GPU-based normalized cuts for road extraction using satellite imagery

This paper presents a GPU implementation of normalized cuts for road extraction problem using panchromatic satellite imagery. The roads have been extracted in three stages namely pre-processing, image segmentation and post-processing. Initially, the image is pre-processed to improve the tolerance by reducing the clutter (that mostly represents the buildings, vegetation,. and fallow regions). The road regions are then extracted using the normalized cuts algorithm. Normalized cuts algorithm is a graph-based partitioning `approach whose focus lies in extracting the global impression (perceptual grouping) of an image rather than local features. For the segmented image, post-processing is carried out using morphological operations - erosion and dilation. Finally, the road extracted image is overlaid on the original image. Here, a GPGPU (General Purpose Graphical Processing Unit) approach has been adopted to implement the same algorithm on the GPU for fast processing. A performance comparison of this proposed GPU implementation of normalized cuts algorithm with the earlier algorithm (CPU implementation) is presented. From the results, we conclude that the computational improvement in terms of time as the size of image increases for the proposed GPU implementation of normalized cuts. Also, a qualitative and quantitative assessment of the segmentation results has been projected.

Surface Freshwater Storage Variations in the Orinoco Floodplains Using Multi-Satellite Observations

Variations in surface water extent and storage are poorly characterized from regional to global scales. In this study, a multi-satellite approach is proposed to estimate the water stored in the floodplains of the Orinoco Basin at a monthly time-scale using remotely-sensed observations of surface water from the Global Inundation Extent Multi-Satellite (GIEMS) and stages from Envisat radar altimetry. Surface water storage variations over 2003-2007 exhibit large interannual variability and a strong seasonal signal, peaking during summer, and associated with the flood pulse. The volume of surface water storage in the Orinoco Basin was highly correlated with the river discharge at Ciudad Bolivar (R = 0.95), the closest station to the mouth where discharge was estimated, although discharge lagged one month behind storage. The correlation remained high (R = 0.73) after removing seasonal effects. Mean annual variations in surface water volume represented similar to 170 km(3), contributing to similar to 45% of the Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE)-derived total water storage variations and representing similar to 13% of the total volume of water that flowed out of the Orinoco Basin to the Atlantic Ocean.

Prediction of Land Surface Temperature under Cloudy Conditions using Microwave Remote Sensing and ANN

Land surface temperature (LST) is an important variable in climate, hydrologic, ecological, biophysical and biochemical studies (Mildrexler et al., 2011). The most effective way to obtain LST measurements is through satellites. Presently, LST from moderate resolution imaging spectroradiometer (MODIS) sensor is applied in various fields due to its high spatial and temporal availability over the globe, but quite difficult to provide observations in cloudy conditions. This study evolves of prediction of LST under clear and cloudy conditions using microwave vegetation indices (MVIs), elevation, latitude, longitude and Julian day as inputs employing an artificial neural network (ANN) model. MVIs can be obtained even under cloudy condition, since microwave radiation has an ability to penetrate through clouds. In this study LST and MVIs data of the year 2010 for the Cauvery basin on a daily basis were obtained from MODIS and advanced microwave scanning radiometer (AMSR-E) sensors of aqua satellite respectively. Separate ANN models were trained and tested for the grid cells for which both LST and MVI were available. The performance of the models was evaluated based on standard evaluation measures. The best performing model was used to predict LST where MVIs were available. Results revealed that predictions of LST using ANN are in good agreement with the observed values. The ANN approach presented in this study promises to be useful for predicting LST using satellite observations even in cloudy conditions. (C) 2015 The Authors. Published by Elsevier B.V.

Investigation of orographic features influencing spatial distribution of rainfall over the Western Ghats of India using satellite data

