Base de datos y aplicación para localización y análisis de incendios forestales (página 2)

Enviado por Yodesky Rodr�guez �lvarez

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El principal problema para el análisis estadístico es la existencia de la vieja base de datos cuyos parámetros en su mayoría no coinciden con los parámetros de la nueva base de datos. El primer reto es la transformación del sistema de codificación de la vieja base de datos acorde a los nuevos requerimientos (Tabla 3).

Tabla 3. Equivalencia entre los códigos de la vieja y la nueva base de datos

Base de datos anterior		Nueva base de datos
Formas de propagación de incendios (Entidad TipoDeIncendio)
Código	Descripción	Código	Descripción
1	Copa de los árboles	0	Copa de los árboles
2	Terrestre	1	Terrestre
3	Subterráneo	2	Subterráneo
Causas (Entidad CausaGeneral)
Código	Descripción	Código	Descripción
		0	Accidental
4	Rayos	1	Natural
2	Intencional	2	Intencional
3	Negligencia	3	Negligencia
1	Desconocido	4	Indeterminado
Origen (Entidad Municipio)
Código	Descripción	Código	Descripción
		1	San Juan y Martínez
5	Las Minas	2	Minas de Matahambre
6	Macurijes	3	Guane
		4	Mantua
3	Guanacahabibes	5	Sandino
7	Pinar del Río	6	Pinar del Río
2	Costa Sur	7	Consolación del Sur
		8	Los Palacios
		9	San Luis
1	Bahía Honda	10	Bahía Honda
		11	San Cristóbal
4	La Palma	12	La Palma
8	Viñales	13	Viñales
		14	Candelaria

El Segundo problema se origina por las causas y orígenes de los incendios. De acuerdo a los nuevos requerimientos cada incendio ocurre debido a una causa específica. Sin embargo la base de datos anterior asocia las causas generales como causas de incendios.

Respecto al origen, de acuerdo a los nuevos requerimientos una organización específica es asignada como entidad donde el incendio comienza. Pero en la base de datos vieja el origen de cada incendio es un municipio.

Tanto los registros sobre incendios anteriores como los nuevos se almacenan en la nueva base de datos. La solución consistió en crear dos consultas separadas para viejos y nuevos registros de incendios. La consulta para registros anteriores une las entidades IncendioAnterior, CausaGeneral y Municipio. La consulta para nuevos registros une las entidades IncendioNuevo, CausaEspecifica y Organizacion.

Más tarde ambas consultas se combinan en una consulta de unión. Surgen dos cuestiones para hacer coincidir los campos de ambas consultas. Primero, los campos para la causa y el origen no tienen el mismo nombre. Segundo, la entidad IncendioNuevo tiene muchos más campos de la entidad IncendioAnterior.

El primer problema se resolvió asignando el mismo nombre en los campos de causa y origen, es decir renombrándolos en ambas consultas. El segundo problema se resolvió agregando campos vacíos en la consulta para incendios anteriores que coincidieran con los campos existentes para los nuevos incendios.

Estos campos fueron asignados a cero para tipos numéricos y etiquetados como "No registrado" para tipos alfanuméricos.

Una vez que la consulta de unión está creada, es posible combinar parámetros para construir una consulta de tabla de referencias cruzadas. Se tienen que definir tres elementos: los parámetros por filas, por columnas y por valores. La Tabla 4 muestra las listas de parámetros que se pueden escoger por filas, columnas y valores, y sus descripciones.

