Assessment of the spatial variability in Tall wheatgrass forage using LANDSAT 8 satellite imagery to delineate potential management zones

Little information is available on the degree of within-field variability of potential production of Tall wheatgrass (Thinopyrum ponticum) forage under unirrigated conditions. The aim of this study was to characterize the spatial variability of the accumulated biomass (AB) without nutritional limitations through vegetation indexes, and then use this information to determine potential management zones. A 27-×-27-m grid cell size was chosen and 84 biomass sampling areas (BSA), each 2 m(2) in size, were georeferenced. Nitrogen and phosphorus fertilizers were applied after an initial cut at 3 cm height. At 500 °C day, the AB from each sampling area, was collected and evaluated. The spatial variability of AB was estimated more accurately using the Normalized Difference Vegetation Index (NDVI), calculated from LANDSAT 8 images obtained on 24 November 2014 (NDVInov) and 10 December 2014 (NDVIdec) because the potential AB was highly associated with NDVInov and NDVIdec (r (2) = 0.85 and 0.83, respectively). These models between the potential AB data and NDVI were evaluated by root mean squared error (RMSE) and relative root mean squared error (RRMSE). This last coefficient was 12 and 15 % for NDVInov and NDVIdec, respectively. Potential AB and NDVI spatial correlation were quantified with semivariograms. The spatial dependence of AB was low. Six classes of NDVI were analyzed for comparison, and two management zones (MZ) were established with them. In order to evaluate if the NDVI method allows us to delimit MZ with different attainable yields, the AB estimated for these MZ were compared through an ANOVA test. The potential AB had significant differences among MZ. Based on these findings, it can be concluded that NDVI obtained from LANDSAT 8 images can be reliably used for creating MZ in soils under permanent pastures dominated by Tall wheatgrass.

Correlation between urban form and PM2.5 concentration — Evidence from the New York metropolitan Area and Shanghai city

With the development of the economy and society, air pollution has posed a huge threat to public health around the world, especially to people who live in urban areas. Typically, urban development patterns can be roughly divided into compact cities and urban sprawl. In recent years, the relationship between urban form and air quality (especially PM2.5) is gaining more and more attention from urban planners, environmentalists, and governments. This study is focusing on The New York metropolitan area and Shanghai city, which are both megacities but with different urban spatial forms. For both study areas,there are five main variables to measure the urban form metrics, naming Population Density, Artificial Land Area Per Ten Thousand People, Road Density, Green Land Area Ratio and Artificial Land Area Ratio. In addition, considering the impact of economic activities and public transportation, GDP per capita, Number of bus stop and Number of subway station are used as control variables. Based on the results of regression, a megacity like the New York metropolitan area with urban sprawl shows a low spatial correlation on PM2.5 concentration. Meanwhile, almost all the spatial form indicators effect on PM2.5 concentration is not significant. However, a compact megacity like Shanghai shows a diametrically opposite result. Urban form, especially population density, has a strong relationship with PM2.5 concentration. It can be predicted that a reduction in population density would lead to significant improvements on decrease the PM2.5 concentration in Shanghai. Meanwhile, increasing the ratio of green land and construction area per capita will get a positive influence on reducing PM2.5 concentration as well. Road density is not a significant factor for a megacity in both two urban forms. The way and type of energy used by vehicles on megacities maybe more critical.

Classificação de sistemas meteorológicos e comparação da precipitação estimada pelo radar e medida pela rede telemétrica na bacia hidrográfica do alto Tietê