Using remotely sensed Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM) 3B42 rainfall and topographic data from the Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer (ASTER) Digital Elevation Model (DEM), the impact of oroghraphical aspects such as topography, spatial variability of elevation and altitude of apexes are examined to investigate capacious summer monsoon rainfall over the Western Ghats (WG) of India. TRMM 3B42 v7 rainfall data is validated with Indian Meteorological Department (IMD) gridded rainfall data at 0.5 degrees resolution over the WG. The analysis of spatial pattern of monsoon rainfall with orography of the WG ascertains that the grade of orographic precipitation depends mainly on topography of the mountain barrier followed by steepness of windward side slope and altitude of the mountain. Longer and broader, i.e. cascaded topography, elevated summits and gradually increasing slopes impel the enhancement in precipitation. Comparing topography of various states of the WG, it has been observed that windward side of Karnataka receives intense rainfall in the WG during summer monsoon. It has been observed that the rainfall is enhanced before the peak of the mountain and confined up to the height about 800m over the WG. In addition to this, the spatial distribution of heavy and very heavy rainfall events in the last 14 years has also been explored. Heavy and very heavy rain events on this hilly terrain are categorized with a threshold of precipitation (R) in the range 150>R>120mmday(-1) and exceeding 150mmday(-1) using probability distribution of TRMM 3B42 v7 rainfall. The areas which are prone to heavy precipitation are identified. The study would help policy makers to manage the hazard scenario and, to improve weather predictions on mountainous terrain of the WG.

Micro-satellite angular rate estimation using second-order sliding mode observer

Development of computationally efficient and accurate attitude rate estimation algorithm using low-cost commercially available star sensor arrays and processing unit for micro-satellite mission is presented. Our design reduces the computational load of least square (LS)-based rate estimation method while maintaining the same accuracy compared to other rate estimation approaches. Furthermore, rate estimation accuracy is improved by using recently developed fast and accurate second-order sliding mode observer (SOSMO) scheme. It also gives robust estimation in the presence of modeling uncertainties, unknown disturbances, and measurement noise. Simulation study shows that rate estimation accuracy achieved by our LS-based method is comparable with other methods for a typical commercially available star sensor array. The robustness analysis of SOSMO with respect to measurement noise is also presented in this paper. Simulation test bench for a practical scenario of satellite rate estimation uses moment-of-inertia variation and environmental disturbances affecting a typical micro-satellite at 500km circular orbit. Comparison studies of SOSMO with 1-SMO and pseudo-linear Kalman filter show that satisfactory estimation accuracy is achieved by SOSMO.

Anthropogenic aerosol fraction over the Indian region: model simulations versus multi-satellite data analysis

Anthropogenic aerosols play a crucial role in our environment, climate, and health. Assessment of spatial and temporal variation in anthropogenic aerosols is essential to determine their impact. Aerosols are of natural and anthropogenic origin and together constitute a composite aerosol system. Information about either component needs elimination of the other from the composite aerosol system. In the present work we estimated the anthropogenic aerosol fraction (AF) over the Indian region following two different approaches and inter-compared the estimates. We espouse multi-satellite data analysis and model simulations (using the CHIMERE Chemical transport model) to derive natural aerosol distribution, which was subsequently used to estimate AF over the Indian subcontinent. These two approaches are significantly different from each other. Natural aerosol satellite-derived information was extracted in terms of optical depth while model simulations yielded mass concentration. Anthropogenic aerosol fraction distribution was studied over two periods in 2008: premonsoon (March-May) and winter (November-February) in regard to the known distinct seasonality in aerosol loading and type over the Indian region. Although both techniques have derived the same property, considerable differences were noted in temporal and spatial distribution. Satellite retrieval of AF showed maximum values during the pre-monsoon and summer months while lowest values were observed in winter. On the other hand, model simulations showed the highest concentration of AF in winter and the lowest during pre-monsoon and summer months. Both techniques provided an annual average AF of comparable magnitude (similar to 0.43 +/- 0.06 from the satellite and similar to 0.48 +/- 0.19 from the model). For winter months the model-estimated AF was similar to 0.62 +/- 0.09, significantly higher than that (0.39 +/- 0.05) estimated from the satellite, while during pre-monsoon months satellite-estimated AF was similar to 0.46 +/- 0.06 and the model simulation estimation similar to 0.53 +/- 0.14. Preliminary results from this work indicate that model-simulated results are nearer to the actual variation as compared to satellite estimation in view of general seasonal variation in aerosol concentrations.

