaja) preparar diferentes rasters de salido o archivos BAT/PS1 de salida para poder paralelizar la ejecución en diferentes ordenadores o en ordenadores con distintos núcleos.
Aspectos avanzados.
nuevo_tiempo=tiempo_referencia*(dist_tiempo_referencia/nueva_dist)2
Por ejemplo, en el caso anterior, el nuevo tiempo será 1.5*(390/150)2=10.14 h. Cabe señalar, por lo tanto, que aunque la relación de mejora de la resolución en términos de la celda es "solo" 2.6 veces, el tiempo se multiplica por 6.76 (el cuadrado de la relación entre los lados).
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| Caja de diálogo de ICT |