Tabla 4. Parámetros para construir consultas de tablas de referencias cruzadas

Parámetros para filas y columnas	Descripción
Originen	Organización o municipio donde el incendio comienza
Detección	Vías posibles de detección
Causas	Causa general o específica
Año de comienzo	Año de la fecha de comienzo
Mes de comienzo	Mes de la fecha de comienzo
Día de la semana de comienzo	Semana de la semana de la fecha de comienzo
Hora de comienzo	Número de la hora de comienzo
Tiempo de detección	Diferencia entre fechas de detección y comienzo
Tiempo de control	Diferencia entre fechas de control y comienzo
Tiempo de duración	Diferencia entre fechas de extinción y comienzo
Índice de peligro	Índice de peligro
Parámetros para valores	Descripción
Número de incendios	Número de incendios
Pérdidas por reforestación	Suma de pérdidas por reforestación
Pérdidas en madera talada	Suma de pérdidas en madera talada
Pérdidas en madera en pie	Suma de pérdidas en madera en pie
Pérdidas en productos no madereros	Suma de pérdidas en productos no madereros
Pérdidas por extinción	Suma de pérdidas por extinción
Pérdidas indirectas	Suma de pérdidas indirectas
Pérdidas totales	Suma de pérdidas totales

La Figura 9 muestra el formulario donde estos parámetros se establecen. Hay tres controles de lista para escoger parámetros cuyos valores se agrupan por filas (Fila), columna (Columna) e intercepción de filas y columnas (Valor).

Además, se puede establecer filtros por fechas. Al hacer clic en "Mostrar" se construye la consulta cruzando las referencias y se escriben los resultados en una tabla. Entre paréntesis se especifica sí las causas son generales o específicas y sí los orígenes son municipios u organizaciones, lo que ayuda diferenciar los incendios registrados antes y después de 2000.

Los campos que no aplican para los incendios antes de 2000 tienen el rótulo "No registrado".

Figura 9. Formulario para realizar análisis estadísticos

Análisis estadístico
Los análisis espaciales se centran en una simulación para determinar la extensión del área que se puede observar desde un conjunto de torres de observación distribuidas a lo largo del territorio. Los análisis de visibilidad permiten realizar este tipo de simulación. Este análisis requiere un mapa de puntos de elevación. Los datos disponibles consisten en mapas de líneas de contorno a intervalos de 40 metros. El mapa tiene que ser transformado para obtener un MDT. También es necesario un mapa de rasgos de puntos con los puntos de observación. La visibilidad se calcula a partir de estos puntos.
El MDT tiene que cubrir el área considerada con propósitos de vigilancia. Las torres son los puntos de observación. El programa le permite al usuario colocar tantas torres como desee.
1. Construyendo el MDT
2. El MDT se construye como un mapa TIN, usando herramientas de análisis 3D (Figura 10). El mapa de líneas de contorno se usa como capa de entrada. La calidad de los datos no es óptima para este valor de intervalo de contornos. Sin embargo los mapas se pueden cambiar por otros más precisos cuando estén disponibles sin que afecte el funcionamiento de la aplicación.
  Figura 10. TIN construido a partir del mapa de líneas de contorno
  Al usuario se le permite colocar torres sobre el mapa. Estas torres se añaden como rasgos de puntos. Para cada torre se registra su altura y la distancia máxima visible. Los valores de las alturas se almacenan en un campo llamado "OFFSETA" dentro de la clase de rasgos. Las distancias máximas visibles se almacenan dentro de un campo llamado "RADIUS2". ArcMap usa ambos campos durante la realización de los análisis.
  Como superficie de entrada se usa el TIN y la clase de rasgos Torres como puntos de observación. Como resultado se crea un mapa raster. Las áreas visibles y no visibles se determinan teniendo en cuenta las alturas y distancias máximas visibles de cada torre. Las áreas se representan con colores diferentes (Figura 11).
3. Colocación de las torres
4. Interpretación de resultados
El mapa raster tiene una tabla asociada. A la tabla se accede para contar cuantas celdas caen en áreas visibles. La relación entre el número de celdas visibles y el total de celdas del mapa da el porcentaje de área visible. La diferencia entre 100 y este porcentaje resulta en el por ciento de área no visible.
El usuario puede colocar remover torres y ejecutar el análisis una y otra ves. El documento ArcMap puede almacenar tantos mapas raster como se desee para evaluar los resultados bajo diferentes combinaciones de conjuntos de torres. Esto permite escoger la combinación óptima que es el menor número de torres, de menor altura, que cubren la mayor área posible. Las razones son el costo económico de las torres y los pagos que es necesario hacer al personal de vigilancia.
Figura 11. Resultado del análisis de visibilidad
Análisis espaciales
Alcance del análisis descrito

Respecto a los análisis estadísticos la aplicación desarrollada va más allá de las consultas existentes en la base de datos anterior. Las consultas anteriores cubren una lista de análisis predefinidos para los registros de antiguos incendios. No incluye la posibilidad de varias los parámetros de filas, columnas y valores en las consultas. En este sentido la nueva aplicación aporta una ventaja importante.

