Strategic Noise Mapping with GIS for the Universitat Jaume I Smart Campus: best methodology practices

Dissertation submitted in partial fulfillment of the requirements for the Degree of Master of Science in Geospatial Technologies.

Studying urban space and literary representations using GIS: Lisbon, Portugal, 1852-2009

This article proposes a methodology to address the urban evolutionary process, demonstrating how it is reflected in literature. It focuses on “literary space,” presented as a territory defined by the period setting or as evoked by the characters, which can be georeferenced and drawn on a map. It identifies the different locations of literary space in relation to urban development and the economic, political, and social context of the city. We suggest a new approach for mapping a relatively comprehensive body of literature by combining literary criticism, urban history, and geographic information systems (GIS). The home-range concept, used in animal ecology, has been adapted to reveal the size and location of literary space. This interdisciplinary methodology is applied in a case study to nineteenth- and twentieth-century novels involving the city of Lisbon. The developing concepts of cumulative literary space and common literary space introduce size calculations in addition to location and structure, previously developed by other researchers. Sequential and overlapping analyses of literary space throughout time have the advantage of presenting comparable and repeatable results for other researchers using a different body of literary works or studying another city. Results show how city changes shaped perceptions of the urban space as it was lived and experienced. A small core area, correspondent to a part of the city center, persists as literary space in all the novels analyzed. Furthermore, the literary space does not match the urban evolution. There is a time lag for embedding new urbanized areas in the imagined literary scenario.

The use of analytical hierarchy process in spatial decision support system for land use management

Geographic information systems give us the possibility to analyze, produce, and edit geographic information. Furthermore, these systems fall short on the analysis and support of complex spatial problems. Therefore, when a spatial problem, like land use management, requires a multi-criteria perspective, multi-criteria decision analysis is placed into spatial decision support systems. The analytic hierarchy process is one of many multi-criteria decision analysis methods that can be used to support these complex problems. Using its capabilities we try to develop a spatial decision support system, to help land use management. Land use management can undertake a broad spectrum of spatial decision problems. The developed decision support system had to accept as input, various formats and types of data, raster or vector format, and the vector could be polygon line or point type. The support system was designed to perform its analysis for the Zambezi river Valley in Mozambique, the study area. The possible solutions for the emerging problems had to cover the entire region. This required the system to process large sets of data, and constantly adjust to new problems’ needs. The developed decision support system, is able to process thousands of alternatives using the analytical hierarchy process, and produce an output suitability map for the problems faced.

Profile and geographic distribution of reported cases of visceral leishmaniasis in Campo Grande, State of Mato Grosso do Sul, Brazil, from 2002 to 2009

INTRODUCTION: This study sought to describe the profile and geographic distribution of reported cases of visceral leishmaniasis (VL) in the City of Campo Grande, State of Mato Grosso do Sul (MS), Brazil, from 2002 to 2009. METHODS: Human data were collected from the Brazilian National Information System for Notifiable Diseases. Canine cases and entomological data were obtained from the Information Service for Canine Visceral Leishmaniasis Control/Campo Grande, MS. RESULTS: A total of 951 records from 2002 to 2009 were investigated. The number of reported cases of VL in males was significantly higher (p < 0.0001) than that in females. The higher frequency observed among males was associated with age (p < 0.0001), which increased in individuals aged 40 years and older. The overall fatality rate was 7.4%. Entomological surveys conducted in 2006, 2007, and 2009 showed the insect vector Lutzomyia longipalpis to be present in all urban regions of the county. CONCLUSIONS: VL cases in humans and dogs, as well as in vectors, occurs in all urban regions of Campo Grande. Despite not observing tendencies of increase or reduction in the incidence of the disease due to aging, the major incidence in men is higher in those aged 40 years or above.

Exploring Literary Landscapes: From Texts to Spatiotemporal Analysis through Collaborative Work and GIS

This article argues that the study of literary representations of landscapes can be aided and enriched by the application of digital geographic technologies. As an example, the article focuses on the methods and preliminary findings of LITESCAPE.PT—Atlas of Literary Landscapes of Mainland Portugal, an on-going project that aims to study literary representations of mainland Portugal and to explore their connections with social and environmental realities both in the past and in the present. LITESCAPE.PT integrates traditional reading practices and ‘distant reading’ approaches, along with collaborative work, relational databases, and geographic information systems (GIS) in order to classify and analyse excerpts from 350 works of Portuguese literature according to a set of ecological, socioeconomic, temporal and cultural themes. As we argue herein this combination of qualitative and quantitative methods—itself a response to the difficulty of obtaining external funding—can lead to (a) increased productivity, (b) the pursuit of new research goals, and (c) the creation of new knowledge about natural and cultural history. As proof of concept, the article presents two initial outcomes of the LITESCAPE.PT project: a case study documenting the evolving literary geography of Lisbon and a case study exploring the representation of wolves in Portuguese literature.

