Avaliação espaço-temporal da disponibilidade hídrica subterrânea do município de São José do Rio Preto

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Dinâmica do relevo: quantificação de processos formadores

Pós-graduação em Geologia Regional - IGCE

Estudo comparativo de modelos matemáticos de qualidade de águas superficiais

Surface water quality models have been developed since 1925, when Streeter e Phelps created first order equations that represent the balance between DO and BOD. Since then, and specially after the ‘60s, new computational technologies evolved, making it possible to create more complex models, which try to represent, through mathematics, natural phenomena like eutrophication and rivers self-depuration. As main objective of such models is the understanding of aquatic systems and the relationship between them and the environment, so that it can support decision makers in creating water manage plans and in elaborating environmental projects of such resources. Regarding to that, it is of crucial importance the understanding of the models structures, so that one can choose the most appropriate model for the river in question. While one-dimensional models like QUAL2K are more appropriate for long and narrow rivers, bi- or tridimensional models (CE-QUAL-W2, WASP and CEQUAL- ICM) are more commonly used in wide and slower rivers, with higher lateral and/or vertical mixes rates. Besides, the more complex is the river studied more complex the model should be, which demands more costs and time for the model to be applied

Modelos Matemáticos e Computacionais no Manejo Integrado de Pragas

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Dinâmicas de apropriação e ocupação em diferentes formas de relevo: impactos e vulnerabilidades em ambientes urbanos

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Potencial de ocorrência de avarias ambientais em bacias hidrográficas com ocupação rural mediante análise morfométrica

The understanding of the geo-morphological characteristics allows the identification of flood areas and instability slopes among others important features for land use planning. The study of the hydrological net and the analysis of morphometric parameters help in the geomorphologic characterization, providing specific physics indicators that quantify the risks for environmental damages. The present work used Geographic Information Systems (GIS) and carried out the morphometric analysis of two watersheds in the Alto Rio Sorocaba, municipality of Ibiuna (SP). Using digitalized topographic bases in the scale 1:50,000, the main morphometric parameters were extracted and the Digital Elevation Model (DEM) was obtained. Hence the slope, ground illumination, hill orientation and relief feature maps were elaborated. The characteristics for the two watersheds were quite similar, both have low risks for floods and landslides. Therefore, the concave feature is the predominant hill shape for both watersheds. The morphometric parameters directly related to the river density of the watersheds showed some differences, because the Sorocabuçú watershed presents higher value, resulting in a higher level of relief development. Thus, with this characterization it is possible to provide subsidies for environmental planning actions to the area.

Incorporação de incertezas associadas à predição de modelos hidrológicos aos instrumentos de gestão em recursos hídricos

Water management has in the watershed plans an important tool to plan the territory and adjust the activities develop over it to the natural resources availability. The incorporation of uncertainty analysis associated with hydrological modelling predictions is a manner to simulate scenarios and work with chances and probabilities that certain events happens inside these plans. Using stochastic methods is possible to consider uncertainty from estimations and even model it. Stochastic methods developed considerably during the last 30 years, but its applications to real-world problems have been limited, and did not turn into routine in hydrology. This paper brings an overview from eminent hydrologists about this subject and discuss the Brazilian and Paulista situation in the scope of groundwater monitoring.

Simulação de Monte Carlo: de modelos de spin à teoria de campos na rede

Pós-graduação em Física - IFT

Modelización y generación de mapas del comportamiento espacial de Sporisorium reilianum ((Kühn) Langdon y Fullerton) en Estado de México, México

