Human Accessibility Modelling Applied to Protected Areas Management

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

A radar reflectivity-runoff model for use in flood warning

This model connects directly the radar reflectivity data and hydrological variable runoff. The catchment is discretized in pixels (4 Km × 4 Km) with the same resolution of the CAPPI. Careful discretization is made so that every grid catchment pixel corresponds precisely to CAPPI grid cell. The basin is assumed a linear system and also time invariant. The forecast technique takes advantage of spatial and temporal resolutions obtained by the radar. The method uses only the measurements of the factor reflectivity distribution observed over the catchment area without using the reflectivity - rainfall rate transformation by the conventional Z-R relationships. The reflectivity values in each catchment pixel are translated to a gauging station by using a transfer function. This transfer function represents the travel time of the superficial water flowing through pixels in the drainage direction ending at the gauging station. The parameters used to compute the transfer function are concentration time and the physiographic catchment characteristics. -from Authors

ECLAC contributes with new workshops towards the goal of easing traffic congestion

A number of cities in Latin America played host to workshops on measures for reducing traffic congestion, as part of efforts to publicize the results of a project recently completed by ECLAC, and which received support from the German Agency for Technical Cooperation (GTZ). Congestion is beginning to pose a threat to the quality of life of the cities of the region; the most obvious manifestation of this congestion is the increase in daily travel time, especially in peak hours.The workshops are a contribution to efforts to curb congestion, since they help foster awareness of the extent of the negative consequences generated by the phenomenon, and are a means of publicizing options for dealing with it. This edition of the Bulletin outlines the contents of the workshops and their results. The workshops are offered to urban authorities and other institutions interested in training staff employed in positions involving traffic management.

Uso de flutuadores como ferramenta de avaliação da influência do vento na circulação de uma lagoa de estabilização facultativa primária