Geographic weighted regression: applicability to epidemiological studies of leprosy

Abstract: INTRODUCTION: Geographic information systems (GIS) enable public health data to be analyzed in terms of geographical variability and the relationship between risk factors and diseases. This study discusses the application of the geographic weighted regression (GWR) model to health data to improve the understanding of spatially varying social and clinical factors that potentially impact leprosy prevalence. METHODS: This ecological study used data from leprosy case records from 1998-2006, aggregated by neighborhood in the Duque de Caxias municipality in the State of Rio de Janeiro, Brazil. In the GWR model, the associations between the log of the leprosy detection rate and social and clinical factors were analyzed. RESULTS: Maps of the estimated coefficients by neighborhood confirmed the heterogeneous spatial relationships between the leprosy detection rates and the predictors. The proportion of households with piped water was associated with higher detection rates, mainly in the northeast of the municipality. Indeterminate forms were strongly associated with higher detections rates in the south, where access to health services was more established. CONCLUSIONS: GWR proved a useful tool for epidemiological analysis of leprosy in a local area, such as Duque de Caxias. Epidemiological analysis using the maps of the GWR model offered the advantage of visualizing the problem in sub-regions and identifying any spatial dependence in the local study area.

Development of an intelligent earthwork optimization system

Tese de Doutoramento em Engenharia Civil.

Wireless GPS-based phase-locked synchronization system for outdoor environment.

Synchronization of data coming from different sources is of high importance in biomechanics to ensure reliable analyses. This synchronization can either be performed through hardware to obtain perfect matching of data, or post-processed digitally. Hardware synchronization can be achieved using trigger cables connecting different devices in many situations; however, this is often impractical, and sometimes impossible in outdoors situations. The aim of this paper is to describe a wireless system for outdoor use, allowing synchronization of different types of - potentially embedded and moving - devices. In this system, each synchronization device is composed of: (i) a GPS receiver (used as time reference), (ii) a radio transmitter, and (iii) a microcontroller. These components are used to provide synchronized trigger signals at the desired frequency to the measurement device connected. The synchronization devices communicate wirelessly, are very lightweight, battery-operated and thus very easy to set up. They are adaptable to every measurement device equipped with either trigger input or recording channel. The accuracy of the system was validated using an oscilloscope. The mean synchronization error was found to be 0.39 μs and pulses are generated with an accuracy of <2 μs. The system provides synchronization accuracy about two orders of magnitude better than commonly used post-processing methods, and does not suffer from any drift in trigger generation.

Species distribution models for conservation-oriented studies in Switzerland : filling data and tools gaps