El presente estudio se realizó con la finalidad de modelizar la distribución espacial del carbón de la espiga del maíz causada por Sporisorium reilianum durante 2006 en el Estado de México y su visualización a través de la generación mapas de densidad. El muestreo se realizó en 100 parcelas georreferenciadas por cada localidad analizada. La incidencia de la enfermedad (porcentaje de plantas enfermas) se determinó al establecer cinco puntos parcela, en cada punto se contabilizaron 100 plantas. Se realizó el análisis geoestadístico para estimar el semivariograma experimental, una vez obtenido, se ajustó a un modelo teórico (esférico, exponencial o gaussiano) a través de los programas Variowin 2.2., su ajuste se validó a través de la validación cruzada. Posteriormente, se elaboraron mapas de agregación de la enfermedad con el método de interpolación geoestadística o krigeado. Los resultados indicaron que la enfermedad se presentó en 20 localidades de 19 municipios del Estado de México; todas las localidades presentaron un comportamiento espacial agregado de la enfermedad, 16 localidades se ajustaron al modelo esférico, dos al modelo exponencial y dos localidades se ajustaron al modelo gaussiano. En todos los modelos se lograron establecer mapas de agregación que permitirá adecuar las acciones de manejo en términos de puntos o sitios específicos.

Arquitectura cognitiva híbrida para la navegación autónoma de UAVs mediante mapas topológicos visuales

El objetivo fundamental de la presente tesis doctoral es el diseño de una arquitectura cognitiva, que pueda ser empleada para la navegación autónoma de vehículos aéreos no tripulados conocidos como UAV (Unmanned Aerial Vehicle). Dicha arquitectura cognitiva se apoya en la definición de una librería de comportamientos, que aportarán la inteligencia necesaria al UAV para alcanzar los objetivos establecidos, en base a la información sensorial recopilada del entorno de operación. La navegación autónoma del UAV se apoyará en la utilización de un mapa topológico visual, consistente en la definición de un grafo que engloba mediante nodos los diferentes landmarks ubicados en el entorno, y que le servirán al UAV de guía para alcanzar su objetivo. Los arcos establecidos entre los nodos del mapa topológico, le proporcionarán de la información necesaria para establecer el rumbo más adecuado para alcanzar el siguiente landmark a visitar, siguiendo siempre una secuencia lógica de navegación, basada en la distancia entre un determinado landmark con respecto al objetivo final ó landmark destino. La arquitectura define un mecanismo híbrido de control, el cual puede conmutar entre dos diferentes modos de navegación. El primero es el denominado como Search Mode, el cual se activará cuando el UAV se encuentre en un estado desconocido dentro del entorno, para lo cual hará uso de cálculos basado en la entropía para la búsqueda de posibles landmarks. Se empleará como estrategia novedosa la idea de que la entropía de una imagen tiene una correlación directa con respecto a la probabilidad de que dicha imagen contenga uno ó varios landmarks. De esta forma, la estrategia para la búsqueda de nuevos landmarks en el entorno, se basará en un proceso continuo de maximización de la entropía. Si por el contrario el UAV identifica la existencia de un posible landmark entre los definidos en su mapa topológico, se considerará que está sobre un estado conocido, por lo que se conmutará al segundo modo de navegación denominado como Homing Mode, el cual se encargará de calcular señales de control para la aproximación del UAV al landmark localizado. Éste último modo implementa un control dual basado en dos tipos de controladores (FeedForward/FeedBack) que mediante su combinación, aportarán al UAV señales de control cada vez más óptimas, además de llevar a cabo un entrenamiento continuo y en tiempo real. Para cumplir con los requisitos de ejecución y aprendizaje en tiempo real de la arquitectura, se han tomado como principales referencias dos paradigmas empleados en diferentes estudios dentro del área de la robótica, como son el paradigma de robots de desarrollo (developmental robots) basado en un aprendizaje del robot en tiempo real y de forma adaptativa con su entorno, así como del paradigma de modelos internos (internal models) basado en los resultados obtenidos a partir de estudios neurocientíficos del cerebelo humano; dicho modelo interno sirve de base para la construcción del control dual de la arquitectura. Se presentarán los detalles de diseño e implementación de los diferentes módulos que componen la arquitectura cognitiva híbrida, y posteriormente, los diferentes resultados obtenidos a partir de las pruebas experimentales ejecutadas, empleando como UAV la plataforma robótica aérea de AR.Drone. Como resultado final se ha obtenido una validación completa de la arquitectura cognitiva híbrida objetivo de la tesis, cumplimento con la totalidad de requisitos especificados y garantizando su viabilidad como aplicación operativa en el mundo real. Finalmente, se muestran las distintas conclusiones a las cuales se ha llegado a partir de los resultados experimentales, y se presentan las diferentes líneas de investigación futuras que podrán ser ejecutadas.

