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Journal Cover Boletim de Ciências Geodésicas
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   ISSN (Print) 1413-4853 - ISSN (Online) 1982-2170
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  • The Impact of the Resolution of Wind Fields on Predictive Wave Models

    • Abstract: Resumo: Neste trabalho são avaliados os impactos que as diferentes resoluções temporais e espaciais do campo de vento provocam nos resultados de altura significativa do modelo prognóstico de onda. Com esse objetivo, três eventos meteorológicos que geraram ondulações na Bacia de Campos foram simulados com alta resolução utilizando o modelo de mesoescala Brazilian Regional Atmospheric Modeling System (BRAMS) e os resultados empregados no WAVEWATCH (WW3) para as seguintes resoluções espaciais 20, 60, 100, 300 e 600 km, com resoluções temporais de 1, 3 e 6 h. Dois dos eventos selecionados estavam associados à formação de ciclones no Atlântico Sul que se propagaram com velocidades acima da média e geraram pistas com grande extensão. No terceiro caso, as ondas estavam associadas a pistas de pequenas dimensões espaciais geradas pelo Anticiclone Subtropical do Atlântico Sul (ASAS). A seleção destes casos com diferentes características físicas proporcionou uma melhor avaliação das discrepâncias que as resoluções espaciais e temporais ocasionariam. Tendo em vista os resultados encontrados, sugere-se que, para diminuir os erros, sejam utilizados campos de ventos com espaçamento de até 60 km e, quanto à resolução temporal, destaca-se que os três intervalos resolveram bem os casos selecionados. : In this paper the effects of the spatial and temporal resolutions of the wind field on the forecasting of wind waves are discussed. Three different meteorological events that generated waves in the Campos Basin (south-eastern Brazil) were simulated using the mesoscaleBrazilian Regional Atmospheric Modeling System(BRAMS) with high spatial resolutions of 20, 60, 100, 300 and 600 km and temporal resolutions of 1, 3 and 6 hours and the results were entered into WAVEWATCH (WW3). Two of these events were associated with the formation of extratropical cyclones in the South Atlantic which propagated with velocities above the local average and with large fetches. In the third event, the waves were associated with small fetches generated by the Subtropical South Atlantic Anticyclone (ASAS). The selection of these meteorological events, each with different physical characteristics, allowed us to evaluate the performance of the wave model as a function of the resolution of the wind field input. Our results indicate that the best spatial resolution in terms of computational cost versus error is 60 km,whereas the different time resolutions impose inconspicuous impact on the wave forecast.
  • Comparison and Validation of Spatial Modeling of Fire Risks Considering
           Different Prediction Methods

    • Abstract: Resumo: Os problemas ambientais decorrentes dos incêndios alteram a dinâmica do planeta modificando seus ciclos e destruindo ecossistemas. O homem é responsável por quase a totalidade das queimadas, sendo ele também protagonista das iniciativas de prevenção. Dessa maneira, torna-se necessário um planejamento de ações ao combate desses danos ambientais. Uma vez que a localização geográfica é importante atributo, esta pesquisa objetiva apoiar medidas de prevenção e controle de incêndios gerando e validando mapas com modelos preditivos de riscos de incêndios no município de João Pessoa - PB. Os dados foram modelados, processados, manipulados e analisados no software ArcGIS v10.0 e Matlab, bem como a geração e overlay de mapas temáticos através de análise multicritério, ponderação das variáveis e lógica fuzzy. Foi realizada a validação dos modelos considerando dados reais, onde os resultados demonstraram que os modelos gerados com o auxílio da lógica fuzzy apresentaram um coeficiente de determinação acima de 85%. A variável pluviometria contribuiu significativamente para que os modelos apresentassem maior confiabilidade. Essa variável não foi utilizada e nem recomendada especificamente em outras metodologias comparadas nessa pesquisa. Os fatores que contribuíram para o alto grau de vulnerabilidade de risco de incêndios: alta declividade, presença de vegetação, áreas de alta concentração de pessoas, aglomerados subnormais e regiões dentro da influência da rede viária e hidrografia. Por fim, esse trabalho teve o intuito de contribuir na tomada de decisão dos gestores de meio ambiente, segurança e defesa social de forma rápida e precisa com recurso a poucas variáveis e baixo custo. : The environmental problems of fires change the dynamics of the planet modifying and destroying their cycles and ecosystems. The human being is responsible for almost all the fires, but he is also protagonist of prevention initiatives. Thus, it becomes necessary to plan actions to combat these environmental damages. Since the geographic location is a important attribute, this research aims to support prevention and control of fires generating and validating maps with prediction risk of fire models applied in João Pessoa city. The data were modeled, processed, handled and analyzed in ArcGIS software v10.0 and Matlab, as well as the generation and overlay of thematic maps using multicriteria analysis, weighting the variables and fuzzy logic. In the next step, it was made the data validation considering the real data and the results demonstrated that the templates generated with the aid of fuzzy logic showed the coefficient of determination above 85%. The rainfall variable was the factor that contributed significantly to the models having greater reliability. This variable was not used and not specifically recommended in other methods compared in this study. The factors that contributed to the high degree of vulnerability risk of fires: high slope, vegetation, areas of high concentration of people, subnormal agglomerations and regions within the influence of the road network and hydrography. Finally, this study aimed to contribute to the decision making of the environment, social security and defense managers quickly and accurately using a few variables and low cost.

