Pseudolikelihood equations for Potts MRF model parameter estimation on higher order neighborhood systems

This letter presents pseudolikelihood equations for the estimation of the Potts Markov random field model parameter on higher order neighborhood systems. The derived equation for second-order systems is a significantly reduced version of a recent result found in the literature (from 67 to 22 terms). Also, with the proposed method, a completely original equation for Potts model parameter estimation in third-order systems was obtained. These equations allow the modeling of less restrictive contextual systems for a large number of applications in a computationally feasible way. Experiments with both simulated and real remote sensing images provided good results.

Groundwater favorability map using GIS multicriteria data analysis on crystalline terrain, Sao Paulo State, Brazil

This paper presents the groundwater favorability mapping on a fractured terrain in the eastern portion of Sao Paulo State, Brazil. Remote sensing, airborne geophysical data, photogeologic interpretation, geologic and geomorphologic maps and geographic information system (GIS) techniques have been used. The results of cross-tabulation between these maps and well yield data allowed groundwater prospective parameters in a fractured-bedrock aquifer. These prospective parameters are the base for the favorability analysis whose principle is based on the knowledge-driven method. The mutticriteria analysis (weighted linear combination) was carried out to give a groundwater favorabitity map, because the prospective parameters have different weights of importance and different classes of each parameter. The groundwater favorability map was tested by cross-tabulation with new well yield data and spring occurrence. The wells with the highest values of productivity, as well as all the springs occurrence are situated in the excellent and good favorabitity mapped areas. It shows good coherence between the prospective parameters and the well yield and the importance of GIS techniques for definition of target areas for detail study and wells location. (c) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

Multiscale Analysis of Topographic Surface Roughness in the Midland Valley, Scotland

Surface roughness is an important geomorphological variable which has been used in the Earth and planetary sciences to infer material properties, current/past processes, and the time elapsed since formation. No single definition exists; however, within the context of geomorphometry, we use surface roughness as an expression of the variability of a topographic surface at a given scale, where the scale of analysis is determined by the size of the landforms or geomorphic features of interest. Six techniques for the calculation of surface roughness were selected for an assessment of the parameter`s behavior at different spatial scales and data-set resolutions. Area ratio operated independently of scale, providing consistent results across spatial resolutions. Vector dispersion produced results with increasing roughness and homogenization of terrain at coarser resolutions and larger window sizes. Standard deviation of residual topography highlighted local features and did not detect regional relief. Standard deviation of elevation correctly identified breaks of slope and was good at detecting regional relief. Standard deviation of slope (SD(slope)) also correctly identified smooth sloping areas and breaks of slope, providing the best results for geomorphological analysis. Standard deviation of profile curvature identified the breaks of slope, although not as strongly as SD(slope), and it is sensitive to noise and spurious data. In general, SD(slope) offered good performance at a variety of scales, while the simplicity of calculation is perhaps its single greatest benefit.

Palaeodrainage on Marajo Island, northern Brazil, in relation to Holocene relative sea-level dynamics

A large area in northeastern Marajo Island, northern Brazil, has been characterized geomorphologically, applying information acquired from Landsat imagery. This study was combined with detailed sedimentologic analysis of continuous cores, which provided a record of depositional settings developed in this area through the Holocene. The results revealed well-preserved, meandering to anastomosed drainage networks of wide palaeochannels that were superimposed by a narrower palaeochannel system. In both cases, the sedimentary record consists of sands, heterolithic deposits and muds, locally rich in plant debris. The strata are organized into fining upward successions that reach approximately 18 m thick in the wide channels and 4 m thick in the narrow channels. Sedimentary features suggestive of a coastal location for the wider palaeochannels and reworking of sediments by tidal currents include the prevalence of well to moderately sorted, rounded to sub-rounded, fine- to medium-grained sands displaying foreset packages separated by mud couplets, suggestive of tidal cycles. The data presented herein point to a rise in relative sea level reaching the Lake Arari area during the early to late/mid Holocene. This event was followed by a relative sea level drop. Tectonics seem to have contributed to an overall lowering in relative sea level in the study area since the mid-Holocene, which does not follow the same pattern recorded in other areas along the northern Brazilian coast.

Out-of-town shopping and its induced CO2-emissions

Planning policies in several European countries have aimed at hindering the expansion of out-of-town shopping centers. One argument for this is concern for the increase in transport and a resulting increase in environmental externalities such as CO2-emissions. This concern is weakly founded in science as few studies have attempted to measure CO2-emissions of shopping trips as a function of the location of the shopping centers. In this paper we conduct a counter-factual analysis comparing downtown, edge-of-town and out-of-town shopping. In this comparison we use GPS to track 250 consumers over a time-span of two months in a Swedish region. The GPS-data enters the Oguchi’s formula to obtain shopping trip-specific CO2-emissions. We find that consumers’ out-of-town shopping would generate an excess of 60 per cent CO2-emissions whereas downtown and edge-of-town shopping centers are comparable.

