Mapeamento dos parâmetros florísticos e estruturais de floresta de mangue com dados LIDAR e SRTM

Este estudo apresenta a estimativa dos parâmetros florísticos e estruturais (determinação da espécie, altura, diâmetro a altura do Peito - DAP e biomassa) do mangue a partir de informações da superfície adquiridas remotamente com os sensores Laser Detection and Range (LIDAR), Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) e ortofotos na Ilha dos Guarás, conjunto de arquipélagos localizado a 30 km da desembocadura do rio amazonas. Para esse trabalho foram utilizadas informações do SRTM, LIDAR e fotografias aéreas processadas e ortorretificadas durante dois sobrevôos realizados entre o mês de julho e agosto de 2011. Com a ortofoto foi feito o mapa do reconhecimento de unidades geobotânicas que delimitou apenas a classe mangue. Em seguida, foi realizada a correção da altura elipsoidal para a altura ortométrica, onde a nuvem de pontos foi interpolada pelo método vizinho mais próximo, gerando Modelo Digital de Elevação (MDE) LIDAR (full points) com RMSE de 0,88 cm e por meio de uma linguagem macro foi estatisticamente separadas as informações do último pulso da superfície, conhecido também por ground points. Em seguida, os dados foram interpolados pelo método de krigeagem que gerou o valor de Modelo Digital de Superfície (MDS), o qual foi subtraído do MDE. Com base no Modelo Digital de Vegetação (MDV) foram definidos os sítios de coleta e selecionadas as árvores ascendentes, intermediárias e emergentes, porte no qual foi medido o DAP e altura. No total foram coletadas 212 amostras individuais de mangue e para assegurar o nível de acurácia do conjunto coletado, foi realizado o cálculo de RMSE entre as alturas do LIDAR e Campo, que resultou em RMSE= 1,10 m. Os modelos escolhidos para calibração LIDAR e altura de campo foi do tipo linear, com R² = 91% e RMSE= 0,98 cm e para calibração da DAP e altura de campo foi escolhido o modelo Logarítmico R² = 74,1%. Nos resultados da calibração do SRTM o modelo logarítmico também foi o mais adequado para a relação entre altura média e SRTM com R² = 91% e RMSE de 2,2 m e DAP Médio e SRTM, com R² = 88% e RMSE 2,2 cm. A partir de um inventário foi realizada a estimativa da biomassa por espécie por meio das equações alométricas de Fromard e posteriormente os resultados foram espacializados em forma de mapas com alto nível de detalhamento oriundo das informações LIDAR e SRTM corrigido e ortofotos.

Análise espacial do conteúdo de água da bacia hidrográfica do Rio Pardo

O presente trabalho tem por objetivo avaliar a distribuição espacial, por geoestatística, da produção de água gerada pelo modelo hidrológico matemático SWAT 2009 (Soil and Water Assessment Tool, versão 2009), da parte inicial da bacia hidrográfica do Rio Pardo – SP. Foi utilizado um Sistema de Informação Geográfica (SIG) associado a uma interface com o modelo SWAT para a confecção do banco de dados. Para isto, as informações de entrada necessárias para avaliar a produção de lâmina de água (mm), que infiltrou e armazenou em cada sub-bacia gerada pelo SWAT, referem-se a dados tabulares climáticos e de parâmetros físicos e químicos de solo e a planos de informações como: o Modelo Numérico do Terreno (MNT), Mapa de Uso do Solo e Mapa de Solos. A amostragem geoestatística foi representada por uma malha irregular georreferenciada com 43 pontos localizados na parte central de cada sub-bacia representando a quantidade de água produzida. A análise geoestatística foi realizada pela construção dos variogramas e posteriormente a confecção dos mapas interpolados por krigagem. Do resultado obtido observou-se que a produção de água apresentou dependência espacial e que esta ocorreu de forma homogênea, tanto para os maiores como para os menores valores de produção de água encontrados na bacia.

