As utilizações de dados altimétricos, nesse estudo analisados a partir de modelos digitais de terreno (MDT), são as mais variadas assim como as técnicas de obtenção desse tipo de dado. Pode-se obter MDT por radar de abertura sintética que é utilizado para o levantamento de grandes áreas e de difícil acesso. Também pode-se gerar esse tipo de dado por Fotogrametria, por Topografia utilizando estação total com apoio GNSS (Global Navigation Satellite System). Uma tecnologia mais atual para a obtenção de dados altimétricos é a utilização de tecnologia Lidar (light detection and ranging) que consiste na medição de distância e coordenadas através de um pulso eletromagnético que interage com os alvos. O produto básico dos sistemas que utilizam a tecnologia Lidar, seja em plataformas aéreas ou terrestres, é denominado de nuvem de pontos. Essas nuvens de pontos possuem coordenadas tridimensionais (X, Y e Z) referenciadas ao centro de fase do sensor. Nesse estudo foram realizados experimentos com dois sistemas de varredura a laser terrestre. O primeiro é um sistema de varredura modelo Optech Ilris 3D e outro Faro Focus 3D, nesse estudo denominados de SVLT Optech e SVLT Faro. Assim, o objetivo desse trabalho é estimar a qualidade posicional dos dados altimétricos gerados por dois SVLT. Os estudos foram executados em dois experimentos. No primeiro experimento foram realizados escaneamentos num campo de calibração. Nessa etapa foi gerada uma nuvem de pontos de cada sistema de varredura, e esses dados foram georreferenciados e a partir de pontos de checagem medidos no mesmo e assim foi estimada o controle de qualidade posicional. No segundo experimento, os dois SVLT foram utilizados para efetuar um levantamento topográfico planialtimétrico em um percurso de aproximadamente um quilômetro. Os dados gerados pelos SVLT passaram por um processo de registro, que consiste na junção de pares de nuvens de pontos, e foram georreferenciados a partir de pontos de controle medidos no terreno. Nesse percurso foram realizados circuitos de nivelamento cujos vértices foram utilizados para se estimar o controle de qualidade posicional, planimétrico e altimétrico, das nuvens de pontos oriundas dos dois sistemas de varredura. Assim, após a realização de testes estatísticos, no primeiro experimento, obteve-se valores de acurácia altimétrica de 1,5 cm para o SVLT Faro e de 1,3cm para o SVLT Optech e no segundo experimento acurácia altimétrica de 1,9 cm para o SVLT Faro e de 5,9 cm para o SVLT Optech. / The uses of altimetric data, in this study approached from digital terrain models (TDM) are the most varied as well as the techniques for getting this type of data. It can be get DTM by synthetic aperture radar that is used for surveying wide areas and with difficult access. As well it can be this type of data by Photogrammetry, by conventional Topography using total station with GNSS (Global Navigation Satellite System) support. A more actual technology for obtaining altimetric data is the use of light detection and ranging technology, which consists of measuring distance and coordinates through an electromagnetic pulse that interacts with the targets. The basic product of the systems that use the technology lidar, be it in aerial or terrestrial platforms, is denominated a point cloud. These point clouds have three-dimensional coordinates (X, Y, and Z) referenced to phase center of the sensor. In this study, will be performed experiments with two systems of terrestrial laser scanning (STLS). One STLS of the brand Optech Ilris 3D and another of the brand Faro Focus 3D, in this study called of STLS Faro and STLS Optech. Therefore, the aim of this work is to estimate the positional quality of digital terrain models generated by these two STLS. The studies were executed in two experiments. In the first experiment, scans has been made on a calibration wall. The generated point clouds were georeferenced and from the checkpoints measured in this calibration wall, the positional quality of these data was estimated. In the second experiment, the two STLS were has been made a planialtimetric topographic survey of a course of approximately one kilometer. In this course a leveling network was created and the vertices of this network were used to estimate the positional quality control of the points clouds from the two STLS. Therefore, after realization statistical tests, in the first experiment, it was obtained altimetric accuracy values of 1.5 cm for the STLS Faro and 1.3 cm for the STLS Optech were obtained and in the second experiment, the altimeter accuracy of 1.9 cm for the STLS Faro and 5.9 cm for the Optech STLS.

