6CFE01-459 - congreso forestal español

6CFE01-459
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Importancia visual: integración un factor paisajístico en la planificación forestal
DOMINGO-SANTOS, J.M.1, FERNÁNDEZ DE VILLARÁN, R.1, CORRAL PAZOS DE
PROVENS, E.1 y RAPP-ARRARÁS, Í.1
1
Departamento de Ciencias Agroforestales. Escuela Politécnica Superior. Universidad de Huelva. 21819 Palos de la Frontera,
Huelva. [email protected]
Resumen
Entre los posibles impactos de las actuaciones forestales se encuentra el paisajístico, producido principalmente por las cortas (en especial a hecho y en 2-tiempos), los cortafuegos y las
reforestaciones. Una manera eficaz de reducir los impactos paisajísticos es el control de su
visibilidad. Como indicador de visibilidad se propone una variable de dos componentes denominada “Importancia visual” (IV). El primer componente de la IV se denomina “Exposición visual” (EV); EV es la cuantificación en unidades de ángulo sólido del espacio que ocupa un objeto (o un rodal) en una vista; la EV es cuantificable mediante herramientas de SIG.
El segundo componente se denomina “Frecuencia visual” (FV), que es el número de veces
que es observado un objeto desde un conjunto finito y definido de puntos de observación situados sobre vías de comunicación u otros puntos estratégicos; la FV también se puede obtener mediante SIG. La combinación de EV y FV define regiones de visualización que precisarán actuaciones más cuidadosas, para zonas muy visibles y desde muchos puntos, y zonas en
donde el factor paisajístico condicionará menos las actuaciones forestales. Según el componente que tenga mayor peso en la importancia visual se puede optar por distintos tipos de soluciones de reducción de impacto visual.
Palabras clave
Cortas a hecho, visibilidad, paisaje, exposición visual, frecuencia visual
1. Introducción
La evaluación objetiva y sistemática de las características del paisaje es una cuestión
clave en la investigación contemporánea sobre el paisaje (SMARDON et al., 1986). Si se
atiende al conjunto de atributos utilizados para evaluar el paisaje, la visibilidad es siempre un
factor fundamental en la toma de decisiones sobre evaluación de impacto visual, y también
resulta básica en otras aplicaciones como la localización de yacimientos arqueológicos, de
torres de vigilancia de incendios, de radares, repetidores telefónicos, etc.
En la gestión forestal la cuestión estética es un aspecto muy importante dado el valor recreativo de muchas zonas forestales, por lo que la fragmentación y transformación del paisaje
por la realización de aprovechamientos de madera debe ser cuidadosamente planificada
(BORGESA & HOGANSON, 2000). La correcta evaluación de la visibilidad de las zonas de
corta y de las distintas cubiertas forestales puede ser una variable complementaria para modelos multiobjetivo de gestión forestal (p.e., SEELY et al., 2004; SHAO et al., 2005).
La visibilidad es un parámetro obtenido en entornos 2-D de los SIG mediante la definición de cuencas visuales, sobre la base de la intervisibilidad que existe entre dos puntos cuando no aparecen obstáculos dentro de la línea (la visual) que los une. Además de los cálculos
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geométricos hay otros factores que reducen o condicionan lo que el observador puede finalmente ver; la percepción humana es una combinación de la óptica, de los efectos atmosféricos, y de otros factores de índole psicológico y cultural (ERVIN & STEINITZ 2003). GROSS
(1991) señala los siguientes como principales factores que influencian el impacto visual de
objetos sobre el paisaje: el área que ocupa el objeto en la retina, la agudeza visual del ojo humano, la extinción atmosférica, y el contraste de color con el fondo escénico.
Centrándonos en la cuestión geométrica, la resolución básica del problema de visibilidad tiene un planteamiento inicial de tipo binomial, esto es, un elemento del paisaje “es visto”
o “no es visto” desde un determinado punto de observación; la caracterización del territorio
bajo esta condición permite definir la cuenca visual del punto dado.
Sin embargo, para los elementos del paisaje que caen dentro de la categoría de “vistos”,
se debe plantear la cuestión de “¿cuánto se ven?”. Respondiendo a esta cuestión, LLOBERA
(2003) define “exposición visual” como ‘una medida de la parte visible del elemento objeto
de observación’. Si hablamos de celdas raster, sería la medida de lo que ocupa cada celda dentro del campo de visión de un individuo ubicado en un punto dado.