Análise quali-qualitativa e por meio de sistema de informações geográficas da arborização do quadrilátero central de Ribeirão Preto, SP

Pós-graduação em Agronomia (Produção Vegetal) - FCAV

Bioengenharia no controle de processos erosivos de áreas de hidrelétricas – o caso da PCH Costa Rica (MS)

The crescent increasing demand of the electric power in Brazil has stimulated the implantation of Small Central Hydroelectric Power (SCHP) in several regions of the country. However, the silting up of the reservoirs is one of the main problems faced by hydroelectric power plants and SCHP. In this context, this research aimed evaluate the phenomenology and propose the enforcement of appropriate bioengineering techniques to control the intense erosive process of the hydrographical basin of the “Alto Rio Sucuriú,” that cause silting up of the reservoirs of the SCHP Costa Rica, located in the municipal district of Costa Rica (MS). In order to identify the phenomenology of the main falling in of this basin, a diagnosis of the conditions of the physical environment of the region (climate, geology, pedology, hydrology, and use of the ground) was realized. A surveying was also realized to specify the geometric feature of the falling in using the Total Station of the Ruide brand, series RTS 860R and the geodetic GPS of the Ashtech brand and the data obtained was used on the preparation of the Digital Elevation Model (DEM) of the falling in. Based on this diagnosis an official register of the falling in was done with identification of the different types of present erosion. Due to the advanced erosive stage of the falling in researched, the use of bioengineering techniques could be the best solution considering that the traditional engineering techniques make use of heavy material like concrete, iron and large machines that besides causing higher impact to the natural and esthetic aspects of the environment also require a higher investment of capital. This research establish a great cooperation to the knowledge of the erosive process and of the rehabilitation of the degraded areas with application of bioengineering techniques not only hydrographical basin of “Alto Rio Sucuriú” but also to other basins that show similar situation

Validity and behaviour of tropospheric gradients estimated by GPS in Corsica

Estimation of tropospheric gradients in GNSS data processing is a well-known technique to improve positioning (e.g. Bar-Sever et al., 1998; Chen and Herring, 1997). More recently, several authors also focused on the estimation of such parameters for meteorological studies and demonstrated their potential benefits (e.g. Champollion et al., 2004). Today, they are routinely estimated by several global and regional GNSS analysis centres but they are still not yet used for operational meteorology.This paper discusses the physical meaning of tropospheric gradients estimated from GPS observations recorded in 2011 by 13 permanent stations located in Corsica Island (a French Island in the western part of Italy). Corsica Island is a particularly interesting location for such study as it presents a significant environmental contrast between the continent and the sea, as well as a steep topography.Therefore, we estimated Zenith Total Delay (ZTD) and tropospheric gradients using two software: GAMIT/GLOBK (GAMIT version 10.5) and GIPSY-OASIS II version 6.1. Our results are then compared to radiosonde observations and to the IGS final troposphere products. For all stations we found a good agreement between the ZWD estimated by the two software (the mean of the ZWD differences is 1 mm with a standard deviation of 6 mm) but the tropospheric gradients are in less good agreement (the mean of the gradient differences is 0.1 mm with a standard deviation of 0.7 mm), despite the differences in the processing strategy (double-differences for GAMIT/GLOBK versus zero-difference for GIPSY-OASIS).We also observe that gradient amplitudes are correlated with the seasonal behaviour of the humidity. Like ZWD estimates, they are larger in summer than in winter. Their directions are stable over the time but not correlated with the IWV anomaly observed by ERA-Interim. Tropospheric gradients observed at many sites always point to inland throughout the year. These preferred directions are almost opposite to the largest slope of the local topography as derived from the world Digital Elevation Model ASTER GDEM v2. These first results give a physical meaning to gradients but the origin of such directions need further investigations.

Comparação entre as análises paramétrica e integrada na suscetibilidade a escorregamentos no entorno de dutos: Duto Orbel, Rio de Janeiro

Pós-graduação em Geociências e Meio Ambiente - IGCE

Potencial de ocorrência de avarias ambientais em bacias hidrográficas com ocupação rural mediante análise morfométrica

The understanding of the geo-morphological characteristics allows the identification of flood areas and instability slopes among others important features for land use planning. The study of the hydrological net and the analysis of morphometric parameters help in the geomorphologic characterization, providing specific physics indicators that quantify the risks for environmental damages. The present work used Geographic Information Systems (GIS) and carried out the morphometric analysis of two watersheds in the Alto Rio Sorocaba, municipality of Ibiuna (SP). Using digitalized topographic bases in the scale 1:50,000, the main morphometric parameters were extracted and the Digital Elevation Model (DEM) was obtained. Hence the slope, ground illumination, hill orientation and relief feature maps were elaborated. The characteristics for the two watersheds were quite similar, both have low risks for floods and landslides. Therefore, the concave feature is the predominant hill shape for both watersheds. The morphometric parameters directly related to the river density of the watersheds showed some differences, because the Sorocabuçú watershed presents higher value, resulting in a higher level of relief development. Thus, with this characterization it is possible to provide subsidies for environmental planning actions to the area.

