Un framework per applicazioni di monitoraggio e domotica basato su tecnologie android e arduino

Questa tesi tratta dello sviluppo di un progetto chiamato Faxa e di una sua concreta applicazione nell’ambito della domotica (CasaDomotica). Faxa è un framework per la comunicazione via wireless tra dispositivi che supportano il sistema operativo Android e dispositivi Arduino Ethernet, comunicazione che avviene localmente attraverso il wi-fi. Il progetto si inserisce nel panorama più ampio chiamato “Internet of Things”, ovvero internet delle cose, dove ogni oggetto di uso domestico è collegato ad Internet e può essere quindi manipolato attraverso la rete in modo da realizzare una vera e propria “smart house”; perchè ciò si attui occorre sviluppare applicazioni semplici e alla portata di tutti. Il mio contributo comincia con la realizzazione del framework Faxa, così da fornire un supporto semplice e veloce per comporre programmi per Arduino e Android, sfruttando metodi ad alto livello. Il framework è sviluppato su due fronti: sul lato Android è composto sia da funzioni di alto livello, necessarie ad inviare ordini e messaggi all'Arduino, sia da un demone per Android; sul lato Arduino è composto dalla libreria, per inviare e ricevere messaggi. Per Arduino: sfruttando le librerie Faxa ho redatto un programma chiamato “BroadcastPin”. Questo programma invia costantemente sulla rete i dati dei sensori e controlla se ci sono ordini in ricezione. Il demone chiamato “GetItNow” è una applicazione che lavora costantemente in background. Il suo compito è memorizzare tutti i dati contenuti nei file xml inviati da Arduino. Tali dati corrispondono ai valori dei sensori connessi al dispositivo. I dati sono salvati in un database pubblico, potenzialmente accessibili a tutte le applicazioni presenti sul dispositivo mobile. Sul framework Faxa e grazie al demone “GetItNow” ho implementato “CasaDomotica”, un programma dimostrativo pensato per Android in grado di interoperare con apparecchi elettrici collegati ad un Arduino Ethernet, impiegando un’interfaccia video semplice e veloce. L’utente gestisce l’interfaccia per mezzo di parole chiave, a scelta comandi vocali o digitali, e con essa può accendere e spegnere luci, regolare ventilatori, attuare la rilevazione di temperatura e luminosità degli ambienti o quanto altro sia necessario. Il tutto semplicemente connettendo gli apparecchi all’Arduino e adattando il dispositivo mobile con pochi passi a comunicare con gli elettrodomestici.

Utilizzo delle bande dell’Infrarosso Termico in tecniche di remote sensing per applicazioni in ambito urbano

Il presente studio si concentra sulle diverse applicazioni del telerilevamento termico in ambito urbano. Vengono inizialmente descritti la radiazione infrarossa e le sue interazioni con l’atmosfera terrestre, le leggi principali che regolano lo scambio di calore per irraggiamento, le caratteristiche dei sensori e le diverse applicazioni di termografia. Successivamente sono trattati nel dettaglio gli aspetti caratteristici della termografia da piattaforma satellitare, finalizzata principalmente alla valutazione del fenomeno dell'Urban Heat Island; vengono descritti i sensori disponibili, le metodologie di correzione per gli effetti atmosferici, per la stima dell'emissività delle superfici e per il calcolo della temperatura superficiale dei pixels. Viene quindi illustrata la sperimentazione effettuata sull'area di Bologna mediante immagini multispettrali ASTER: i risultati mostrano come sull'area urbana sia riscontrabile la presenza dell'Isola di Calore Urbano, anche se la sua quantificazione risulta complessa. Si procede quindi alla descrizione di potenzialità e limiti della termografia aerea, dei suoi diversi utilizzi, delle modalità operative di rilievo e degli algoritmi utilizzati per il calcolo della temperatura superficiale delle coperture edilizie. Tramite l’analisi di alcune esperienze precedenti vengono trattati l’influenza dell’atmosfera, la modellazione dei suoi effetti sulla radianza rilevata, i diversi metodi per la stima dell’emissività. Viene quindi introdotto il progetto europeo Energycity, finalizzato alla creazione di un sistema GeoWeb di supporto spaziale alle decisioni per la riduzione di consumi energetici e produzione di gas serra su sette città dell'Europa Centrale. Vengono illustrate le modalità di rilievo e le attività di processing dei datasets digitali per la creazione di mappe di temperatura superficiale da implementare nel sistema SDSS. Viene infine descritta la sperimentazione effettuata sulle immagini termiche acquisite nel febbraio 2010 sulla città di Treviso, trasformate in un mosaico georiferito di temperatura radiometrica tramite correzioni geometriche e radiometriche; a seguito della correzione per l’emissività quest’ultimo verrà trasformato in un mosaico di temperatura superficiale.