A utilização do sistema LiDAR na obtenção de dados da superfície da Terra vem se disseminando cada vez mais pelo alto desempenho na aquisição da informação e pela efetiva utilização dos produtos e subprodutos. Diversos segmentos passaram a adotar os produtos LiDAR como insumo básico e fundamental em suas rotinas de trabalho e estudos. O sucesso em um projeto que envolve aquisição e utilização desse tipo de dado está atrelado diretamente à definição e seu planejamento. O usuário deve ser capaz de definir o escopo básico e as diretrizes técnicas fundamentais que irão garantir que a demanda final seja alcançada. Diante disto se faz necessário elaborar um planejamento estabelecendo a melhor configuração para a aquisição dos dados e também os tipos de informações que serão extraídas destes produtos. Referente ao primeiro aspecto pode-se dizer que este é a base para a todo o projeto. Por meio dele é garantido a obtenção de produtos conforme a necessidade do usuário (resoluções espaciais dos produtos, o nível de detalhamento dos objetos, representação da topografia e outros). Muitos dos usuários que contratam serviços de perfilamento LiDAR não possuem embasamento técnico suficiente para definir a melhor especificação a ser adotada. Isto faz com que a maioria deles opte por adquirir uma alta densidade de pontos que, muitas vezes é desnecessária e ainda que atendam à demanda final tornam o projeto financeiramente oneroso. Esta pesquisa mostra que para um ambiente urbano regular, nuvens de pontos com baixas densidades (4 pts/m² e 8 pts/m²) apresentam uma equivalência na qualidade geométrica para produtos e subprodutos obtidos que serão utilizados para determinadas aplicações, não havendo a necessidade de utilizar nuvens com uma alta densidade (16 pts/m²) em projetos que utilizam estes dados em estudos altimétricos: geração do Modelo Digital de Terreno, curvas de nível, pontos cotados e também planimétricos: Modelo Digital de Elevação (Superfície e Normalizada) e seus derivados (altura e contorno de objetos, imagem de intensidade, cobertura vegetal e outros). / The use of the LiDAR system in obtaining data from the Earth\'s surface has been increasingly disseminated by the high performance in the acquisition of information and the effective use of products and by-products. Several segments started to adopt LiDAR products as basic and fundamental input in their works and studies. Success in a project that involves the acquisition and use of this type of data is directly linked to the definition and its planning. The user must be able to define the basic scope and the fundamental technical guidelines that will guarantee that the final demand is reached . In view of this, it is necessary to prepare a planning establishing the best configuration for the data acquisition and also the types of information that will be extracted from these products. Regarding the first aspect can be said that this is the basis for the whole project. Through it is guaranteed to obtain products according to the user is needs (spatial resolutions of the products, the level of detail of the objects, representation of the topography and others). Many of the users who hire LiDAR profiling services do not have sufficient technical background to define the best specification to adopt. This makes the majority of them choose to acquire a high density of points that is often unnecessary and even if they meet the final demand make the project financially costly. This research shows that for a regular urban environment, low point density clouds (4 pts/m² and 8 pts/m²) present an equivalence in the geometric quality for products and by-products obtained that will be used for certain applications. The need to use clouds with a high density (16 pts/m²) in projects that use this data in altimetric studies: generation of Digital Terrain Model, contourlines, quoted points and also planimetric: Digital Elevation Model (Surface and Normalized) and its derivatives (height and contour of objects, intensity image, vegetation cover and others).