A Novel Approach for Multispectral Satellite Image Classification Based on the Bat Algorithm

Among the multiple advantages and applications of remote sensing, one of the most important uses is to solve the problem of crop classification, i.e., differentiating between various crop types. Satellite images are a reliable source for investigating the temporal changes in crop cultivated areas. In this letter, we propose a novel bat algorithm (BA)-based clustering approach for solving crop type classification problems using a multispectral satellite image. The proposed partitional clustering algorithm is used to extract information in the form of optimal cluster centers from training samples. The extracted cluster centers are then validated on test samples. A real-time multispectral satellite image and one benchmark data set from the University of California, Irvine (UCI) repository are used to demonstrate the robustness of the proposed algorithm. The performance of the BA is compared with two other nature-inspired metaheuristic techniques, namely, genetic algorithm and particle swarm optimization. The performance is also compared with the existing hybrid approach such as the BA with K-means. From the results obtained, it can be concluded that the BA can be successfully applied to solve crop type classification problems.

Evaluación de tres tipos de dietas (calostro: leche) en terneras holstein friesian bajo crianza artificial

El presente trabajo se realizó en la Empresa Genética Roberto Alvarado (Chiltepe), ubicada en la península de Chiltepe, en el departamento de Managua, con el objetivo de establecer la mejor forma de suministrar dietas liquidas, establecer la asociación entre los niveles de calostro con los comportamientos productivos de terneras bajo crianza artificial. Se emplearon 18 terneras de raza Holstein F., con un promedio de 40 Kg+- 8 kg de peso vivo, las que fueron distribuidas aleatoriamente en tres grupos asignándoles los siguientes tratamientos: T15 litros de leche entera/día (testigo) ; T2: 5 Litros de mezcla de calostro y leche/día (20:80) y T3: 5 Litros de mezcla de calostro y leche/día (40:60). Adicionalmente todos los tratamientos recibieron "adibitum", alimento solido a base de forraje Taiwán picado, heno de pasto estrella, agua y concentrado iniciador. El manejo de las terneras se realizó de manera similar a la utilizada en los centros de crianza de las empresas. Se efectuaron pasajes semanales individuales y se registró el consumo de concentrado. Se realizó análisis bromatológico de las dietas liquidas según metodología A.O.A.C. (1984), así como un análisis económico de las mismas. Al realizar ANDEVA para la variable GMD28, GMD49 y GMD70, se encontró para la primera que no existen diferencias (P<0.05) y para la dos últimas si existen diferencias significativas (P<0.05). El ANDECOVA (mínimo cuadrado realizado para la variable P28, utilizando la covariable PI mostró que no existen diferencias entre las dietas, y diferencias significativas (P<0.05) para la covariable. Para la variable Cons28, utilizando como variable el PI, se encontró diferencias significativas entre las dietas y no significativas para la variable concomitante. Al analizar la variable P49 usando como variable concomitante el P28, mostró diferencias estadísticamente significativas (P<0.05) tanto para las dietas como para la covariable. Para la variable P70, utilizando como covariable P49, se encontró que existen diferencias significativas para las dietas suministradas así como para la variable concomitante. Posteriormente al realizar prueba de separación de medidas con rangos múltiples utilizando test de Duncan, para las variables GMD14, GMD28, GMD49 y GMD70 se encontró el siguiente orden de mérito para las dietas: Calostro: Leche (40:60) a; Calostro: Leche (20:80)a, y Calostro: Leche (0:100) b. El análisis económico mostro que las dietas T3 y T2 tiene costos notablemente inferiores en relación al costo del T1. Estos análisis conllevan a establecer un orden decreciente del efecto de las dietas liquidas sobre la GMD y el PF según el siguiente esquema: T3 (40:60)>T2 (20:80)>T1 (0.100). Encontrando que la dieta más efectiva es la del T3.

Comparación de parámetros reproductivos bajo inseminación artificial y monta natural en cerdas, (Cofradia, G.E.P.)

Este experimento se realizó en la Granja Experimental Porcina (G.E.P), Cofradía, Masaya, con 82 cerdas del cuarto parto, 30 servidas a través de inseminación artificial (I.A) y 52 cerdas por monta natural (M.N); iniciando en mayo de 1,995 hasta mayo de 1,996 con el objetivo de evaluar los parámetros reproductivos y económicos en ambos sistemas de monta. Los dos grupos de cerdas reproductoras estaban compuestos por las razas LANDRACE, YORKSHIRE y DUROC. Las variables evaluadas fueron: Tasa de concepción (T.C) y tasa de parición (T.P), números de crías por partos (N.C.P), peso vivo promedio del lechón en la camada al nacer (P.V.L.C), relación beneficio-costo (B-C). Los resultados finales comprobados al 5% de significancia estadísticas fueron: T.P en I.A con 56.66% menor que en M.N con 76.92%, en N.C.P para I.A con 7.06, menor que en M.N de 8.725, P.V.L.C en I.A de 1.85 kg, similar a 1.74 kg, en MN. Para la relación B-C en I.A fue de 0.53 córdobas y para M.N de 0.56 córdobas.

