Diseño de un sistema de cómputo para determinar aptitud ecoturística de áreas forestales

Design of a computer system to determine ecotourism suitability of forest areas

Marcelino A. Pérez-Vivar*; Manuel de J. González-Guillén; J. René Valdez-Lazalde; Héctor M. de los Santos-Posadas; Gregorio Ángeles-Pérez

Posgrado Forestal, Colegio de Postgraduados, Campus Montecillo. FLSdfskm 36.5 Carretera México-Texcoco. C. P. 56230. Montecillo, Texcoco, Estado de México. Correo-e: marcelpv@colpos.mx (*Autor para correspondencia).

Resumen

El objetivo del presente trabajo fue diseñar y construir un sistema de cómputo (software) con la finalidad de generar mapas de aptitud ecoturística. Para ello, se estructuró un modelo conceptual que combina herramientas de evaluación multicriterio y SIG en un ambiente de toma de decisiones. El diseño del software se realizó de acuerdo con el modelo conceptual y, finalmente, el diseño fue codificado en lenguaje de programación Visual Basic^®. Como información de entrada, el sistema utiliza criterios e indicadores (cartografiables) para el desarrollo adecuado de alguna actividad ecoturística de interés, así como mapas temáticos correspondientes. La información de salida son mapas en formato raster cuyas celdas presentan valores en un gradiente de 0 a 1 representando la aptitud de dicha celda para el desarrollo de la actividad ecoturística evaluada. Este sistema puede ser una herramienta muy valiosa, eficaz y eficiente en el proceso de toma de decisiones y planificación del uso de la tierra.

Palabras clave: Software, SIG, aptitud, evaluación multicriterio, ecoturismo.

Abstract

The aim of this study was to design and develop a computer system (software) capable of generating ecotourism suitability maps. Therefore, a conceptual model was structured combining GIS and multicriteria evaluation tools in a decision-making environment. The software design was performed according to the conceptual model and, lastly, the design was coded in the programming language Visual Basic^®. As input values, the system uses criteria and indicators (mappable) for the proper development of any ecotourism interest and corresponding thematic maps. The output information is the raster map whose cells have gradient values ranging from 0 to 1, which represents the cell’s ability to develop the evaluated ecotourism activity. This system can be a valuable, effective and efficient tool in the decision-making process and land use planning.

Keywords: Software, GIS, suitability, multiple criteria evaluation, ecotourism.

Introducción

El turismo como actividad recreativa ha crecido vertiginosamente trayendo consigo repercusiones o impactos negativos en los componentes biofísicos, socioeconómicos y ambientales de los diversos ecosistemas en que se desarrolla (Kimmel, 1999). Ante tal situación, han surgido alternativas como el ecoturismo que busca establecer una relación benéfica entre sociedad-naturaleza-comunidad local (Wunder, 1999). En esta relación, la naturaleza brinda servicios de recreación a la sociedad, generando beneficios a las comunidades locales, las cuales se ven motivadas por la conservación de la naturaleza, estableciéndose un círculo virtuoso que perdura en el tiempo (Ceballos-Lascuráin, 1998).

Una planificación ambiental adecuada debe establecer los usos más apropiados para cada área o punto de un territorio en función de las características físicas y biológicas del espacio (Luque-Gil, 2003). Para ello, un concepto central es el de "aptitud", que es una medida del grado en el cual las cualidades de una unidad de suelo satisfacen los requerimientos de una forma particular de uso. La correspondencia cualidades-requerimientos determina la habilidad de un tipo de suelo para soportar un uso determinado (Gómez-Orea, 2007). La evaluación de la aptitud potencial del suelo es un paso importante para detectar los límites ambientales dentro de la planeación sustentable (Bandyopadhyay et al., 2009), dado que permite guiar las decisiones sobre la utilización del mismo para un uso óptimo de los recursos. Por otra parte, el proceso de clasificación de aptitud es la evaluación y agrupación de áreas específicas de suelo en términos de su aptitud para un uso definido. Por lo general, el resultado de la evaluación es un mapa que describe la aptitud de un área para un uso particular de interés, en donde es posible ubicar los espacios en alguna escala de aptitud; por ejemplo, apto sin limitaciones, apto con algún tipo de limitación o no apto (Van-Lanen et al., 1992).