SUMMARYSpecies distribution models (SDMs) represent nowadays an essential tool in the research fields of ecology and conservation biology. By combining observations of species occurrence or abundance with information on the environmental characteristic of the observation sites, they can provide information on the ecology of species, predict their distributions across the landscape or extrapolate them to other spatial or time frames. The advent of SDMs, supported by geographic information systems (GIS), new developments in statistical models and constantly increasing computational capacities, has revolutionized the way ecologists can comprehend species distributions in their environment. SDMs have brought the tool that allows describing species realized niches across a multivariate environmental space and predict their spatial distribution. Predictions, in the form of probabilistic maps showing the potential distribution of the species, are an irreplaceable mean to inform every single unit of a territory about its biodiversity potential. SDMs and the corresponding spatial predictions can be used to plan conservation actions for particular species, to design field surveys, to assess the risks related to the spread of invasive species, to select reserve locations and design reserve networks, and ultimately, to forecast distributional changes according to scenarios of climate and/or land use change.By assessing the effect of several factors on model performance and on the accuracy of spatial predictions, this thesis aims at improving techniques and data available for distribution modelling and at providing the best possible information to conservation managers to support their decisions and action plans for the conservation of biodiversity in Switzerland and beyond. Several monitoring programs have been put in place from the national to the global scale, and different sources of data now exist and start to be available to researchers who want to model species distribution. However, because of the lack of means, data are often not gathered at an appropriate resolution, are sampled only over limited areas, are not spatially explicit or do not provide a sound biological information. A typical example of this is data on 'habitat' (sensu biota). Even though this is essential information for an effective conservation planning, it often has to be approximated from land use, the closest available information. Moreover, data are often not sampled according to an established sampling design, which can lead to biased samples and consequently to spurious modelling results. Understanding the sources of variability linked to the different phases of the modelling process and their importance is crucial in order to evaluate the final distribution maps that are to be used for conservation purposes.The research presented in this thesis was essentially conducted within the framework of the Landspot Project, a project supported by the Swiss National Science Foundation. The main goal of the project was to assess the possible contribution of pre-modelled 'habitat' units to model the distribution of animal species, in particular butterfly species, across Switzerland. While pursuing this goal, different aspects of data quality, sampling design and modelling process were addressed and improved, and implications for conservation discussed. The main 'habitat' units considered in this thesis are grassland and forest communities of natural and anthropogenic origin as defined in the typology of habitats for Switzerland. These communities are mainly defined at the phytosociological level of the alliance. For the time being, no comprehensive map of such communities is available at the national scale and at fine resolution. As a first step, it was therefore necessary to create distribution models and maps for these communities across Switzerland and thus to gather and collect the necessary data. In order to reach this first objective, several new developments were necessary such as the definition of expert models, the classification of the Swiss territory in environmental domains, the design of an environmentally stratified sampling of the target vegetation units across Switzerland, the development of a database integrating a decision-support system assisting in the classification of the relevés, and the downscaling of the land use/cover data from 100 m to 25 m resolution.The main contributions of this thesis to the discipline of species distribution modelling (SDM) are assembled in four main scientific papers. In the first, published in Journal of Riogeography different issues related to the modelling process itself are investigated. First is assessed the effect of five different stepwise selection methods on model performance, stability and parsimony, using data of the forest inventory of State of Vaud. In the same paper are also assessed: the effect of weighting absences to ensure a prevalence of 0.5 prior to model calibration; the effect of limiting absences beyond the environmental envelope defined by presences; four different methods for incorporating spatial autocorrelation; and finally, the effect of integrating predictor interactions. Results allowed to specifically enhance the GRASP tool (Generalized Regression Analysis and Spatial Predictions) that now incorporates new selection methods and the possibility of dealing with interactions among predictors as well as spatial autocorrelation. The contribution of different sources of remotely sensed information to species distribution models was also assessed. The second paper (to be submitted) explores the combined effects of sample size and data post-stratification on the accuracy of models using data on grassland distribution across Switzerland collected within the framework of the Landspot project and supplemented with other important vegetation databases. For the stratification of the data, different spatial frameworks were compared. In particular, environmental stratification by Swiss Environmental Domains was compared to geographical stratification either by biogeographic regions or political states (cantons). The third paper (to be submitted) assesses the contribution of pre- modelled vegetation communities to the modelling of fauna. It is a two-steps approach that combines the disciplines of community ecology and spatial ecology and integrates their corresponding concepts of habitat. First are modelled vegetation communities per se and then these 'habitat' units are used in order to model animal species habitat. A case study is presented with grassland communities and butterfly species. Different ways of integrating vegetation information in the models of butterfly distribution were also evaluated. Finally, a glimpse to climate change is given in the fourth paper, recently published in Ecological Modelling. This paper proposes a conceptual framework for analysing range shifts, namely a catalogue of the possible patterns of change in the distribution of a species along elevational or other environmental gradients and an improved quantitative methodology to identify and objectively describe these patterns. The methodology was developed using data from the Swiss national common breeding bird survey and the article presents results concerning the observed shifts in the elevational distribution of breeding birds in Switzerland.The overall objective of this thesis is to improve species distribution models as potential inputs for different conservation tools (e.g. red lists, ecological networks, risk assessment of the spread of invasive species, vulnerability assessment in the context of climate change). While no conservation issues or tools are directly tested in this thesis, the importance of the proposed improvements made in species distribution modelling is discussed in the context of the selection of reserve networks.RESUMELes modèles de distribution d'espèces (SDMs) représentent aujourd'hui un outil essentiel dans les domaines de recherche de l'écologie et de la biologie de la conservation. En combinant les observations de la présence des espèces ou de leur abondance avec des informations sur les caractéristiques environnementales des sites d'observation, ces modèles peuvent fournir des informations sur l'écologie des espèces, prédire leur distribution à travers