Análisis de cuenca visual en QGIS

El análisis de cuenca visual o visibilidad del terreno es una potente herramienta de geoproceso, habitual en los Sistemas de Información Geográfica como QGIS, que implica múltiples condicionantes geométricos y formatos de archivo tanto vectoriales como ráster.

Se trata de un procedimiento común y de aplicación especialmente relevante en ámbitos como la Geografía, el Medio Ambiente, la Ingeniería o la Arquitectura, el Paisajismo y el Urbanismo entre otros.

Aunque la ejecución de este procedimiento en un GIS de escritorio simplifica (y mucho) el proceso, el cálculo de la cuenca visual se trata de un análisis relativamente complejo geométricamente hablando.

¿Qué es el análisis de cuenca visual?

El concepto de cuenca visual hace referencia al conjunto de superficies visibles desde un determinado punto de observación. El punto de observación se encuentra localizado en el espacio y estará dotado de cierta elevación.

La herramienta de análisis de cuenca visual o análisis de visibilidad del terreno evalúa la condición de visibilidad del espacia desde uno o múltiples puntos, tomando en cuenta la elevación de dichos puntos y la morfología del terreno. De hecho, esta herramienta podría incluirse dentro del grupo de geoprocesos de análisis del terreno.

El resultado del análisis de cuenca visual es un archivo ráster que expresa dicha característica de visibilidad u ocultación del espacio desde los puntos de observación.

De este modo, todos los puntos del terreno situados dentro del área visible serán, en efecto, visibles desde el punto de observación y viceversa, mientras que los no visibles quedarán ocultos debido a los impedimentos físicos del propio terreno.

Como veremos más adelante, el plugin de análisis de cuenca visual de QGIS también permite incluir otros aspectos que puedan influir en el análisis.

Entre ellos se encuentran la distancia máxima asignada de visibilidad, la curvatura terrestre o la refracción de la luz solar en la atmósfera. Se trata de tres condiciones opcionales que permiten dotar de mayor exactitud al modelo de visibilidad evaluado mediante esta herramienta.

Análisis de cuenca visual en QGIS

Instalar el plugin Visibility Analysis en QGIS

El core de QGIS no incluye ninguna herramienta específica de análisis de cuenca visual. No obstante, el plugin Visibility Analysis implementa las funcionalidades necesarias para llevarlo a cabo. Este plugin, desarrollado por Zoran Čučković, puede descargarse e instalarse rápidamente desde el gestor de complementos de QGIS.

El plugin Visibility Analysis incluye todos los algoritmos necesarios para realizar un análisis de cuenca visual en QGIS con éxito. De hecho, como veremos, el procedimiento está bastante guiado por las herramientas que incluye el plugin, cosa que garantiza el éxito del análisis de nuestra cuenca visual.

Cómo funciona el plugin de Análisis de Cuenca Visual

El plugin Visibility Analysis incluye 4 herramientas ejecutables:

1. Create viewpoints. Permite estandarizar la capa de puntos de observación para que el algoritmo de análisis de cuenca visual lea correctamente la información y pueda realizar el cálculo de manera efectiva, sin devolver errores.
2. Viewshed. Es el algoritmo principal de análisis de cuenca visual. Recibe un ráster MDT y una capa de puntos como elementos de entrada junto una serie de parámetros para el análisis. Devuelve como resultado un ráster con la frecuencia de visibilidad de cada celda.
3. Intervisibilty network. Permite evaluar el rayo visual entre dos capas de puntos distintas, devolviendo como resultado una red de intervisibilidad entre puntos de una y otra capa.
4. Depth below horizon. Hace referencia a la altura (profundidad) que existe entre la línea de horizonte y la superficie del terreno oculto. El resultado será también un ráster con los valores de profundidad de cada celda.

IMPORTANTE: es indispensable que tanto los archivos ráster como vectoriales se encuentren debidamente proyectados en un Sistema de Referencia de Coordenadas métrico. De lo contrario, la ejecución del plugin devolverá error.