Existen algunas herramientas o métodos utilizados en la evaluación de aptitud de la tierra. Entre éstos figura la "Evaluación del uso de la tierra", dirigida a la evaluación de los recursos naturales y la regulación de actividades humanas en un espacio (Bojórquez-Tapia et al., 1999). El propósito de esta evaluación es identificar la capacidad de una unidad de tierra para alojar un uso con base en requerimientos específicos (tipo de suelo, precipitación, temperatura, otros) (Bustillos-Herrera et al., 2007). Otra herramienta es la "Evaluación multicriterio" (EMC), la cual comprende una serie de técnicas enmarcadas en el campo de la teoría de la decisión. El objetivo de la EMC es asistir a los centros de decisión en la elección de la mejor de una serie de alternativas bajo la presencia de múltiples criterios, así como de diversa prioridad, para alcanzar un objetivo (Elaalem et al., 1999). Por otra parte, los "Sistemas de Cómputo Geográfica" (SIG) ofrecen capacidades de automatización, almacenamiento, procesamiento, manejo, despliegue y análisis de datos espaciales para el análisis geográfico (Ceballos-Silva et al., 1995). La EMC y los SIG han sido combinados para la evaluación de un número de alternativas condicionadas por diferentes criterios para la elección de la mejor solución a problemas con respecto al uso de la tierra (Ceballos-Silva & López-Blanco, 2003). Por tanto, esta combinación se convierte en una herramienta poderosa que facilita la planificación ambiental para el análisis del emplazamiento óptimo de las actividades específicas (Ceballos-Silva & López-Blanco, 2003; Fung & Wong, 2007; Ocaña-Ocaña & Galacho-Jiménez, 2002). En ecoturismo, la EMC y el SIG se han utilizado para conformar metodologías basadas en la medición de variables y procesos estadísticos para su análisis que permiten caracterizar actividades ecoturísticas de interés a través de ciertos criterios. Estos criterios pueden ser naturales, económicos y sociales e indicadores asociados, tales como topografía, vegetación, hidrografía, geología, infraestructura, para generar valores de aptitud con fines comparativos (Pérez-Vivar et al., 2012).

Con base en lo anterior, es de vital importancia que la planificación de una iniciativa de ecoturismo se desarrolle de acuerdo con las aptitudes y capacidades de un ecosistema para albergar cierto tipo de actividad ecoturística (López-Hernández & Treviño-Pérez, 2004). Este proceso de toma de decisiones requiere de herramientas tanto metodológicas como tecnológicas que permitan contrastar los requerimientos biofísicos, socioeconómicos y ambientales (cartografiables), para el desarrollo adecuado de actividades ecoturísticas con las características de aptitud física del espacio, con el fin de evaluar su compatibilidad.

En este contexto, el objetivo del presente trabajo fue diseñar y construir un sistema de información (software) con base en un modelo conceptual que combina herramientas de evaluación multicriterio y SIG con la finalidad de generar mapas con valores de aptitud ecoturística.

Materiales y métodos

El diseño y la construcción del sistema de cómputo (software) se desarrolló en cuatro fases principales (Figura 1), las cuales se describen a continuación:

Esta fase consiste en la combinación del Proceso Jerárquico Analítico (PJA) (técnica EMC) y del SIG, para generar secuencias ordenadas de pasos que conforman entidades destinadas a la entrada de datos, procesamiento de éstos y generación de resultados (valores de aptitud) como producto principal.

Diseño del sistema de información

Esta fase se encarga de prever las partes que conformarán el sistema para alojar cada elemento del modelo, así como la interacción que habrá entre ellas. El sistema está conformado por los subsistemas de entrada y salida de datos, almacenamiento y procesamiento.

Construcción del sistema de cómputo

Esta fase consiste en la generación de módulos de código de software para crear cada elemento del sistema, proveer su funcionalidad e implementar las interacciones entre ellos de manera que pueda replicar la funcionalidad prevista en el modelo conceptual.

Prueba de la lógica de operación

Esta fase tiene la finalidad de verificar la estructura lógica de operación del sistema. Es necesario aclarar que en esta etapa sólo se comprueba el funcionamiento del sistema a través de una ejecución del proceso de evaluación de aptitud con datos de prueba. Una validación como tal escapa a los alcances del presente documento y será realizada y reportada en un trabajo posterior.