Foram analisadas características da precipitação estimada a partir de 145.194 campos de refletividade, de um total de 827 dias entre 1998 e 2003, obtidos do Radar Meteorológico de São Paulo (RSP). Os eventos foram classificados de acordo com intensidades de precipitação; em Convectivos (EC) e Estratiformes (EE). Quanto à morfologia, cinco tipos de sistemas foram identificados; Convecção Isolada (CI), Brisa Marítima (BM), Linhas de Instabilidade (LI), Bandas Dispersas (BD) e Frentes Frias (FF). Eventos convectivos dominam na primavera e verão e estratiformes no outono e inverno. A CI e a BM tiveram maiores picos de atuação entre outubro e março enquanto as FF de abril a setembro. BD atuam durante todo o ano e as LI só não foram observadas nos meses de junho e julho. Uma comparação pontual entre a precipitação medida pela telemetria e estimada com o radar foi realizada e, mostrou haver, na maioria dos casos, um viés positivo do RSP, para acumulações de 10, 30 e 60 minutos. Com o objetivo de integrar as estimativas de precipitação do radar com as medidas da rede telemétrica, por meio de uma análise objetiva estatística, foram obtidas dos campos de precipitação do radar as estruturas das correlações espaciais em função da distância para acumulações de chuva de 15, 30, 60 e 120 minutos para os cinco tipos de sistemas precipitantes que foram caracterizados. As curvas das correlações espaciais médias de todos os eventos de precipitação de cada sistema foram ajustadas por funções polinomiais de sexta ordem. Os resultados indicam diferenças significativas na estrutura espacial das correlações entre os sistemas precipitantes.

Bayesian ratemaking procedure of crop insurance contracts with skewed distribution

Over the years, crop insurance programs became the focus of agricultural policy in the USA, Spain, Mexico, and more recently in Brazil. Given the increasing interest in insurance, accurate calculation of the premium rate is of great importance. We address the crop-yield distribution issue and its implications in pricing an insurance contract considering the dynamic structure of the data and incorporating the spatial correlation in the Hierarchical Bayesian framework. Results show that empirical (insurers) rates are higher in low risk areas and lower in high risk areas. Such methodological improvement is primarily important in situations of limited data.

Canonical Bose gas simulations with stochastic gauges

A technique to simulate the grand canonical ensembles of interacting Bose gases is presented. Results are generated for many temperatures by averaging over energy-weighted stochastic paths, each corresponding to a solution of coupled Gross-Pitaevskii equations with phase noise. The stochastic gauge method used relies on an off-diagonal coherent-state expansion, thus taking into account all quantum correlations. As an example, the second-order spatial correlation function and momentum distribution for an interacting 1D Bose gas are calculated.

Padrões espaço-temporais da mortalidade por câncer de mama em mulheres no Estado do Espírito Santo - um estudo ecológico