Submitted by GILMAR RENAN KISAKI OLIVEIRA null (renan.kisaki@gmail.com) on 2016-12-20T03:09:27Z No. of bitstreams: 1 2016_MSc_Gilmar_Renan_Unesp.pdf: 3787156 bytes, checksum: 03bf116759b5ae85b2e5302f167eb985 (MD5) / Approved for entry into archive by Felipe Augusto Arakaki (arakaki@reitoria.unesp.br) on 2016-12-21T19:54:13Z (GMT) No. of bitstreams: 1 oliveira_grk_me_prud.pdf: 3787156 bytes, checksum: 03bf116759b5ae85b2e5302f167eb985 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-12-21T19:54:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 oliveira_grk_me_prud.pdf: 3787156 bytes, checksum: 03bf116759b5ae85b2e5302f167eb985 (MD5) Previous issue date: 2016-02-29 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Esta dissertação contempla o desenvolvimento de um método que combina os dados LiDAR (Light Detection And Ranging) obtidos por sistema de varredura LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) e imagens aéreas de uma mesma região a fim de extrair os contornos de telhados de edificações, onde os parâmetros de orientação das imagens são conhecidos. O método proposto neste trabalho pode ser dividido nas seguintes etapas: extração das edificações nos dados LiDAR; extração dos contornos das edificações nos dados LiDAR; e refinamento dos contornos das edificações integrando dados LiDAR e imagens. Primeiramente, as edificações são extraídas dos dados LiDAR, seguida da determinação dos seus pontos de contorno, que por sua vez, são projetados em duas imagens que formam um modelo estereoscópico. Às imagens do par é aplicado o algoritmo de detecção de bordas de Canny com o objetivo de identificar as bordas de edificações. Tendo os contornos dos telhados de edificações (provenientes dos dados LiDAR) projetados nas imagens de bordas, é realizado um procedimento de busca dos pontos de bordas de edificações nas imagens. Com base nos pixels identificados como bordas de edificações e com o propósito de obter uma figura geométrica que represente os contornos, é aplicado o ajuste de retas 2D pelo Método dos Mínimos Quadrados (MMQ) integrado à filtragem de pontos espúrios por meio do teste Tau. Para avaliar o método proposto e implementado foram utilizados dados LiDAR com densidade média de 6,7 pontos/m² e imagens aéreas digitais com GSD de 8 cm. Os resultados obtidos na avaliação dos experimentos mostraram que o método proposto conseguiu extrair os contornos dos telhados, com melhores resultados para edificações isoladas que não possuíam projeção de sombras ou objetos sobre elas, atingindo valores da ordem de 0,97 GSD e 1,80 GSD, para o REMQ em planimetria e altimetria, respectivamente. / This dissertation proposes a methodology to extract building boundary through the integration of LiDAR data and aerial imagery where the image orientation parameters are known. The proposed method can be divided into following steps: building extraction from LiDAR data; building boundary extraction from LiDAR data; and refinement of building boundary through the integration of LiDAR data and optical imaging. Building are first extracted from LiDAR data, then building boundaries are determined in LiDAR data and projected onto the stereo pair of aerial images. These aerial images are results from the application of Canny edge detector in order to identify building boundaries from images. Since the 3D building boundaries (determined from LiDAR data) are projected onto the Canny images, a search mechanism is performed to find the building edge points in these images. A 2D line adjustment by Least Squares Method (LSM) is performed, followed by outlier detection based on Tau Statistical Test, for generating a geometric shape to represent the buildings through the building edge pixels identified. In order to evaluate the proposed approach, LiDAR data with approximate density of 6.7 pts/m² and digital aerial images with GSD around 8 cm were used. The results showed that the proposed method enabled to extract building roof boundaries with best results for isolated buildings without objects or shadow’s projection on them with the root mean square error (RMSE) around 0.97 GSD and 1.80 GSD in planimetry and altimetry, respectively. / CNPq: 130473/2013-8