Pós-graduação em Engenharia Civil - FEIS

Imageamento homeomórfico de refletores sísmicos

Neste trabalho é apresentada uma nova técnica para a realização do empilhamento sísmico, aplicada ao problema do imageamento de refletores fixos em um meio bidimensional, suavemente heterogêneo, isotrópico, a partir de dados de reflexão. Esta nova técnica chamada de imageamento homeomórfico tem como base a aproximação geométrica do raio e propriedades topológicas dos refletores. São utilizados, portanto, os conceitos de frente de onda, ângulo de incidência, raio de curvatura da frente de onda, cáustica e definição da trajetória do raio; de tal modo que a imagem obtida mantém relações de homeomorfismo com o objeto que se deseja imagear. O empilhamento sísmico é feito, nesta nova técnica de imageamento, aplicando-se uma correção local do tempo, ∆ t, ao tempo de trânsito, t, do raio que parte da fonte sísmica localizada em x_o, reflete-se em um ponto de reflexão, C_o, sendo registrado como uma reflexão primária em um geofone localizado em x_g, em relação ao tempo de referência t_o no sismograma, correspondente ao tempo de trânsito de um raio central. A fórmula utilizada nesta correção temporal tem como parâmetros o raio de curvatura R_o, o ângulo de emergência β_o da frente de onda, no instante em que a mesma atinge a superfície de observação, e a velocidade v_o considerada constante nas proximidades da linha sísmica. Considerando-se uma aproximação geométrica seguido um círculo para a frente de onda, pode-se estabelecer diferentes métodos de imageamento homeomórfico dependendo da configuração de processamento. Sendo assim tem-se: 1) Método Elemento de Fonte (Receptor) Comum (EF(R)C). Utiliza-se uma configuração onde se tem um conjunto de sismogramas relacionado com uma única fonte (receptor), e considera-se uma frente de onda real (de reflexão); 2) Método Elemento de Reflexão Comum (ERC). Utiliza-se uma configuração onde um conjunto de sismogramas é relacionado com um único ponto de reflexão, e considera-se uma frente de onda hipoteticamente originada neste ponto; 3) Método Elemento de Evoluta Comum (EEC). Utiliza-se uma configuração onde cada sismograma está relacionado com um par de fonte e geofone coincidentemente posicionados na linha sísmica, e considera-se uma frente de onda hipoteticamente originada no centro de curvatura do refletor. Em cada um desses métodos tem-se como resultados uma seção sísmica empilhada, u(x_o, t_o); e outras duas seções denominadas de radiusgrama, R_o (x_o, t_o), e angulograma, β_o(x_o, t_o), onde estão os valores de raios de curvatura e ângulos de emergência da frente de onda considerada no instante em que a mesma atinge a superfície de observação, respectivamente. No caso do método denominado elemento refletor comum (ERC), a seção sísmica resultante do empilhamento corresponde a seção afastamento nulo. Pode-se mostrar que o sinal sísmico não sofre efeitos de alongamento como consequência da correção temporal, nem tão pouco apresenta problemas de dispersão de pontos de reflexão como consequência da inclinação do refletor, ao contrário do que acontece com as técnicas de empilhamento que tem por base a correção NMO. Além disto, por não necessitar de um macro modelo de velocidades a técnica de imageamento homeomórfico, de um modo geral, pode também ser aplicada a modelos heterogêneos, sem perder o rigor em sua formulação. Aqui também são apresentados exemplos de aplicação dos métodos elemento de fonte comum (EFC) (KEYDAR, 1993), e elemento refletor comum (ERC) (STEENTOFT, 1993), ambos os casos com dados sintéticos. No primeiro caso, (EFC), onde o empilhamento é feito tendo como referência um raio central arbitrário, pode-se observar um alto nível de exatidão no imageamento obtido, além do que é dada uma interpretação para as seções de radiusgrama e angulograma, de modo a se caracterizar aspectos geométricos do model geofísico em questão. No segundo caso, (ERC), o método é aplicado a série de dados Marmousi, gerados pelo método das diferenças finitas, e o resultado é comparado com aquele obtido por métodos convecionais (NMO/DMO) aplicados aos mesmos dados. Como consequência, observa-se que através do método ERC pode-se melhor detectar a continuidade de refletores, enquanto que através dos métodos convencionais caracterizam-se melhor a ocorrência de difrações. Por sua vez, as seções de radiusgrama e angulograma, no método (ERC), apresentam um baixo poder de resolução nas regiões do modelo onde se tem um alto grau de complexidade das estruturas. Finalmente, apresenta-se uma formulação unificada que abrange os diferentes métodos de imageamento homeomórfico citados anteriormente, e também situações mais gerais onde a frente de onda não se aproxima a um círculo, mas a uma curva quadrática qualquer.

Migração 3-D Kirchhoff-Gaussian-Beam (KGB) pré-empilhamento no domínio da profundidade

O Feixe Gaussiano (FG) é uma solução assintótica da equação da elastodinâmica na vizinhança paraxial de um raio central, a qual se aproxima melhor do campo de ondas do que a aproximação de ordem zero da Teoria do Raio. A regularidade do FG na descrição do campo de ondas, assim como a sua elevada precisão em algumas regiões singulares do meio de propagação, proporciona uma forte alternativa na solução de problemas de modelagem e imageamento sísmicos. Nesta Tese, apresenta-se um novo procedimento de migração sísmica pré-empilhamento em profundidade com amplitudes verdadeiras, que combina a flexibilidade da migração tipo Kirchhoff e a robustez da migração baseada na utilização de Feixes Gaussianos para a representação do campo de ondas. O algoritmo de migração proposto é constituído por dois processos de empilhamento: o primeiro é o empilhamento de feixes (“beam stack”) aplicado a subconjuntos de dados sísmicos multiplicados por uma função peso definida de modo que o operador de empilhamento tenha a mesma forma da integral de superposição de Feixes Gaussianos; o segundo empilhamento corresponde à migração Kirchhoff tendo como entrada os dados resultantes do primeiro empilhamento. Pelo exposto justifica-se a denominação migração Kirchhoff-Gaussian-Beam (KGB). As principais características que diferenciam a migração KGB, durante a realização do primeiro empilhamento, de outros métodos de migração que também utilizam a teoria dos Feixes Gaussianos, são o uso da primeira zona de Fresnel projetada para limitar a largura do feixe e a utilização, no empilhamento do feixe, de uma aproximação de segunda ordem do tempo de trânsito de reflexão. Como exemplos são apresentadas aplicações a dados sintéticos para modelos bidimensionais (2-D) e tridimensionais (3-D), correspondentes aos modelos Marmousi e domo de sal da SEG/EAGE, respectivamente.