Comparación de índices productivos y reproductivos de monta natural e inseminación artificial con semen congelado en cerdos

El presente trabajo de tesis se realizó en la granja experimental porcina MAGFOR-Misión China de la república de Taiwán, ubicada en Cofradía. El estudio consistió en la evaluación de los parámetros reproductivos en grupos de cerdas obtenidos por inseminación artificial y grupos obtenidos a través de la monta natural, también se aborda el tema de la consanguinidad y sus consecuencias como un factor negativo en la fijación de caracteres indeseables, esto sucede en las poblaciones en las que existe una alta homocigosis debido al origen común del material genético (padres emparentados). Las variables evaluadas en el presente trabajo fueron: tamaño de la camada al nacimiento, peso promedio de los lechones al nacimiento, peso promedio de los lechones al destete e intervalo parto parto. para el análisis estadístico se elaboraron tablas de contingencias por cada una de las variables con base en los promedios. Para la variable tamaño de la camada al nacimiento se obtuvo para el tratamiento inseminación artificial un promedio de 9.16 lechones y para la monta natural un promedio de 9.89 lechones al contrastar las medias de los dos tratamientos se obtuvo un valor de t de 0.88 que comparado con el valor tabulado al 5% resulto no significativo al observar el comportamiento de las diferentes razas ,la yorkshire obtuvo los mayores promedios en inseminación el caso especifico de esta habían muy pocos ejemplares 6 . Se trabajo en condiciones normales de producción lo cual pudo influir en estos resultados debido al tamaiio de la muestra en esta raza. Los resultados para la variable peso promedio de los lechones al nacimiento, arrojaron un promedio de 1.76 Kg. para las camadas obtenidas por inseminación artificial y 1.67kg para las obtenidas por el método de monta natural en las observaciones de los promedios por razas, se obtuvo el mayor peso a favor de la raza Landrace con 1.99 Kg. seguido de la raza duroc con 1.85 Kg. en el tratamiento de inseminación artificial, y para la monta natural el menor peso lo obtuvo la raza duroc con 1.44 Kg. y elmayor peso fue también la raza Landrace. la raza Yorkshire mostró un comportamiento similar tanto en inseminacion artificial, como en monta natural. Para la variable peso promedio de los lechones al destete, se obtuvo un peso promedio de 7.39 Kg. para los lechones obtenidos por el método de inseminacion artificial y un peso promedio de 6.71 Kg. en el caso de lechones obtenidos por monta natural al evaluar las razas, la raza Landrace obtuvo el mayor peso al destete con 8.01 Kg. como era de esperar al obtener los mayores promedios en peso al nacimiento esto fue para las camadas obtenidas por inseminacion artificial. en el caso. de los lechones obtenidos mediante la monta natural el mayor peso correspondió a la raza Hampshire pudiendo haber influido el numero de lechones, ya que esta fue la que presento el menor numero la raza Yorkshire tuvo en este caso un comportamiento similar en los dos tratamientos. Para la variable intervalo parto-parto, en el caso de las cerdas servidas por el método de inseminacion artificial presentaron un IPP de 5.52 meses o sea 167 días y las cerdas servidas por monta natural obtuvieron un IPP de5.01 meses o 152 días. En la prueba de hipótesis tanto como el contraste de varianza, los resultados fueron significativos y una diferencia de 15 días vacíos en una hembra eleva los costos de producción de una manera considerable por esta razón un IPP como el de la inseminación artificial solo se justifica en la granja experimental porcina en un numero especifico de cerdas elite y como apoyo al mejoramiento genético del hato porcino de esta así como del hato nacional.