El cálculo de la exposición visual ha sido abordado en diversos trabajos desde la aparición de los sistemas de información geográfica (SIG), entre ellos resultan destacables los de
TRAVIS et al. (1975) y de LLOBERA (2003), que planteaban aproximaciones a la exposición visual de cada punto de una cuenca visual con carácter relativo. Más recientemente también cabe destacar el trabajo de GUERRERO Y HERNÁNDEZ (2005), aunque ha sido en el
trabajo de DOMINGO et al. (2011) donde se desarrolla un algoritmo completo implementable
sobre un SIG, que obtiene la exposición visual en valor absoluto, esto es, en unidades de ángulo sólido (estereorradianes).
La medición del ángulo sólido de cada celda raster puede ser sumada para obtener la
exposición visual de un elemento determinado del paisaje constituido por varias celdas, lo
cual posibilita conocer la importancia relativa de elementos concretos en la vista.
2. Objetivos
En este trabajo se presenta una metodología para caracterizar la visibilidad de los elementos del paisaje mediante un parámetro de dos componentes denominado importancia visual; para ello se llevarán a cabo los siguientes pasos:
 Descripción del procedimiento de obtención del primer componente de la importancia
visual, denominado exposición visual.
 Descripción del segundo componente, denominado frecuencia visual.
 Discretización de los dos componentes.
 Obtención de la importancia visual como combinación de las clases discretas de los dos
componentes.
 Evaluación del parámetro importancia visual sobre el terreno.
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El objeto último de este trabajo será comprobar la eficacia del parámetro definido para
localizar zonas de alta visibilidad en las que las actuaciones forestales deben seguir procedimientos especialmente cuidadosos para la minimización de los impactos visuales.
3. Material y métodos
3.1
Obtención del primer componente: la exposición visual
La justificación y metodología completa de obtención de la exposición visual queda
descrita de forma detallada en DOMINGO et al. (2011), por lo que a continuación se realiza
un breve resumen de la obtención de este parámetro.
La exposición visual de un elemento de la cuadrícula territorial (píxel), para un determinado punto de observación, es la superficie cubierta por el pixel sobre la retina del observador evaluada en términos de ángulo sólido.
El ángulo sólido de un objeto es igual al área del casquete esférico que ocupa el objeto
proyectado sobre una esfera de radio unitario, cuyo centro está ocupado por el ojo del observador. La unidad de medida del ángulo sólido es el estereorradián (sr); la esfera completa mide 4· sr y un plano infinito 2· sr.
El cálculo del ángulo sólido que ocupa cada celda de la cuadrícula ráster para un único
punto de observación sigue los siguientes pasos:
a) División de las celdas cuadradas en dos triángulos mediante una diagonal;
b) adaptación de cada triángulo a un espacio 3-D en la posición más cercana posible a
la forma real del terreno;
c) eliminación (filtrado) de las celdas que se encuentren fuera de la cuenca visual; y
d) cálculo por álgebra vectorial del ángulo sólido de ocupa cada triángulo y del ángulo
sólido total de la celda (mediante suma de los ángulos sólidos de ambos triángulos).
División de las celdas
Como sostienen diversos autores (p.e., DE FLORIANI AND MAGILLO, 2003) la representación del terreno mediante triángulos proporciona una buena aproximación a la superficie real. En la Figura 1.a, cada celda, centrada en P, con vértices A, B, D, C, es dividida por
la diagonal AC para obtener los triángulos ABC y ADC.
3
4
B
3
C
P
2
A
1
5
B
6
a)
C
A
7
1
5
P
2
D
8
4
6
D
8
7
b)
Figura 1. a) División de las celdas de la cuadrícula en dos triángulos ABC y ADC. b) Celdas que comparten el vértice A y
que por lo tanto contribuyen al cálculo de su cota.
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Ajuste de los triángulos al terreno
Para ajustar los triángulos al terreno, se asignan a los vértices las cotas (zA, zB, zC, zD)
obtenidas como las medias de las cotas de los cuatro centros de celda que convergen en cada
vértice (Figura 1.b y Figura 2.b).