Inversão de dados de ondas de superfície Rayleigh

Neste trabalho compilamos informações sobre um grande número de medidas de velocidade de grupo para ondas Rayleigh do modo fundamental, com período até 100 segundos. Tais dados consistiram de informações retiradas da literatura geofísica e cobriram toda a Terra. Parte dos dados foi organizada em trabalhos anteriores e uma segunda parte foi apresentada aqui de forma inédita. Para a América do Sul, selecionamos os principais conjuntos de dados de tais ondas e elaboramos diversos perfis onde a distribuição de velocidade de ondas cisalhantes foi obtida a partir da inversão das curvas de dispersão de velocidade de grupo. Tais perfis serviram para termos uma ideia inicial da estrutura interna da Terra em nosso continente. Com o conjunto global de dados de velocidade de grupo foi possível obtermos os mapas de distribuição lateral de valores de velocidade para cada período referencial entre 20 e 100 segundos. Tais mapas foram produzidos da mesma forma que os mapas de velocidade de fase de ROSA (1986), onde a amostragem for para realizada para blocas medindo 10x10 graus, englobando toda a Terra, em projeção mercator. O valor de velocidade de grupo em cada bloco, para cada período, foi obtido a partir da inversão estocástica dos dados de anomalia de velocidade em relação aos modelos regionalizados de JORDAN (1981) com os valores de velocidade de grupo de ROSA et al. (1992). Os mapas de velocidade de grupo obtidos aqui foram então empregados, na América do Sul, com os valores de velocidade de fase dos mapas obtidos por ROSA (1986). Assim, foi possível determinarmos, em profundidade, os mapas de variação de velocidade de onda cisalhante e os mapas de distribuição de valores de densidade. Com isto, pudemos construir o primeiro mapa de profundidade do Moho (todo do Manto Superior) da América do Sul.

Inversão de dados de sísmica de refração profunda a partir da curva tempo-distância

O trabalho em pauta tem como objetivo o modelamento da crosta, através da inversão de dados de refração sísmica profunda, segundo camadas planas horizontais lateralmente homogêneas, sobre um semi-espaço. O modelo direto é dado pela expressão analítica da curva tempo-distância como uma função que depende da distância fonte-estação e do vetor de parâmetros velocidades e espessuras de cada camada, calculado segundo as trajetórias do raio sísmico, regidas pela Lei de Snell. O cálculo dos tempos de chegada por este procedimento, exige a utilização de um modelo cujas velocidades sejam crescentes com a profundidade, de modo que a ocorrência das camadas de baixa velocidade (CBV) é contornada pela reparametrização do modelo, levando-se em conta o fato de que o topo da CBV funciona apenas como um refletor do raio sísmico, e não como refrator. A metodologia de inversão utilizada tem em vista não só a determinação das soluções possíveis, mas também a realização de uma análise sobre as causas responsáveis pela ambiguidade do problema. A região de pesquisa das prováveis soluções é vinculada segundo limites superiores e inferiores para cada parâmetro procurado, e pelo estabelecimento de limites superiores para os valores de distâncias críticas, calculadas a partir do vetor de parâmetros. O processo de inversão é feito utilizando-se uma técnica de otimização do ajuste de curvas através da busca direta no espaço dos parâmetros, denominado COMPLEX. Esta técnica apresenta a vantagem de poder ser utilizada com qualquer função objeto, e ser bastante prática na obtenção de múltiplas soluções do problema. Devido a curva tempo-distância corresponder ao caso de uma multi-função, o algoritmo foi adaptado de modo a minimizar simultaneamente várias funções objetos, com vínculos nos parâmetros. A inversão é feita de modo a se obter um conjunto de soluções representativas do universo existente. Por sua vez, a análise da ambiguidade é realizada pela análise fatorial modo-Q, através da qual é possível se caracterizar as propriedades comuns existentes no elenco das soluções analisadas. Os testes com dados sintéticos e reais foram feitos tendo como aproximação inicial ao processo de inversão, os valores de velocidades e espessuras calculados diretamente da interpretação visual do sismograma. Para a realização dos primeiros, utilizou-se sismogramas calculados pelo método da refletividade, segundo diferentes modelos. Por sua vez, os testes com dados reais foram realizados utilizando-se dados extraídos de um dos sismogramas coletados pelo projeto Lithospheric Seismic Profile in Britain (LISPB), na região norte da Grã-Bretanha. Em todos os testes foi verificado que a geometria do modelo possui um maior peso na ambiguidade do problema, enquanto os parâmetros físicos apresentam apenas suaves variações, no conjunto das soluções obtidas.