le paysage ou l'extrapoler dans l'espace et le temps. Le déploiement des SDMs, soutenu par les systèmes d'information géographique (SIG), les nouveaux développements dans les modèles statistiques, ainsi que la constante augmentation des capacités de calcul, a révolutionné la façon dont les écologistes peuvent comprendre la distribution des espèces dans leur environnement. Les SDMs ont apporté l'outil qui permet de décrire la niche réalisée des espèces dans un espace environnemental multivarié et prédire leur distribution spatiale. Les prédictions, sous forme de carte probabilistes montrant la distribution potentielle de l'espèce, sont un moyen irremplaçable d'informer chaque unité du territoire de sa biodiversité potentielle. Les SDMs et les prédictions spatiales correspondantes peuvent être utilisés pour planifier des mesures de conservation pour des espèces particulières, pour concevoir des plans d'échantillonnage, pour évaluer les risques liés à la propagation d'espèces envahissantes, pour choisir l'emplacement de réserves et les mettre en réseau, et finalement, pour prévoir les changements de répartition en fonction de scénarios de changement climatique et/ou d'utilisation du sol. En évaluant l'effet de plusieurs facteurs sur la performance des modèles et sur la précision des prédictions spatiales, cette thèse vise à améliorer les techniques et les données disponibles pour la modélisation de la distribution des espèces et à fournir la meilleure information possible aux gestionnaires pour appuyer leurs décisions et leurs plans d'action pour la conservation de la biodiversité en Suisse et au-delà. Plusieurs programmes de surveillance ont été mis en place de l'échelle nationale à l'échelle globale, et différentes sources de données sont désormais disponibles pour les chercheurs qui veulent modéliser la distribution des espèces. Toutefois, en raison du manque de moyens, les données sont souvent collectées à une résolution inappropriée, sont échantillonnées sur des zones limitées, ne sont pas spatialement explicites ou ne fournissent pas une information écologique suffisante. Un exemple typique est fourni par les données sur 'l'habitat' (sensu biota). Même s'il s'agit d'une information essentielle pour des mesures de conservation efficaces, elle est souvent approximée par l'utilisation du sol, l'information qui s'en approche le plus. En outre, les données ne sont souvent pas échantillonnées selon un plan d'échantillonnage établi, ce qui biaise les échantillons et par conséquent les résultats de la modélisation. Comprendre les sources de variabilité liées aux différentes phases du processus de modélisation s'avère crucial afin d'évaluer l'utilisation des cartes de distribution prédites à des fins de conservation.La recherche présentée dans cette thèse a été essentiellement menée dans le cadre du projet Landspot, un projet soutenu par le Fond National Suisse pour la Recherche. L'objectif principal de ce projet était d'évaluer la contribution d'unités 'd'habitat' pré-modélisées pour modéliser la répartition des espèces animales, notamment de papillons, à travers la Suisse. Tout en poursuivant cet objectif, différents aspects touchant à la qualité des données, au plan d'échantillonnage et au processus de modélisation sont abordés et améliorés, et leurs implications pour la conservation des espèces discutées. Les principaux 'habitats' considérés dans cette thèse sont des communautés de prairie et de forêt d'origine naturelle et anthropique telles que définies dans la typologie des habitats de Suisse. Ces communautés sont principalement définies au niveau phytosociologique de l'alliance. Pour l'instant aucune carte de la distribution de ces communautés n'est disponible à l'échelle nationale et à résolution fine. Dans un premier temps, il a donc été nécessaire de créer des modèles de distribution de ces communautés à travers la Suisse et par conséquent de recueillir les données nécessaires. Afin d'atteindre ce premier objectif, plusieurs nouveaux développements ont été nécessaires, tels que la définition de modèles experts, la classification du territoire suisse en domaines environnementaux, la conception d'un échantillonnage environnementalement stratifié des unités de végétation cibles dans toute la Suisse, la création d'une base de données intégrant un système d'aide à la décision pour la classification des relevés, et le « downscaling » des données de couverture du sol de 100 m à 25 m de résolution. Les principales contributions de cette thèse à la discipline de la modélisation de la distribution d'espèces (SDM) sont rassemblées dans quatre articles scientifiques. Dans le premier article, publié dans le Journal of Biogeography, différentes questions liées au processus de modélisation sont étudiées en utilisant les données de l'inventaire forestier de l'Etat de Vaud. Tout d'abord sont évalués les effets de cinq méthodes de sélection pas-à-pas sur la performance, la stabilité et la parcimonie des modèles. Dans le même article sont également évalués: l'effet de la pondération des absences afin d'assurer une prévalence de 0.5 lors de la calibration du modèle; l'effet de limiter les absences au-delà de l'enveloppe définie par les présences; quatre méthodes différentes pour l'intégration de l'autocorrélation spatiale; et enfin, l'effet de l'intégration d'interactions entre facteurs. Les résultats présentés dans cet article ont permis d'améliorer l'outil GRASP qui intègre désonnais de nouvelles méthodes de sélection et la possibilité de traiter les interactions entre variables explicatives, ainsi que l'autocorrélation spatiale. La contribution de différentes sources de données issues de la télédétection a également été évaluée. Le deuxième article (en voie de soumission) explore les effets combinés de la taille de l'échantillon et de la post-stratification sur le la précision des modèles. Les données utilisées ici sont celles concernant la répartition des prairies de Suisse recueillies dans le cadre du projet Landspot et complétées par d'autres sources. Pour la stratification des données, différents cadres spatiaux ont été comparés. En particulier, la stratification environnementale par les domaines environnementaux de Suisse a été comparée à la stratification géographique par les régions biogéographiques ou par les cantons. Le troisième article (en voie de soumission) évalue la contribution de communautés végétales pré-modélisées à la modélisation de la faune. C'est une approche en deux étapes qui combine les disciplines de l'écologie des communautés et de l'écologie spatiale en intégrant leurs concepts de 'habitat' respectifs. Les communautés végétales sont modélisées d'abord, puis ces unités de 'habitat' sont utilisées pour modéliser les espèces animales. Une étude de cas est présentée avec des communautés prairiales et des espèces de papillons. Différentes façons d'intégrer l'information sur la végétation dans les modèles de répartition des papillons sont évaluées. Enfin, un clin d'oeil aux changements climatiques dans le dernier article, publié dans Ecological Modelling. Cet article propose un cadre conceptuel pour l'analyse des changements dans la distribution des espèces qui comprend notamment un catalogue des différentes formes possibles de changement le long d'un gradient d'élévation ou autre gradient environnemental, et une méthode quantitative améliorée pour identifier et décrire ces déplacements. Cette méthodologie a été développée en utilisant des données issues du monitoring des oiseaux nicheurs répandus et l'article présente les résultats concernant les déplacements observés dans la distribution altitudinale des oiseaux nicheurs en Suisse.L'objectif général de cette thèse est d'améliorer les modèles de distribution des espèces en tant que source d'information possible pour les différents outils de conservation (par exemple, listes rouges, réseaux écologiques, évaluation des risques de propagation d'espèces envahissantes, évaluation de la vulnérabilité des espèces dans le contexte de changement climatique). Bien que ces questions de conservation ne soient pas directement testées dans cette thèse, l'importance des améliorations proposées pour la modélisation de la distribution des espèces est discutée à la fin de ce travail dans le contexte de la sélection de réseaux de réserves.

