Application of geographic information system and modelling in health impact assessment for urban road mobility in Vietnam

Transport is an essential sector in modern societies. It connects economic sectors and industries. Next to its contribution to economic development and social interconnection, it also causes adverse impacts on the environment and results in health hazards. Transport is a major source of ground air pollution, especially in urban areas, and therefore contributing to the health problems, such as cardiovascular and respiratory diseases, cancer, and physical injuries. This thesis presents the results of a health risk assessment that quantifies the mortality and the diseases associated with particulate matter pollution resulting from urban road transport in Hai Phong City, Vietnam. The focus is on the integration of modelling and GIS approaches in the exposure analysis to increase the accuracy of the assessment and to produce timely and consistent assessment results. The modelling was done to estimate traffic conditions and concentrations of particulate matters based on geo-references data. A simplified health risk assessment was also done for Ha Noi based on monitoring data that allows a comparison of the results between the two cases. The results of the case studies show that health risk assessment based on modelling data can provide a much more detail results and allows assessing health impacts of different mobility development options at micro level. The use of modeling and GIS as a common platform for the integration of different assessments (environmental, health, socio-economic, etc.) provides various strengths, especially in capitalising on the available data stored in different units and forms and allows handling large amount of data. The use of models and GIS in a health risk assessment, from a decision making point of view, can reduce the processing/waiting time while providing a view at different scales: from micro scale (sections of a city) to a macro scale. It also helps visualising the links between air quality and health outcomes which is useful discussing different development options. However, a number of improvements can be made to further advance the integration. An improved integration programme of the data will facilitate the application of integrated models in policy-making. Data on mobility survey, environmental monitoring and measuring must be standardised and legalised. Various traffic models, together with emission and dispersion models, should be tested and more attention should be given to their uncertainty and sensitivity

The implementation of an Enterprise Geographical Information System to support Cadastre and Expropriation activities.

The processes of mobilization of land for infrastructures of public and private domain are developed according to proper legal frameworks and systematically confronted with the impoverished national situation as regards the cadastral identification and regularization, which leads to big inefficiencies, sometimes with very negative impact to the overall effectiveness. This project report describes Ferbritas Cadastre Information System (FBSIC) project and tools, which in conjunction with other applications, allow managing the entire life-cycle of Land Acquisition and Cadastre, including support to field activities with the integration of information collected in the field, the development of multi-criteria analysis information, monitoring all information in the exploration stage, and the automated generation of outputs. The benefits are evident at the level of operational efficiency, including tools that enable process integration and standardization of procedures, facilitate analysis and quality control and maximize performance in the acquisition, maintenance and management of registration information and expropriation (expropriation projects). Therefore, the implemented system achieves levels of robustness, comprehensiveness, openness, scalability and reliability suitable for a structural platform. The resultant solution, FBSIC, is a fit-for-purpose cadastre information system rooted in the field of railway infrastructures. FBSIC integrating nature of allows: to accomplish present needs and scale to meet future services; to collect, maintain, manage and share all information in one common platform, and transform it into knowledge; to relate with other platforms; to increase accuracy and productivity of business processes related with land property management.

Politicization of non-political events

Spatial analysis and social network analysis typically take into consideration social processes in specific contexts of geographical or network space. The research in political science increasingly strives to model heterogeneity and spatial dependence. To better understand and geographically model the relationship between “non-political” events, streaming data from social networks, and political climate was the primary objective of the current study. Geographic information systems (GIS) are useful tools in the organization and analysis of streaming data from social networks. In this study, geographical and statistical analysis were combined in order to define the temporal and spatial nature of the data eminating from the popular social network Twitter during the 2014 FIFA World Cup. The study spans the entire globe because Twitter’s geotagging function, the fundamental data that makes this study possible, is not limited to a geographic area. By examining the public reactions to an inherenlty non-political event, this study serves to illuminate broader questions about social behavior and spatial dependence. From a practical perspective, the analyses demonstrate how the discussion of political topics fluсtuate according to football matches. Tableau and Rapidminer, in addition to a set basic statistical methods, were applied to find patterns in the social behavior in space and time in different geographic regions. It was found some insight into the relationship between an ostensibly non-political event – the World Cup - and public opinion transmitted by social media. The methodology could serve as a prototype for future studies and guide policy makers in governmental and non-governmental organizations in gauging the public opinion in certain geographic locations.

