Modelo grafo aplicado al patrimonio

MODELOS DIGITALES DE INFORMACIÓN EN LA TUTELA SOSTENIBLE DEL PATRIMONIO CULTURAL. CONTRIBUCIÓN AL CONOCIMIENTO E INNOVACIÓN SOCIAL Francisco Pinto Puerto (coordinador) Sevilla 2020 Colección: Arquitectura Núm.: 44 Reservados todos los derechos. Ni la totalidad ni parte de este libro puede reproducirse o transmitirse por ningún procedimiento electrónico o mecánico, incluyendo fotocopia, grabación magnética o cualquier almacenamiento de información y sistema de recuperación, sin permiso escrito de la Editorial Universidad de Sevilla. Comité editorial: Araceli López Serena (Directora de la Editorial Universidad de Sevilla) Elena Leal Abad (Subdirectora) Concepción Barrero Rodríguez Rafael Fernández Chacón María Gracia García Martín Ana Ilundáin Larrañeta María del Pópulo Pablo-Romero Gil-Delgado Manuel Padilla Cruz Marta Palenque Sánchez María Eugenia Petit-Breuilh Sepúlveda José-Leonardo Ruiz Sánchez Antonio Tejedor Cabrera © Editorial Universidad de Sevilla 2020 C/ Porvenir, 27-41013 Sevilla. Tlfs.: 954 487 447; 954 487 451; Fax: 954 487 443 Correo electrónico: [email protected] Web: <https://editorial.us.es> © Francisco Pinto Puerto (coordinador) 2020 © De los textos, los autores 2020 Impreso en papel ecológico Impreso en España-Printed in Spain ISBN: 978-84-472-3063-1 Depósito Legal: SE 2174-2020 Diseño de cubierta y maquetación: Elena González Gracia y Andrés Galera Rodríguez Impresión: Kadmos ÍNDICE Prólogo. A. Jiménez Martín ........................................................ 13 Introducción. F. Pinto Puerto. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 PARTE I REVISIÓN DEL MARCO CONCEPTUAL Y TEÓRICO Capítulo 1. Revisión del concepto de tutela. M. García-Casasola, J. L. Gómez Villa y B. Castellano-Bravo ............... 47 Capítulo 2. Las historias clínicas del patrimonio arquitectónico: documentar para intervenir en el siglo XXI. P. Acosta Ibáñez .......................................................... 63 Capítulo 3. Revisión del concepto de modelo digital de información. E. González Gracia y R. Angulo Fornos .................................... 85 Capítulo 4. Prospección de la producción científica sobre los modelos HBIM y conservación programada. J.P. Bulgarelli-Bolaños, R. E. Malavassi-Aguilar, I. Hernández-Salazar y E. Salazar-Ceciliano ....................................................... 99 Capítulo 5. Prospección de la producción científica sobre los modelos SIG aplicados al patrimonio. P. Ferrerira Lopes, J. Moya Muñoz y J.J. Fondevilla Aparicio. . . . . . . . . . . . . . . 123 PARTE II EXPERIENCIAS EN LA APLICACIÓN DE MODELOS DIGITALES DE INFORMACIÓN PARTE II-I. LAS BASES DE DATOS Capítulo 1. Propuesta de un modelo de registro digital de información patrimonial para los procesos de tutela de bienes inmuebles del patrimonio cultural: la guía para la intervención en el conjunto monumental de la Cartuja de Nuestra Señora de la Defensión en Jerez de la Frontera. M. Castellano Román y B. Castellano Bravo ..............................137 Capítulo 2. Una base de datos híbrida para la identificación, registro y conocimiento de un problema historiográfico: la producción edilicia tardogótica en el antiguo Reino de Sevilla. P. Ferrerira Lopes ......................................................... 159 Capítulo 3. Sincronización de una base de datos externa con modelos HBIM para centralizar el conocimiento interdisciplinar del patrimonio arquitectónico. J. García Valldecabres y E. Salvador García ............................... 167 PARTE II-2. MODELOS DIGITALES DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA Capítulo 1. Aplicación de SIG para el análisis y simulaciones de la producción arquitectónica tardogótica en el antiguo reino de Sevilla. P. Ferrerira Lopes ........................................................ 