Approccio combinato geo-location database e sensing per individuare i livelli di potenza trasmissibili da white space device

La Cognitive Radio è un dispositivo in grado di reagire ai cambiamenti dell’ambiente radio in cui opera, modificando autonomamente e dinamicamente i propri parametri funzionali tra cui la frequenza, la potenza di trasmissione e la modulazione. Il principio di base di questi dispositivi è l’accesso dinamico alle risorse radio potenzialmente non utilizzate, con cui utenti non in possesso di licenze possono sfruttare le frequenze che in un determinato spazio temporale non vengono usate, preoccupandosi di non interferire con gli utenti che hanno privilegi su quella parte di spettro. Devono quindi essere individuati i cosiddetti “spectrum holes” o “white spaces”, parti di spettro assegnate ma non utilizzate, dai quali prendono il nome i dispositivi.Uno dei modi per individuare gli “Spectrum holes” per una Cognitive Radio consiste nel cercare di captare il segnale destinato agli utenti primari; questa tecnica è nota con il nome di Spectrum Sensing e consente di ottenere essenzialmente una misura all’interno del canale considerato al fine di determinare la presenza o meno di un servizio protetto. La tecnica di sensing impiegata da un WSD che opera autonomamente non è però molto efficiente in quanto non garantisce una buona protezione ai ricevitori DTT che usano lo stesso canale sul quale il WSD intende trasmettere.A livello europeo la soluzione che è stata ritenuta più affidabile per evitare le interferenze sui ricevitori DTT è rappresentata dall’uso di un geo-location database che opera in collaborazione con il dispositivo cognitivo.Lo scopo di questa tesi è quello di presentare un algoritmo che permette di combinare i due approcci di geo-location database e Sensing per definire i livelli di potenza trasmissibile da un WSD.

Un'applicazione android per il monitoraggio del traffico stradale

L'obiettivo di questa tesi è stato quello di implementare un applicazione client-server per dispositivi Android basato sul paradigma del crowdsourcing. Il focus è stato rivolto sulla ricerca di un modo che consentisse all'utente di notificare degli eventi stradali senza distrarlo dalla guida, consentendogli di interagire vocalmente con il dispositivo per la segnalazione di differenti notifiche. Viene implementa un sistema di rilevazione delle velocità delle strade tramite l'invio di dati anonimi da parte degli utenti, che si integra con il sistema di notifica, consentendo una migliore rappresentazione della viabilità stradale. Inoltre è stato implementato anche un navigatore satellitare con tecnologia turn-by-turn da cui gli utenti possono effettuare itinerari, configurandosi, in ultima analisi, come una strumento in grado di supportare gli automobilisti da più punti di vista.

Sviluppo di un'applicazione Android per l'accessibilità urbana degli edifici e della città

Il documento di tesi è composto da tre capitoli, che in successione analizzano gli aspetti teorici del progetto fino ad arrivare all’implementazione vera e propria dell’applicazione. Nel primo capitolo vediamo definito il tema dell’accessibilità accennando alle normative presenti in Italia e all’estero sull’argomento. Successivamente viene spiegato il concetto di Smart City e le tecniche che vengono utilizzate allo scopo di migliorare la qualità di vita nelle città. Vengono introdotti i concetti di crowdsourcing e participatory sensing, ideologie alla base delle Smart City. Al termine del capitolo viene introdotto uno studio sul grado di accessibilità degli smartphone presenti oggi sul mercato, analizzando anche le tecnologie assistive disponibili per questi dispositivi. Nel secondo capitolo si descrivono le tecnologie e i servizi utilizzati durante la creazione del progetto. In particolare viene presentato Android ed il suo funzionamento, essendo quest’ultimo il sistema operativo per cui è stata sviluppata l’applicazione. In seguito troviamo una breve analisi di tutti i servizi impiegati nel progetto: Foursquare, Fusion Table e Google Maps. Infine vengono descritte le tecnologie intermedie utilizzate per far comunicare fra loro gli strumenti spiegati in precedenza. Nel terzo capitolo viene presentata in modo dettagliato l’implementazione del progetto. Inizialmente vengono definite le classi principali create per progettare le funzionalità di base del software e per interagire con i servizi scelti. Successivamente viene descritto il funzionamento e l’aspetto dell’applicazione sviluppata insieme a degli screenshot, che permetteranno al lettore di avere un riferimento visivo di ciò che è stato esposto nel corso della tesi.