NDVI With Artificial Neural Networks For SRTM Elevation Model Improvement – Hydrological Model Application

Digital elevation model (DEM) plays a substantial role in hydrological study, from understanding the catchment characteristics, setting up a hydrological model to mapping the flood risk in the region. Depending on the nature of study and its objectives, high resolution and reliable DEM is often desired to set up a sound hydrological model. However, such source of good DEM is not always available and it is generally high-priced. Obtained through radar based remote sensing, Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) is a publicly available DEM with resolution of 92m outside US. It is a great source of DEM where no surveyed DEM is available. However, apart from the coarse resolution, SRTM suffers from inaccuracy especially on area with dense vegetation coverage due to the limitation of radar signals not penetrating through canopy. This will lead to the improper setup of the model as well as the erroneous mapping of flood risk. This paper attempts on improving SRTM dataset, using Normalised Difference Vegetation Index (NDVI), derived from Visible Red and Near Infra-Red band obtained from Landsat with resolution of 30m, and Artificial Neural Networks (ANN). The assessment of the improvement and the applicability of this method in hydrology would be highlighted and discussed.

Combining Satellite And Gauge Precipitation Data With Co-Kriging Method For Jakarta Region

Jakarta is vulnerable to flooding mainly caused by prolonged and heavy rainfall and thus a robust hydrological modeling is called for. A good quality of spatial precipitation data is therefore desired so that a good hydrological model could be achieved. Two types of rainfall sources are available: satellite and gauge station observations. At-site rainfall is considered to be a reliable and accurate source of rainfall. However, the limited number of stations makes the spatial interpolation not very much appealing. On the other hand, the gridded rainfall nowadays has high spatial resolution and improved accuracy, but still, relatively less accurate than its counterpart. To achieve a better precipitation data set, the study proposes cokriging method, a blending algorithm, to yield the blended satellite-gauge gridded rainfall at approximately 10-km resolution. The Global Satellite Mapping of Precipitation (GSMaP, 0.1⁰×0.1⁰) and daily rainfall observations from gauge stations are used. The blended product is compared with satellite data by cross-validation method. The newly-yield blended product is then utilized to re-calibrate the hydrological model. Several scenarios are simulated by the hydrological models calibrated by gauge observations alone and blended product. The performance of two calibrated hydrological models is then assessed and compared based on simulated and observed runoff.

Investigating The Sources Of Fresh Water Affecting The Hydrological Balance Of Lakes Enriquillo And Azuei (Hispaniola) – Data Analysis

The Enriquillo and Azuei are saltwater lakes located in a closed water basin in the southwestern region of the island of La Hispaniola, these have been experiencing dramatic changes in total lake-surface area coverage during the period 1980-2012. The size of Lake Enriquillo presented a surface area of approximately 276 km2 in 1984, gradually decreasing to 172 km2 in 1996. The surface area of the lake reached its lowest point in the satellite observation record in 2004, at 165 km2. Then the recent growth of the lake began reaching its 1984 size by 2006. Based on surface area measurement for June and July 2013, Lake Enriquillo has a surface area of ~358 km2. Sumatra sizes at both ends of the record are 116 km2 in 1984 and 134 km2in 2013, an overall 15.8% increase in 30 years. Determining the causes of lake surface area changes is of extreme importance due to its environmental, social, and economic impacts. The overall goal of this study is to quantify the changing water balance in these lakes and their catchment area using satellite and ground observations and a regional atmospheric-hydrologic modeling approach. Data analyses of environmental variables in the region reflect a hydrological unbalance of the lakes due to changing regional hydro-climatic conditions. Historical data show precipitation, land surface temperature and humidity, and sea surface temperature (SST), increasing over region during the past decades. Salinity levels have also been decreasing by more than 30% from previously reported baseline levels. Here we present a summary of the historical data obtained, new sensors deployed in the sourrounding sierras and the lakes, and the integrated modeling exercises. As well as the challenges of gathering, storing, sharing, and analyzing this large volumen of data in a remote location from such a diverse number of sources.