As utilizações de dados altimétricos, nesse estudo analisados a partir de modelos digitais de terreno (MDT), são as mais variadas assim como as técnicas de obtenção desse tipo de dado. Pode-se obter MDT por radar de abertura sintética que é utilizado para o levantamento de grandes áreas e de difícil acesso. Também pode-se gerar esse tipo de dado por Fotogrametria, por Topografia utilizando estação total com apoio GNSS (Global Navigation Satellite System). Uma tecnologia mais atual para a obtenção de dados altimétricos é a utilização de tecnologia Lidar (light detection and ranging) que consiste na medição de distância e coordenadas através de um pulso eletromagnético que interage com os alvos. O produto básico dos sistemas que utilizam a tecnologia Lidar, seja em plataformas aéreas ou terrestres, é denominado de nuvem de pontos. Essas nuvens de pontos possuem coordenadas tridimensionais (X, Y e Z) referenciadas ao centro de fase do sensor. Nesse estudo foram realizados experimentos com dois sistemas de varredura a laser terrestre. O primeiro é um sistema de varredura modelo Optech Ilris 3D e outro Faro Focus 3D, nesse estudo denominados de SVLT Optech e SVLT Faro. Assim, o objetivo desse trabalho é estimar a qualidade posicional dos dados altimétricos gerados por dois SVLT. Os estudos foram executados em dois experimentos. No primeiro experimento foram realizados escaneamentos num campo de calibração. Nessa etapa foi gerada uma nuvem de pontos de cada sistema de varredura, e esses dados foram georreferenciados e a partir de pontos de checagem medidos no mesmo e assim foi estimada o controle de qualidade posicional. No segundo experimento, os dois SVLT foram utilizados para efetuar um levantamento topográfico planialtimétrico em um percurso de aproximadamente um quilômetro. Os dados gerados pelos SVLT passaram por um processo de registro, que consiste na junção de pares de nuvens de pontos, e foram georreferenciados a partir de pontos de controle medidos no terreno. Nesse percurso foram realizados circuitos de nivelamento cujos vértices foram utilizados para se estimar o controle de qualidade posicional, planimétrico e altimétrico, das nuvens de pontos oriundas dos dois sistemas de varredura. Assim, após a realização de testes estatísticos, no primeiro experimento, obteve-se valores de acurácia altimétrica de 1,5 cm para o SVLT Faro e de 1,3cm para o SVLT Optech e no segundo experimento acurácia altimétrica de 1,9 cm para o SVLT Faro e de 5,9 cm para o SVLT Optech. / The uses of altimetric data, in this study approached from digital terrain models (TDM) are the most varied as well as the techniques for getting this type of data. It can be get DTM by synthetic aperture radar that is used for surveying wide areas and with difficult access. As well it can be this type of data by Photogrammetry, by conventional Topography using total station with GNSS (Global Navigation Satellite System) support. A more actual technology for obtaining altimetric data is the use of light detection and ranging technology, which consists of measuring distance and coordinates through an electromagnetic pulse that interacts with the targets. The basic product of the systems that use the technology lidar, be it in aerial or terrestrial platforms, is denominated a point cloud. These point clouds have three-dimensional coordinates (X, Y, and Z) referenced to phase center of the sensor. In this study, will be performed experiments with two systems of terrestrial laser scanning (STLS). One STLS of the brand Optech Ilris 3D and another of the brand Faro Focus 3D, in this study called of STLS Faro and STLS Optech. Therefore, the aim of this work is to estimate the positional quality of digital terrain models generated by these two STLS. The studies were executed in two experiments. In the first experiment, scans has been made on a calibration wall. The generated point clouds were georeferenced and from the checkpoints measured in this calibration wall, the positional quality of these data was estimated. In the second experiment, the two STLS were has been made a planialtimetric topographic survey of a course of approximately one kilometer. In this course a leveling network was created and the vertices of this network were used to estimate the positional quality control of the points clouds from the two STLS. Therefore, after realization statistical tests, in the first experiment, it was obtained altimetric accuracy values of 1.5 cm for the STLS Faro and 1.3 cm for the STLS Optech were obtained and in the second experiment, the altimeter accuracy of 1.9 cm for the STLS Faro and 5.9 cm for the Optech STLS.