Análise de cenários para auxílio à tomada de decisão no plantio mecanizado de cana-de-açúcar

Pós-graduação em Agronomia (Ciência do Solo) - FCAV

Lifelines in case of Natural Disaster Emergencies

In order to handle Natural disasters, emergency areas are often individuated over the territory, close to populated centres. In these areas, rescue services are located which respond with resources and materials for population relief. A method of automatic positioning of these centres in case of a flood or an earthquake is presented. The positioning procedure consists of two distinct parts developed by the research group of Prof Michael G. H. Bell of Imperial College, London, refined and applied to real cases at the University of Bologna under the coordination of Prof Ezio Todini. There are certain requirements that need to be observed such as the maximum number of rescue points as well as the number of people involved. Initially, the candidate points are decided according to the ones proposed by the local civil protection services. We then calculate all possible routes from each candidate rescue point to all other points, generally using the concept of the "hyperpath", namely a set of paths each one of which may be optimal. The attributes of the road network are of fundamental importance, both for the calculation of the ideal distance and eventual delays due to the event measured in travel time units. In a second phase, the distances are used to decide the optimum rescue point positions using heuristics. This second part functions by "elimination". In the beginning, all points are considered rescue centres. During every interaction we wish to delete one point and calculate the impact it creates. In each case, we delete the point that creates less impact until we reach the number of rescue centres we wish to keep.

Statistical Physics and Modeling of Human Mobility

In this thesis, we extend some ideas of statistical physics to describe the properties of human mobility. By using a database containing GPS measures of individual paths (position, velocity and covered space at a spatial scale of 2 Km or a time scale of 30 sec), which includes the 2% of the private vehicles in Italy, we succeed in determining some statistical empirical laws pointing out "universal" characteristics of human mobility. Developing simple stochastic models suggesting possible explanations of the empirical observations, we are able to indicate what are the key quantities and cognitive features that are ruling individuals' mobility. To understand the features of individual dynamics, we have studied different aspects of urban mobility from a physical point of view. We discuss the implications of the Benford's law emerging from the distribution of times elapsed between successive trips. We observe how the daily travel-time budget is related with many aspects of the urban environment, and describe how the daily mobility budget is then spent. We link the scaling properties of individual mobility networks to the inhomogeneous average durations of the activities that are performed, and those of the networks describing people's common use of space with the fractional dimension of the urban territory. We study entropy measures of individual mobility patterns, showing that they carry almost the same information of the related mobility networks, but are also influenced by a hierarchy among the activities performed. We discover that Wardrop's principles are violated as drivers have only incomplete information on traffic state and therefore rely on knowledge on the average travel-times. We propose an assimilation model to solve the intrinsic scattering of GPS data on the street network, permitting the real-time reconstruction of traffic state at a urban scale.

Seismic tomographic full-waveform inversion for the Vrancea sinking lithosphere structure using the adjoint method.

The Vrancea region, at the south-eastern bend of the Carpathian Mountains in Romania, represents one of the most puzzling seismically active zones of Europe. Beside some shallow seismicity spread across the whole Romanian territory, Vrancea is the place of an intense seismicity with the presence of a cluster of intermediate-depth foci placed in a narrow nearly vertical volume. Although large-scale mantle seismic tomographic studies have revealed the presence of a narrow, almost vertical, high-velocity body in the upper mantle, the nature and the geodynamic of this deep intra-continental seismicity is still questioned. High-resolution seismic tomography could help to reveal more details in the subcrustal structure of Vrancea. Recent developments in computational seismology as well as the availability of parallel computing now allow to potentially retrieve more information out of seismic waveforms and to reach such high-resolution models. This study was aimed to evaluate the application of a full waveform inversion tomography at regional scale for the Vrancea lithosphere using data from the 1999 six months temporary local network CALIXTO. Starting from a detailed 3D Vp, Vs and density model, built on classical travel-time tomography together with gravity data, I evaluated the improvements obtained with the full waveform inversion approach. The latter proved to be highly problem dependent and highly computational expensive. The model retrieved after the first two iterations does not show large variations with respect to the initial model but remains in agreement with previous tomographic models. It presents a well-defined downgoing slab shape high velocity anomaly, composed of a N-S horizontal anomaly in the depths between 40 and 70km linked to a nearly vertical NE-SW anomaly from 70 to 180km.