Analysis of panoramio photo tags in order to extract land use information

In the recent past, hardly anyone could predict this course of GIS development. GIS is moving from desktop to cloud. Web 2.0 enabled people to input data into web. These data are becoming increasingly geolocated. Big amounts of data formed something that is called "Big Data". Scientists still don't know how to deal with it completely. Different Data Mining tools are used for trying to extract some useful information from this Big Data. In our study, we also deal with one part of these data - User Generated Geographic Content (UGGC). The Panoramio initiative allows people to upload photos and describe them with tags. These photos are geolocated, which means that they have exact location on the Earth's surface according to a certain spatial reference system. By using Data Mining tools, we are trying to answer if it is possible to extract land use information from Panoramio photo tags. Also, we tried to answer to what extent this information could be accurate. At the end, we compared different Data Mining methods in order to distinguish which one has the most suited performances for this kind of data, which is text. Our answers are quite encouraging. With more than 70% of accuracy, we proved that extracting land use information is possible to some extent. Also, we found Memory Based Reasoning (MBR) method the most suitable method for this kind of data in all cases.

Contributions towards smart cities : exploring block level census data for the characterization of change in Lisbon

The interest in using information to improve the quality of living in large urban areas and its governance efficiency has been around for decades. Nevertheless, the improvements in Information and Communications Technology has sparked a new dynamic in academic research, usually under the umbrella term of Smart Cities. This concept of Smart City can probably be translated, in a simplified version, into cities that are lived, managed and developed in an information-saturated environment. While it makes perfect sense and we can easily foresee the benefits of such a concept, presently there are still several significant challenges that need to be tackled before we can materialize this vision. In this work we aim at providing a small contribution in this direction, which maximizes the relevancy of the available information resources. One of the most detailed and geographically relevant information resource available, for the study of cities, is the census, more specifically the data available at block level (Subsecção Estatística). In this work, we use Self-Organizing Maps (SOM) and the variant Geo-SOM to explore the block level data from the Portuguese census of Lisbon city, for the years of 2001 and 2011. We focus on gauging change, proposing ways that allow the comparison of the two time periods, which have two different underlying geographical bases. We proceed with the analysis of the data using different SOM variants, aiming at producing a two-fold portrait: one, of the evolution of Lisbon during the first decade of the XXI century, another, of how the census dataset and SOM’s can be used to produce an informational framework for the study of cities.

From the portolan chart of the mediterranean to the latitude chart of the atlantic

Thesis submitted to the Instituto Superior de Estatística e Gestão de Informação da Universidade Nova de Lisboa in partial fulfillment of the requirements for the Degree of Doctor of Philosophy in Information Management – Geographic Information Systems

Predicting the impacts of climate change on the distribution and conservation of endemic forest land snails of Madeira Island

Climate change is emerging as one of the major threats to natural communities of the world’s ecosystems; and biodiversity hotspots, such as Madeira Island, might face a challenging future in the conservation of endangered land snails’ species. With this thesis, progresses have been made in order to properly understand the impact of climate on these vulnerable taxa; and species distribution models coupled with GIS and climate change scenarios have become crucial to understand the relations between species distribution and environmental conditions, identifying threats and determining biodiversity vulnerability. With the use of MaxEnt, important changes in the species suitable areas were obtained. Laurel forest species, highly dependent on precipitation and relative humidity, may face major losses on their future suitable areas, leading to the possible extinction of several endangered species, such as Leiostyla heterodon. Despite the complexity of the biological systems, the intrinsic uncertainty of species distribution models and the lack of information about land snails’ functional traits, this analysis contributed to a pioneer study on the impacts of climate change on endemic species of Madeira Island. The future inclusion of predictions of the effect of climate change on species distribution as part of IUCN assessments could contribute to species prioritizing, promoting specific management actions and maximizing conservation investment.