O câncer de mama é a principal neoplasia maligna que acomete o sexo feminino no Brasil. O câncer de mama é hoje uma doença de extrema importância para a saúde pública nacional, motivando ampla discussão em torno das medidas que promova o seu diagnóstico precoce, a redução em sua morbidade e mortalidade. A presente pesquisa possui três objetivos, cujos resultados encontram-se organizados em artigos. O primeiro objetivo buscou analisar a completude dos dados do Sistema de Informação de Mortalidade sobre os óbitos por câncer de mama em mulheres no Espírito Santo, Sudeste e Brasil (1998 a 2007). Realizou-se um estudo descritivo analítico baseado em dados secundários, onde foi analisado o número absoluto e percentual de não preenchimento das variáveis nas declarações de óbitos. Adotou-se escore para avaliar os graus de não completude. Os resultados para as variáveis sexo e idade foram excelentes tanto para o Espírito Santo, Sudeste e Brasil. O preenchimento das variáveis raça/cor, grau de escolaridade e estado civil apresentam problemas no Espírito Santo. Enquanto no Sudeste e Brasil as variáveis raça/cor e escolaridade têm tendência decrescente para a não completude, no Espírito Santo a tendência se mantém estável. Para a variável estado civil, a não completude tem tendência crescente no Estado do Espírito Santo. O segundo objetivo foi analisar a evolução das taxas de mortalidade por câncer de mama, em mulheres no Espírito Santo no período de 1980 a 2007. Estudo de série temporal, cujos dados sobre óbitos foram obtidos do Sistema de Informação de Mortalidade e as estimativas populacionais segundo idade e anos-calendário, do Instituto Brasileiro Geografia e Estatística. Os coeficientes específicos 9 de mortalidade, segundo faixa etária, foram calculados anualmente. A análise de tendência foi realizada por meio da padronização das taxas de mortalidade pelo método direto, em que a população do senso IBGE-2000, foi considerada padrão. No período de estudo, ocorreram 2.736 óbitos por câncer de mama. O coeficiente de mortalidade neste período variou de 3,41 a 10,99 por 100.000 mulheres. Os resultados indicam que há tendência de mortalidade por câncer de mama ao longo da série (p=0,001 com crescimento de 75,42%). Todas as faixas etárias a partir de 30 anos apresentaram tendência de crescimento da mortalidade estatisticamente significante (p=0,001). Os percentuais de crescimento foram aumentando, segundo as idades mais avançadas, sendo 48,4% na faixa de 40 a 49 anos, chegando a 92,3%, na faixa de 80 anos e mais. O terceiro objetivo foi realizar a análise espacial dos óbitos em mulheres por câncer de mama no estado do Espírito Santo, nos anos de 2003 a 2007, com análise das correlações espaciais dessa mortalidade e componentes do município. O cenário foi o Estado do Espírito Santo, composto por 78 municípios. Para análise dos dados, utilizou-se a abordagem bayesiana (métodos EBest Global e EBest Local) para correção de taxas epidemiológicas. Calculou-se o índice I de Moran, para dependência espacial em nível global e a estatística Moran Local. As maiores taxas estão concentradas em 19 municípios pertencentes às Microrregiões: Metropolitana (Fundão, Vitória, Vila Velha, Viana, Cariacica e Guarapari), Metrópole Expandida Sul (Anchieta, Alfredo Chaves), Pólo Cachoeiro (Vargem Alta, Rio Novo do Sul, Mimoso do Sul, Cachoeiro de Itapemirim, Castelo, Jerônimo Monteiro, Bom Jesus do Norte, Apiacá e Muqui) e Caparaó (Alegre e São José do Calçado). Os resultados da Estimação Bayesiana (Índice de Moran) dos óbitos por câncer de mama em mulheres ocorridos no estado do Espírito Santo, segundo os dados brutos e 10 ajustados indicam a existência de correlação espacial significativa para o mapa Local (I = 0,573; p = 0,001) e Global (I = 0,118; p = 0,039). Os dados brutos não apresentam correlação espacial (I = 0,075; p = 0,142).

Variabilidade espacial do estado nutricional do cafeeiro conilon utilizando índice DRIS

A combinação da agricultura de precisão e do Sistema Integrado de Recomendação Foliar (DRIS) possibilita monitorar espacialmente o balanço nutricional dos cafezais para fornecer recomendações de adubação mais equilibradas e mais ajustadas economicamente. O objetivo deste trabalho foi avaliar a variabilidade espacial do estado nutricional do cafeeiro conilon, utilizando o Índice de Balanço Nutricional (IBN) e sua relação com a produtividade. A produtividade das plantas em cada ponto amostral foi determinada e construiu-se o seu mapa considerando a variabilidade espacial; determinou-se o Índice de Equilíbrio Nutricional (IBN) das plantas em cada ponto amostral e construiu-se o seu mapa; e utilizou-se a análise de componentes principais (ACP) para estimar o IBN do cafeeiro por cokrigagem. Os dados do cafeeiro conilon foram coletados em fazenda experimental, no município de Cachoeiro de Itapemirim-ES. O IBN do cafeeiro e a sua produtividade foram analisados por meio de geoestatística, com base nos modelos e parâmetros dos semivariogramas, utilizando o método de interpolação krigagem ordinária para estimar valores para locais não amostrados. O índice de Balanço Nutricional da lavoura do cafeeiro conilon apresentou dependência espacial, porém não apresentou correlação linear e nem espacial com a produtividade. A lavoura em estudo se encontra em desequilíbrio nutricional, sendo que entre os macronutrientes, o Potássio foi o que apresentou maior desequilíbrio na área, entre os micronutrientes, o Zinco e o Ferro foram os que apresentaram menores concentrações nas folhas. A confecção dos mapas possibilitou a distinção de regiões com maior e menor desequilíbrio nutricional e produtividade, o que possibilita adotar o manejo de forma diferenciada e localizada. A análise multivariada baseada em componentes principais fornece componentes com alta correlação com as variáveis originais P, Ca, Zn , Cu, K e B. A cokrigagem utilizando as componentes principais permite estimar o IBN e a produtividade da área.