Para los bordes de la cuadrícula, la cota de los vértices se obtiene como la media de la
coordenada z de los centros de las dos celdas que comparten cada vértice lateral, y para las
esquinas de la cuadrícula, dado que el vértice sólo pertenece a una celda, se le asigna la misma cota de la celda.
Figura 2. a) Vista en 3-D de las celdas raster. b) Ajustes de las cotas de los vértices A, B, C y D de la celda P, obtenidas
hallando las cotas promedio de las cuatro celdas que comparten un vértice. c) Vista aproximada en 3-D de los triángulos
ABC y ADC de la celda P.
Las celdas descompuestas en triángulos se presentan en el espacio tridimensional tal
como se muestra en la Figura 2.c.
Las coordenadas para el vértice A de la celda centrada en P serán:
x A  xP 
1
1
 l y A  yP   l
2
2
zA 
z P  z1  z 2  z 8
4
Donde: l es el tamaño del lado de la celda cuadrada; P(xp, yp, zp) son las coordenadas del
centro de la celda (dadas por el MDT); A,B,C,D son los vértices de la celda P; y zi (i =1 a 8)
son las cotas de las celdas circundantes de P (véase Figura 2.a).
La obtención de las coordenadas de los vértices se lleva a cabo una sola vez para cada
zona estudiada, mientras que los pasos que se describen a continuación deben realizarse tantas
veces como el número de puntos de vista seleccionados.
Obtención de la cuenca visual
Para cada punto de vista V, a partir del MDT, se debe obtener la cuenca visual correspondiente utilizando el algoritmo estándar que suministra ArcGIS v.9.2.
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Cálculo del ángulo sólido para cada celda visible
El cálculo del ángulo sólido de cada triángulo visto desde el punto V es realizado mediante el algoritmo de VAN OOSTEROM & STRACKEE (1983):
abc
1

tan   1  
2
 abc  a·b c  a·c b  b·c a
adc
1 
tan  2  
 2  adc  a·dc  a·c d  d·c a
Donde: Ω1 y Ω2 designan respectivamente los ángulos sólidos de los triángulos ABC y
ADC (véase Figura 3); a, b, c, y d son los vectores de posición de los vértices A, B, C, y D
tomando V como origen de coordenadas (esto es, los vectores VA, VB, VC, y VD); a b c y
a d c simbolizan el determinante de la matriz que resulta de escribir las coordenadas de cada
vector por filas; a, b, c, y d son los módulos de cada vector (distancia del origen al punto); y
(a·b) indica el producto escalar (de los vectores a y b, y sucesivos).
En función de la posición de los triángulos ABC y ADC, los valores de Ω1 y Ω2 pueden
ser positivos o negativos, por lo cual, para obtener el valor del ángulo sólido total, se deben
tomar valores absolutos:
Ω = |Ω1| + |Ω2|
Donde Ω es el ángulo sólido de la celda en estereoradianes (sr). Teniendo en cuenta que
hipotéticamente sería posible que el valor de ½ Ω1 o el de ½ Ω2 pudiera ser mayor que π/2, la
función que se tomará para obtener la inversa de la tangente debe ser “atan2”.
Con los valores de Ω de cada celda se genera una nueva cuadrícula raster del mismo
tamaño que el MDT, que será el mapa de exposición visual desde el punto V.
B
A
D
C
b
a

c

d
V
Figura 3. Ángulos sólidos Ω1 y Ω2 respecto del punto V generados por las superficies triangulares BAC y BDC de la celda
raster
7/15
3.2
Obtención del segundo componente: frecuencia visual
La obtención de la frecuencia visual se desarrolla en dos pasos:
 Establecimiento de puntos de observación sistemática sobre vías de comunicación
 Cálculo de mapas raster de frecuencia de visualización (VFr)
Sobre vías de comunicación y otras zonas estratégicas para la observación del paisaje,
se establece una red sistemática de puntos de observación. Para cada uno de estos puntos se
determina la cuenca visual.
Las cuadrículas raster con la información de “visto” (1) y “no visto” (0) se suman en un
álgebra de mapas, obteniendo un único mapa raster cuyas celdas contienen como valores el
número de veces que son vistas en total. Este valor se denomina “Frecuencia visual” (VFr)
(Figura 4).