Resultados y discusión

En la Figura 2 se puede observar que el modelo está compuesto de tres secciones primordiales: datos de entrada, procesamiento y datos de salida.

a) Datos de entrada. Se ingresa la información relacionada con los requerimientos biofísicos, socioeconómicos y ambientales para el desarrollo de una actividad ecoturística. La información es expresada como una jerarquía de criterios junto con sus ponderaciones. El último nivel de jerarquía corresponde a las variables (cartográficas) derivadas de los criterios y expresadas como intervalos asociados a un nivel de aptitud (S₁= mayor aptitud,..., S_n = menor aptitud). Dicha información va acompañada de la información temática (en forma de mapas digitales) correspondiente.

b) Procesamiento. Esta sección consta de dos procesos. El primero corresponde a la implementación del PJA para generar valores estandarizados de los mapas temáticos usados en la modelación (Barredo-Cano & Gómez-Delgado, 2006), y a la generación de valores de ponderación para la jerarquía de criterios. Ambos tipos de valores son obtenidos mediante la técnica de comparaciones pareadas utilizando los valores de la escala fundamental del PJA (Saaty, 1980) (Cuadro 1). Para la estandarización, la estructura de la matriz toma la forma del Cuadro 2; para la ponderación, la matriz se modifica colocando en los rótulos (por ejemplo, filas y columnas) el nombre de los criterios o variables en los que se determina el valor de ponderación.

La solución de las matrices permite la obtención del eigenvector principal (Elineema, 2002), que establece los valores estandarizados de cada variable cartográfica o el valor de ponderación de los criterios, según el caso. La consistencia de las matrices es revisada con el índice de consistencia (IC) a través del eigenvalor máximo (λ_máx) que proporciona una medida cuantitativa de la consistencia de los juicios de valor, entre pares de criterios/variables (Saaty, 1980):

Donde, n es el número de variables o criterios empleados en la matriz de comparación.

El valor definitivo a observar es la Razón de Consistencia (RC), que es el cociente del valor IC y el Índice Aleatorio (IA) (Cuadro 3); es decir:

Donde, RC < 0.10 indica consistencia aceptable en la matriz y RC ≥ 0.10 indica juicios inconsistentes, debiéndose reconsiderar los valores de la matriz de comparación y su solución (Malczewski, 1999).

c) Datos de salida. Esta sección retoma el mapa de aptitud preliminar y en un paso final de modelación cartográfica, lo multiplica con un mapa binario de restricciones de uso de suelo para obtener el mapa de aptitud final de la actividad ecoturística de interés, el cual es reclasificado para obtener un mapa de calificaciones de aptitud.

Diseño del sistema de cómputo

La Figura 3 ilustra el diseño del sistema, el cual consta de tres elementos principales:

a) Interfaz de usuario. Este elemento integra las funciones de entrada y salida de datos del modelo conceptual. Provee funcionalidad para que el usuario pueda comunicarse con el sistema a fin de: 1) alimentar la información para el proceso, 2) indicarle al sistema las tareas a realizar, y 3) desplegar la información resultante del proceso.

b) Base de datos. Almacena la información necesaria en cuanto a intervalos de las variables para la definición de niveles de aptitud, estructura de criterios, valores de ponderación para variables y criterios, y mapas temáticos, para desarrollar el proceso. Asimismo, es el lugar de almacenamiento de toda la información generada por el proceso.

c) Procesos. Este elemento alberga las rutinas correspondientes tanto a los procesos del PJA (generación de valores para estandarización, ponderación y verificación de consistencia de matrices) como de modelación cartográfica (estandarización y ponderación de mapas temáticos, síntesis de mapas correspondientes a los niveles de la jerarquía de criterios, generación de mapas de aptitud preliminar y cruzamiento con mapa de restricciones, para la generación de un mapa de aptitud final).