Classification algorithms for Intelligent Transport Systems

Intelligent Transport Systems (ITS) consists in the application of ICT to transport to offer new and improved services to the mobility of people and freights. While using ITS, travellers produce large quantities of data that can be collected and analysed to study their behaviour and to provide information to decision makers and planners. The thesis proposes innovative deployments of classification algorithms for Intelligent Transport System with the aim to support the decisions on traffic rerouting, bus transport demand and behaviour of two wheelers vehicles. The first part of this work provides an overview and a classification of a selection of clustering algorithms that can be implemented for the analysis of ITS data. The first contribution of this thesis is an innovative use of the agglomerative hierarchical clustering algorithm to classify similar travels in terms of their origin and destination, together with the proposal for a methodology to analyse drivers’ route choice behaviour using GPS coordinates and optimal alternatives. The clusters of repetitive travels made by a sample of drivers are then analysed to compare observed route choices to the modelled alternatives. The results of the analysis show that drivers select routes that are more reliable but that are more expensive in terms of travel time. Successively, different types of users of a service that provides information on the real time arrivals of bus at stop are classified using Support Vector Machines. The results shows that the results of the classification of different types of bus transport users can be used to update or complement the census on bus transport flows. Finally, the problem of the classification of accidents made by two wheelers vehicles is presented together with possible future application of clustering methodologies aimed at identifying and classifying the different types of accidents.

Transport of Functionally Appropriate Tools by Capuchin Monkeys (Cebus apella)

Capuchin monkeys are notable among New World monkeys for their widespread use of tools. They use both hammer tools and insertion tools in the wild to acquire food that would be unobtainable otherwise. Evidence indicates that capuchins transport stones to anvil sites and use the most functionally efficient stones to crack nuts. We investigated capuchins’ assessment of functionality by testing their ability to select a tool that was appropriate for two different tool-use tasks: A stone for a hammer task and a stick for an insertion task. To select the appropriate tools, the monkeys investigated a baited tool-use apparatus (insertion or hammer), traveled to a location in their enclosure where they could no longer see the apparatus, made a selection between two tools (stick or stone), and then could transport the tool back to the apparatus to obtain a walnut. Four capuchins were first trained to select and use the appropriate tool for each apparatus. After training, they were then tested by allowing them to view a baited apparatus and then travel to a location 8 m distant where they could select a tool while out of view of the apparatus. All four monkeys chose the correct tool significantly more than expected and transported the tools back to the apparatus. Results confirm capuchins’ propensity for transporting tools, demonstrate their capacity to select the functionally appropriate tool for two different tool-use tasks, and indicate that they can retain the memory of the correct choice during a travel time of several seconds.

Identifying Resiliency Performance Measures for Megaregional Planning Case Study of the Transportation Corridor Between Boston, Massachusetts, and Washington, DC

Transportation corridors in megaregions present a unique challenge for planners because of the high concentration of development, complex interjurisdictional issues, and history of independent development of core urban centers. The concept of resilience, as applied to megaregions, can be used to understand better the performance of these corridors. Resiliency is the ability to recover from or adjust easily to change. Resiliency performance measures can be expanded on for application to megaregions throughout the United States. When applied to transportation corridors in megaregions and represented by performance measures such as redundancy, continuity, connectivity, and travel time reliability, the concept of resiliency captures the spatial and temporal relationships between the attributes of a corridor, a network, and neighboring facilities over time at the regional and local levels. This paper focuses on the development of performance measurements for evaluating corridor resiliency as well as a plan for implementing analysis methods at the jurisdictional level. The transportation corridor between Boston, Massachusetts, and Washington, D.C., is used as a case study to represent the applicability of these measures to megaregions throughout the country.