Establecimiento de técnica de extracción de semen en gallos criollos e inseminación artificial en gallinas criollas en Nejapa - Managua

La inseminación artificial es una técnica que fue desarrollada en la década de los años treinta utilizando el método descrito por Buno\VS y Quinn (1937), consistía en practicarle masajes abdominales y en la cloaca tanto al ave macho como a la hembra Este trabajo de investigación que tiene por título: Establecimiento de técnicas de extracción de semen en gallos criollos e inseminación artificial en gallinas criollas, fue investigado con los tines de realizar la técnica inseminación artificial en gallinas criollas que no se utiliza en nuestro país, y también comprobar que esta tiene resultado positivo. En la investigación se trabajo con 10 gallinas y 2 gallos en donde se divide dos tratamientos: 1er tratamiento monta natural que se utilizaron 5 gallinas y un gallo, 2do tratamiento Inseminación artificial que se utilizaron 5 gallinas y un gallo Los cuales fueron seleccionados con Jónne parámetros establecidos En el tratamiento en la monta natural las gallinas estaban en manejo tradicional y la alimenticio ad-libitum y copulacion natural de gallo. Mientras que en 2do tratamiento para el gallo de la inseminación se le realizo un adiestramiento durante 6 meses para lograr la obtención de semen puro posteriormente inseminar a las gallinas destinadas para el 2do tratamiento. En los resultados de la variable de incubación de cada tratamiento se valoró la diferencia de los tratamiento empleados, mostrando que en el tratamiento 1 por la monta natural (T1 M.N) fue de margen inferior de 75%, donde para el tratamiento 2 de inseminación artificial (T2 LA) un margen de superioridad reflejado en 83% Se encontró un Chi­ cuadrado de 1.7562 no significativo al5% con 1 grado de libertad,-- (filas-uno)*(columnas-1) -­ entendiéndose que las diferencias observadas en el porcentaje de huevos nacidos de cada grupo de tratamiento, así como el porcentaje de huevos no nacidos de cada grupo de tratamiento están en el rango posible de diferencias atribuibles a la casualidad propias de unidades experimentales biológicas empleando un nivel de significación del 5 % También se rellejo el porcentaje de huevos incubables fue para(T1 M.N) 35% y ("12 LA) 31%, para mortalidad embrionaria se determino un 32%(T1 M.N)y el 20% para elpara(T2I.A). En elcomportamiento reproductivo se constato que para (T1 M.N) un margen de 28- 15 huevos y para (T2 LA) un margen de 24- 13 huevos. Concluyendo que la técnica de inseminación attiticial se puede realizar, y puede ser beneficiosa, pero a niveles industriales o en aves de razas debido a que los costos son significativamente costosos no siendo viable para los pequeños productores de gallinas de patio

Efecto de un carbón no activado en el desarrollo de terneros durante la crianza artificial

Resumen: Las terneras de reposición son las unidades productivas futuras del tambo. Su desarrollo va a tener un impacto en la rentabilidad de la actividad, no sólo porque las terneras enfermas pueden perder potencial productivo futuro, sino también porque retrasarán su ingreso al tambo, incrementando los costos de reposición. Uno de los mayores riesgos de la crianza artificial es la alta probabilidad de existencia de diarreas durante el primer mes de vida de los terneros. El objetivo de este trabajo fue evaluar el uso de un carbón no activado en la ganancia diaria de peso y en la incidencia de diarreas de terneras de tambo criadas artificialmente. El ensayo se realizó con 63 terneras de 3 a 100 días de edad. Se tomaron los pesos a diferentes edades y los datos se analizaron con un modelo de regresión no lineal del tipo exponencial. La presencia de diarreas se evalúo por observación positiva y su incidencia se midió mediante una prueba de comparación de proporciones (Chi2). Los resultados demostraron que para ambas variables no se encontraron diferencias significativas entre el grupo control y el grupo tratado. La tasa de crecimiento resultante del modelo estimado de regresión no lineal fue de 0,0140 y 0,0142 para el grupo control y tratamiento respectivamente, con un solapamiento de los intervalos de confianza. En lo que respecta a la incidencia de diarreas, el número de animales afectados fue similar en ambos grupos, por lo que se infiere que no existe correlación entre el uso del producto y la prevalencia de la enfermedad. Se concluye que, para las condiciones de este ensayo, el agregado del carbón a la dieta líquida del ternero no tiene efectos sobre la ganancia diaria de peso ni sobre la incidencia de diarreas en terneros