Modelo hidrológico SWAT na determinação das perdas de solo na bacia hidrológica do Rio Pardo - Botucatu/SP

The objective of this work was to evaluate the sediment production in the initial part of the Pardo River Basin - Botucatu/SP from 1994 to 1999, using the mathematical hydrological model SWAT. It was used topographic maps and satellite data manipulated in GIS using the software SPRING 5.1.6. The simulation of sediment production was generated with the aid of an interface between the hydrological model SWAT 2009 with ArcView ®, version 9.3. The maps of Soil, Land Use and Digital Elevation Model (DEM) were generated in the GIS-SPRING 5.1.6 and exported to ArcSWAT 2009. The tabular data related to the parameters of soil and meteorological parameters were entered directly to the SWAT. The model allowed to estimate the sediment production. A sediment average production rate of 33.866 ton ha-1 over the six years of study was computed in the point of discharge of the basin.

Assoreamento de lago integrante da sub-baciado Córrego da Cascata, Botucatu, SP: implicações morfométricas

The watershed is considered a unit of territorial study, planning and land management, and is molded by the local geologic conditions and climate. Thus, this study aimed to assess the morphometric features of the subwatershed of Cascata Stream, in Botucatu (SP), and their implications for the siltation process in a lake. The assessment included indexes generated from data calculated by means of a digitalized cartographic basis georeferenced on the 1:10,000 scale using the software AutoCad map 2004. The software Quantum GIS 1.8 was also employed to generate the digital elevation model (DEM) and the map of declivities which led to the mean declivity (Dm) of the subwatershed. According to the indexes form factor (Kf), sinuosity (Is), circularity (Ic) and compacity coefficient (Kc), the subwatershed had elongated form, low propensity to floods and rapid flow. The draining density (Dd) and relief ratio (Rr) indicated more efficient mean drainage, favoring higher desiccation and mean erosive stage. The roughness coefficient (Cr) indicated that this subwatershed is suited to agriculture. The anthropic intervention at the watershed dividing line is the major factor for sediment carrying in the lake and compromises not only the landscape beauty, but also the aquatic life of this ecosystem.

Classificação automatizada do relevo a partir de parâmetros morfométricos

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Classificação automatizada do relevo a partir de parâmetros morfométricos

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Integration of spatial and temporal models to predict extreme water table depths

The objective of this work was to evaluate extreme water table depths in a watershed, using methods for geographical spatial data analysis. Groundwater spatio-temporal dynamics was evaluated in an outcrop of the Guarani Aquifer System. Water table depths were estimated from monitoring of water levels in 23 piezometers and time series modeling available from April 2004 to April 2011. For generation of spatial scenarios, geostatistical techniques were used, which incorporated into the prediction ancillary information related to the geomorphological patterns of the watershed, using a digital elevation model. This procedure improved estimates, due to the high correlation between water levels and elevation, and aggregated physical sense to predictions. The scenarios showed differences regarding the extreme levels - too deep or too shallow ones - and can subsidize water planning, efficient water use, and sustainable water management in the watershed.