Il crowdsourcing per la localizzazione: Il caso di una app open source per dispositivi android

Questo elaborato si propone di analizzare le pratiche della localizzazione nel caso particolare del software destinato ai dispositivi mobili. Le innovazioni tecnologiche hanno portato grandi novità nell’ambiente della localizzazione, sia per quanto riguarda l’approccio, sia per le tecnologie e le tecniche utilizzate. In questa tesi di Laurea saranno anche approfonditi gli aspetti di un nuovo approccio alla traduzione in costante espansione, i fenomeni di traduzione collaborativa e traduzione in crowdsourcing. Nel capitolo 1 viene trattato il fenomeno della localizzazione, partendo dalle sue origini e ripercorrendo la sua storia per cercare di darne una definizione condivisa e delinearne le caratteristiche fondamentali, analizzando i vari fenomeni coinvolti nel processo. Il capitolo 2 affronta il tema della traduzione collaborativa e del crescente numero di community online di traduzione in crowdsourcing, un fenomeno recente che desta curiosità, ma anche preoccupazione all’interno degli ambienti della traduzione, in quanto molti sono i dubbi che pervadono i traduttori professionisti circa il ruolo che verrebbero a ricoprire in questo nuovo mercato linguistico. Nel capitolo 3 sono descritti i vari passaggi che un localizzatore deve compiere nel momento in cui affronta un progetto di localizzazione di una app per il sistema operativo Android, partendo dalla ricerca della stessa fino alla pubblicazione della versione localizzata sullo store o sui diversi repository online. Nel capitolo 4, infine, viene analizzato più approfonditamente Crowdin, uno dei sistemi di traduzione assistita collaborativi online, applicandolo nella pratica alla traduzione di una app per dispositivi mobili dotati di sistema operativo Android. Ne verranno descritti i diversi approcci, a seconda che l’utente sia un project manager oppure un traduttore freelance. Per concludere saranno trattati gli aspetti salienti della traduzione pratica di una app per Android.

Sensing della presenza di scale tramite smartphone

Lo scopo di questa tesi è di usare i sensori dello smartphone per cercare di rilevare alcune tra le attività umane più frequenti, come il salire una scala. Si presenta quindi lo smartphone in termini di hardware elencando i possibili sensori contenuti in esso e descrivendone le qualità. Vengono presentati i principali sistemi operativi mobili adottati per questi tipi di dispositivi mostrando un confronto tra di essi in termini di pregi e difetti e viene narrata un minimo di storia relativa ai dispositivi mobili in generale spiegando come lo smartphone abbia sostituito il classico telefono cellulare. Nel documento di tesi verranno poi presentati i principali strumenti con cui verrà sviluppata l'applicazione di rilevamento e verranno presi in considerazione due programmi di sviluppo per due linguaggi e tipologie di smartphone differenti: Windows Phone e Android. Tuttavia per lo sviluppo del progetto di tesi verrà impiegata solo la strumentazione relativa a Windows Phone. In seguito verrà presentata l'applicazione d'ausilio alla progettazione dei metodi, Scilab. Per il rilevamento dell'attività verranno esposti due diversi metodi e ne verranno mostrati il codice per l'implementazione e i relativi risultati. Questi verranno poi discussi e confrontati per analizzare l'affidabilità di entrambi i metodi.