Leyenda
Puntos obs. HV-2112_H-9003
Cvis_Rosal01
Frecuencia de visualización
Intensidad visual
No visible
1 - 15 visualizaciones
15 - 36 visualizaciones
37 - 72 visualizaciones
72 - 110 visualizaciones
Figura 4. Mapa de frecuencias visuales de una zona estudiada donde puede apreciarse la línea de puntos de observación
para los que se ha obtenido de forma sistemática la cuenca visual.
3.3
Discretización de los dos componentes de la importancia visual
Tratamiento de los datos de exposición visual
Como resultado de las operaciones indicadas, para cada punto de observación obtenemos un fichero raster que cuantifica la exposición visual de cada celda en forma de ángulo
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sólido. Si necesitamos trabajar con múltiples puntos de observación (p.e., carreteras, pistas,
áreas urbanas), el conjunto de mapas raster que se obtenga puede sumarse utilizando la herramienta de álgebra de mapas, para obtener un mapa acumulativo (WHEATLEY, 1995;
LLOBERA, 2003) de la exposición visual para los puntos de observación designados.
Un cambio de escala de los valores de exposición visual puede ser útil para la visualización de los resultados, a causa del amplio rango de valores que se pueden presentar; suelen
aparecer valores de décimas o centésimas de estereorradián para un pequeño número de celdas, mientras que para el resto la exposición visual da valores muy pequeños, con lo que la
visualización con el SIG es de muy mala calidad. Pare mejorar esta cuestión, proponemos
sustituir el valor de la exposición visual por la siguiente función de logaritmo inverso:

si   0,2 entonces  1


EVn  
1
si   0,2 entonces 


 log


 2 

Donde EVn es el valor transformado de la exposición visual acumulada.
Los valores de EVn variarán entre 0,1 y 1; pueden aparecer valores de Ω por encima de
0, 2π en la celda correspondiente al punto de observación o las adyacentes, en las cuales la
exposición visual es obviamente muy alta, por lo que el truncado que aplica la transformación
de escala no tiene incidencia práctica.
Cuando esta transformación se aplica a la suma de las capas de exposición visual obtenidas para un conjunto múltiple de puntos, denominaremos a la variable EVacn
Este conjunto de procesos, tanto para uno como para múltiples puntos de observación,
han sido programados en una herramienta de ArcGIS 9.2 denominada “Visual Exposure”.
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Exposición visual
Figura 5. Exposición visual acumulada clasificada en cinco niveles (leyenda de colores). El fondo rallado corresponde a una
finca forestal plantada con Eucalyptus globulus dentro de la cual se desea minimizar el impacto de las cortas a hecho. Como
puede apreciarse, las zonas aledañas a la línea de puntos de observación y algunas elevaciones en la zona Este de la finca,
son las que presentan mayor visibilidad, por lo que precisarán un tratamiento paisajístico especialmente cuidadoso.
Tipificación de los valores del componente exposición visual
La información sobre exposición visual acumulada se ha transformado linealmente a
una escala discreta de 1 a 4, en función del valor máximo que se alcance en la zona de estudio, mediante un sencillo algoritmo que representamos con el comando de Excel:
EVT = REDONDEAR.MAS(4 · EVacn;0)
Tipificación de los valores del componente frecuencia visual
El mapa raster de frecuencias de visualización se tipifica a tres valores de frecuencia 10,
20 y 30, de la siguiente manera:
 Se obtiene el ratio de frecuencia de visualización dividiendo el valor de la frecuencia de
cada celda por el número total de puntos de observación (frecuencia teórica máxima).
 Se asignan a los valores obtenidos los valores tipificados que aparecen en la Tabla 1.
Tabla 1. Valores asignados a los tipos de frecuencia de visualización.