Transformada Wavelet Compleja de Doble Árbol (DT-CWT) y su aplicación en Teledetección. Nuevos modelos y aplicaciones

La teledetección o percepción remota (remote sensing) es la ciencia que abarca la obtención de información (espectral, espacial, temporal) sobre un objeto, área o fenómeno a través del análisis de datos adquiridos por un dispositivo que no está en contacto con el elemento estudiado. Los datos obtenidos a partir de la teledetección para la observación de la superficie terrestre comúnmente son imágenes, que se caracterizan por contar con un sinnúmero de aplicaciones que están en continua evolución, por lo cual para solventar los constantes requerimientos de nuevas aplicaciones a menudo se proponen nuevos algoritmos que mejoran o facilitan algún proceso en particular. Para el desarrollo de dichos algoritmos, es preciso hacer uso de métodos matemáticos que permitan la manipulación de la información con algún fin específico. Dentro de estos métodos, el análisis multi-resolución se caracteriza por permitir analizar una señal en diferentes escalas, lo que facilita trabajar con datos que puedan tener resoluciones diferentes, tal es el caso de las imágenes obtenidas mediante teledetección. Una de las alternativas para la implementación de análisis multi-resolución es la Transformada Wavelet Compleja de Doble Árbol (DT-CWT). Esta transformada se implementa a partir de dos filtros reales y se caracteriza por presentar invariancia a traslaciones, precio a pagar por su característica de no ser críticamente muestreada. A partir de las características de la DT-CWT se propone su uso en el diseño de algoritmos de procesamiento de imagen, particularmente imágenes de teledetección. Estos nuevos algoritmos de procesamiento digital de imágenes de teledetección corresponden particularmente a fusión y detección de cambios. En este contexto esta tesis presenta tres algoritmos principales aplicados a fusión, evaluación de fusión y detección de cambios en imágenes. Para el caso de fusión de imágenes, se presenta un esquema general que puede ser utilizado con cualquier algoritmo de análisis multi-resolución; este algoritmo parte de la implementación mediante DT-CWT para luego extenderlo a un método alternativo, el filtro bilateral. En cualquiera de los dos casos la metodología implica que la inyección de componentes pueda realizarse mediante diferentes alternativas. En el caso del algoritmo de evaluación de fusión se presenta un nuevo esquema que hace uso de procesos de clasificación, lo que permite evaluar los resultados del proceso de fusión de forma individual para cada tipo de cobertura de uso de suelo que se defina en el proceso de evaluación. Esta metodología permite complementar los procesos de evaluación tradicionales y puede facilitar el análisis del impacto de la fusión sobre determinadas clases de suelo. Finalmente, los algoritmos de detección de cambios propuestos abarcan dos enfoques. El primero está orientado a la obtención de mapas de sequía en datos multi-temporales a partir de índices espectrales. El segundo enfoque propone la utilización de un índice global de calidad espectral como filtro espacial. La utilización de dicho filtro facilita la comparación espectral global entre dos imágenes, esto unido a la utilización de umbrales, conlleva a la obtención de imágenes diferencia que contienen la información de cambio. ABSTRACT Remote sensing is a science relates to information gathering (spectral, spatial, temporal) about an object, area or phenomenon, through the analysis of data acquired by a device that is not in contact with the studied item. In general, data obtained from remote sensing to observe the earth’s surface are images, which are characterized by having a number of applications that are constantly evolving. Therefore, to solve the constant requirements of applications, new algorithms are proposed to improve or facilitate a particular process. With the purpose of developing these algorithms, each application needs mathematical methods, such as the multiresolution analysis which allows to analyze a signal at different scales. One of the options is the Dual Tree Complex Wavelet Transform (DT-CWT) which is implemented from two real filters and is characterized by invariance to translations. Among the advantages of this transform is its successful application in image fusion and change detection areas. In this regard, this thesis presents three algorithms applied to image fusion, assessment for image fusion and change detection in multitemporal images. For image fusion, it is presented a general outline that can be used with any multiresolution analysis technique; this algorithm is proposed at first with DT-CWT and then extends to an alternative method, the bilateral filter. In either case the method involves injection of components by various means. For fusion assessment, the proposal is focused on a scheme that uses classification processes, which allows evaluating merger results individually for each type of land use coverage that is defined in evaluation process. This methodology allows complementing traditional assessment processes and can facilitate impact analysis of the merger on certain kinds of soil. Finally, two approaches of change detection algorithms are included. The first is aimed at obtaining drought maps in multitemporal data from spectral indices. The second one takes a global index of spectral quality as a spatial filter. The use of this filter facilitates global spectral comparison between two images and by means of thresholding, allows imaging containing change information.