183 Capítulo 2. La deconstrucción del territorio histórico fortificado: análisis geoespacial multivariante implementado a través de metodologías SIG y produción de cartografía predictiva. J.J. Fondevilla Aparicio ................................................... 195 Capítulo 3. Una nueva identificación de atributos y valores patrimoniales a través de sistemas de información geográfica. La conformación de un HIS para Valverde de Burguillos (Badajoz). V. Domínguez Ruiz y J. Rey Pérez ....................................... 227 Capítulo 4. El olivar histórico de Écija. Desarrollo metodológico para su puesta en valor a partir de los modelos digitales SIG Y HBIM. J. Moya Muñoz, A. González Serrano y R. Rodríguez García ..............251 Capítulo 5. El uso de los sistemas de información geográfica en el análisis del patrimonio defensivo abandonado. Tres modelos de arquitectura defensiva en el sur peninsular. J.F. Molina Rozalem, A. Atanasio Guisado y F. Arévalo Rodríguez ........ 275 PARTE II-3. MODELOS DIGITALES DE INFORMACION DE EDIFICIOS APLICADO AL PATRIMONIO ARQUITECTÓNICO Capítulo 1. El proceso de construcción del modelo digital del edificio. De la captura a la parametrización. R. Angulo Fornos ......................................................... 301 Capítulo 2. El modelo HBIM como una construcción abierta para la tutela sostenible del patrimonio arquitectónico. M. Castellano Román .....................................................323 Capítulo 3. HBIM. Un método compatible con la naturaleza evolutiva del patrimonio. R. Martín Talaverano1, J. M. Guerrero Vega, J. I. Murillo Fragero y G. Mora Vicente ................................................................... 349 Capítulo 4. Análisis cognitivo, herramientas y metodologías para la valorización y recuperación histórica del patrimonio: El caso de la arquitectura residencial pública de la segunda posguerra en Italia. El pueblo rural La Martella en Matera. R. Pontrandolfi ...........................................................381 Capítulo 5. Desarrollo de un protocolo HBIM para la gestión del uso público del patrimonio arquitectónico. E. Salvador García, J. García Valldecabres y M. J. Viñals Blasco ........... 407 Capítulo 6. Documentación de elementos patrimoniales subterráneos de geometría compleja, a partir de modelos de información. A. Galera Rodríguez ...................................................... 429 PARTE II-4. OTROS MODELOS DIGITALES Capítulo 1. Aplicación desde la Inteligencia Artificial a la gestión integral del patrimonio. El caso del patrimonio eclesiástico. J. M Macías-Bernal y A. J. Prieto .......................................... 445 Capítulo 2. Modelo Grafo aplicado al patrimonio. P. Ferreira Lopes ......................................................... 469 Capítulo 3. Análisis algorítmicos. Programación aplicada a la información patrimonial. J. Rodríguez Medina ...................................................... 487 PARTE III DISCUSIÓN Y ANÁLISIS DE RESULTADOS Capítulo 1. Algunas reflexiones generales. El equipo TUTSOSMOD ................................................... 511 Capítulo 2. Análisis de resultados de las acciones del proyecto TUTSOSMOD. R. Rodríguez García y A. González Serrano .............................. 519 PARTE IV Bibliografía ..................................................................531 PARTE V Relación de autores .........................................................585 PARTE I 468 Revisión del marco conceptual y teórico Vista aérea de la catedral de Sevilla y su entorno (Nuñez Castain 1993). CAPÍTULO 2 Modelo Grafo aplicado al patrimonio 469 CAPÍTULO 2 MODELO GRAFO APLICADO AL PATRIMONIO P. Ferreira Lopes * 2.1. Introducción Como hemos observado en capítulos anteriores, existen diferentes formas de “modelar” la realidad de determinado fenómeno o problema que queremos estudiar (mediante dibujos, base de datos, el uso del BIM y del SIG, etc.). Otra posible solución para abordar la representación de la realidad con el fin de estudiar un conjunto de elementos y las relaciones entre ellos es mediante los métodos basados en grafos (graph-based methods). Estos intentan traducir diferentes fenómenos en modelos matemáticos mediante una la estructura de grafo (Ferreira 2018a). Formalmente, podríamos definir un grafo como una colección de vértices conectados por aristas, es decir, un conjunto de nodos y las relaciones que conectan (Figura II-159). Cada nodo es una entidad (persona, lugar, cosas, etc.) y las aristas que conectan estas entidades representan como se asocian y relacionan. Por ejemplo, los datos de relaciones de las personas de una familia, los flujos de movimiento, las relaciones de amistades de determinado grupo, interconexión visual, conexión de espacios, etc. pueden ser fácilmente representados mediante un grafo. En el campo del patrimonio, la teoría de Grafos proporciona el “pensamiento en redes” (network thinking) que facilita plasmar en un modelo la representación de las relaciones, posicionamientos y atributos tanto para un objeto como para un gran grupo de objetos sean estos físicos, inmateriales y/o fuentes documentales. Los métodos basados en grafos en el ámbito de patrimonio pueden ser empleados con diferentes objetivos, entre ellos: a) Para analizar movimiento y/o flujo de personas, objetos, transporte, etc. Para ello se crea un modelo grafo utilizando ubicaciones y distancias geográficas o de costes de viajes entre dos puntos para identificar posibles vectores de movimiento. Asimismo, también hay casos que se utilizan datos de caminos y/o corredores históricos documentados entre determinados sitos o localizaciones (Isaksen 2013; Scheidel y Meeks 2017; Ferreira y Pinto 2018). b) Para estudiar simulaciones de visibilidad e intervisibilidad. En estos casos, el modelo contempla la generación de varias aristas que conectan diversos puntos para estudiar puntos de observador, puntos y/o áreas de visibilidad (Ferreira y Molina 2018). Esta aplicación de los grafos nos podría también ayudar a * Doctora arquitecta. Centro de Documentación y Estudios. Instituto Andaluz de Patrimonio Histórico (IAPH). Avd. Camino de los Descubrimientos, s/n, 41092, Sevilla, España, email: [email protected]. PARTE II-4 470 Otros modelos digitales conocer como los paisajes son experimentados por los individuos mediante la comparación de puntos en común de diferentes comunidades o grupo de personas (Bernadini y Peeples 2015). c) Para registrar y estudiar las relaciones entre entidades que pueden ser de varias tipologías. Por ejemplo, relaciones entre actores y/u objetos y/o localizaciones. Este quizás sea la aplicación que los historiadores actualmente más emplean. Tratase de generar un modelo abstracto de redes de conexiones utilizando para ello documentos (contractos, certificados de matrimonio, registros de propiedad, u otros documentos oficiales o literarios) o materiales y/o sus restos (objetos, edificios, yacimientos, etc.) que permitan recopilar datos entre personas y/o diversas entidades (Rehr 2019; Ferreira y Pinto 2018; Hotson y Wallnig 2019; Munson et al. 2014). d) Para estudiar los espacios: interiores de edificio, yacimientos arqueológicos y espacios urbanos. La teoría de grafos es tan amplia que también puede ser utilizada para generar modelos con el fin de estudiar varios aspectos/parámetros de los espacios (desde edificaciones hasta espacios urbanos), entre ellos: morfología, conexión, grado de integración, profundidad, inteligibilidad, etc. Una de las metodologías que trabaja en esta línea es la Sintaxis Espacial (Al Sayed et al. 2018; Hillier 1996). Aunque encontramos diversos estudios en el ámbito del patrimonio cultural que han utilizado este método, encontramos algunos