Progettazione e implementazione di una piattaforma per la localizzazione indoor basata su tecniche di radio fingerprinting e data-crowdsourcing

Questa tesi ha come scopo principale l'analisi delle diverse tecnologie di localizzazione in ambito indoor, analizzando in particolare l'utilizzo del Wifi RSS Fingerprinting. La tecnica del Wifi RSS Fingerprinting è una tecnica per la localizzazione all'interno di ambienti chiusi, che consiste nella definizione di un 'impronta'(fingerprint) in un punto preciso dell'ambiente(definito reference point), andando a inserire in un database i valori di potenza del segnale ricevuto(RSS) da ogni access point rilevato all'interno di quel determinato reference point. Per l'implementazione di questa tecnica è stato sviluppato un applicativo con un architettura client-server. Il client è stato sviluppato in ambiente Android, realizzando una applicazione per la gestione della fase di salvataggio di nuovi fingerprint e per la fase di localizzazione della posizione corrente, tramite l'utilizzo dei vari fingerprint precedentemente inseriti all'interno del DB. Il server, sviluppato in Node.js(framework Javascript), gestirà le diverse richieste ricevute dal client tramite delle chiamate AJAX, prelevando le informazioni richieste direttamente dal database. All'interno delle applicativo sono stati implementati diversi algoritmi per la localizzazione indoor, in modo da poter verificare l'applicabilità di questo sistema in un ambito reale. Questi algoritmi sono stati in seguito testati per valutare l'accuratezza e la precisione di ciascuno, andando ad individuare gli algoritmi migliori da utilizzare in base a scenari diversi.

Comparing remote sensing and ground-based methods of quantifying cover type and carbon storage in an urban forest

Understanding the canopy cover of an urban environment leads to better estimates of carbon storage and more informed management decisions by urban foresters. The most commonly used method for assessing urban forest cover type extent is ground surveys, which can be both timeconsuming and expensive. The analysis of aerial photos is an alternative method that is faster, cheaper, and can cover a larger number of sites, but may be less accurate. The objectives of this paper were (1) to compare three methods of cover type assessment for Los Angeles, CA: handdelineation of aerial photos in ArcMap, supervised classification of aerial photos in ERDAS Imagine, and ground-collected data using the Urban Forest Effects (UFORE) model protocol; (2) to determine how well remote sensing methods estimate carbon storage as predicted by the UFORE model; and (3) to explore the influence of tree diameter and tree density on carbon storage estimates. Four major cover types (bare ground, fine vegetation, coarse vegetation, and impervious surfaces) were determined from 348 plots (0.039 ha each) randomly stratified according to land-use. Hand-delineation was better than supervised classification at predicting ground-based measurements of cover type and UFORE model-predicted carbon storage. Most error in supervised classification resulted from shadow, which was interpreted as unknown cover type. Neither tree diameter or tree density per plot significantly affected the relationship between carbon storage and canopy cover. The efficiency of remote sensing rather than in situ data collection allows urban forest managers the ability to quickly assess a city and plan accordingly while also preserving their often-limited budget.