Cómo calcular la cuenca visual de un punto

Estandarizar la capa de puntos de observación

Comenzando por el análisis más básico, necesitaremos una capa de puntos con un único punto de observación, así como un Modelo Digital del Terreno o de Elevaciones (MDT, MDE). Como resultado, queremos conocer qué áreas de superficie del ráster son visibles desde el punto de observación.

Primeramente será necesario estandarizar la capa de puntos. Para ello, usaremos la herramienta Create Viewpoints. Como capa de entrada ofreceremos la capa con nuestro punto de observación. También indicaremos el MDT cargado en QGIS y los identificadores únicos de cada punto en caso de que sean relevantes.

Asimismo deberemos asignar un radio de análisis. Este radio será el área máxima medida en línea recta desde el punto de observación que se tendrá en cuenta en el análisis de cuenca visual. Toda superficie situada más allá de dicha distancia quedará excluida del análisis.

Este parámetro se almacenará en la capa estandarizada y se evaluará en el algoritmo Viewshed posteriormente. Por defecto se asignan 5000 metros, lo que es una distancia razonable.

También podremos variar la altura del observador (observer height). Este campo asigna una altura “extra” sobre la altitud del punto extraído del MDT. Es decir, suponiendo que el punto de observación de un mirador fuera una plataforma elevada 5 metros sobre la superficie de un terreno situado a 1750 metros de altitud, el punto de observación devuelto se encontraría a 1755 metros. La cuenca visual se evaluaría desde una altura de 1755 metros y no desde 1750 metros. Por defecto se asigna 1,60 metros, altura estándar de un humano.

Si nuestra capa de puntos incluye un campo con las alturas de cada punto (tanto si es un mismo valor como si cada punto tiene un valor de altura de observación distinto) podremos indicar el campo en el desplegable.

Lo mismo ocurre en caso de que deseemos especificar la altura de los puntos objetivo u observados, suponiendo que no deba evaluarse la superficie real del MDT. Por esa razón el campo target height se encuentra por defecto en 0,00 metros.

Finalmente daremos una ruta de almacenamiento y un nombre al archivo. Como resultado se cargará una capa con el punto de observación. Contendrá los campos ID, observ_hgt y radius con los parámetros asignados.

Realizar el análisis de visibilidad del terreno

Una vez tenemos nuestra capa de puntos de observación lista para el análisis, abriremos el cuadro de diálogo de la herramienta Viewshed. En ella deberemos introducir como localizaciones de los observadores la capa de puntos estandarizada previamente generada, así como el MDT.

El plugin nos permite escoger la refracción atmosférica (0,13 por defecto) pudiendo jugar con este valor en caso de conocerlo y desear afinar el resultado. Para grandes distancias sería interesante activar la casilla para tener en cuenta la curvatura terrestre. Un buen ejercicio sería comparar resultados para ver cómo influye esta opción en análisis de cuencas visuales a distintas distancias y en distintos escenarios de morfología del terreno.

Finalmente, daremos una ruta y un nombre al ráster de salida. Al ejecutar el algoritmo, se debería cargar en la tabla de contenidos de QGIS. Deberíamos obtener un resultado similar al siguiente.

Podemos ajustar su simbología para clasificar las celdas en valores de 0 y 1 (visible y no visible) y asignar cierta transparencia a la capa para ver el resultado sobre el MDT.

Cómo obtener la cuenca visual a partir de múltiples puntos

Un análisis de visibilidad más avanzado se basará en introducir múltiples puntos de observación. Como resultado, se obtendrá también un archivo ráster más complejo.

A diferencia del ráster anterior, este archivo ráster contendrá múltiples valores de visibilidad. Es decir, en vez de arrojar valores correspondientes a áreas visibles y no visibles, también mostrará la frecuencia de visibilidad de cada celda.

Por el concepto de intervisibilidad esto puede entenderse de 2 modos:

• cuántos puntos de observación son visibles desde dicha celda.
• desde cuántos puntos de observación se puede ver dicha celda

De hecho, el ráster es el resultado de combinar o sumar el análisis de cuenca visual individual por cada punto.