Actualmente los análisis espaciales no se usan por la Oficina Nacional. La planificación de la colocación de las torres se realiza sobre criterios empíricos. La relocalización de las torres no ocurre con mucha frecuencia.

Solo cuando un área es talada y su importancia decrece o cuando como resultado del crecimiento del bosque incrementa sustancialmente su valor económico. Como sea, la selección de los lugares de colocación influye en la efectividad de la vigilancia. Además, el movimiento de torres implica un costo económico.

Una herramienta capaz de ayudar en la búsqueda de los lugares convenientes contribuye a mejorar la efectividad de la actividad y a reducir sus costos.

El presente trabajo tiene dos salidas, una geodatabase y una aplicación. El mayor esfuerzo se realizó para diseñar la geodatabase por que cada proceso que se desarrolle en el futuro tendrá que usar esta base de datos. La geodatabase abarca todo el entorno de la actividad de control y prevención de incendios forestales en cuba.
En este sentido satisface las necesidades actuales de registro de datos a diferentes niveles de la Oficina Nacional de Guardabosques. Se diseñó usando conceptos objeto-relacionales para conseguir una estructura de datos óptima. Fue implementada en el entorno de Microsoft Access para garantizar la consistencia de los datos.
La aplicación desarrollada está separada en dos módulos. Una parte como aplicación independiente y la otra como un documento ArcMap personalizado. La aplicación se centra en operaciones de recuperación y actualización en la base de datos.
Los análisis estadísticos se incluyen con el propósito de estudiar la conducta de los incendios relacionando parámetros temáticos. Los análisis espaciales ayudan en la planificación de la relocalización de torres con propósitos de observación.
La geodatabase y ambas aplicaciones convienen para la actividad de control y prevención de incendios forestales y se pueden introducir inmediatamente en los niveles nacionales y regionales para apoyar procesos de toma de decisiones.
Condición para el presente trabajo
Desarrollos futuros

Conclusiones

Los incendios forestales se pueden estudiar desde el punto de vista estático o dinámico. En ambos casos su distribución espacial y sus datos temáticos son necesarios.

El primer aspecto es útil para realizar pronósticos. Tiene impacto en la planificación de la vigilancia y de la distribución del personal y el equipamiento de combate contra el fuego. En este sentido son aplicables modelos matemáticos estáticos diseñados a propósito. Los análisis estadísticos se pueden ampliar en el estudio de la conducta del fuego y extender a otras áreas como los análisis de costos.

El segundo aspecto tiene que ver con el seguimiento del evento en tiempo real. La determinación de rutas de acceso a las áreas afectadas, la dirección de evacuación de personas y bienes, la distribución de los recursos para el combate al fuego, etcétera; en condiciones cambiantes. Esto supone desarrollar modelos dinámicos que incluyen análisis de redes.

La principal contribución de este trabajo es la base de datos desarrollada, a partir de la cual se puede recuperar información para desarrollos futuros. En segundo lugar, la forma en que la aplicación maneja los datos permite suplantar los datos existentes con datos de mayor calidad, mapas principalmente, sin realizar cambios internos.

Bibliografía

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Apéndice A

Tarjetas de objetos

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Apéndice B

Cálculo de las pérdidas

La metodología para calcular pérdidas responde a las instrucciones para llenar los reportes de incendios forestales. La Oficina Nacional de Guardabosques publicó los documentos en el año 2000.