Apoio à implementação do Sistema de Informação Territorial da Administração Interna e à análise de padrões espaciais

Este documento visa apresentar o trabalho de Estágio realizado na Direção Geral de Administração Interna (DGAI) como parte integrante e conclusiva do Mestrado em Gestão do Território na Área de Especialização em Deteção Remota e Sistemas de Informação Geográfica, ministrado pela Faculdade de Ciências Sociais e Humanas da Universidade Nova de Lisboa. O Estágio desenvolveu-se em duas fases. A primeira detém um caráter mais genérico e teve como objetivo prestar apoio à consolidação do Sistema de Informação Territorial da Administração Interna (SITAI), onde, entre diversas atividades desenvolvidas, a principal, e conforme exposto no presente relatório, reside na adaptação de dados do Instituto Nacional de Estatística (Censos 2011) ao território nacional após a Reorganização Administrativa do Território das Freguesias (RATF). A segunda enfoca o fenómeno da Violência Doméstica (VD) e consiste no tratamento e análise de vários tipos de dados provenientes da base de dados do Ministério da Administração Interna (MAI) relacionados com o mesmo. Não obstante esta segmentação de trabalhos, é objetivo deste Estágio a aplicação dos Sistemas de Informação Geográfica (SIG) envolvendo dados de realidades específicas e a produção de informação capaz de se constituir como instrumento de suporte à decisão e desenvolvimento de políticas de segurança interna pelas quais o MAI é responsável.

Relating the spatial component and users interests to improve applications based on questions, petitions and participatory processes

Nowadays, participatory processes attending the need for real democracy and transparency in governments and collectives are more needed than ever. Immediate participation through channels like social networks enable people to give their opinion and become pro-active citizens, seeking applications to interact with each other. The application described in this dissertation is a hybrid channel of communication of questions, petitions and participatory processes based on Public Participation Geographic Information System (PPGIS), Participation Geographic Information System (PGIS) and ‘soft’ (subjective data) Geographic Information System (SoftGIS) methodologies. To achieve a new approach to an application, its entire design is focused on the spatial component related with user interests. The spatial component is treated as main feature of the system to develop all others depending on it, enabling new features never seen before in social actions (questions, petitions and participatory processes). Results prove that it is possible to develop a working application mainly using open source software, with the possibility of spatial and subject filtering, visualizing and free download of actions within application. The resulting application empowers society by releasing soft data and defines a new breaking approach, unseen so far.

The use of analytical hierarchy process in spatial decision support system for land use management

Geographic information systems give us the possibility to analyze, produce, and edit geographic information. Furthermore, these systems fall short on the analysis and support of complex spatial problems. Therefore, when a spatial problem, like land use management, requires a multi-criteria perspective, multi-criteria decision analysis is placed into spatial decision support systems. The analytic hierarchy process is one of many multi-criteria decision analysis methods that can be used to support these complex problems. Using its capabilities we try to develop a spatial decision support system, to help land use management. Land use management can undertake a broad spectrum of spatial decision problems. The developed decision support system had to accept as input, various formats and types of data, raster or vector format, and the vector could be polygon line or point type. The support system was designed to perform its analysis for the Zambezi river Valley in Mozambique, the study area. The possible solutions for the emerging problems had to cover the entire region. This required the system to process large sets of data, and constantly adjust to new problems’ needs. The developed decision support system, is able to process thousands of alternatives using the analytical hierarchy process, and produce an output suitability map for the problems faced.

Determination of the most suitable oil pipeline route using GIS least cost path analysis

The Keystone XL has a big role for transforming Canadian oil to the USA. The function of the pipeline is decreasing the dependency of the American oil industry on other countries and it will help to limit external debt. The proposed pipeline seeks the most suitable route which cannot damage agricultural and natural water recourses such as the Ogallala Aquifer. Using the Geographic Information System (GIS) techniques, the suggested path in this study got extremely high correct results that will help in the future to use the least cost analysis for similar studies. The route analysis contains different weighted overlay surfaces, each, was influenced by various criteria (slope, geology, population and land use). The resulted least cost path routes for each weighted overlay surface were compared with the original proposed pipeline and each displayed surface was more effective than the proposed Keystone XL pipeline.