Meteomap: Generation Of Meteorological Variables For Distributed Physically-Based Hydrological Modeling

Distributed energy and water balance models require time-series surfaces of the meteorological variables involved in hydrological processes. Most of the hydrological GIS-based models apply simple interpolation techniques to extrapolate the point scale values registered at weather stations at a watershed scale. In mountainous areas, where the monitoring network ineffectively covers the complex terrain heterogeneity, simple geostatistical methods for spatial interpolation are not always representative enough, and algorithms that explicitly or implicitly account for the features creating strong local gradients in the meteorological variables must be applied. Originally developed as a meteorological pre-processing tool for a complete hydrological model (WiMMed), MeteoMap has become an independent software. The individual interpolation algorithms used to approximate the spatial distribution of each meteorological variable were carefully selected taking into account both, the specific variable being mapped, and the common lack of input data from Mediterranean mountainous areas. They include corrections with height for both rainfall and temperature (Herrero et al., 2007), and topographic corrections for solar radiation (Aguilar et al., 2010). MeteoMap is a GIS-based freeware upon registration. Input data include weather station records and topographic data and the output consists of tables and maps of the meteorological variables at hourly, daily, predefined rainfall event duration or annual scales. It offers its own pre and post-processing tools, including video outlook, map printing and the possibility of exporting the maps to images or ASCII ArcGIS formats. This study presents the friendly user interface of the software and shows some case studies with applications to hydrological modeling.

Tecnicas de sensoriamento remoto e geoprocessamento aplicadas ao mapeamento geologico e geotecnico no municipio de Tres Cachoeiras, litoral norte do Rio Grande do Sul

As técnicas de sensoriarnento remoto e geoprocessamento são fundamentais para processamento e integração de dados de mapeamento geológico/geotécnico, principalmente estudos de gerenciamento e planejamento. A área estudada compreende o município de Três Cachoeiras. Litoral Norte do Rio Grande do Sul o qual inclui-se na "Reserva da Biosfera da Mata Atlântica". O município tem st: deparado com problemas de localização de sitios adequados à disposição final dos resíduos sólidos. bem como o assentamento de loteamentos residenciais e industriais, localização de jazidas de extração de material para construção, fontes de abastecimento de água e necessidade de criação de áreas de preservação ambiental. O objetivo deste trabalho foi produzir mapeamentos da área em questão, através da pesquisa geológico-geotécnica desenvolvida com emprego de imagens de satélite e fotografias aéreas, em que as informações foram cruzadas no SIG. Baseado nisto, investigaram-se os aspectos acima mencionados. a partir de uma contribuição geológico/geotécnica ao município, incluindo-se levantamento de campo, fotointerpretação, processamento e classificação de imagens do município de Três Cachoeiras, sendo os dados integrados num sistema de geoprocessamento. Utilizando-se cartas planialtimétricas, fotografias aéreas e imagem de satélite LANDSAT TM5. foram criados planos de informação como o limite da área estudada, a estrutura viária municipal, a delimitação de reservas ecológicas baseadas na legislação ambiental vigente e, por meio do modelo numérico do terreno, a carta de declividade. A fotointerpretação gerou planos de rede de drenagem, litológica. morfoestruturas e formações superficiais. Os dados de campo. sobrepostos às litológicas obtidas por fotointerpretação, produziram a carta litológica. No tratamento das imagem, foram gerados produtos com contraste, operações entre bandas, filtragens e análise de componentes principais, os quais contribuíram parira classificação da imagem e resultando nos planos de rochas/solos e cobertura/uso do solo (carta de uso atual do solo). O cruzamento destas informações permitiu a obtenção da carta de formações superficiais, lidrogeológica que, juntamente com as cartas litológica, declividades e uso atual do solo distribuíram os atributos do meio físico em planos elaborados por novos cruzamentos, que satisfazem o objetivo do estudo, sendo estes planos o produto final, ou seja, cartas de recomendação: a extração de materiais para construção civil; a implantação de obras de infraestrutura; a disposição de resíduos sólidos e loteamentos; geotécnica à agricultura; à implantação de áreas destinadas à preservação ambienta1 e recuperação.

Terraços da margem leste da Laguna dos Patos, Litoral Médio do Rio Grande do Sul: estratigrafia e evolução holocênica