Estudos comparativos sobre a elaboração de mapas conceituais durante processo de avaliação da aprendizagem: identificando a importância das demandas e do efeito de preparação

Os mapas conceituais são ferramentas gráficas que possibilitam a representação dos modelos mentais do aluno. Devido a essa capacidade, o mapa conceitual pode ser utilizado como ferramenta avaliativa de conhecimento. O uso dessa ferramenta em sala de aula gera cargas na memória de trabalho que podem ser referentes ao conteúdo (carga intrínseca) ou à forma como esse recurso está sendo trabalhado na sala de aula (carga extrínseca). Este trabalho tem por objetivo investigar como os mapas conceituais auxiliam na avaliação da aprendizagem da disciplina Ciências da Natureza: Ciência, Cultura e Sociedade ofertada na Universidade de São Paulo para alunos ingressantes de diversos cursos de graduação (n = 64) durante o período de 2013.1 sobre o conteúdo de Mudanças Climáticas. Nas turmas avaliadas o mapa conceitual poderia ser utilizado como ferramenta de preparação para prova (MCPREP) como também era utilizado como parte da avaliação formal da disciplina (MC-AVAL). Essa pesquisa se constitui de três Estudos que investigam: 1. As diferenças de perfis de mapas conceituais obtidos na condição de MC-PREP x MCAVAL; 2. Se o grupo de alunos que fizeram MC-PREP tiveram MC-AVAL com perfil diferente daqueles que não fizeram; 3. A existência de uma correlação entre as características do MC-AVAL com o conhecimento declarativo dos estudantes. Os mapas conceituais foram avaliados considerando aspectos estruturais e semânticos. As metodologias das análises realizadas foram retiradas de trabalhos presente na literatura. Entre os aspectos semânticos estavam o uso de materiais instrucionais, a natureza das proposições, a presença de erros e a aderência a pergunta focal. Além dessas análises, foi verificada a presença de agrupamentos naturais que pudessem ser explicados com uso das categorias teóricas. A análise dos resultados indica que os mapas conceituais das condições MC-PREP e MC-AVAL são bastante distintas entre si, pois atendiam a objetivos educacionais diferentes. No Estudo 2 verificou-se que o MC-PREP não influenciou fortemente a elaboração do MC-AVAL, pois a diminuição da carga extrínseca provocada pela elaboração de MC-PREP não foi suficiente para mostrar diferenças entre os grupos, já que ambos estavam altamente treinados na técnica de mapeamento conceitual. Por fim, no Estudo 3, o principal fator correlacionando o conhecimento declarativo com a complexidade dos mapas conceituais foi o percentual de proposições apropriadas. As conclusões do trabalho são que a demanda de elaboração do mapa conceitual é realmente orientadora de produto, a elaboração de um mapa conceitual a mais em um grupo bem treinado na técnica não altera seu desempenho e o principal meio de avaliar os mapas conceituais deve ser a leitura de suas proposições constituintes.