abstract: Wind measurements are fundamental inputs for the evaluation of potential energy yield and performance of wind farms. Three-dimensional scanning coherent Doppler lidar (CDL) may provide a new basis for wind farm site selection, design, and control. In this research, CDL measurements obtained from multiple wind energy developments are analyzed and a novel wind farm control approach has been modeled. The possibility of using lidar measurements to more fully characterize the wind field is discussed, specifically, terrain effects, spatial variation of winds, power density, and the effect of shear at different layers within the rotor swept area. Various vector retrieval methods have been applied to the lidar data, and results are presented on an elevated terrain-following surface at hub height. The vector retrieval estimates are compared with tower measurements, after interpolation to the appropriate level. CDL data is used to estimate the spatial power density at hub height. Since CDL can measure winds at different vertical levels, an approach for estimating wind power density over the wind turbine rotor-swept area is explored. Sample optimized layouts of wind farm using lidar data and global optimization algorithms, accounting for wake interaction effects, have been explored. An approach to evaluate spatial wind speed and direction estimates from a standard nested Coupled Ocean and Atmosphere Mesoscale Prediction System (COAMPS) model and CDL is presented. The magnitude of spatial difference between observations and simulation for wind energy assessment is researched. Diurnal effects and ramp events as estimated by CDL and COAMPS were inter-compared. Novel wind farm control based on incoming winds and direction input from CDL's is developed. Both yaw and pitch control using scanning CDL for efficient wind farm control is analyzed. The wind farm control optimizes power production and reduces loads on wind turbines for various lidar wind speed and direction inputs, accounting for wind farm wake losses and wind speed evolution. Several wind farm control configurations were developed, for enhanced integrability into the electrical grid. Finally, the value proposition of CDL for a wind farm development, based on uncertainty reduction and return of investment is analyzed. / Dissertation/Thesis / Ph.D. Mechanical Engineering 2013

Submitted by Romulus Lima (romulus.lima@ufpe.br) on 2015-03-10T13:30:45Z No. of bitstreams: 2 DISSERTAÇÃO Keyla Almeida dos Santos.pdf: 7787930 bytes, checksum: 671857d6e7021d8b13a357f445d816da (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-03-10T13:30:45Z (GMT). No. of bitstreams: 2 DISSERTAÇÃO Keyla Almeida dos Santos.pdf: 7787930 bytes, checksum: 671857d6e7021d8b13a357f445d816da (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Previous issue date: 2013-02-25 / O trabalho em questão trata do estudo da propagação e do controle de cheias em bacias hidrográficas com grande variação de altitude, tendo como estudo de caso a bacia do rio Mundaú, até a fronteira do Estado de Pernambuco. Foram aplicados os modelos integrados HEC-HMS e HEC-RAS com a utilização de ferramentas de geoprocessamento, da nascente do rio Mundaú até a cidade de Santana do Mundaú, em Alagoas. Com base no hidrograma da estação fluviométrica em Santana do Mundaú, foram escolhidos para simular os eventos de 1994, 1997, 2000, 2005 e 2008, todos com vazão acima de 100 m3/s. A altimetria foi obtida através do mapeamento digital a laser ao longo do rio na escala 1:5.000 e na cidade de Correntes na escala 1:2.000, com o uso da tecnologia LiDAR. Através desse Modelo Digital do Terreno (MDT) e das ortoimagens (fotografias georreferenciadas), foram criados os elementos necessários ao processamento da geometria do rio, pré-requisito para a modelagem no HEC-RAS. Como resultados da pesquisa, temos a calibração e validação do modelo e a simulação do evento de 2010 com um possível barramento para controle de enchentes. A característica mais marcante desta bacia e dos seus principais cursos de água em território pernambucano são as grandes declividades observadas, o que traz complicação para a modelagem hidrodinâmica nas abordagens convencionais. Isso requereu a utilização de artifícios para eliminação das instabilidades numéricas. Ao final, foi possível modelar os aspectos hidrológicos e hidrodinâmicos, considerando-se inclusive o controle de cheias com a inclusão de um barramento no sistema físico modelado.