O presente trabalho discute os terraços lagunares da margem leste da Laguna dos Patos, localizados próximo à cidade de Mostardas. Através desse estudo é apresentado um novo modelo evolutivo para os últimos 5.000 anos no Litoral Médio do Rio Grande do Sul. Novas ferramentas foram utilizadas pela primeira vez no estudo da planície costeira do Rio Grande do Sul. Com respeito a aquisição dos dados de subsuperfície foi utilizado com êxito um GPR (Ground Penetretion Radar). Na análise e interpretação dos dados foi feita uma tentativa de aplicação da estratigrafia de seqüências. Através do uso de um scanner foram elaborados perfis dos testemunhos de sondagem, identificando aspectos distintos na composição e porosidade de diferentes litologias. Outras ferramentas utilizadas constam de sensoriamento remoto, nivelamento altimétrico e batimétrico, vibracore e datação radiométrica. Dessa forma, foram definidas três feições de terraceamento lagunar de idade holocênica na área de estudo, cada uma relacionada a um nível lagunar distinto. Através dos dados obtidos em subsuperfície foi possível traçar um esboço cronoestratigráfico, bem como uma curva de variação relativa do nível lagunar para a região. Também, como resultado dos dados geológicos de superfície, associados a novas interpretações baseadas em fotografias aéreas e imagens de satélite, foi elaborado um mapa geológico atualizado.

Estimativa da precipitação através de técnicas de sensoriamento remoto : estudo de caso para o estado do Rio Grande do Sul

A quantificação da precipitação é dificultada pela extrema aleatoriedade do fenômeno na natureza. Os métodos convencionais para mensuração da precipitação atuam no sentido de espacializar a precipitação mensurada pontualmente em postos pluviométricos para toda a área de interesse e, desta forma, uma rede com elevado número de postos bem distribuídos em toda a área de interesse é necessária para um resultado satisfatório. No entanto, é notória a escassez de postos pluviométricos e a má distribuição espacial dos poucos existentes, não somente no Brasil, mas em vastas áreas do globo. Neste contexto, as estimativas da precipitação com técnicas de sensoriamento remoto e geoprocessamento pretendem potencializar a utilização dos postos pluviométricos existentes através de uma espacialização baseada em critérios físicos. Além disto, o sensoriamento remoto é a ferramenta mais capaz para gerar estimativas de precipitação nos oceanos e nas vastas áreas continentais desprovidas de qualquer tipo de informação pluviométrica. Neste trabalho investigou-se o emprego de técnicas de sensoriamento remoto e geoprocessamento para estimativas de precipitação no sul do Brasil. Três algoritmos computadorizados foram testados, sendo utilizadas as imagens dos canais 1, 3 e 4 (visível, vapor d’água e infravermelho) do satélite GOES 8 (Geostacionary Operational Environmental Satellite – 8) fornecidas pelo Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais. A área de estudo compreendeu todo o estado do Rio Grande do Sul, onde se utilizaram os dados pluviométricos diários derivados de 142 postos no ano de 1998. Os algoritmos citados buscam identificar as nuvens precipitáveis para construir modelos estatísticos que correlacionem as precipitações diária e decendial observadas em solo com determinadas características físicas das nuvens acumuladas durante o mesmo período de tempo e na mesma posição geográfica de cada pluviômetro considerado. Os critérios de decisão que norteiam os algoritmos foram baseados na temperatura do topo das nuvens (através do infravermelho termal), reflectância no canal visível, características de vizinhança e no plano de temperatura x gradiente de temperatura Os resultados obtidos pelos modelos estatísticos são expressos na forma de mapas de precipitação por intervalo de tempo que podem ser comparados com mapas de precipitação obtidas por meios convencionais.

Integração de dados geológicos, de sensoriamento remoto, espectrorradiométricos e geofísica aplicada à prospecção de depósitos filoneanos de fluorita hidrotermal no sudeste de Santa Catarina

Os processamentos de imagens orbitais efetuados através de técnicas de sensoriamento remoto geraram informações qualitativas de natureza textural (morfo-estruturas). Estas permitiram (1) o reconhecimento de áreas com diferentes padrões estruturais tendo diferentes potencialidades para a prospecção de fluorita, (2) a identificação de novos lineamentos estruturais potencialmente favoráveis à mineralização e (3) evidenciaram prolongamentos extensos para as principais estruturas mineralizadas, (4) às quais se associam um grande número de estruturas, antes desconhecidas, com grande potencial prospectivo. O aprimoramento de técnicas de classificação digital sobre produtos de razões de bandas e análise por componentes principais permitiu identificar a alteração hidrotermal associada às estruturas, incorporando novos critérios para a prospecção de fluorita. Buscando-se quantificar os dados de alteração hidrotermal, foi efetuada a análise espectrorradiométrica das rochas do distrito fluorítico. Integrando estas informações com dados TM LANDSAT 5, em nível de reflectância, obteve-se a classificação espectral das imagens orbitais, o que permitiu a identificação de estruturas menores com um detalhe nunca antes obtido. Os processamentos de dados aerogeofísicos forneceram resultados sobre estruturas (magnetometria) e corpos graníticos afetados por alteração hidrotermal (aerogamaespectrometria). Estes produtos foram integrados com dados TM LANDSAT 5 associando o atributo textural da imagem orbital ao comportamento radiométrico das rochas. Diagnosticou-se o lineamento Grão-Pará como o principal prospecto do distrito. E levantaram-se uma série de dados sobre a compartimentação tectônica da região, a zonação de fácies das rochas graníticas (rocha fonte do flúor) e as alterações hidrotermais associadas ao magmatismo granítico. Isto permitiu a compreensão da distribuição regional dos depósitos de fluorita, adicionando-se um novo critério à prospecção de fluorita, a relação espacial entre a mineralização e a rocha fonte de F. Esta última corresponde à fácies granítica da borda do Maciço Pedras Grandes.