Sensing Aeropolis. Urban air monitoring devices in Madrid, 2006-2010

Esta tesis examina las implicaciones técnicas, políticas y espaciales del aire urbano, y en concreto, de la calidad del aire, para tenerlo en cuenta desde una perspectiva arquitectónica. En oposición a formas de entender el aire como un vacío o como una metáfora, este proyecto propone abordarlo desde un acercamiento material y tecnológico, trayendo el entorno al primer plano y reconociendo sus múltiples agencias. Debido a la escasa bibliografía detectada en el campo de la arquitectura, el objetivo es construir un marco teórico-analítico para considerar el aire urbano. Para ello el trabajo construye Aeropolis, una metáfora heurística que describe el ensamblaje sociotecnico de la ciudad. Situada en la intersección de determinadas ramas de la filosofía de la cultura, los estudios sobre ciencia y tecnología y estudios feministas de la ciencia este nuevo paisaje conceptual ofrece una metodología y herramientas para abordar el objeto de estudio desde distintos ángulos. Estas herramientas metodológicas han sido desarrolladas en el contexto específico de Madrid, ciudad muy contaminada cuyo aire ha sido objeto de controversias políticas y sociales, y donde las políticas y tecnologías para reducir sus niveles no han sido exitosas. Para encontrar una implicación alternativa con el aire esta tesis propone un método de investigación de agentes invisibles a partir del análisis de sus dispositivos epistémicos. Se centra, en concreto, en los instrumentos que miden, visualizan y comunican la calidad del aire, proponiendo que no sólo lo representan, sino que son también instrumentos que diseñan el aire y la ciudad. La noción de “sensing” (en castellano medir y sentir) es expandida, reconociendo distintas prácticas que reconstruyen el aire de Madrid. El resultado de esta estrategia no es sólo la ampliación de los espacios desde los que relacionarnos con el aire, sino también la legitimación de prácticas existentes fuera de contextos científicos y administrativos, como por ejemplo prácticas relacionadas con el cuerpo, así como la redistribución de agencias entre más actores. Así, esta tesis trata sobre toxicidad, la Unión Europea, producción colaborativa, modelos de computación, dolores de cabeza, kits DIY, gases, cuerpos humanos, salas de control, sangre o políticos, entre otros. Los dispositivos que sirven de datos empíricos sirven como un ejemplo excepcional para investigar infraestructuras digitales, permitiendo desafiar nociones sobre Ciudades Inteligentes. La tesis pone especial atención en los efectos del aire en el espacio público, reconociendo los procesos de invisibilización que han sufrido sus infraestructuras de monitorización. Para terminar se exponen líneas de trabajo y oportunidades para la arquitectura y el diseño urbano a través de nuevas relaciones entre infraestructuras urbanas, el medio construido, espacios domésticos y públicos y humanos y no humanos, para crear nuevas ecologías políticas urbanas (queer). ABSTRACT This thesis examines the technical, political and spatial implications of urban air, and more specifically "air quality", in order to consider it from an architectural perspective. In opposition to understandings of the air either as a void or as a metaphor, this project proposes to inspect it from a material and technical approach, bringing the background to the fore and acknowledging its multiple agencies. Due to the scarce bibliography within the architectural field, its first aim is to construct a theoretical and analytical framework from which to consider urban air. For this purpose, the work attempts the construction of Aeropolis, a heuristic metaphor that describes the city's aero socio-material assemblage. Located at the intersection of certain currents in cultural philosophy, science and technology studies as well as feminist studies in technoscience, this framework enables a methodology and toolset to be extracted in order to approach the subject matter from different angles. The methodological tools stemming from this purpose-built framework were put to the test in a specific case study: Madrid, a highly polluted city whose air has been subject to political and social controversies, and where no effective policies or technologies have been successful in reducing its levels of pollution. In order to engage with the air, the thesis suggests a method for researching invisible agents by examining the epistemic devices involved. It locates and focuses on the instruments that sense, visualise and communicate urban air, claiming that they do not only represent it, but are also instruments that design the air and the city. The notion of "sensing" is then expanded by recognising different practices which enact the air in Madrid. The work claims that the result of this is not only the opening up of spaces for engagement but also the legitimisation of existing practices outside science and policymaking environments, such as embodied practices, as well as the redistribution of agency among more actors. So this is a thesis about toxicity, the European Union, collaborative production, scientific computational models, headaches, DIY kits, gases, human bodies, control rooms, blood, or politicians, among many others. The devices found throughout the work serve as an exceptional substrate for an investigation of digital infrastructures, enabling to challenge Smart City tropes. There is special attention paid to the effects of the air on the public space, acknowledging the silencing processes these infrastructures have been subjected to. Finally there is an outline of the opportunities arising for architecture and urban design when taking the air into account, to create new (queer) urban political ecologies between the air, urban infrastructures, the built environment, public and domestic spaces, and humans and more than humans.

Evaluation of remote sensing for the detection of landfill gas and leachate in an urban environment

The technique of remote sensing provides a unique view of the earth's surface and considerable areas can be surveyed in a short amount of time. The aim of this project was to evaluate whether remote sensing, particularly using the Airborne Thematic Mapper (ATM) with its wide spectral range, was capable of monitoring landfill sites within an urban environment with the aid of image processing and Geographical Information Systems (GIS) methods. The regions under study were in the West Midlands conurbation and consisted of a large area in what is locally known as the Black Country containing heavy industry intermingled with residential areas, and a large single active landfill in north Birmingham. When waste is collected in large volumes it decays and gives off pollutants. These pollutants, landfill gas and leachate (a liquid effluent), are known to be injurious to vegetation and can cause stress and death. Vegetation under stress can exhibit a physiological change, detectable by the remote sensing systems used. The chemical and biological reactions that create the pollutants are exothermic and the gas and leachate, if they leave the waste, can be warmer than their surroundings. Thermal imagery from the ATM (daylight and dawn) and thermal video were obtained and used to find thermal anomalies on the area under study. The results showed that vegetation stress is not a reliable indicator of landfill gas migration, as sites within an urban environment have a cover too complex for the effects to be identified. Gas emissions from two sites were successfully detected by all the thermal imagery with the thermal ATM being the best. Although the results were somewhat disappointing, recent technical advancements in the remote sensing systems used in this project would allow geo-registration of ATM imagery taken on different occasions and the elimination of the effects of solar insolation.

