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Resumen: Este artículo explora el desarrollo de un algoritmo en AutoLISP que implementa cinco métodos distintos para identificar, clasificar y cuantificar intersecciones en redes de tuberías y con ello la detección automática de conexiones usando unicamente líneas de Autocad en sistemas de riego representa un desafío en el diseño aplicado a la ingeniería hidráulica.
Palabras Clave: AutoLISP, Geometría Analítica, Detección de Intersecciones, Algoritmos de Clasificación, Ingeniería Hidráulica, Redes de Tuberías, Correlación Espacial, Matemáticas Aplicadas, CAD.
¿Alguna vez se han preguntado cómo una computadora puede "ver" y reconocer patrones geométricos complejos en un dibujo técnico sin visión artificial? ¿Cómo puede distinguir entre una intersección casual de líneas y una verdadera conexión cruciforme intencionada?
En Agrocity, enfrentamos este desafío diariamente: nuestros ingenieros diseñan sistemas de riego que pueden contener decenas, incluso cientos de conexiones de diferente tipo, en esta ocasión abordaremos las conexiones tipo cruz, por ser las más complejas, con las que mayor opciones de reconocerse cuenta. El conteo manual es no solo tedioso, sino propenso a errores humanos que pueden impactar significativamente en la estimación de materiales y costos del proyecto.
Mediante la aplicación de geometría analítica y álgebra vectorial, hemos logrado crear una herramienta que no solo detecta estas conexiones con precisión milimétrica, sino que las clasifica automáticamente según criterios de ingeniería hidráulica y genera reportes profesionales correlacionados espacialmente. La implementación combina teoría con aplicación práctica, demostrando cómo las matemáticas pueden resolver problemas reales de ingeniería.
INTERSECCIONES
Imagine dos segmentos de línea en el espacio bidimensional. Matemáticamente, podemos representar cada segmento como:
La pregunta fundamental es: ¿se intersectan estos segmentos? Y si es así, ¿en qué punto?
La solución implica resolver un sistema de ecuaciones paramétricas:
x = x₁ + t(x₂ - x₁)
y = y₁ + t(y₂ - y₁)
donde t es el parámetro que determina la posición a lo largo del segmento. La intersección existe cuando ambos parámetros t y u están en el rango [0,1].
Pero aquí viene la parte fascinante: no todas las intersecciones matemáticas representan conexiones reales de instalación.
Criterio de Perpendicularidad
Una cruz hidráulica verdadera requiere que las tuberías se encuentren aproximadamente en ángulos rectos. Esto nos lleva al cálculo del ángulo entre vectores:
cos(θ) = (v₁ · v₂) / (|v₁| × |v₂|)
En nuestro caso de estudio configuramos una tolerancia de reconocimiento para una cruz válida, este ángulo debe estar en el rango de 75° a 105°, proporcionando tolerancia para las variaciones de instalaciones reales.
Pero las intersecciones geométricas son solo el primer nivel. En la realidad al momento de leer un plano hidraulico se presentan más casos de uso, donde puede introducirse un caso de una conexión tipo cruz, ¿Qué sucede cuando cuatro tuberías terminan exactamente en el mismo punto? Este escenario requiere un análisis completamente diferente:
En terminos globales identificamos 5 maneras distintas en las que se puede presentar este tipo de conexión, por lo que las nombramos como:
CORRELACIÓN ESPACIAL
Al terminar la identificación de las conexiones, uno de los aspectos más necesarios del sistema es la correlación automática entre elementos detectados y reportes tabulares. Cada cruz detectada recibe un identificador único que se muestra tanto en el dibujo como en la tabla de materiales.
Esta correlación utiliza algoritmos de mapeo bidireccional:
La clasificación de cruces sigue una jerarquía definida, para una correcta lectura e interpretación sencilla, misma que hemos definido:
El algoritmo de ordenamiento implementa una versión optimizada del método burbuja, garantizando que los resultados se presenten en orden lógico de ingeniería.
AUTOLISP
AutoLISP, desarrollado por Autodesk para AutoCAD, representa uno de los dialectos más especializados del lenguaje Lisp. Su capacidad para manipular entidades geométricas directamente en el entorno CAD lo convierte en la herramienta perfecta para este tipo de aplicaciones.
En Agrocity, hemos desarrollado a lo largo de 15 años pericia profunda en AutoLISP que nos permite crear soluciones que van más allá de simples macros. Rutinas implementan algoritmos soluciones de la vida real diaria, pero manteniendo la flexibilidad y personalización que solo el código desarrollado internamente puede ofrecer.
Lógica de Contexto
El sistema implementa zonas de exclusión, reconociendo que ciertas áreas del dibujo (como válvulas, purgas, cruceros de seccionamiento o puntos de información) no deben generar detecciones de cruces. Esta característica demuestra cómo un algoritmo verdaderamente útil debe comprender el contexto hidraulico de un plano de diseño, no solo la geometría pura.
CASOS DE USO
Imagine un sistema de riego de 50 hectáreas con múltiples sectores. Un ingeniero experimentado podría requerir horas o puede que hasta días para cuantificar y clasificar manualmente todas las conexiones. Nuestro ejemplo de este articulo, construido bajo código Autolisp completa esta tarea en segundos, con precisión absoluta y documentación profesional automática.
Los errores humanos en el conteo manual pueden resultar en:
Aunque la detección es completamente automática, la rutina está diseñado para complementar, no reemplazar, el criterio ingenieril. Los resultados pueden ser revisados, ajustados y validados por profesionales, manteniendo el control humano sobre decisiones críticas.
Esta metodología representa una manera distinta de cómo abordamos el diseño y documentación de sistemas hidráulicos. La integración de matemáticas con herramientas CAD estándar demuestra que la innovación no siempre requiere software especializado costoso.
Las aplicaciones potenciales se extienden más allá de sistemas de riego:
Cada aplicación requiere adaptaciones específicas de los algoritmos base, demostrando la versatilidad del enfoque matemático fundamental.
CONCLUSIONES
Este es un ejemplo simple de la detección automática de cruces en redes hidráulicas representa un ejemplo perfecto de cómo las matemáticas pueden resolver problemas reales de dibujo. La combinación de geometría analítica, álgebra vectorial y algoritmos de clasificación inteligente resulta en una herramienta que no solo ahorra tiempo, sino que mejora la precisión y consistencia en el diseño de sistemas de riego.
En Agrocity, continuamos explorando con AutoLISP y matemáticas, cada proyecto nos presenta nuevos desafíos que requieren soluciones innovadoras, manteniendo siempre el equilibrio entre automatización inteligente y control ingenieril.
La verdadera innovación no radica en crear algoritmos complejos por el simple placer intelectual, sino en desarrollar herramientas que resuelvan problemas reales de manera elegante y eficiente. Este proyecto representa exactamente esa filosofía: matemáticas al servicio de la ingeniería práctica.
El futuro del diseño asistido por computadora no está en software más caro o más complejo, sino en la aplicación inteligente de principios matemáticos fundamentales para crear soluciones específicas y precisas. En esa dirección, continuamos avanzando.
Agrocity es una Organización que desarrolla, investiga, diseña, instala y provee productos de uso agrícola en México, pretendemos optimizar el uso de los recursos en la producción de alimentos. Nuestro equipo combina experiencia e Ingenieria para crear múltiples soluciones como estas, rutinas CAD para facilitar nuestra tarea diaria con herramientas que simplifican procesos complejos de diseño.