Utilizzo metrico di immagini panoramiche satellitari CORONA

CAPITOLO 1 INTRODUZIONE Il lavoro presentato è relativo all’utilizzo a fini metrici di immagini satellitari storiche a geometria panoramica; in particolare sono state elaborate immagini satellitari acquisite dalla piattaforma statunitense CORONA, progettata ed impiegata essenzialmente a scopi militari tra gli anni ’60 e ’70 del secolo scorso, e recentemente soggette ad una declassificazione che ne ha consentito l’accesso anche a scopi ed utenti non militari. Il tema del recupero di immagini aeree e satellitari del passato è di grande interesse per un ampio spettro di applicazioni sul territorio, dall’analisi dello sviluppo urbano o in ambito regionale fino ad indagini specifiche locali relative a siti di interesse archeologico, industriale, ambientale. Esiste infatti un grandissimo patrimonio informativo che potrebbe colmare le lacune della documentazione cartografica, di per sé, per ovvi motivi tecnici ed economici, limitata a rappresentare l’evoluzione territoriale in modo asincrono e sporadico, e con “forzature” e limitazioni nel contenuto informativo legate agli scopi ed alle modalità di rappresentazione delle carte nel corso del tempo e per diversi tipi di applicazioni. L’immagine di tipo fotografico offre una rappresentazione completa, ancorché non soggettiva, dell’esistente e può complementare molto efficacemente il dato cartografico o farne le veci laddove questo non esista. La maggior parte del patrimonio di immagini storiche è certamente legata a voli fotogrammetrici che, a partire dai primi decenni del ‘900, hanno interessato vaste aree dei paesi più avanzati, o regioni di interesse a fini bellici. Accanto a queste, ed ovviamente su periodi più vicini a noi, si collocano le immagini acquisite da piattaforma satellitare, tra le quali rivestono un grande interesse quelle realizzate a scopo di spionaggio militare, essendo ad alta risoluzione geometrica e di ottimo dettaglio. Purtroppo, questo ricco patrimonio è ancora oggi in gran parte inaccessibile, anche se recentemente sono state avviate iniziative per permetterne l’accesso a fini civili, in considerazione anche dell’obsolescenza del dato e della disponibilità di altre e migliori fonti di informazione che il moderno telerilevamento ci propone. L’impiego di immagini storiche, siano esse aeree o satellitari, è nella gran parte dei casi di carattere qualitativo, inteso ad investigare sulla presenza o assenza di oggetti o fenomeni, e di rado assume un carattere metrico ed oggettivo, che richiederebbe tra l’altro la conoscenza di dati tecnici (per esempio il certificato di calibrazione nel caso delle camere aerofotogrammetriche) che sono andati perduti o sono inaccessibili. Va ricordato anche che i mezzi di presa dell’epoca erano spesso soggetti a fenomeni di distorsione ottica o altro tipo di degrado delle immagini che ne rendevano difficile un uso metrico. D’altra parte, un utilizzo metrico di queste immagini consentirebbe di conferire all’analisi del territorio e delle modifiche in esso intercorse anche un significato oggettivo che sarebbe essenziale per diversi scopi: per esempio, per potere effettuare misure su oggetti non più esistenti o per potere confrontare con precisione o co-registrare le immagini storiche con quelle attuali opportunamente georeferenziate. Il caso delle immagini Corona è molto interessante, per una serie di specificità che esse presentano: in primo luogo esse associano ad una alta risoluzione (dimensione del pixel a terra fino a 1.80 metri) una ampia copertura a terra (i fotogrammi di alcune missioni coprono strisce lunghe fino a 250 chilometri). Queste due caratteristiche “derivano” dal principio adottato in fase di acquisizione delle immagini stesse, vale a dire la geometria panoramica scelta appunto perché l’unica che consente di associare le due caratteristiche predette e quindi molto indicata ai fini spionaggio. Inoltre, data la numerosità e la frequenza delle missioni all’interno dell’omonimo programma, le serie storiche di questi fotogrammi permettono una ricostruzione “ricca” e “minuziosa” degli assetti territoriali pregressi, data appunto la maggior quantità di informazioni e l’imparzialità associabili ai prodotti fotografici. Va precisato sin dall’inizio come queste immagini, seppur rappresentino una risorsa “storica” notevole (sono datate fra il 1959 ed il 1972 e coprono regioni moto ampie e di grandissimo interesse per analisi territoriali), siano state molto raramente impiegate a scopi metrici. Ciò è probabilmente imputabile