O uso da Deteção Remota para a extração de Indicadores Urbanos

Nas últimas décadas o aumento da expansão das áreas urbanas conduziu a rápidas mudanças nos ambientes urbanos. Estas mudanças necessitam de uma observação e compreensão, por forma a permitir a monitorização e avaliação do processo de planeamento urbano. A utilização de dados obtidos por Deteção Remota (DR), aliada aos Sistemas de Informação Geográfica (SIG), surge como uma fonte de informação válida para modelar, recolher, armazenar, exibir e analisar os sistemas urbanos. Neste contexto, a informação planimétrica e altimétrica recolhida por sensores remotos pode ser explorada por forma a extrair informação acerca do uso e ocupação do solo, e apresenta-la sob a forma de indicadores para apoio à decisão. Um sistema de indicadores urbanos baseados em dados obtidos por DR constitui uma ferramenta para as cidades transmitirem os diferentes riscos urbanos bem como na promoção de medidas e estratégias para um eficiente planeamento urbano. A dissertação de mestrado proposta tem como principal objetivo a criação de um sistema de indicadores urbanos que caracterize a cidade de Lisboa ao nível das áreas verdes e do volume construído. Assim, de forma a atingir o objetivo principal é desenvolvida uma metodologia baseada em informação altimétrica e planimétrica que permite analisar as áreas verdes da cidade de Lisboa bem como o volume construído. A informação altimétrica urbana (3D) é derivada de dados cartográficos oficiais (curvas de nível que originam um Modelo Digital de Terreno) e informação recolhida por LiDAR (Light Detection And Ranging) (que representa o Modelo Digital de Superfície). A informação 2D é extraída de uma imagem do satélite de alta resolução Worldview-2 de 2010, com um pixel de 0,5m, do concelho de Lisboa, através de técnicas de processamento digital de imagem. A informação recolhida permite, por um lado a modelação 3D do edificado, e por outro a quantificação 2D da cobertura vegetal em meio urbano. Posteriormente, num ambiente SIG, a informação extraída é cruzada com dados censitários e dados de uso e ocupação do solo. A análise ocorre tendo por base as Subsecções Estatísticas (SSE) da cidade de Lisboa (INE, 2011) e o sistema proposto inclui assim a extração de indicadores divididos tematicamente em indicadores de área e indicadores de volume. Os resultados obtidos permitem relacionar as áreas verdes, a população e o volume construído.

Produção e facilitação da visualização on-line de uma carta de desporto de natureza

Os Sistemas de Informação Geográfica detêm um papel de crescente importância para a tomada de decisão ao nível do ordenamento do território, conforme o que a própria legislação evidencia. Existe uma carência de uniformização da informação para que possa existir um cruzamento eficiente e uma disponibilização mais facilitada à população e às diversas entidades. As instituições públicas, como é o caso do Instituto de Conservação e Florestas (ICNF I.P.), reconhecem esta necessidade, pelo que se propôs uma série de tarefas, para a concretização deste estágio, no sentido de a colmatar. Este instituto detém um papel de especial relevo na conservação do património natural assim como no ordenamento das áreas protegidas para que se possa usufruir das mesmas, sob um ponto de vista cada vez mais ecológico e promotor de desenvolvimento sustentável. A elaboração de um instrumento de gestão territorial, como se pode classificar a Carta de Desporto de Natureza (CDN), acarreta grande responsabilidade e exige um forte empenho, não apenas no envolvimento da população e das entidades que dele fruirão, mas no cumprimento da legislação existente quer para as atividades quer para o próprio território, no sentido da sua proteção, preservação e promoção de usos adequados. Neste trabalho procurou-se cumprir todas estas disposições sempre com o objetivo de, ao se construir normas de uniformização e ao se elaborar um exemplo de CDN para um território com tanto valor como é a Reserva Natural do Estuário do Tejo, tornar acessível a informação sobre esta área protegida. A intensão é também promover a motivação para a prática de um desporto natureza, saudável e em equilíbrio com o ambiente. O desafio não se ficou por aqui, havendo também a procura de utilização de Free Open Source Software, para que o processo de utilização e disponibilização informação SIG seja cada vez mais acessível e direta.

Desenvolvimento de aplicações de Sistemas de Informação Geográfica WEB para gestão de resíduos urbanos.