Sistema de percepção visual para veículos autónomos aéreos

Esta dissertação aborda o problema de detecção e desvio de obstáculos "SAA- Sense And Avoid" em movimento para veículos aéreos. Em particular apresenta contribuições tendo em vista a obtenção de soluções para permitir a utilização de aeronaves não tripuladas em espaço aéreo não segregado e para aplicações civis. Estas contribuições caracterizam-se por: uma análise do problema de SAA em \UAV's - Unmmaned Aerial Vehicles\ civis; a definição do conceito e metodologia para o projecto deste tipo de sistemas; uma proposta de \ben- chmarking\ para o sistema SAA caracterizando um conjunto de "datasets\ adequados para a validação de métodos de detecção; respectiva validação experimental do processo e obtenção de "datasets"; a análise do estado da arte para a detecção de \Dim point features\ ; o projecto de uma arquitectura para uma solução de SAA incorporando a integração de compensação de \ego motion" e respectiva validação para um "dataset" recolhido. Tendo em vista a análise comparativa de diferentes métodos bem como a validação de soluções foi proposta a recolha de um conjunto de \datasets" de informação sensorial e de navegação. Para os mesmos foram definidos um conjunto de experiências e cenários experimentais. Foi projectado e implementado um setup experimental para a recolha dos \datasets" e realizadas experiências de recolha recorrendo a aeronaves tripuladas. O setup desenvolvido incorpora um sistema inercial de alta precisão, duas câmaras digitais sincronizadas (possibilitando análise de informa formação stereo) e um receptor GPS. As aeronaves alvo transportam um receptor GPS com logger incorporado permitindo a correlação espacial dos resultados de detecção. Com este sistema foram recolhidos dados referentes a cenários de aproximação com diferentes trajectórias e condições ambientais bem como incorporando movimento do dispositivo detector. O método proposto foi validado para os datasets recolhidos tendo-se verificado, numa análise preliminar, a detecção do obstáculo (avião ultraleve) em todas as frames para uma distância inferior a 3 km com taxas de sucesso na ordem dos 95% para distâncias entre os 3 e os 4 km. Os resultados apresentados permitem validar a arquitectura proposta para a solução do problema de SAA em veículos aéreos autónomos e abrem perspectivas muito promissoras para desenvolvimento futuro com forte impacto técnico-científico bem como sócio-economico. A incorporação de informa formação de \ego motion" permite fornecer um forte incremento em termos de desempenho.

Rede de monitorização ambiental em tempo- real com sistemas móveis

A compreensão das interacções entre os oceanos, a linha de costa, a qualidade do ar e as florestas só será possível através do registo e análise de informação geo-temporalmente referenciada. Mas a monitorização de grandes áreas apresenta o problema da cobertura espacial e temporal, e os custos nela envolvidos pela impossibilidade de disseminar a quantidade de estações de monitorização necessários à compreensão do fenómeno. É necessário então definir metodologias de colocação de sensores e recolha de informação de forma robusta, económica e temporalmente útil. Nesta dissertação apresentamos uma estratégia de monitorização ambiental, para meios hídricos, (ou de grande dimensão) que baseada em sistemas móveis e alguns princípios da geoestatística, fornece uma ferramenta de monitorização mais económica, sem prejuízo da qualidade de informação. Os modelos usados na geoestatística assentam na ideia de que medidas mais próximas tendem a serem mais parecidas do que valores observados em locais distantes e fornece métodos para quantificar esta correlação espacial e incorporá-la na estimação. Os resultados obtidos sustentam a convicção do uso de veículos móveis em redes de sensores e que contribuímos para responder à seguinte questão “Qual a técnica que nos permite com poucos sensores monitorizar grandes áreas?”. A solução passará por modelos de estimação de grandezas utilizados na geoestatística associados a sistemas móveis.