    • Abstract: : Shadows exist in almost all aerial and outdoor images, and they can be useful for estimating Sun position estimation or measuring object size. On the other hand, they represent a problem in processes such as object detection/recognition, image matching, etc., because they may be confused with dark objects and change the image radiometric properties. We address this problem on aerial and outdoor color images in this work. We use a filter to find low intensities as a first step. For outdoor color images, we analyze spectrum ratio properties to refine the detection, and the results are assessed with a dataset containing ground truth. For the aerial case we validate the detections depending of the hue component of pixels. This stage takes into account that, in deep shadows, most pixels have blue or violet wavelengths because of an atmospheric scattering effect.Resumo: Sombras estão presentes na maior parte das imagens aéreas e terrestres, e elas podem ser úteis para estimação da posição do Sol, ou para medir os tamanhos de objetos. Por outro lado, elas representam um problema em processamentos tais como detecção/reconhecimento de objetos, correspondência entre imagens, etc., pois podem ser confundidas com objetos escuros e mudar as propriedades radiométricas da imagem. Neste trabalho esse problema foi tratado em imagens aéreas e terrestres. Utilizou-se um filtro para encontrar áreas com baixas intensidades. Para as imagens terrestres, foram analisadas propriedades da razão do espectro das imagens para refinar a detecção, e os resultados foram avaliados por meio de um conjunto de dados contendo a verdade de campo. Para o caso aéreo as detecções são validadas dependendo da componente da matiz dos pixels. Esse estágio leva em consideração que em sombras profundas a maior parte dos pixels possuem comprimentos de onda na região do azul e violeta por conta de um efeito de espalhamento atmosférico.

    • Abstract: : The application of orbital sensors to identify and delineate water bodies was evaluated in this study. Reference aerial photos were used to measure the surface area of three water bodies in São Gabriel do Oeste, MS, Brazil and assess seven sensors commonly used in environmental studies: ALOS-AVNIR, CBERS 2B-CCD, CBERS 2B-HRC, IRS P6-LISS3, LANDSAT-TM, LANDSAT-ETM+, and LANDSAT-OLI. The images were analyzed with the near infrared (NIR) band, and digital processing techniques including image fusion (spatial enhancement), false-color composition, and pre-processed radiometric correction were applied to some sensors. Image fusion and radiometric correction were applied to three sensors; only color composition was not conducted on the HRC sensor. In all water bodies analyzed, images from the CCD sensor showed the greatest values of imprecision, reaching 192% for Water Body #3 without digital processing. Considering the spectral properties of the NIR band, we expected more precise data from the analyses using this spectral range. However, color composite analyses obtained greater percent precision compared with analyses that only used the NIR band.Resumo: A aplicação dos sensores remotos orbitais para identificação e delineamento de corpos d’água foi avaliado neste estudo. Para isto, foram utilizadas fotos aéreas como referência para obtenção de área de três corpos d’água em São Gabriel do Oeste, MS- Brasil, sendo analisados sete sensores comumente aplicados em estudos ambientais: ALOS-AVNIR; CBERS 2B-CCD; CBERS 2B-HRC; IRS P6-LISS3; LANDSAT-TM; LANDSAT-ETM+ e LANDSAT-OLI. As imagens foram analisadas com a banda do Infravermelho Próximo, além disso, técnicas de processamento digital foram aplicadas em alguns sensores. As técnicas de processamento digital utilizadas foram à fusão de imagens, a composição falsa-cor e a correção radiométrica (pré-processamento), sendo a fusão e a correção radiométrica aplicadas em três sensores. A composição colorida só não foi realizada no sensor HRC. Dos corpos d’água analisados, as imagens do sensor CCD foram as que apresentaram maior valor de imprecisão, chegando a um valor de 192% para o corpo d’água #3 na imagem CCD sem processamento digital. Considerando as propriedades da banda espectral infravermelho próximo, esperavam-se dados mais precisos das análises feitas com a mesma. Entretanto, as análises feitas em composição colorida obtiveram melhores percentuais de precisão do que as analisadas somente com a banda do infravermelho próximo.