Uso da análise discriminante regularizada (RDA) no reconhecimento de padrões em imagens digitais hiperespectral de sensoriamento remoto

Em cenas naturais, ocorrem com certa freqüência classes espectralmente muito similares, isto é, os vetores média são muito próximos. Em situações como esta, dados de baixa dimensionalidade (LandSat-TM, Spot) não permitem uma classificação acurada da cena. Por outro lado, sabe-se que dados em alta dimensionalidade [FUK 90] tornam possível a separação destas classes, desde que as matrizes covariância sejam suficientemente distintas. Neste caso, o problema de natureza prática que surge é o da estimação dos parâmetros que caracterizam a distribuição de cada classe. Na medida em que a dimensionalidade dos dados cresce, aumenta o número de parâmetros a serem estimados, especialmente na matriz covariância. Contudo, é sabido que, no mundo real, a quantidade de amostras de treinamento disponíveis, é freqüentemente muito limitada, ocasionando problemas na estimação dos parâmetros necessários ao classificador, degradando portanto a acurácia do processo de classificação, na medida em que a dimensionalidade dos dados aumenta. O Efeito de Hughes, como é chamado este fenômeno, já é bem conhecido no meio científico, e estudos vêm sendo realizados com o objetivo de mitigar este efeito. Entre as alternativas propostas com a finalidade de mitigar o Efeito de Hughes, encontram-se as técnicas de regularização da matriz covariância. Deste modo, técnicas de regularização para a estimação da matriz covariância das classes, tornam-se um tópico interessante de estudo, bem como o comportamento destas técnicas em ambientes de dados de imagens digitais de alta dimensionalidade em sensoriamento remoto, como por exemplo, os dados fornecidos pelo sensor AVIRIS. Neste estudo, é feita uma contextualização em sensoriamento remoto, descrito o sistema sensor AVIRIS, os princípios da análise discriminante linear (LDA), quadrática (QDA) e regularizada (RDA) são apresentados, bem como os experimentos práticos dos métodos, usando dados reais do sensor. Os resultados mostram que, com um número limitado de amostras de treinamento, as técnicas de regularização da matriz covariância foram eficientes em reduzir o Efeito de Hughes. Quanto à acurácia, em alguns casos o modelo quadrático continua sendo o melhor, apesar do Efeito de Hughes, e em outros casos o método de regularização é superior, além de suavizar este efeito. Esta dissertação está organizada da seguinte maneira: No primeiro capítulo é feita uma introdução aos temas: sensoriamento remoto (radiação eletromagnética, espectro eletromagnético, bandas espectrais, assinatura espectral), são também descritos os conceitos, funcionamento do sensor hiperespectral AVIRIS, e os conceitos básicos de reconhecimento de padrões e da abordagem estatística. No segundo capítulo, é feita uma revisão bibliográfica sobre os problemas associados à dimensionalidade dos dados, à descrição das técnicas paramétricas citadas anteriormente, aos métodos de QDA, LDA e RDA, e testes realizados com outros tipos de dados e seus resultados.O terceiro capítulo versa sobre a metodologia que será utilizada nos dados hiperespectrais disponíveis. O quarto capítulo apresenta os testes e experimentos da Análise Discriminante Regularizada (RDA) em imagens hiperespectrais obtidos pelo sensor AVIRIS. No quinto capítulo são apresentados as conclusões e análise final. A contribuição científica deste estudo, relaciona-se à utilização de métodos de regularização da matriz covariância, originalmente propostos por Friedman [FRI 89] para classificação de dados em alta dimensionalidade (dados sintéticos, dados de enologia), para o caso especifico de dados de sensoriamento remoto em alta dimensionalidade (imagens hiperespectrais). A conclusão principal desta dissertação é que o método RDA é útil no processo de classificação de imagens com dados em alta dimensionalidade e classes com características espectrais muito próximas.