The application of remote sensing to the management of urban wildlife habitats

The project set out with two main aims. The first aim was to determine whether large scale multispectral aerial photography could be used to successfully survey and monitor urban wildlife habitats. The second objective was to investigate whether this data source could be used to predict population numbers of selected species expected to be found in a particular habitat type. Panchromatic, colour and colour infra-red, 1:2500 scale aerial photographs, taken in 1981 and 1984, were used. For the orderly extraction of information from the imagery, an urban wildlife habitat classification was devised. This was based on classifications already in use in urban environments by the Nature Conservancy Council. Pilot tests identified that the colour infra-red imagery provided the most accurate results about urban wildlife habitats in the study area of the Blackbrook Valley, Dudley. Both the 1981 and 1984 colour infra-red photographs were analysed and information was obtained about the type, extent and distribution of habitats. In order to investigate whether large scale aerial photographs could be used to predict likely animal population numbers in urban environments, it was decided to limit the investigation to the possible prediction of bird population numbers in Saltwells Local Nature Reserve. A good deal of research has already been completed into the development of models to predict breeding bird population numbers in woodland habitats. These models were analysed to determine whether they could be used successfully with data extracted from the aerial photographs. The projects concluded that 1:2500 scale colour infra-red photographs can provide very useful and very detailed information about the wildlife habitats in an urban area. Such imagery can also provide habitat area data to be used with population predictive models of woodland breeding birds. Using the aerial photographs, further investigations into the relationship between area of habitat and the breeding of individual bird species were inconclusive and need further research.

Theory and Practice in Sustainability Science: Influence of Urban Form on the Urban Heat Island and Implications for Urban Systems

As the world population continues to grow past seven billion people and global challenges continue to persist including resource availability, biodiversity loss, climate change and human well-being, a new science is required that can address the integrated nature of these challenges and the multiple scales on which they are manifest. Sustainability science has emerged to fill this role. In the fifteen years since it was first called for in the pages of Science, it has rapidly matured, however its place in the history of science and the way it is practiced today must be continually evaluated. In Part I, two chapters address this theoretical and practical grounding. Part II transitions to the applied practice of sustainability science in addressing the urban heat island (UHI) challenge wherein the climate of urban areas are warmer than their surrounding rural environs. The UHI has become increasingly important within the study of earth sciences given the increased focus on climate change and as the balance of humans now live in urban areas.

In Chapter 2 a novel contribution to the historical context of sustainability is argued. Sustainability as a concept characterizing the relationship between humans and nature emerged in the mid to late 20th century as a response to findings used to also characterize the Anthropocene. Emerging from the human-nature relationships that came before it, evidence is provided that suggests Sustainability was enabled by technology and a reorientation of world-view and is unique in its global boundary, systematic approach and ambition for both well being and the continued availability of resources and Earth system function. Sustainability is further an ambition that has wide appeal, making it one of the first normative concepts of the Anthropocene.

Despite its widespread emergence and adoption, sustainability science continues to suffer from definitional ambiguity within the academe. In Chapter 3, a review of efforts to provide direction and structure to the science reveals a continuum of approaches anchored at either end by differing visions of how the science interfaces with practice (solutions). At one end, basic science of societally defined problems informs decisions about possible solutions and their application. At the other end, applied research directly affects the options available to decision makers. While clear from the literature, survey data further suggests that the dichotomy does not appear to be as apparent in the minds of practitioners.

In Chapter 4, the UHI is first addressed at the synoptic, mesoscale. Urban climate is the most immediate manifestation of the warming global climate for the majority of people on earth. Nearly half of those people live in small to medium sized cities, an understudied scale in urban climate research. Widespread characterization would be useful to decision makers in planning and design. Using a multi-method approach, the mesoscale UHI in the study region is characterized and the secular trend over the last sixty years evaluated. Under isolated ideal conditions the findings indicate a UHI of 5.3 ± 0.97 °C to be present in the study area, the magnitude of which is growing over time.