Made available in DSpace on 2014-06-12T18:02:16Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo2515_1.pdf: 9343141 bytes, checksum: 751ad3090ea627feb22c720d591d93dd (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2011 / Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística / As dunas costeiras se destacam por atuar na proteção às transgressões do nível do mar e constituem ecossistemas de grande importância e vulnerabilidade às ações naturais e antrópicas, marcadas pelas interfaces de ambientes marinhos e costeiros, depósitos aquíferos, suporte vegetacional e planos de sustentação de diferentes formas de vida. Constata-se, desse modo, a relevância de preservar os campos de dunas. Em ações lentas e constantes, suas formas vão sendo alteradas necessitando de instrumentos de monitoramento que registrem da forma mais breve e antecipada esses processos. Diversos documentos cartográficos atuais e pretéritos são utilizados para o monitoramento; entre eles, destacam-se fotografias aéreas, imagens de satélites, mosaicos de Radar e cartas topográficas que permitem a visualização em duas dimensões. Nas últimas décadas, houve grande avanço tecnológico, tendo-se desenvolvido o mapeamento a laser aerotransportado Light Detection and Ranging (LIDAR) , sistema que captura dados tridimensionais da superfície da Terra por meio de procedimentos automatizados, que aliam precisão e acurácia com redução no tempo da captura e processamento dos dados. O estudo em desenvolvimento fundamentou-se nas Geociências e em Tecnologias da Geoinformação, visando fornecer subsídios à gestão integrada costeira. O objetivo da pesquisa é estudar a tendência de deslocamento do campo de dunas de Rio do Fogo, empregando a tecnologia LIDAR. Nesse sentido, esta pesquisa parte do pressuposto indissociável entre o conhecimento fornecido pelas Geociências e os meios tecnológicos disponibilizados pela Geoinformação para dar suporte às decisões acerca do diagnóstico, planejamento e gestão desses ecossistemas. Como área de estudo dessa dinâmica eólica, identificou-se e selecionou-se o campo de dunas no município de Rio do Fogo RN, Brasil. A zona costeira do Rio Grande do Norte abrange parte das bacias sedimentares Pernambuco-Paraíba e a Potiguar, que pertencem ao conjunto de bacias mesocenozoicas brasileiras que compõem a Província Costeira e a Margem Continental. Especialmente o campo de dunas, objeto deste estudo, é um espaço submetido a diferentes tipos de pressão desde o turismo predatório e a exploração mineral até a especulação imobiliária, intervenções urbanísticas e as próprias dinâmicas físicas naturais. Para o desenvolvimento da pesquisa, realizaramse dois levantamentos aéreos com a tecnologia LIDAR. O primeiro em dezembro de 2001; o outro voo em novembro de 2004, utilizando-se uma aeronave Cessna C180. Esses voos foram controlados e apoiados, em campo, com Global Position System (GPS) geodésico de dupla frequência. Após o processamento dos dados do GPS e levantamento aéreo LIDAR, geraram-se o Modelo Digital do Terreno e o Modelo Digital de Elevação, resultando na confecção da base de dados espaciais, ou seja, dois mapas de monitoramento do deslocamento do campo de dunas; o primeiro na escala de 1:20.000 e o segundo na escala de 1:10.000 com zoom na escala de 1:2.000. Esses mapas possibilitaram a identificação da morfologia das dunas eólicas e uma avaliação centimétrica da evolução espaçotemporal do campo de dunas empregando técnicas de comparação entre diferentes recobrimentos aerofotogramétricos. Os estudos permitiram também a construção de mapa de uso e ocupação do solo; mapa geomorfológico em que se posicionou e identificou a Planície de Acumulação Eólica Dunar, que possibilitou a identificação das unidades morfológicas dos campos de dunas parabólicas ativas e barcanoides dissipadas, parabólicas inativas e com morfologia dissipada e ainda lençóis de areia e terraços marinhos; também a elaboração de perfis. A análise dos documentos produzidos mostrou que as dunas tiveram uma migração horizontal no período de dois anos e onze meses, de 21,51 até 67,8 metros, e uma taxa de deslocamento anual variando de 7,36m/ ano a 23,22 m/ano, enquanto que a taxa de deslocamento horizontal mensal variou num intervalo de 1,25m/ mês a 1,83 m/mês; tendo o volume de sedimentos deslocados de 2001 a 2004 de 44.661.592,58 m3, no sentido predominante do vento SE-NW, ocorrendo, portanto, uma perfeita correlação entre os dados de deslocamento gerados e a direção dos ventos. A pesquisa discute os resultados alcançados e apresenta uma análise tridimensional e multitemporal da área de estudo. A mensuração de alterações na zona costeira pode ser executada mediante as Tecnologias da Geoinformação. No entanto, só com a integração das Geociências, torna-se possível caracterizar e avaliar as mudanças ambientais direcionadas ao desenvolvimento sustentável

The slope-area method is a commonly used and widely accepted technique for estimating peak flood flows in rivers where direct discharge measurements could not be obtained during the flood. The method makes multiple assumptions to simplify calculations which include assuming uniform flow conditions between surveyed cross sections, and that losses of energy in the reach occur only due to bank friction. Even though flows in nature do not always exhibit these simplified conditions, this method has been proven to provide adequate results when compared to direct measurements and thus, has become the go-to approach. To conduct a slope-area computation, the hydrologist needs to make multiple assumptions in the field based on experience, judgment, and published resources as guides. One of these assumptions is determining where to locate cross sections for the slope-area computation such that they sufficiently represent the cross-sectional area and slope of the channel. Traditional methods suggest to place the cross sections at breaks in the water surface slope. This research focuses on the variability of results of computed discharge values when cross sections are located at many different locations in the reach. What has been found is that many combinations of cross sections in the reach, including sections not located at the breaks in water surface slope, produce similar results when compared to the traditional methods. In fact, 121 of these combinations of cross sections produce peak discharge calculations within plus or minus five percent of the traditional methodology. What also was found was that variability in channel geometry goes unnoticed when using the traditional locating method, and losses due to expansion and contraction of flow area at locations which would not have been traditionally surveyed are occurring at multiple cross sections in the reach. The results suggest that reaches be evaluated for changes in geometry and not overlooked, so that the changes in shape, and subsequent losses in energy, be considered in the computation.