A gestão do território contribui para o desenvolvimento socioeconómico e para o alcance de necessidades coletivas. A gestão de recursos, por sua vez, é uma das vias para atingir tais propósitos, convocando agentes, entidades e serviços para a administração de um território. O crescimento social e económico e a expansão urbana das últimas décadas tiveram um impacto significativo no consumo de recursos e na decorrente produção de resíduos, fazendo da gestão dos mesmos um importante meio para a gestão de recursos, com contributo para a gestão do território. Neste contexto, surgem serviços de gestão de resíduos urbanos, que dependem de informação geográfica referente ao seu sistema e ao do ambiente territorial em que o mesmo se insere. Face ao dinamismo e às relações entre diversos fenómenos e elementos presentes no referido ambiente, o processo de gestão de resíduos urbanos torna-se um desafio cada vez mais exigente e heterogéneo, em matéria de decisão espacial. Por esse motivo, é indispensável possuir ferramentas que integrem vários dados e que possibilitem abordagens metodológicas orientadas para uma intervenção territorial mais realista. Para tal, existem diversos métodos e técnicas, assentes em Tecnologias de Informação e Comunicação, com uma considerável adesão a soluções de Sistemas de Informação Geográfica, dada a necessidade de manipular informação com carácter espacial referente à gestão de resíduos urbanos. No quadro atual da produção e da prestação de serviços através de rede digital, as plataformas Web desses Sistemas de Informação Geográfica constituem-se como um instrumento para gestão de resíduos. Considerando o exemplo do Gabinete de Estudos, Planeamento e Controlo, dos Serviços Intermunicipalizados de Águas e Resíduos dos Municípios de Loures e Odivelas, no presente Trabalho de Projeto, pretende-se avaliar a situação atual das metodologias e dos recursos tecnológicos que um serviço deste tipo possui, percebendo o contributo que aplicações de Sistemas de Informação Geográfica Web podem ter para a concretização da sua missão, na conjuntura atual da tecnologia, da informação e da comunicação na Administração Pública. Assim, o presente Trabalho de Projeto propõe também um modelo de desenvolvimento das referidas aplicações, assentes em Sistemas de Informação Geográfica Desktop e Web de código aberto, livres e gratuitos. As aplicações abarcam informação interna, referente ao sistema de resíduos urbanos, dos Serviços Intermunicipalizados de Águas e Resíduos dos Municípios de Loures e Odivelas, e informação externa diversa, referente ao seu território de intervenção. A integração e relação da informação interna e externa, com resultados nas aplicações, são apresentadas como possíveis meios de assistência aos procedimentos efetuados no Gabinete de Estudos, Planeamento e Controlo e à prestação efetiva do serviço de gestão de resíduos urbanos. Igualmente, é possível inferir a versatilidade, a aplicabilidade e o potencial de aplicações de Sistemas de Informação Geográfica, em diversas vertentes e escalas de gestão do território.

Os sistemas de informação geográfica e a análise multicritério para o estudo da acessibilidade e mobilidade da rede escolar no município da Humpata (Angola)

O presente trabalho faz uma abordagem aos Sistemas de Informação Geográfica (SIG) e a análise multicritério (AMC) para o estudo da acessibilidade da rede escolar do município de Humpata, província da Huíla, situada em Angola. Neste trabalho pretende-se demonstrar as dificuldades de acessibilidade e mobilidade tendo em conta aos principais factores que condicionam a rede escolar e também a acessibilidade em termos de oferta e recursos, analisando com algum pormenor as condições de ensino que as escolas oferecem. Por outro lado foram também elaborados modelos de velocidade com o objectivo de verificar a distância-tempo percorrida pelos usuários considerando o declive do terreno. Ficou demonstrado que, para o estudo da acessibilidade da rede escolar, o uso dos SIG e a AMC fornecem resultados com relevância na tomada de decisão. A AMC conjugada com a álgebra de mapas, permitiu registar as disparidades de acessibilidade entre diferentes povoações que compõem o município. Aconselha-se por isso a utilização de ferramentas de análise espacial como os SIG, em contextos como o do município de Humpata onde os recursos escassos devem ser bem geridos, de forma a levar os serviços públicos e privados à maior parte da população e às povoações que mais necessitam através da localização óptima dos futuros serviços, que no caso das instituições escolares concorrera para garantia do sucesso escolar.