Pérdidas Directas (D)

P_Rf = Pt_Rf + Pp_Rf + Po_Rf + Ac_Rf + Ts_Rf + Tp_Rf
Donde:
Pt_Rf Costo de preparación de la tierra
Pp_Rf Costo de producción posturas
Po_Rf Costo de plantación
Ac_Rf Costo de atenciones culturales
Ts_Rf Costo de tratamientos silviculturales
Tp_Rf Costo de trabajos de protección
Pérdidas por Reforestación (P_Rf)
P_Mt = (V_Mt * Pv_Mt) – (V1_Mt * Pv1_Mt)
Donde:
V_Mt Volumen total de madera talada lista para vender
Pv_Mt Precio estimado de madera talada lista para vender
V1_Mt Volumen total de madera talada que se puede recuperar para vender
Pv1_Mt Nuevo precio de madera talada que se puede recuperar para vender
Pérdidas en madera talada (P_Mt)
P_Mp = ((Va_Mp * Pva_Mp) – (Va1_Mp * Pva1_Mp)) + ((Vb_Mp * Pvb_Mp) – (Vb1_Mp * Pvb1_Mp)) + ((Vc_Mp * Pvc_Mp) – (Vc1_Mp * Pvc1_Mp))
Donde:
Va_Mp Volumen total de madera en pie clase "A" antes del incendio
Pva_Mp Precio estimado de madera en pie clase "A" antes del incendio
Va1_Mp Volumen total de madera en pie clase "A" recuperable para vender
Pva1_Mp Nuevo precio para madera en pie clase "A" recuperable para vender
Vb_Mp Volumen total de madera en pie clase "B" antes del incendio
Pvb_Mp Precio estimado de madera en pie clase "B" antes del incendio
Vb1_Mp Volumen total de madera en pie clase "B" recuperable para vender Pvb1_Mp Nuevo precio para madera en pie clase "B" recuperable para vender
Vc_Mp Volumen total de madera en pie clase "C" antes del incendio
Pvc_Mp Precio estimado de madera en pie clase "C" antes del incendio
Vc1_Mp Volumen total de madera en pie clase "C" recuperable para vender
Pvc1_Mp Nuevo precio para madera en pie clase "C" recuperable para vender
Pérdidas en madera en pie (P_Mp)
P_Nm = (Vr_Nm * Pvr_Nm) + (Cs_Nm * Pvs_Nm)
Donde:
Vr_Nm Volumen de resina perdida
Pvr_Nm Precio estimado de la resina
Cs_Nm Número de semillas de árboles perdidas
Pvs_Nm Precio estimado de las semillas de árboles
Pérdidas en productos no madereros (P_Nm)
Pérdidas por extinción (P_Pe)

P_Pe = (Sj_Pe * Nj_Pe * Np_Pe) + Cc_Pe + Gal_Pe + Gav_Pe

Donde:

Sj_Pe Salario diario por cada participante en la extinción

Nj_Pe Número de días en la extinción

Np_Pe Número de participantes en la extinción

Cc_Pe Costos en combustible

Gal_Pe Costos en alimentación

Gav_Pe Costos en uso de la aviación

Resumiendo las pérdidas directas (D):

D = P_Rf + P_Mt + P_Mp + P_Nm + P_Pe

Pérdidas indirectas (I)

I = D * (t_Pi + p_Pi + e_Pi + r_Pi + d_Pi) / 5

Donde:

t_Pi Factor de propagación del incendio

p_Pi Factor de la pendiente del terreno

e_Pi Factor de la estructura de la vegetación

r_Pi Factor de tiempo de recuperación de la cubierta vegetal

d_Pi Factor de por ciento de afectación a la cubierta vegetal

Tabla para la determinación de los factores (F = Factor)

t		T		e		r		D
Rango	F	Rango	F	Categoría	F	Rango	F	Rango	F
– 10 ha	1	– 15 %	1	Ciénaga	1	Anual	1	– 25 %	1
10 a 50 ha	2	15 a 25 %	2	Arbustos	2	– 5 años	2	25 – 50 %	2
50 a 500 ha	5	25 a 35 %	5	Artificial	5	5 a 10 años	5	50 – 75 %	5
+ 500 ha	10	+ 35 %	10	Natural	10	+ 10 años	10	75 – 100 %	10