Frecuencia de visualización
Baja
Moderada
Alta
Ratio de frecuencia
< 0,05
0,05 – 0,25
> 0,25
Valor tipificado (VFrT)
10
20
30
10/15
3.4
Obtención de la importancia visual como combinación de las clases discretas de los dos componentes
Una vez tipificados y colocados sobre un mapa raster, los valore de la exposición visual
y la frecuencia visual pueden ser superpuestos y sumados; dado que la frecuencia visual ha
sido tipificada por decenas (10, 20 y 30) y la exposición visual por unidades (1, 2, 3 y 4), la
suma de las dos capas raster, que hemos denominado “importancia visual”, puede tomar 12
valores distintos que se indican en la Tabla 2; las combinaciones que aparecen coloreadas
dentro de esta tabla serían los valores de importancia visual a los que se debe prestar una mayor atención.
Tabla 2. Tipos de importancia visual (IV) en función de los valores de frecuencia y exposición visual. Se han coloreado en
amarillo las categorías con una importancia visual “puntual”, en azul la categoría “moderada”, en anaranjado las categorías “alta” y en rosa las categorías con una importancia visual “muy alta”. Las categorías no coloreadas presentan muy
escasa importancia visual.
Clase (VFrT)
Baja
Moderada
Alta
3.5
Clase EVT
Cod EVT
Cod VFrT
10
20
30
Baja
1
Moderada
2
Alta
3
Muy alta
4
11
21
31
12
22
32
13
23
33
14
24
34
Evaluación del parámetro importancia visual sobre el terreno
Se ha procedido a evaluar los dos componentes de la importancia visual descritos, así
como el valor final combinado y tipificado en diversas zonas de la provincia de Huelva.
4. Resultados
En la Figura 6 se presenta un gráfico totalizador del análisis de importancia visual llevado a cabo en varias zonas forestales de la provincia de Huelva; en la Figura 7, a modo de
ejemplo, se presenta el mapa de importancia visual de una de las zonas estudiadas (Aroche).
Puede apreciarse en el gráfico de barras de la Figura 6 que la importancia visual resulta
de una alta variabilidad de unas zonas a otras; las variables físicas de mayor influencia sobre
esta variabilidad son el relieve y la disposición relativa entre los montes y las líneas de observación.
Por lo general dominan las zonas de escasa importancia visual, aunque en la zona de
Aroche las áreas con una importancia visual moderada (IV = 22) o mayor se acercan al 50%
del territorio observado.
11/15
120
Suma de % s/visible
100
Import_visual
34
33
32
31
24
23
22
21
14
13
12
11
0
80
60
40
20
0
Aracena1
Aracena2
Aroche
LaPalma1 LaPalma2
Patras
Rosal
Tharsis
Valverde
Zalamea
Zona
Figura 6. Composición porcentual de las zonas de estudio en cuanto a su importancia visual tipificada.
494
492
!
!
!
!
!
!
!
!! !
!
!
!
!
!
!!
!
!
!
Importancia visual
!
0
23
11
24
!
!
12
31
13
32
!
!
!
!
!
!
!
!
14!
!
!
33
!
!
34
!
!
!
!
!
!
!
33
N!-4 !
!
!
22
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
2
21
!
1
-21
HV
!
!
!
!
!
!
!
!
Figura 7. Mapa de importancia visual tipificada para una masa forestal de Eucalyptus globulus (recintos encerrados mediante líneas negras) cercana a la población de Aroche (Huelva). El valor 0 corresponde a zonas no visibles desde los puntos de observación.
12/15
En todas las zonas de observación hay una pequeña parte de la superficie, aproximadamente entre el 5 y el 15% del total, de áreas de importancia visual alta o muy alta.
El funcionamiento de los algoritmos es satisfactorio, aunque los tiempos de cálculo
computacional para el parámetro “exposición visual” oscilan entre 1 y 10 horas, en función de
la superficie total de la zona estudiada y de la distancia que se establezca entre puntos de observación; se consideró que la distancia de 200 m entre puntos proporciona una aceptable evaluación de la visibilidad y un tiempo de cálculo asumible.
5. Discusión
El interés de la evaluación de la exposición visual ya fue puesto de manifiesto por los
autores del presente trabajo en DOMINGO et al. (2011), mientras que el interés de los mapas
de frecuencia visual acumulada ha sido analizado por diversos autores (p.e. WHEATLEY,
1995; BISHOP, 2003). El parámetro “importancia visual” trata de evaluar de forma conjunta
los dos componentes de la visibilidad señalados.