estudios en el campo de la Historia Urbana (Griffiths 2012; Han et al. 2009; Hillier y Vaugan 2007), es en la disciplina de Arqueología (Tirado 2015; Carpenteiro y Tessaro 2015) que observamos un mayor número de aplicaciones y experiencias. e) Para la creación de modelos de base de datos. Para ello se crean una estructura de organización abstracta en la que la expresión de un lenguaje está representada por un grafo: las “palabras” (nodos) están conectadas a uno o más nodos mediante aristas que representan una relación semántica. En relación a la estructura, los modelos más conocidos son: la base de datos por etiquetado (Labeled-Property Graph) y el marco de descripción de recursos (Resource Description Framework - RDF). En el primero, se asignan atributos concretos tanto a los nodos como a las aristas (relaciones). En el segundo, la estructura del grafo se regula mediante tripletas (las tripletas se componen de tres elementos, siguiendo el esquema sujeto-predicado-objeto). Este último, es más utilizado para elaborar modelo de datos de metadatos. II-159 II-159. Diagrama de representación de un grafo (la autora). CAPÍTULO 2 Modelo Grafo aplicado al patrimonio 477 II-165 PARTE II-4 478 Otros modelos digitales red de logística, pasando por el historial médico de una población, conexiones sociales o cualquier otra cosa definida por sus relaciones. Por ello, en la última década su aplicación crece en diferentes sectores y disciplinas, como es el caso de las investigaciones y proyectos en el campo de la Arqueología e Historia (Peeples 2019). 2.3. El uso de la sintaxis espacial aplicado a la historia urbana. El caso de Sevilla y Lisboa durante la Edad Moderna Tras la etapa de la Reconquista Cristiana, diversos factores contribuyen para la consolidación de los principales núcleos urbanos en el territorio de la Península Ibérica durante los siglos XVI y XVII. Inmersos en un escenario complejo, esa consolidación fue fruto, entre otros aspectos, de la construcción de las monarquías y oligarquías, de la creación de vínculos más fuertes con el resto de Europa (que propiciaron mayor flujo de viajeros y comerciantes) y del descubrimiento del nuevo mundo. Entre los principales núcleos urbanos de ese momento histórico, Sevilla y Lisboa tenían, en particular, algunas similitudes debido a sus actividades económicas de la época, a sus redes de comercio comunes que hacían que su funcionamiento fuera bastante similar en cierto modo (Chaunu 1983) y al intercambio de individuos e ideas (gran flujo de artistas, profesionales, comerciantes, etc., entre ambos núcleos). Además, a principios del siglo XVII, ambas ciudades presentaban cifras de población bastante próximas (Chaunu 1983). El proceso de consolidación y de crecimiento de esos dos núcleos apuntan a que la estructura funcional urbana pudiera ser muy análoga. Con esta experiencia lo que queríamos estudiar era si esos datos cuantitativos y cualitativos históricos de estos dos núcleos de alguna forma podrían reflejar en similitudes en la morfología de estas ciudades durante la Edad Moderna. En este sentido, esta experiencia ha buscado mejorar el conocimiento acerca de la estructura funcional de estas dos ciudades aplicando para ello la metodología de la Sintaxis Espacial (Hillier y Hanson 1993). Para ello, el documento principal que nos sirvió de base para generar el modelo partió de la propia malla urbana de dos ciudades durante el siglo XVI y XVII. A continuación, se presentan brevemente: el método de sintaxis espacial y el proceso de generación del modelo; algunos de los resultados alcanzados; un debate acerca de estos. Generación del modelo Los fundamentos del método de la sintaxis espacial tienen sus bases en la teoría de grafos y se ocupa del estudio de las relaciones topológicas (Dawes y Ostwald 2013). Para ello, en el método de la sintaxis espacial generamos