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Evaluación de modelos de aprendizaje automático para la determinación de zonas homogéneas físicas urbanas

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2026-07-21

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Universidad Distrital Francisco José de Caldas

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Leon Jula, Juan David; Guarin Neira, Angie Natalia (2026). Evaluación de modelos de aprendizaje automático para la determinación de zonas homogéneas físicas urbanas. Universidad Distrital Francisco José de Caldas. https://hdl.handle.net/11349/103899

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Resumen

This research comparatively evaluates the performance of the machine learning models Random Forest, Support Vector Machine (SVM), and XGBoost in the delimitation of urban Physical Homogeneous Zones (PHZ) in the Bonanza neighborhood, Engativá locality, Bogotá D. C. The three algorithms were trained under identical conditions using 14 predictor variables derived from an RGB orthophoto (visible spectrum bands, spectral indices, and textural variables), employing as reference the delimitation obtained through the conventional methodology. Performance was assessed using metrics derived from the confusion matrix (Accuracy, Kappa coefficient, F1-Score, and Balanced Accuracy), internal homogeneity analysis, inter-model agreement, and spectral separability. The results showed a moderate and similar performance among the algorithms, with none satisfactorily reproducing the reference zoning, as only two to three of the eleven PHZ were correctly identified. The study concludes that the main limitation lies not in the algorithm employed but in the spectral information itself, given that PHZ integrate physical, urban-planning, and regulatory criteria that are not observable through remote sensors. Thus, remote sensing and machine learning constitute support tools to complement cadastral processes, but they do not replace the conventional methodology for determining PHZ.

Descripción

Esta investigación evalúa comparativamente el desempeño de los modelos de aprendizaje automático Random Forest, Support Vector Machine (SVM) y XGBoost en la delimitación de Zonas Homogéneas Físicas (ZHF) urbanas del barrio Bonanza, localidad de Engativá, Bogotá D. C. Los tres algoritmos se entrenaron bajo condiciones idénticas a partir de 14 variables predictoras derivadas de una ortofotografía RGB (bandas del espectro visible, índices espectrales y variables texturales), empleando como referencia la delimitación obtenida mediante la metodología convencional. El desempeño se valoró con métricas derivadas de la matriz de confusión (Accuracy, coeficiente Kappa, F1-Score y Balanced Accuracy), el análisis de homogeneidad interna, la concordancia entre modelos y la separabilidad espectral. Los resultados mostraron un desempeño moderado y similar entre los algoritmos, sin que ninguno reprodujera satisfactoriamente la zonificación de referencia, ya que solo se identificaron correctamente entre dos y tres de las once ZHF. El estudio concluye que la principal limitación no radica en el algoritmo empleado, sino en la información espectral, dado que las ZHF integran criterios físicos, urbanísticos y normativos no observables mediante sensores remotos. Así, la teledetección y el aprendizaje automático constituyen herramientas de apoyo para complementar los procesos catastrales, pero no reemplazan la metodología convencional de determinacion de las ZHF.

Citación