Intrusion of Lamprophyre dyke and related deformation effects in the host rock salt: A case study from the Loulé Diapir, Portugal

A rock salt-lamprophyre dyke contact zone (sub-vertical, NE-SW strike) was investigated for its petrographic, mechanic and physical properties by means of anisotropy of magnetic susceptibility CAMS) and rock magnetic properties, coupled with quantitative microstructural analysis and thermal mathematical modelling. The quantitative microstructural analysis of halite texture and solid inclusions revealed good spatial correlation with AMS and halite fabrics. The fabrics of both lamprophyre and rock salt record the magmatic intrusion, "plastic" flow and regional deformation (characterized by a NW-SE trending steep foliation). AMS and microstructural analysis revealed two deformation fabrics in the rock salt: (1) the deformation fabrics in rock salt on the NW side of the dyke are associated with high temperature and high fluid activity attributed to the dyke emplacement; (2) On the opposite side of the dyke, the emplacement-related fabric is reworked by localized tectonic deformation. The paleomagnetic results suggest significant rotation of the whole dyke, probably during the diapir ascent and/or the regional Tertiary to Quaternary deformation. (C) 2014 Elsevier B.V. All rights reserved.

GPU implementation of a hyperspectral coded aperture algorithm for compressive sensing

This paper presents a new parallel implementation of a previously hyperspectral coded aperture (HYCA) algorithm for compressive sensing on graphics processing units (GPUs). HYCA method combines the ideas of spectral unmixing and compressive sensing exploiting the high spatial correlation that can be observed in the data and the generally low number of endmembers needed in order to explain the data. The proposed implementation exploits the GPU architecture at low level, thus taking full advantage of the computational power of GPUs using shared memory and coalesced accesses to memory. The proposed algorithm is evaluated not only in terms of reconstruction error but also in terms of computational performance using two different GPU architectures by NVIDIA: GeForce GTX 590 and GeForce GTX TITAN. Experimental results using real data reveals signficant speedups up with regards to serial implementation.

Performance Model for MRC Receivers with Adaptive Modulation and Coding in Rayleigh Fading Correlated Channels with Imperfect CSIT

RTUWO Advances in Wireless and Optical Communications 2015 (RTUWO 2015). 5-6 Nov Riga, Latvia.

PREVALENCE OF ANTIBODIES AGAINST INFLUENZA VIRUS IN NON-VACCINATED EQUINES FROM THE BRAZILIAN PANTANAL

The prevalence of antibodies against Equine Influenza Virus (EIV) was determined in 529 equines living on ranches in the municipality of Poconé, Pantanal area of Brazil, by means of the hemagglutination inhibition test, using subtype H3N8 as antigen. The distribution and possible association among positive animal and ranches were evaluated by the chi-square test, spatial autoregressive and multiple linear regression models. The prevalence of antibodies against EIV was estimated at 45.2% (95% CI 30.2 - 61.1%) with titers ranging from 20 to 1,280 HAU. Seropositive equines were found on 92.0% of the surveyed ranches. Equine from non-flooded ranches (66.5%) and negativity in equine infectious anemia virus (EIAV) (61.7%) were associated with antibodies against EIV. No spatial correlation was found among the ranches, but the ones located in non-flooded areas were associated with antibodies against EIV. A negative correlation was found between the prevalence of antibodies against EIV and the presence of EIAV positive animals on the ranches. The high prevalence of antibodies against EIV detected in this study suggests that the virus is circulating among the animals, and this statistical analysis indicates that the movement and aggregation of animals are factors associated to the transmission of the virus in the region.

Quantitative integration of geophysical and hydraulic data : from the local towards the regional scale range