Supongamos que queremos evaluar el impacto paisajístico y visual de los molinos de un parque eólico situado sobre la cuerda de una zona montañosa. Conteniendo los puntos de localización de cada uno de los molinos generaremos, como hemos hecho anteriormente, la capa de puntos estandarizada con los parámetros deseados.

Posteriormente realizaremos el análisis de cuenca visual en base a la capa de puntos estandarizada y el MDT. Como resultado obtendremos un ráster con valores comprendidos entre 0 y “n”, siendo “n” la frecuencia máxima de observación. El valor de “n” dependerá del número de puntos, del tipo de terreno, del radio de análisis y del resto de parámetros implicados en el geoproceso.

Podemos re-clasificar o simbolizar en clases nuestro ráster para ordenar la frecuencia. Aplicando una correcta rampa de color y cierta transparencia podremos interpretar mejor el análisis de cuenca visual obtenido.

Del resultado obtenido podremos extraer las áreas no visibles (valor 0, transparentes) y diferenciar la frecuencia de visualización del terreno sí visible desde, por lo menos, uno de los puntos de observación.

Del mismo modo, podremos analizar el resultado sabiendo que el ráster nos informa de:

• cuántos molinos son visibles desde dicho punto del paisaje o territorio.
• desde cuántos molinos se puede ver dicho punto del paisaje o el territorio.

Obtener una red de intervisibilidad

Por último, la herramienta Intervisibilty Network evalúa el concepto de intervisibilidad entre distintos puntos a partir del conocido como rayo visual o simplemente “la visual”.

Por visual se entiende la recta imaginaria trazada del punto de observación al punto observado. Permite conocer, evaluando la morfología del terreno mediante el MDT, si el uno es visible desde el otro.

La ejecución de esta herramienta requiere de dos capas de puntos estandarizadas (puntos de observación y puntos objetivo), un MDT y otros parámetros opcionales ya vistos como la curvatura terrestre o el valor de refracción atmosférica, ajustables según conveniencia del usuario.

Como resultado se obtendrá una capa vectorial de líneas. Cada elemento línea contendrá dos atributos clave: ID del punto de observación e ID del punto objetivo.

En caso de que exista intervisibilidad entre el punto X de la capa A y el punto Y de la capa B, se creará una línea. Por defecto, en caso de que no exista intervisibilidad, no se creará ninguna línea. Si deseamos obtener también en la capa de salida las líneas donde no existe intervisibilidad, deberá activarse la casilla “save negative links”.

Podemos simbolizar el resultado para interpretarlo mejor con una categorización según el punto de observación o el punto objetivo.

La importancia del análisis de visibilidad del terreno

Con este tipo de análisis de visibilidad podemos llegar a responder preguntas como: ¿Qué puntos de interés turístico son visibles desde este mirador? ¿Son visibles los bloques de edificios de la nueva urbanización desde este paraje natural? ¿Qué torres eléctricas de 10m de altura quedan ocultas desde esta parcela? ¿Cuántos y qué molinos eólicos se ven exactamente desde esta localidad?

Utilizando la herramienta de profundidad bajo el horizonte (Depth below horizon) podríamos llegar a extender aún más el análisis y calcular qué altura máxima podría tener un edificio de nueva construcción para quedar oculto tras un monte, por ejemplo, y evitar así un impacto visual negativo sobre el paisaje.

Todo este conjunto de herramientas de análisis de cuenca visual permite obtener resultados interesantes que deben tenerse muy en cuenta en múltiples estudios.

Son especialmente relevantes a la hora de evaluar el impacto ambiental y paisajístico de una obra de ingeniería, una instalación o tendido eléctrico, la construcción de un edificio, etc. Incluso, puede resultar de gran interés a la hora de realizar rutas y establecer miradores turísticos o planificar puntos de vigilancia de incendios sobre el territorio.