Remotely sensing recent growth, herbivory, or disturbance of herbaceous and woody vegetation in dryland ecosystems requires high spatial resolution and multi-temporal depth. Three dimensional (3D) remote sensing technologies like lidar, and techniques like structure from motion (SfM) photogrammetry, each have strengths and weaknesses at detecting vegetation volume and extent, given the instrument's ground sample distance and ease of acquisition. Yet, a combination of platforms and techniques might provide solutions that overcome the weakness of a single platform. To explore the potential for combining platforms, we compared detection bias amongst two 3D remote sensing techniques (lidar and SfM) using three different platforms [ground-based, small unmanned aerial systems (sUAS), and manned aircraft]. We found aerial lidar to be more accurate for characterizing the bare earth (ground) in dense herbaceous vegetation than either terrestrial lidar or aerial SfM photogrammetry. Conversely, the manned aerial lidar did not detect grass and fine woody vegetation while the terrestrial lidar and high resolution near-distance (ground and sUAS) SfM photogrammetry detected these and were accurate. UAS SfM photogrammetry at lower spatial resolution under-estimated maximum heights in grass and shrubs. UAS and handheld SfM photogrammetry in near-distance high resolution collections had similar accuracy to terrestrial lidar for vegetation, but difficulty at measuring bare earth elevation beneath dense herbaceous cover. Combining point cloud data and derivatives (i.e., meshes and rasters) from two or more platforms allowed for more accurate measurement of herbaceous and woody vegetation (height and canopy cover) than any single technique alone. Availability and costs of manned aircraft lidar collection preclude high frequency repeatability but this is less limiting for terrestrial lidar, sUAS and handheld SfM. The post-processing of SfM photogrammetry data became the limiting factor at larger spatial scale and temporal repetition. Despite the utility of sUAS and handheld SfM for monitoring vegetation phenology and structure, their spatial extents are small relative to manned aircraft.

Biodiversity is a complex concept incorporating genes, species, ecosystems, composition, structure and function. The global scientific and political community has recognized the importance of biodiversity for human well-being, and has set goals and targets for its conservation, sustainable use, and benefit sharing. Monitoring biodiversity will help meet conservation goals and targets, yet observations collected in-situ are limited in space and time, which may bias interpretations and hinder conservation. Remote sensing can provide complementary datasets for monitoring biodiversity that are spatially comprehensive and repeatable. However, further research is needed to demonstrate, for various spatial scales and regions, how remotely sensed datasets represent different aspects of biodiversity. The overall goal of this dissertation is to advance the mapping and monitoring of biodiversity indicators, globally and within Canada, through the use of remote sensing. This research produced maps that were rich with spatially explicit, spatially continuous data, filling gaps in the availability and spatial resolution or scalability of information regarding ecosystem function (primary productivity) at global scales, tree species composition at regional scales (Saskatchewan, Canada), and ecosystem structure at local scales (coastal British Columbia, Canada). Further, the remotely sensed indicator datasets proposed and tested in each of the research chapters are repeatable, ecologically meaningful, translate to specific biodiversity targets globally and within Canada, and are calculable at multiple spatial scales. Challenges and opportunities for fully implementing these or similar remotely sensed biodiversity indicators and indicator datasets at a national level in Canada are discussed, contributing to the advancement of biodiversity monitoring science. / Graduate