GeoTools-Android : herramientas geográficas para Android

Este trabajo pretende esbozar el estado del arte en cuanto a herramientas geoespaciales desarrolladas para el sistema operativo Android, encontrado en muchos dispositivos "smartphone" actuales. Se centra en los navegadores de mapas, como aplicación más representativa de este tipo de herramientas. Se destaca el papel de la empresa Google Inc. como desarrollador de la plataforma y principal proveedor web de información geográfica, y se exploran algunas alternativas.

Geo Tools Android : eines geogràfiques per Android

En aquest treball es fa un anàlisi de l'aplicació OSMDroid i d'altres aplicacions i llibreries SIG rellevants per al sistema operatiu Android.

Gestión en el territorio de una empresa de seguridad mediante estándares GIS e integración de datos con Google Maps.

Estudi teòric sobre els Sistemes d'Informació Geogràfica (GIS) i sobre les especificacions que està publicant el Open Geospatial Consortium (OGC) com estàndards oberts que permetin les comunicacions entre distints GIS.

Comparació de SIG basats en codi lliure i SIG comercials

El present document presenta una valoració comparativa de dos sistemes d'informació geogràfica (SIG) desenvolupats sobre filosofies ben diferents, per un costat un producte comercial de desenvolupament propietari, GeoMedia Professional, i per l'altre un sistema desenvolupat sota les condicions del programari lliure, gvSIG. L'objectiu a assolir és descriure en quina situació es troba el producte de codi lliure vers el seu equivalent comercial pel fet d'haver estat desenvolupat més recentment.

Construcció d'un SIG municipal Aplicat a les necessitats bàsiques d'una població qualsevol

Els Sistemes d'Informació Geogràfics (SIG), han estat fins ara una eina molt potent a l'hora de gestionar molts aspectes relacionat amb el terreny. En aquest document, s'intenta posar de manifest aquest fet, i per portar a terme aquest objectiu, s'ha estructurat en dos grans blocs, un teòric, i un altre pràctic, que es complementen amb un tercer, més específic, que amplia, amb aspectes teòrics, la part pràctica del TFC, que tracta sobre temes cadastrals.