    • Abstract: : This paper aimed to use the dasymetric mapping methods proposed by Mennis and Hultgreen (2006) and Strauch and Ajara (2015) to estimate the variation of the distribution in the population in the Jacarepaguá Watershed. For this, population data from the census tracts of 2010 and, as auxiliary data, the map of land use and land cover obtained from the supervised classification, were used - the auxiliary data were obtained using a maximum likelihood method with high resolution images. The method proposed by Mennis and Hultgreen (2006) preserved the pycnophylactic capacity of the dasymetric mapping; however, it resulted in a dasymetric map that distributes the population among the pixels, in accordance with the population variables, and in a more homogeneous way, since it considers only two classes of urban use and occupation. In the Strauch and Ajara (2015) method, there was a loss of 0.04% of the original population, but it emphasized the density differences, by distributing the population heterogeneously, because it allows the specialist to include other classes of land use and land cover and attribute different types of weights to these classes.Resumo: Este trabalho tem por objetivo empregar os métodos de mapeamento dasimétrico propostos por Mennis e Hultgreen (2006) e Strauch e Ajara (2015) para estimar a variação da distribuição da população na Bacia Hidrográfica de Jacarepaguá. Para isso são empregados dados populacionais de setores censitários de 2010 e como dado auxiliar o mapa de uso e cobertura da terra obtido através da classificação supervisionada usando método de máxima verossimilhança às imagens de alta resolução. O método proposto por Mennis e Hultgreen (2006) preservou a capacidade picnofilática do mapeamento dasimétrico, entretanto apresentou como resultado um mapa dasimétrico que distribui a população entre os pixels de acordo com as variáveis populacionais de mais forma homogênea uma vez que considera apenas duas classes de uso e ocupação urbana, enquanto o método proposto por Strauch e Ajara (2015) houve uma perda de 0,04% do contingente populacional original, mas realçou as diferenças de densidade distribuindo a população de forma heterogênea, uma vez que possibilita o especialista incluir outras classes de uso e cobertura da terra e atribuir diferentes tipos de pesos a estas classes.

    • Abstract: : The knowledge of the Earth's gravity field and its temporal variations is the main goal of the dedicated gravity field missions CHAMP, GRACE and GOCE. Since then, several global geopotential models (GGMs) have been released. This paper uses geoid heights derived from global geopotential models to analyze the cortical features of the Tandilia structure which is assumed to be in isostatic equilibrium. The geoid heights are suitably filtered so that the structure becomes apparent as a residual geoid height. Assuming that the geological structure is in isostatic equilibrium, the residual geoid height can be assimilated and compared to the isostatic geoid height generated from an isostatically compensated crust. The residual geoid height was obtained from the EGM2008 and the EIGEN-6C4 global geopotential models, respectively. The isostatic geoid was computed using the cortical parameters from the global crustal models GEMMA and CRUST 1.0 and from local parameters determined in the area under study. The obtained results make it clear that the isostatic geoid height might become appropriate to validate crustal models if the structures analyzed show evidence of being in isostatic equilibrium.Resumo: O conhecimento do campo de gravidade da Terra e suas variações temporais é o objetivo principal das missões de campo de gravidade dedicadas CHAMP, GRACE e GOCE. Desde então, vários modelos geopotenciais globais (GGMs) foram lançados. Este artigo usa os níveis de geoide derivados de modelos geopotenciais globais para analisar as características corticais da estrutura de Tandilia, que se supõe estar no equilíbrio isostático. As alturas do geoide são adequadamente filtradas para que a estrutura se torne aparente como uma altura residual de geoide. Supondo que a estrutura geológica esteja em equilíbrio isostático, a altura residual do geoide pode ser assimilada e comparada com a altura do geoostato isostático gerada a partir de uma crosta compensada isostática. A altura residual de geoide foi obtida a partir dos modelos geopotenciais globais EGM2008 e EIGEN-6C4, respectivamente. O geóide isostático foi calculado utilizando os parâmetros corticais dos modelos crustais globais GEMMA e CRUST 1.0 e dos parâmetros locais determinados na área estudada. Os resultados obtidos deixam claro que a altura do geoide isostático pode se tornar apropriada para validar modelos crustais se as estruturas analisadas mostrarem evidências de estar em equilíbrio isostático.