al fatto che il loro trattamento a fini metrici non è affatto semplice per tutta una serie di motivi che saranno evidenziati nei capitoli successivi. La sperimentazione condotta nell’ambito della tesi ha avuto due obiettivi primari, uno generale ed uno più particolare: da un lato il tentativo di valutare in senso lato le potenzialità dell’enorme patrimonio rappresentato da tali immagini (reperibili ad un costo basso in confronto a prodotti simili) e dall’altro l’opportunità di indagare la situazione territoriale locale per una zona della Turchia sud orientale (intorno al sito archeologico di Tilmen Höyük) sulla quale è attivo un progetto condotto dall’Università di Bologna (responsabile scientifico il Prof. Nicolò Marchetti del Dipartimento di Archeologia), a cui il DISTART collabora attivamente dal 2005. L’attività è condotta in collaborazione con l’Università di Istanbul ed il Museo Archeologico di Gaziantep. Questo lavoro si inserisce, inoltre, in un’ottica più ampia di quelle esposta, dello studio cioè a carattere regionale della zona in cui si trovano gli scavi archeologici di Tilmen Höyük; la disponibilità di immagini multitemporali su un ampio intervallo temporale, nonché di tipo multi sensore, con dati multispettrali, doterebbe questo studio di strumenti di conoscenza di altissimo interesse per la caratterizzazione dei cambiamenti intercorsi. Per quanto riguarda l’aspetto più generale, mettere a punto una procedura per il trattamento metrico delle immagini CORONA può rivelarsi utile all’intera comunità che ruota attorno al “mondo” dei GIS e del telerilevamento; come prima ricordato tali immagini (che coprono una superficie di quasi due milioni di chilometri quadrati) rappresentano un patrimonio storico fotografico immenso che potrebbe (e dovrebbe) essere utilizzato sia a scopi archeologici, sia come supporto per lo studio, in ambiente GIS, delle dinamiche territoriali di sviluppo di quelle zone in cui sono scarse o addirittura assenti immagini satellitari dati cartografici pregressi. Il lavoro è stato suddiviso in 6 capitoli, di cui il presente costituisce il primo. Il secondo capitolo è stato dedicato alla descrizione sommaria del progetto spaziale CORONA (progetto statunitense condotto a scopo di fotoricognizione del territorio dell’ex Unione Sovietica e delle aree Mediorientali politicamente correlate ad essa); in questa fase vengono riportate notizie in merito alla nascita e all’evoluzione di tale programma, vengono descritti piuttosto dettagliatamente gli aspetti concernenti le ottiche impiegate e le modalità di acquisizione delle immagini, vengono riportati tutti i riferimenti (storici e non) utili a chi volesse approfondire la conoscenza di questo straordinario programma spaziale. Nel terzo capitolo viene presentata una breve discussione in merito alle immagini panoramiche in generale, vale a dire le modalità di acquisizione, gli aspetti geometrici e prospettici alla base del principio panoramico, i pregi ed i difetti di questo tipo di immagini. Vengono inoltre presentati i diversi metodi rintracciabili in bibliografia per la correzione delle immagini panoramiche e quelli impiegati dai diversi autori (pochi per la verità) che hanno scelto di conferire un significato metrico (quindi quantitativo e non solo qualitativo come è accaduto per lungo tempo) alle immagini CORONA. Il quarto capitolo rappresenta una breve descrizione del sito archeologico di Tilmen Höyuk; collocazione geografica, cronologia delle varie campagne di studio che l’hanno riguardato, monumenti e suppellettili rinvenute nell’area e che hanno reso possibili una ricostruzione virtuale dell’aspetto originario della città ed una più profonda comprensione della situazione delle capitali del Mediterraneo durante il periodo del Bronzo Medio. Il quinto capitolo è dedicato allo “scopo” principe del lavoro affrontato, vale a dire la generazione dell’ortofotomosaico relativo alla zona di cui sopra. Dopo un’introduzione teorica in merito alla produzione di questo tipo di prodotto (procedure e trasformazioni utilizzabili, metodi di interpolazione dei pixel, qualità del DEM utilizzato), vengono presentati e commentati i risultati ottenuti, cercando di evidenziare le correlazioni fra gli stessi e le problematiche di diversa natura incontrate nella redazione di questo lavoro di tesi. Nel sesto ed ultimo capitolo sono contenute le conclusioni in merito al lavoro in questa sede presentato. Nell’appendice A vengono riportate le tabelle dei punti di controllo utilizzati in fase di orientamento esterno dei fotogrammi.