Los resultados obtenidos indican que en general la proporción de terreno que debe ser
gestionada con un cuidado especial, desde el punto de vista visual, es pequeña, inferior al
15%. Sobre estas áreas se debería llevar a cabo un espaciamiento temporal de las cortas a hecho, para evitar la generación de grandes manchas descubiertas muy visibles.
El contraste sobre el terreno de los resultados obtenidos con el uso del SIG ha sido
bueno en general; únicamente en las zonas muy cercanas a los puntos de observación los resultados son menos fiables por varias causas:
 Las imprecisiones de los modelos digitales del terreno se manifiestan de forma más notoria mientras más cercana sea la observación.
 La importancia visual de zonas cercanas a la vía de comunicación, pero algo alejadas de
los puntos de observación (equidistantes 200 m) puede verse infravalorada, aunque se trata siempre de situaciones puntuales.
 La vegetación ejerce efecto de pantalla sobre las vistas, especialmente las de los planos
medios, por lo que los modelos de elevación del terreno deberían ser corregidos con la altura de la vegetación; en el presente trabajo las correcciones de las pantallas vegetales han
sido estimadas utilizando la capa cartográfica de coberturas y usos del suelo (C.M.A.,
2007). El uso de datos de elevación del terreno de alta precisión obtenidos mediante tecnología LiDAR (KRAUS & PFEIFER, 1998) proporciona valores muy precisos de la altura del arbolado (p.e., ZIMBLE et al., 2003). En consecuencia, cuando los datos de LiDAR
se encuentren fácilmente accesibles, resultará sencilla la obtención de MDT que incorporen los objetos opacos sobre el terreno, para una evaluación precisa de la visibilidad.
Los rangos de valores que se han utilizado para la tipificación de los dos componentes
de la importancia visual se han establecido de forma aproximada; probablemente en otras
áreas de estudio sea preciso revisar estos intervalos. Los resultados podrían mejorar también
realizando jerarquizaciones basadas en lógica difusa, que eviten fronteras artificiales entre
valores cercanos de importancia visual.
13/15
Aunque el parámetro ha sido concebido para actuaciones forestales principalmente,
puede aplicarse a la minimización de impactos visuales de otros proyectos, siempre que no
contengan la construcción de estructuras verticales (edificios, torres de energía, etc.), puesto
que estos elementos no quedan correctamente representados en los modelos digitales del terreno.
6. Conclusiones
La importancia visual es un parámetro que jerarquiza la visibilidad de cada píxel de una
cuadrícula raster, teniendo en cuenta el espacio que ocupan en la escena (exposición visual) y
el número de veces que puede observarse (frecuencia visual). En el presente trabajo se describe una metodología apoyada en herramientas SIG para la evaluación de la importancia visual.
Entre las principales limitaciones de la herramienta se encuentran los valores que ofrece
para las zonas colindantes con los puntos de observación. Se considera que la mayor objetividad se consigue para escenas situadas en el plano medio, tal como las define HIGUCHI
(1983), que pueden encontrarse entre los 140 y los 6000 m de distancia. Los impactos visuales en el plano cercano, constituido por la franja que se dispone a lo largo de la vía de comunicación (línea de puntos de observación), son, por regla general, evidentes y no precisan su
localización por medios sofisticados.
La vegetación y otros posibles obstáculos del terreno no presentes en el MDT pueden
modificar notablemente los contornos de la cuenca visual deben ser incorporados a éste; la
precisión de la metodología de incorporación de esta información puede influir notablemente
sobre los resultados finales. Esta incorporación es importante pues la vegetación es una de las
herramientas de reducción de impactos visuales, por su efecto de pantalla.
Consideramos que la metodología planteada y plasmada en el parámetro importancia visual resultará útil para la planificación de actuaciones forestales y otros proyectos que impliquen modificaciones sobre el paisaje, indicando las zonas que pueden generar mayores de
impactos visuales, con el objetivo de su reducción. La capa cartográfica de la importancia
visual puede ser incluida con facilidad en los modelos de gestión forestal multicriterio, para la
disminución del potencial impacto visual de los aprovechamientos, diseño de repoblaciones,
mejora del hábitat, usos turísticos, etc.
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