    • Abstract: : The main objective of this study is to estimate variables related to transportation planning, in particular transit trip production, by proposing a geostatistical procedure. The procedure combines the semivariogram deconvolution and Kriging with External Drift (KED). The method consists of initially assuming a disaggregated systematic sample from aggregate data. Subsequently, KED was applied to estimate the primary variable, considering the population as a secondary input. This research assesses two types of information related to the city of Salvador (Bahia, Brazil): an origin-destination dataset based on a home-interview survey carried out in 1995 and the 2010 census data. Besides standing out for the application of Geostatistics in the field of transportation planning, this paper introduces the concepts of semivariogram deconvolution applied to aggregated travel data. Thus far these aspects have not been explored in the research area. In this way, this paper mainly presents three contributions: 1) estimating urban travel data in unsampled spatial locations; 2) obtaining the values of the variable of interest deriving out of other variables; and 3) introducing a simple semivariogram deconvolution procedure, considering that disaggregated data are not available to maintain the confidentiality of individual data.Resumo: O principal objetivo deste estudo é estimar variáveis relacionadas ao planejamento de transportes, especialmente valores de produção de viagens por Transportes Coletivo (TCO), propondo um procedimento geoestatístico. O procedimento é uma junção de deconvolução de semivariograma e Krigagem com Deriva Externa (KED). O método consiste em assumir inicialmente uma amostra sistemática desagregada a partir de dados agregados por unidade de área. Posteriormente, utiliza-se a KED para prever a variável primária, considerando a população como input (variável secundária). Esta pesquisa utiliza dois tipos de informações sobre a cidade de Salvador (Bahia, Brasil): dados da pesquisa domiciliar origem-destino, realizada em 1995 e dados do censo de 2010. Além de destacar-se pela aplicação da Geoestatística no campo do planejamento de transportes, este artigo demonstra um método simples de deconvolução de semivariograma para dados agregados de viagens. Estes aspectos foram pouco explorados nesta área de pesquisa. Portanto, este trabalho apresenta três principais contribuições: 1) estimação de dados de viagens urbanas em localizações espaciais não amostradas; 2) obtenção de valores da variável de interesse derivada de outras variáveis; e 3) apresentação de um procedimento simplificado para deconvolução de semivariograma, considerando que dados desagregados, geralmente, não estão disponíveis, para manter a confidencialidade de dados individuais.

    • Abstract: : This work is an altimetry evaluation study involving Digital Elevation Models ASTER GDEM version 2 and SRTM version 3. Both models are readily available free of charge, however as they are built from different remote sensing methods it is also expected that they present different data qualities. LIDAR data with 25 cm vertical accuracy were used as reference for assessment validation. The evaluation study, carried out in urbanized area, investigated the distribution of the residuals and the relationship between the observed errors with land slope classes. Remote sensing principles, quantitative statistical methods and the Cartographic Accuracy Standard of Digital Mapping Products (PEC-PCD) were considered. The results indicated strong positive linear correlation and the existence of a functional relationship between the evaluated models and the reference model. Residuals between -4.36 m and 3.11 m grouped 47.7% of samples corresponding to ASTER GDEM and 63.7% of samples corresponding to SRTM. In both evaluated models, Root Mean Square Error values ​​increased with increasing of land slope. Considering 1: 50,000 mapping scale the PEC-PCD classification indicated class B standard for SRTM and class C for ASTER GDEM. In all analyzes, SRTM presented smaller altimetry errors compared to ASTER GDEM, except in areas with steep relief.Resumo: Este trabalho aborda a avaliação altimétrica dos Modelos Digitais de Elevação ASTER GDEM v2 e SRTM v3, ambos são disponibilizados sem custos, porém obtidos por diferentes métodos de sensoriamento remoto, o que também sugere diferente qualidade dos dados. Como referência foram utilizados dados LIDAR de 25cm de precisão vertical. Na avaliação, desenvolvida em área urbana, investigaram-se a distribuição dos resíduos e a relação erros observados versus classes de declividade do terreno. Foram considerados aspectos físicos do sensoriamento remoto, utilizados métodos estatísticos e o Padrão de Exatidão Cartográfica dos Produtos Cartográficos Digitais (PEC-PCD). Os resultados apontaram forte correlação linear positiva e a existência de relação funcional entre os modelos avaliados e o modelo de referência. Os resíduos, entre -4.36 m e 3.11 m, agruparam 47.7% das amostras correspondentes ao ASTER GDEM e 63.7% das amostras correspondentes ao SRTM. Nos dois modelos avaliados, os valores de Erro Médio Quadrático cresceram com o aumento da declividade do terreno. Considerando a escala de 1:50,000 a classificação do PEC-PCD indicou padrão classe B para o SRTM e padrão classe C para o ASTER GDEM. Em todas análises realizadas, o SRTM apresentou erros de altimetria menores em relação ao ASTER GDEM, exceto em áreas de relevo escarpado.