Aplicação de mapas auto-organizáveis na classificação de padrões de escoamento bifásico

O escoamento bifásico de gás-líquido é encontrado em muitos circuitos fechados que utilizam circulação natural para fins de resfriamento. O fenômeno da circulação natural é importante nos recentes projetos de centrais nucleares para a remoção de calor. O circuito de circulação natural (Circuito de Circulação Natural - CCN), instalado no Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares, IPEN / CNEN, é um circuito experimento concebido para fornecer dados termo-hidráulicos relacionados com escoamento monofásico ou bifásico em condições de circulação natural. A estimativa de transferência de calor tem sido melhorada com base em modelos que requerem uma previsão precisa de transições de padrão de escoamento. Este trabalho apresenta testes experimentais desenvolvidos no CCN para a visualização dos fenômenos de instabilidade em ciclos de circulação natural básica e classificar os padrões de escoamento bifásico associados aos transientes e instabilidades estáticas de escoamento. As imagens são comparadas e agrupadas utilizando mapas auto-organizáveis de Kohonen (SOM), aplicados em diferentes características da imagem digital. Coeficientes da Transformada Discreta de Cossenos de Quadro Completo (FFDCT) foram utilizados como entrada para a tarefa de classificação, levando a bons resultados. Os protótipos de FFDCT obtidos podem ser associados a cada padrão de escoamento possibilitando uma melhor compreensão da instabilidade observada. Uma metodologia sistemática foi utilizada para verificar a robustez do método.

Arranjos de sensores orientados à missão para a geração automática de mapas temáticos em VANTs

O uso de veículos aéreos não tripulados (VANTs) tem se tornado cada vez mais comum, principalmente em aplicações de uso civil. No cenário militar, o uso de VANTs tem focado o cumprimento de missões específicas que podem ser divididas em duas grandes categorias: sensoriamento remoto e transporte de material de emprego militar. Este trabalho se concentra na categoria do sensoriamento remoto. O trabalho foca a definição de um modelo e uma arquitetura de referência para o desenvolvimento de sensores inteligentes orientados a missões específicas. O principal objetivo destas missões é a geração de mapas temáticos. Neste trabalho são investigados processos e mecanismos que possibilitem a geração desta categoria de mapas. Neste sentido, o conceito de MOSA (Mission Oriented Sensor Array) é proposto e modelado. Como estudos de caso dos conceitos apresentados são propostos dois sistemas de mapeamento automático de fontes sonoras, um para o caso civil e outro para o caso militar. Essas fontes podem ter origem no ruído gerado por grandes animais (inclusive humanos), por motores de combustão interna de veículos ou por atividade de artilharia (incluindo caçadores). Os MOSAs modelados para esta aplicação são baseados na integração de dados provenientes de um sensor de imageamento termal e uma rede de sensores acústicos em solo. A integração das informações de posicionamento providas pelos sensores utilizados, em uma base cartográfica única, é um dos aspectos importantes tratados neste trabalho. As principais contribuições do trabalho são a proposta de sistemas MOSA, incluindo conceitos, modelos, arquitetura e a implementação de referência representada pelo sistema de mapeamento automático de fontes sonoras.

Mapas de actividades comunitarias y activos para la salud: ¿Cómo trabajar con ellos?

El modelo de activos para la salud tiene relaciones íntimas con el paradigma de la Promoción de la Salud, de modelos de Desarrollo Comunitario o de la Teoría Salutogénica de Antonovsky, siendo su punto de partida la Salud Positiva de una comunidad y de las personas que la integran.