Construcción del sistema de cómputo

En la Figura 4 se presenta el sistema desarrollado en código del lenguaje Visual Basic^®. El sistema consta de una pantalla inicial que da acceso a las siguientes opciones: a) edición de actividades para definir el área de trabajo y la actividad para la cual se realiza el proceso; b) mapas temáticos (mediante el explorador de archivos ingresan mapas temáticos al área de trabajo correspondiente); c) mapas de restricción (mediante el explorador de archivos ingresan mapas de restricciones al área de trabajo correspondiente); d) edición de la jerarquía de criterios, que permite generar su estructura y sobre cada nivel de ésta, definir niveles de aptitud para variables y valores de ponderación, también permite la síntesis de mapas hasta la obtención del mapa de aptitud preliminar; e) visor de mapas, componente para su visualización con funcionalidad para la clasificación del mapa de aptitud preliminar en clases específicas de aptitud, y cruzamiento de mapas con los de restricciones para la generación de mapas de aptitud final; y f) consultas, módulo que permite la revisión de los datos alimentados al sistema con los cuales se desarrolló el proceso de evaluación de aptitud. Los detalles del uso y operación del sistema pueden consultarse en el Manual de usuario del sistema (Pérez-Vivar et al., 2011).

Prueba de la lógica de operación

El presente trabajo plantea la creación de un sistema en el que se define un modelo conceptual de evaluación que es susceptible de ser aplicado a una variedad de situaciones, incluyendo la evaluación de diferentes actividades ecoturísticas. No se dispone de trabajos similares con fines comparativos y los que existen plantean esquemas específicos para situaciones particulares. Un grupo de trabajos hacen uso de alguna técnica de EMC como puede ser la Combinación Lineal Ponderada (CLP) (Franco-Maass et al., 2009), Electre (Kenan, 2006), PJA o Promethee (Blancas-Peral, Guerrero-Casas, & Lozano-Oyola, 2009); y en un caso, combinan CLP con Lógica Borrosa (Marín-Yaseli & Nogués, 2001).

Una coincidencia del sistema con algunos de los trabajos se da en el uso de PJA, en donde por medio de tal técnica se establece una jerarquía de criterios a través de la cual se realiza tanto la comprensión y análisis del problema como su solución. Dicha jerarquía permite además definir la contribución de cada criterio (ponderación de criterios) en la solución del problema. La coincidencia antes mencionada es sólo circunstancial ya que se deriva de la propia técnica, por lo que la forma en cómo se abordan los distintos trabajos difiere de la planteada en nuestro sistema. El enfoque utilizado por el sistema para la determinación de aptitud es el de contrastar las condiciones óptimas para el desarrollo de una actividad ecoturística con aquellas presentes en el medio para emitir un valor de compatibilidad (aptitud); las condiciones deben ser expresadas en forma de capas temáticas. Este enfoque no se da en los trabajos comentados. El sistema utiliza el PJA como un medio para la estandarización y ponderación de variables y criterios, y conecta estos procesos con los de modelación cartográfica del SIG para el procesamiento de mapas; estos procesos están integrados y no funciona uno sin el otro. De los trabajos revisados, sólo uno opera con una mecánica similar (Luque-Gil, 2003), pero no a nivel de detalle como lo sería una actividad ecoturística (en el caso del sistema), sino bajo un enfoque muy general. Por último, el sistema automatiza los procesos que plantea el modelo conceptual, proveyendo un ahorro en esfuerzo y tiempo sustanciales.

Este sistema nació con el interés de evaluar la aptitud ecoturística, pero debido a sus cualidades presenta una potencialidad mucho más amplia que la que aquí se presenta. Los predios poseen una capacidad multifuncional en la producción de bienes y servicios. Sin embargo, para poder aprovechar esta capacidad de manera óptima es importante conocer la aptitud para diferentes usos; por ejemplo, para la biodiversidad, captura de agua, plantaciones forestales, captura de carbono, entre otras. En cada caso, podría variar la entrada de criterios e indicadores, tales como información biofísica (tipos de vegetación, biodiversidad, pendientes, ríos o cuerpos de agua, exposiciones, altitudes, otros), socioeconómica (caminos, infraestructura, densidad de población, índices de pobreza, otros) y ambiental (temperatura, precipitación, humedad relativa, tipo de clima, otros). Considerando lo anterior, el sistema presentado puede ser una herramienta de gran apoyo para la toma de decisiones.

Conclusiones

En el presente trabajo se han combinado herramientas de EMC y SIG para conformar un modelo metodológico que permita el análisis de información de unidades espaciales, para la asignación de valores de aptitud de acuerdo con sus cualidades, con el fin de alojar algún tipo de actividad ecoturística. Este modelo fue codificado en un sistema de información que permite la automatización de procesos para la generación de mapas de aptitud con valores entre 0 y 1, constituyendo una herramienta de apoyo en los procesos de planificación de ecoturismo.

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