    • Abstract: : Many efforts have been done in the last decades to improve the formulation of ionospheric models based on data derived from the Global Navigation Satellite System (GNSS). Despite significant improvements in estimating the electron content of the GNSS signal path, little attention has been given to the geometric precision of ionospheric points that describe the signal path. In this work, we show a pioneer comparison about the geometric quality of the ionospheric points using distinct methods. Such analysis was carried out by calculating the GNSS signal path through three methods: a well-known geometric formulation; a new method based on linear approximations; and the used by NeQuick and recommended by the International Telecommunication Union, which was used as reference. As a result, we verified that the mean error of the well-known formulation was about 0.7 km and for the new method was at the level of 10-11 km. Also, the proposed method has the advantage to enable the calculation of ionospheric points for GNSS signals with negative elevation angles. Once negative elevation angles derived from Radio-Occultation techniques are definitively important to improve the geometrical coverage of ionospheric modeling, the proposed technique can be useful in the development of ionospheric modeling processes.Resumo: Muitos esforços foram feitos nas últimas décadas para aprimorar a formulação de modelos ionosféricos baseados em dados derivados do Global Navigation Satellite System (GNSS). No entanto, apesar de significativos avanços na estimação da densidade eletrônica contida no trajeto do sinal GNSS, pouca atenção vem sendo dada à precisão geométrica dos pontos que descrevem a trajetória do sinal. Neste trabalho, uma comparação pioneira é apresentada sobre a qualidade geométrica dos pontos ionosféricos usando distintos métodos para descrever o trajeto do sinal GNSS na ionosfera. As análises foram realizadas com três métodos: uma formulação geométrica amplamente conhecida; um novo método baseado em aproximações lineares; e o método utilizado pelo modelo NeQuick e recomendado pela International Telecommunication Union, o qual foi usado como referência. Como resultado, a média do erro do método amplamente usado foi de 0.7 km e do método proposto foi ao nível de 10-11 km. Além disso, o método proposto tem a vantagem de fornecer uma forma para calcular pontos ionosféricos em sinais GNSS com ângulos de elevação negativos. Uma vez que os ângulos de elevação negativos derivados de técnicas de Rádio-Ocultação são definitivamente importantes para aprimorar a cobertura geométrica para modelos ionosféricos, a técnica proposta pode ser útil no desenvolvimento de novos modelos ionosféricos.

    • Abstract: : Geomorphometry is the science of quantitative description of land surface morphology by the mean of geomorphic indices extracted from Digital Elevation Models (DEMs). The analysis of these indices is the first and most common procedure performed in several geoscience-related subjects. This study aims to assess the impact of mesh size degradation on different local and regional geomorphic indices extracted for GDEM and TOPODATA DEMs. Thus, these DEMs, having a mesh size of 30 m, were subsampled to 60, 120 and 240 m and then geomorphic indices were calculated using the full resolution DEM and the subsampled ones. Depending on their behavior, these indices are then classified into stable and unstable. The results show that the most affected indices are slope and hydrographic indices such as Strahler order, stream sinuosity and fractal dimension and watershed perimeter, whereas elevation remains stable. It also shows that the effect depends on the presence of the canopy and geological structures in the studied area.Resumo: A geomorfometria é a ciência da descrição quantitativa da morfologia da superfície terrestre por meio de índices geomórficos extraídos de Modelos Digitais de Elevação (MDEs). A análise destes índices é um dos primeiros e mais comuns procedimentos executados em estudos relacionados a geociência. Este estudo tem como objetivo avaliar o impacto da degradação da dimensão da malha (mesh size) sobre diferentes índices geomórficos locais e regionais extraídos dos MDEs GDEM e TOPODATA. Estes MDEs, ambos com dimensão original da malha de 30 m, foram reamostrados para 60, 120 e 240 m, sendo em seguida calculados os índices geomórficos, tanto para a dimensão original quanto para as reamostras. Dependendo do seu comportamento, estes índices foram classificados em estáveis e instáveis. Os resultados mostram que os índices mais afetados são a declividade e os índices hidrográficos como a ordem de Strahler, a sinuosidade, a dimensão fractal e o perímetro da bacia, enquanto que a elevação permanece estável. Os resultados também mostram que os efeitos dependem da presença do dossel florestal e das estruturas geológicas na área estudada.
School of Mathematical and Computer Sciences
Heriot-Watt University
Edinburgh, EH14 4AS, UK
Tel: +00 44 (0)131 4513762
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