un modelo abstracto en el cual II-166. Mapas axiales de Lisboa (izquierda) y Sevilla (derecha) (la autora). CAPÍTULO 2 Modelo Grafo aplicado al patrimonio 479 representamos el trazado del espacio urbano o arquitectónico por medio de relaciones topológicas. Esos modelos producen espacios convexos, líneas axiales y grafos de visibilidad. Los modelos una vez generados nos permiten analizar diferentes parámetros que luego permitirán estudiar, visualizar, comparar y entender ciertos aspectos que antes no podían ser apreciados empleando métodos tradicionales. La principal ventaja de emplear este método es la reducción de la complejidad de un espacio urbano lo que nos permite realizar una serie de análisis de manera más objetiva. Además, el modelo genera una serie de valores cuantitativos a los elementos que nos sirven de datos para la realización de estadísticas y gráficas y lleva en consideración no solo el sistema de la ciudad, pero también sus subsistemas, permitiendo analizar la relación de las partes con el todo. En el caso que nos ocupa, la aplicación de la sintaxis espacial fue realizada para comparar el funcionamiento de dos ciudades durante un mismo periodo histórico. Es decir, hemos generado modelos simplificados (mapas axiales y mapas de segmentos) de Sevilla y Lisboa teniendo como base su trazado en la Edad Moderna. El resultado son cuatro modelos tipo “foto fija” de estas dos ciudades. Para construir el mapa axial, dibujamos un conjunto de líneas que se intersectan a través de todos los espacios de la red urbana, de modo que la red quede cubierta y se completen todos los anillos de circulación (Turner, Penn y Hillier 2005). Para ello, empezamos por la línea recta más larga que se pueda dibujar en el espacio continuo de II-166 PARTE II-4 480 Otros modelos digitales cada ciudad. Después, la segunda más larga y seguimos con el mismo proceso (Hillier y Hanson 1993). En el caso de este proyecto, para la ciudad de Lisboa, dibujamos la malla urbana utilizando el software QuantumGIS (QGIS) y para la ciudad de Sevilla, como hemos reutilizado el trabajo de Algarín (Algarín 2000), convertimos primero el archivo de CAD (.dxf) en shapefile en el QGIS. Una vez teniendo ambos planos vectoriales en shape, utilizamos el plugin “Space Syntax Toolkit” de QGIS para detectar errores. Cerca del 10% de las líneas fueron editadas (borradas, añadidas o modificadas) manualmente para generar un modelo de mapa axial más acorde con la definición y el concepto de Hillier y Hanson (1993) (Figura II-166). Una vez solucionado los errores, generamos el mapa axial utilizando la herramienta Depthmap 0.35. A partir del mapa axial generamos los mapas de segmentos de cada una de las ciudades: las líneas axiales se rompen en sus intersecciones permitiendo analizar parámetros relacionados con movimiento, accesibilidad y actividad/uso urbano. II-167 II-167. Diagrama explicativo del flujo de trabajo (la autora). CAPÍTULO 2 Modelo Grafo aplicado al patrimonio 481 El flujo de trabajo siguientes los siguientes pasos en el caso de Lisboa (Figura II-167): — Selección de las planimetrías. — Digitalización, georreferenciación y vectorización de la malla urbana histórica (QGIS). — Preparación del modelo del mapa axial (QGIS y Depthmap). — Generación del modelo del mapa axial (QGIS y Depthmap). — Generación del modelo del mapa de segmentos (Depthmap). — Estudio y análisis de los parámetros (Depthmap). — Visualización, análisis, interpretación y comparación de los modelos (QGIS). En el caso de Sevilla, las fases 1 y 2 fueron substituidas por la conversión del archivo .dxf del plano de Sevilla ya rectificado (Algarín 2000) en shapefile. Análisis Con los mapas axiales fueron observados los valores de (1) conectividad, (2) integración global y (3) local e (4) inteligibilidad; con los mapas de segmentos, (5) la elección angular normalizada (NACH) y (6) la integración angular normalizada (NAIN). Una vez procesados los análisis en Depthmap, realizamos el proceso de visualización, análisis, interpretación y comparación en QGIS. Mediante el análisis de los mapas axiales y comparando los resultados observamos que, a la escala global, tanto Sevilla como Lisboa presentan valores similares de conectividad. Las áreas de la plaza de la Alameda de Hércules (Sevilla) y Plaza Rossio (Lisboa) presentan mayores valores de conectividad. Estas semejanzas también son constatadas en el análisis de integración local, teniendo, otra vez, las dos plazas los mayores valores (Figuras II-168 y II-169). No obstante, cuando calculamos la integración global de ambos núcleos, observamos mayores valores en la ciudad de Lisboa –esto indica una mayor posibilidad de circulación en esta ciudad. En este parámetro ambas ciudades presentan el eje que bordea el rio con valores mayores. En Lisboa, el eje de la plaza del Rossio hacia el rio y, en Sevilla, el eje de la plaza de la Alameda en paralelo al río, también presentan valores de integración global más elevados. En el análisis del mapa de segmentos, el parámetro de elección normalizada global (NACH) presenta en Lisboa mayores niveles en el área paralela al río (de este a oeste) englobando también áreas cercanas a la Catedral. En Sevilla, observamos mayores niveles en el eje norte-sur central de la ciudad, área que abarca la Plaza de la Alameda hasta la Catedral. Asimismo, las dos ciudades presentan el promedio de los valores de elección normalizada cercanos (NACHrn Lisboa = 0.902288; NACHrn Sevilla = 0.911259) (Figura II-170). PARTE II-4 482 Otros modelos digitales En relación a la integración normalizada (NAIN), observamos algo similar al parámetro de integración global calculado en los mapas axiales: en ambas ciudades las zonas con mayor accesibilidad están próximas al río. En el caso de Lisboa, también encontramos valores altos en el área de la Plaza de Rossio y en Sevilla, en la Plaza de la Alameda II-168 II-168. Mapa axial de Lisboa que enseña la integración local. Observamos mayores valores en el área de la Plaza Rossio y en las proximidades del río (la autora). II-169. Mapa axial de Sevilla que enseña la integración local. Observamos mayores valores en el área de la Alameda de Hércules y en las proximidades del río (la autora). CAPÍTULO 2 Modelo Grafo aplicado al patrimonio 483 y en las proximidades de la iglesia de Santa Paula. Ambos núcleos tienen el promedio de los valores de elección próximos: NAINrn Lisboa = 2.80045 y NAINrn Sevilla = 2.78871 (Figura II-171). II-169 PARTE II-4 484 Otros modelos digitales Breve debate Los análisis han demostrado que es posible la aplicación de enfoques matemáticos y computacionales para la investigación de la Historia Urbana. En este sentido, esta experiencia trata de reclamar un mayor diálogo entre disciplinas, en este caso Matemática, Ciencia de la Computación e Historia, con el fin de progresar en el conocimiento acerca de las ciudades. Las tecnologías SIG, la herramienta Detphmap y el propio método de sintaxis espacial siguen evolucionando y están siendo aplicados en diferentes ámbitos, desde el estudio de antiguas edificaciones y/o yacimientos hasta el planeamiento de ciudades. Aunque su aplicación conlleva importantes dificultades iniciales, sobre todo en relación al trabajo interdisciplinar de equipo, los resultados alcanzados demuestran su aplicabilidad, no solo en la investigación básico sino también en la práctica, y valor científico. II-170 II-171 II-170. Gráfico comparativo de los valores de Elección normalizada (NACH). En este estudio, adoptamos radios de 400, 800, 1200 m para el análisis (la autora). II-171. Gráfico comparativo de los valores de Integración normalizada (NAIN). En este estudio, adoptamos radios de 400, 800, 1200 m para el análisis (la autora).