Interferometria SAR per lo studio di movimenti e generazione di modelli digitali del terreno in Antartide

Satellite SAR (Synthetic Aperture Radar) interferometry represents a valid technique for digital elevation models (DEM) generation, providing metric accuracy even without ancillary data of good quality. Depending on the situations the interferometric phase could be interpreted both as topography and as a displacement eventually occurred between the two acquisitions. Once that these two components have been separated it is possible to produce a DEM from the first one or a displacement map from the second one. InSAR DEM (Digital Elevation Model) generation in the cryosphere is not a straightforward operation because almost every interferometric pair contains also a displacement component, which, even if small, when interpreted as topography during the phase to height conversion step could introduce huge errors in the final product. Considering a glacier, assuming the linearity of its velocity flux, it is therefore necessary to differentiate at least two pairs in order to isolate the topographic residue only. In case of an ice shelf the displacement component in the interferometric phase is determined not only by the flux of the glacier but also by the different heights of the two tides. As a matter of fact even if the two scenes of the interferometric pair are acquired at the same time of the day only the main terms of the tide disappear in the interferogram, while the other ones, smaller, do not elide themselves completely and so correspond to displacement fringes. Allowing for the availability of tidal gauges (or as an alternative of an accurate tidal model) it is possible to calculate a tidal correction to be applied to the differential interferogram. It is important to be aware that the tidal correction is applicable only knowing the position of the grounding line, which is often a controversial matter. In this thesis it is described the methodology applied for the generation of the DEM of the Drygalski ice tongue in Northern Victoria Land, Antarctica. The displacement has been determined both in an interferometric way and considering the coregistration offsets of the two scenes. A particular attention has been devoted to investigate the importance of the role of some parameters, such as timing annotations and orbits reliability. Results have been validated in a GIS environment by comparison with GPS displacement vectors (displacement map and InSAR DEM) and ICEsat GLAS points (InSAR DEM).

Studio dei metodi di valutazione della pericolosità associata ai "debris flow" in ambiente alpino

The present work concerns with the study of debris flows and, in particular, with the related hazard in the Alpine Environment. During the last years several methodologies have been developed to evaluate hazard associated to such a complex phenomenon, whose velocity, impacting force and inappropriate temporal prediction are responsible of the related high hazard level. This research focuses its attention on the depositional phase of debris flows through the application of a numerical model (DFlowz), and on hazard evaluation related to watersheds morphometric, morphological and geological characterization. The main aims are to test the validity of DFlowz simulations and assess sources of errors in order to understand how the empirical uncertainties influence the predictions; on the other side the research concerns with the possibility of performing hazard analysis starting from the identification of susceptible debris flow catchments and definition of their activity level. 25 well documented debris flow events have been back analyzed with the model DFlowz (Berti and Simoni, 2007): derived form the implementation of the empirical relations between event volume and planimetric and cross section inundated areas, the code allows to delineate areas affected by an event by taking into account information about volume, preferential flow path and digital elevation model (DEM) of fan area. The analysis uses an objective methodology for evaluating the accuracy of the prediction and involve the calibration of the model based on factors describing the uncertainty associated to the semi empirical relationships. The general assumptions on which the model is based have been verified although the predictive capabilities are influenced by the uncertainties of the empirical scaling relationships, which have to be necessarily taken into account and depend mostly on errors concerning deposited volume estimation. In addition, in order to test prediction capabilities of physical-based models, some events have been simulated through the use of RAMMS (RApid Mass MovementS). The model, which has been developed by the Swiss Federal Institute for Forest, Snow and Landscape Research (WSL) in Birmensdorf and the Swiss Federal Institute for Snow and Avalanche Research (SLF) takes into account a one-phase approach based on Voellmy rheology (Voellmy, 1955; Salm et al., 1990). The input file combines the total volume of the debris flow located in a release area with a mean depth. The model predicts the affected area, the maximum depth and the flow velocity in each cell of the input DTM. Relatively to hazard analysis related to watersheds characterization, the database collected by the Alto Adige Province represents an opportunity to examine debris-flow sediment dynamics at the regional scale and analyze lithologic controls. With the aim of advancing current understandings about debris flow, this study focuses on 82 events in order to characterize the topographic conditions associated with their initiation , transportation and deposition, seasonal patterns of occurrence and examine the role played by bedrock geology on sediment transfer.