Although urban heat islands (UHI) are well studied, there remain no panaceas for local scale mitigation and adaptation methods, therefore continued attention to characterization of the phenomenon in urban centers of different scales around the globe is required. In Chapter 5, a local scale analysis of the canopy layer and surface UHI in a medium sized city in North Carolina, USA is conducted using multiple methods including stationary urban sensors, mobile transects and remote sensing. Focusing on the ideal conditions for UHI development during an anticyclonic summer heat event, the study observes a range of UHI intensity depending on the method of observation: 8.7 °C from the stationary urban sensors; 6.9 °C from mobile transects; and, 2.2 °C from remote sensing. Additional attention is paid to the diurnal dynamics of the UHI and its correlation with vegetation indices, dewpoint and albedo. Evapotranspiration is shown to drive dynamics in the study region.

Finally, recognizing that a bridge must be established between the physical science community studying the Urban Heat Island (UHI) effect, and the planning community and decision makers implementing urban form and development policies, Chapter 6 evaluates multiple urban form characterization methods. Methods evaluated include local climate zones (LCZ), national land cover database (NCLD) classes and urban cluster analysis (UCA) to determine their utility in describing the distribution of the UHI based on three standard observation types 1) fixed urban temperature sensors, 2) mobile transects and, 3) remote sensing. Bivariate, regression and ANOVA tests are used to conduct the analyses. Findings indicate that the NLCD classes are best correlated to the UHI intensity and distribution in the study area. Further, while the UCA method is not useful directly, the variables included in the method are predictive based on regression analysis so the potential for better model design exists. Land cover variables including albedo, impervious surface fraction and pervious surface fraction are found to dominate the distribution of the UHI in the study area regardless of observation method.

Chapter 7 provides a summary of findings, and offers a brief analysis of their implications for both the scientific discourse generally, and the study area specifically. In general, the work undertaken does not achieve the full ambition of sustainability science, additional work is required to translate findings to practice and more fully evaluate adoption. The implications for planning and development in the local region are addressed in the context of a major light-rail infrastructure project including several systems level considerations like human health and development. Finally, several avenues for future work are outlined. Within the theoretical development of sustainability science, these pathways include more robust evaluations of the theoretical and actual practice. Within the UHI context, these include development of an integrated urban form characterization model, application of study methodology in other geographic areas and at different scales, and use of novel experimental methods including distributed sensor networks and citizen science.

Building a Rockfall Database Using Remote Sensing: Techniques for Hazard Management in Canadian Rail Corridors

The section of CN railway between Vancouver and Kamloops runs along the base of many hazardous slopes, including the White Canyon, which is located just outside the town of Lytton, BC. The slope has a history of frequent rockfall activity, which presents a hazard to the railway below. Rockfall inventories can be used to understand the frequency-magnitude relationship of events on hazardous slopes, however it can be difficult to consistently and accurately identify rockfall source zones and volumes on large slopes with frequent activity, leaving many inventories incomplete. We have studied this slope as a part of the Canadian Railway Ground Hazard Research Program and have collected remote sensing data, including terrestrial laser scanning (TLS), photographs, and photogrammetry data since 2012, and used change detection to identify rockfalls on the slope. The objective of this thesis is to use a subset of this data to understand how rockfalls identified from TLS data could be used to understand the frequency-magnitude relationship of rockfalls on the slope. This includes incorporating both new and existing methods to develop a semi-automated workflow to extract rockfall events from the TLS data. We show that these methods can be used to identify events as small as 0.01 m3 and that the duration between scans can have an effect on the frequency-magnitude relationship of the rockfalls. We also show that by incorporating photogrammetry data into our analysis, we can create a 3D geological model of the slope and use this to classify rockfalls by lithology, to further understand the rockfall failure patterns. When relating the rockfall activity to triggering factors, we found that the amount of precipitation occurring over the winter has an effect on the overall rockfall frequency for the remainder of the year. These results can provide the railways with a more complete inventory of events compared to records created through track inspection, or rockfall monitoring systems that are installed on the slope. In addition, we can use the database to understand the spatial and temporal distribution of events. The results can also be used as an input to rockfall modelling programs.