Des progrès significatifs ont été réalisés dans le domaine de l'intégration quantitative des données géophysique et hydrologique l'échelle locale. Cependant, l'extension à de plus grandes échelles des approches correspondantes constitue encore un défi majeur. Il est néanmoins extrêmement important de relever ce défi pour développer des modèles fiables de flux des eaux souterraines et de transport de contaminant. Pour résoudre ce problème, j'ai développé une technique d'intégration des données hydrogéophysiques basée sur une procédure bayésienne de simulation séquentielle en deux étapes. Cette procédure vise des problèmes à plus grande échelle. L'objectif est de simuler la distribution d'un paramètre hydraulique cible à partir, d'une part, de mesures d'un paramètre géophysique pertinent qui couvrent l'espace de manière exhaustive, mais avec une faible résolution (spatiale) et, d'autre part, de mesures locales de très haute résolution des mêmes paramètres géophysique et hydraulique. Pour cela, mon algorithme lie dans un premier temps les données géophysiques de faible et de haute résolution à travers une procédure de réduction déchelle. Les données géophysiques régionales réduites sont ensuite reliées au champ du paramètre hydraulique à haute résolution. J'illustre d'abord l'application de cette nouvelle approche dintégration des données à une base de données synthétiques réaliste. Celle-ci est constituée de mesures de conductivité hydraulique et électrique de haute résolution réalisées dans les mêmes forages ainsi que destimations des conductivités électriques obtenues à partir de mesures de tomographic de résistivité électrique (ERT) sur l'ensemble de l'espace. Ces dernières mesures ont une faible résolution spatiale. La viabilité globale de cette méthode est testée en effectuant les simulations de flux et de transport au travers du modèle original du champ de conductivité hydraulique ainsi que du modèle simulé. Les simulations sont alors comparées. Les résultats obtenus indiquent que la procédure dintégration des données proposée permet d'obtenir des estimations de la conductivité en adéquation avec la structure à grande échelle ainsi que des predictions fiables des caractéristiques de transports sur des distances de moyenne à grande échelle. Les résultats correspondant au scénario de terrain indiquent que l'approche d'intégration des données nouvellement mise au point est capable d'appréhender correctement les hétérogénéitées à petite échelle aussi bien que les tendances à gande échelle du champ hydraulique prévalent. Les résultats montrent également une flexibilté remarquable et une robustesse de cette nouvelle approche dintégration des données. De ce fait, elle est susceptible d'être appliquée à un large éventail de données géophysiques et hydrologiques, à toutes les gammes déchelles. Dans la deuxième partie de ma thèse, j'évalue en détail la viabilité du réechantillonnage geostatique séquentiel comme mécanisme de proposition pour les méthodes Markov Chain Monte Carlo (MCMC) appliquées à des probmes inverses géophysiques et hydrologiques de grande dimension . L'objectif est de permettre une quantification plus précise et plus réaliste des incertitudes associées aux modèles obtenus. En considérant une série dexemples de tomographic radar puits à puits, j'étudie deux classes de stratégies de rééchantillonnage spatial en considérant leur habilité à générer efficacement et précisément des réalisations de la distribution postérieure bayésienne. Les résultats obtenus montrent que, malgré sa popularité, le réechantillonnage séquentiel est plutôt inefficace à générer des échantillons postérieurs indépendants pour des études de cas synthétiques réalistes, notamment pour le cas assez communs et importants où il existe de fortes corrélations spatiales entre le modèle et les paramètres. Pour résoudre ce problème, j'ai développé un nouvelle approche de perturbation basée sur une déformation progressive. Cette approche est flexible en ce qui concerne le nombre de paramètres du modèle et lintensité de la perturbation. Par rapport au rééchantillonage séquentiel, cette nouvelle approche s'avère être très efficace pour diminuer le nombre requis d'itérations pour générer des échantillons indépendants à partir de la distribution postérieure bayésienne. - Significant progress has been made with regard to the quantitative integration of geophysical and hydrological data at the local scale. However, extending corresponding approaches beyond the local scale still represents a major challenge, yet is critically important for the development of reliable groundwater flow and contaminant transport models. To address this issue, I have developed a hydrogeophysical data integration technique based on a two-step Bayesian sequential simulation procedure that is specifically targeted towards larger-scale problems. The objective is to simulate the distribution of a target hydraulic parameter based on spatially exhaustive, but poorly resolved, measurements of a pertinent geophysical parameter and locally highly resolved, but spatially sparse, measurements of the considered geophysical and hydraulic parameters. To this end, my algorithm links the low- and high-resolution geophysical data via a downscaling procedure before relating the downscaled regional-scale geophysical data to the high-resolution hydraulic parameter field. I first illustrate the application of this novel data integration approach to a realistic synthetic database consisting of collocated high-resolution borehole measurements of the hydraulic and electrical conductivities and spatially exhaustive, low-resolution electrical conductivity estimates obtained from electrical resistivity tomography (ERT). The overall viability of this method is tested and verified by performing and comparing flow and transport simulations through the original and simulated hydraulic conductivity fields. The corresponding results indicate that the proposed data integration procedure does indeed allow for obtaining faithful estimates of the larger-scale hydraulic conductivity structure and reliable predictions of the transport characteristics over medium- to regional-scale distances. The approach is then applied to a corresponding field scenario consisting of collocated high- resolution measurements of the electrical conductivity, as measured using a cone penetrometer testing (CPT) system, and the hydraulic conductivity, as estimated from electromagnetic flowmeter and slug test measurements, in combination with spatially exhaustive low-resolution electrical conductivity estimates obtained from surface-based electrical resistivity tomography (ERT). The corresponding results indicate that the newly developed data integration approach is indeed capable of adequately capturing both the small-scale heterogeneity as well as the larger-scale trend of the prevailing hydraulic conductivity field. The results also indicate that this novel data integration approach is remarkably flexible and robust and hence can be expected to be applicable to a wide range of geophysical and hydrological data at all scale ranges. In the second part of my thesis, I evaluate in detail the viability of sequential geostatistical resampling as a proposal mechanism for Markov Chain Monte Carlo (MCMC) methods applied to high-dimensional geophysical and hydrological inverse problems in order to allow for a more accurate and realistic quantification of the uncertainty associated with the thus inferred models. Focusing on a series of pertinent crosshole georadar tomographic examples, I investigated two classes of geostatistical resampling strategies with regard to their ability to efficiently and accurately generate independent realizations from the Bayesian posterior distribution. The corresponding results indicate that, despite its popularity, sequential resampling is rather inefficient at drawing independent posterior samples for realistic synthetic case studies, notably for the practically common and important scenario of pronounced spatial correlation between model parameters. To address this issue, I have developed a new gradual-deformation-based perturbation approach, which is flexible with regard to the number of model parameters as well as the perturbation strength. Compared to sequential resampling, this newly proposed approach was proven to be highly effective in decreasing the number of iterations required for drawing independent samples from the Bayesian posterior distribution.

Uncertainty Quantification Of A Semi-Supervised Support Vector Regression Reservoir Model

Uncertainty quantification of petroleum reservoir models is one of the present challenges, which is usually approached with a wide range of geostatistical tools linked with statistical optimisation or/and inference algorithms. Recent advances in machine learning offer a novel approach to model spatial distribution of petrophysical properties in complex reservoirs alternative to geostatistics. The approach is based of semisupervised learning, which handles both ?labelled? observed data and ?unlabelled? data, which have no measured value but describe prior knowledge and other relevant data in forms of manifolds in the input space where the modelled property is continuous. Proposed semi-supervised Support Vector Regression (SVR) model has demonstrated its capability to represent realistic geological features and describe stochastic variability and non-uniqueness of spatial properties. On the other hand, it is able to capture and preserve key spatial dependencies such as connectivity of high permeability geo-bodies, which is often difficult in contemporary petroleum reservoir studies. Semi-supervised SVR as a data driven algorithm is designed to integrate various kind of conditioning information and learn dependences from it. The semi-supervised SVR model is able to balance signal/noise levels and control the prior belief in available data. In this work, stochastic semi-supervised SVR geomodel is integrated into Bayesian framework to quantify uncertainty of reservoir production with multiple models fitted to past dynamic observations (production history). Multiple history matched models are obtained using stochastic sampling and/or MCMC-based inference algorithms, which evaluate posterior probability distribution. Uncertainty of the model is described by posterior probability of the model parameters that represent key geological properties: spatial correlation size, continuity strength, smoothness/variability of spatial property distribution. The developed approach is illustrated with a fluvial reservoir case. The resulting probabilistic production forecasts are described by uncertainty envelopes. The paper compares the performance of the models with different combinations of unknown parameters and discusses sensitivity issues.