Os órgãos de monitoramento ambiental necessitam de indicadores de referência para a avaliação continuada dos impactos ambientais. Indicadores são obtidos por meio da comparação dos teores totais de elementos tóxicos de um solo com valores determinados em condições naturais (não poluídos) ou com valores de referência. No Brasil, com a crescente demanda social pela melhoria e manutenção da qualidade ambiental, alguns estudos foram realizados com o objetivo de estabelecer valores orientadores para metais pesados em solos. Estes são valores préestabelecidos quanto à presença de substâncias químicas que possibilitam a verificação de possível contaminação. A legislação brasileira estabelece três valores orientadores: Valores de Referência de Qualidade (VRQs), de Prevenção (VP) e de Investigação (VI). O VRQ indica o limite de qualidade para um solo considerado limpo a ser utilizado em ações de prevenção da poluição do solo e no controle de áreas contaminadas. Foram coletadas amostras de solo dos estados de Mato Grosso e Rondônia, nas profundidades de 0-5, 5-10, 10-20 e 20-30 cm, em áreas de vegetação nativa (sem ou mínima intervenção antrópica). Objetivou-se com essa dissertação: (i) determinar os valores de referência de metais pesados em solos de Mato Grosso e Rondônia; (ii) avaliar métodos de extração de teores pseudototais de metais pesados (EPA 3051 e Água Régia); (iii) correlacionar estes valores com atributos físicos e químicos dos solos; (iv) correlacionar os resultados desse estudo com valores já estabelecidos para solos de outros estados brasileiros. Partiu-se das hipóteses: i) não ocorrerão diferenças entre os teores naturais de metais pesados nos solos de Mato Grosso e Rondônia pelos dois métodos de extração de teores pseudototais de metais; ii) os VRQ de metais pesados para os solos de Mato Grosso e Rondônia são diferentes dos VRQ obtidos para solos de outros estados brasileiros; e iii) haverá correlação significativa entre os teores naturais de metais pesados e os atributos físicos e químicos dos solos. Houve diferença entre os métodos da água régia e EPA 3051 para recuperação dos metais Co, Ni, Pb e Zn, sendo a água régia o método que mais extraiu esses elementos, enquanto os teores de Cr e de Cu não diferiram entre os métodos. A água régia, em geral, apresentou maiores recuperações dos teores pseudototais de metais pesados nos solos. Os teores dos óxidos de Fe e Mn foram as variáveis que, de forma geral, mais correlacionaram com os metais pesados. O teor de carbono orgânico não contribuiu para avaliação da variação geral dos teores de metais por não correlacionar significativamente com nenhuma variável. As variações encontradas entre os teores de metais pesados dos solos do mundo e de outros estados brasileiros reafirma a necessidade da obtenção de valores de referência para cada estado ou para cada tipo de solo, dependendo da variação das características geomorfológicas, pedológicas e geológicas do estado. / Environmental monitoring institutions need benchmarks for continuous assessment of environmental impacts. Indicators are obtained by comparing the total levels of toxic elements in soils with values determined in natural conditions (unpolluted) or with reference values. Because of the growing social demand for improvement and maintenance of environmental quality in Brazil, some studies have been carried out to establish guideline values for heavy metals in soils. These are pre-set values for the presence of chemicals that enable the verification of possible contamination. The Brazilian National Environmental Agency establishes three guideline values: Reference Value (RV); Prevention Value and Intervention Value. The RV indicates the quality threshold for a considered clean soil to be used in actions to prevent pollution of soil and control of contaminated areas. Soil samples were collected from the states of Mato Grosso and Rondônia, Brazil, at 0-5, 5-10, 10-20 and 20-30 cm layers, in areas of native vegetation (no or minimal human intervention). The objectives of this thesis were: (i) to determine the reference values of heavy metals in soils of Mato Grosso and Rondonia, (ii) to evaluate extraction methods for pseudototais levels of heavy metals (EPA 3051 and aqua regia), (iii) to correlate these values with physical and chemical soils attributes, and (iv) to correlate the results of this study with values established for soils from other Brazilian states. It started from following assumptions: i) no differences will be observed between the natural contents of heavy metals in soils of Mato Grosso and Rondônia by the two extraction methods, ii) the RV of heavy metals for Mato Grosso and Rondônia soils are different from RV obtained for soils from other Brazilian states, and iii) there are significant correlations between natural levels of heavy metals and the physical and chemical attributes of soils. Differences between aqua regia and EPA 3051 were found for Co, Ni, Pb and Zn, the aqua regia method extracting a higher amount of these elements, while the levels of Cr and Cu did not differ between the methods. The aqua regia, in general, had a better recovery of the pseudototal levels of heavy metals in the soils. Contents of Fe and Mn oxides were the variables that, in general, more correlated with the contents of heavy metals in the soils. The organic carbon content did not contribute to assessment of the overall variation of the metal levels because it did not correlate significantly for any variable. Differences between the levels of heavy metals in soils of the world and from other Brazilian states reaffirm the necessity of obtaining reference values for each state or each type of soil, depending on the variation of geomorphological, pedological and geological features of the state.

Plankton microorganisms constitute the base of the marine food web and play a great role in global atmospheric carbon dioxide drawdown. Moreover, being very sensitive to any environmental changes they allow noticing (and potentially counteracting) them faster than with any other means. As such they not only influence the fishery industry but are also frequently used to analyze changes in exploited coastal areas and the influence of these interferences on local environment and climate. As a consequence, there is a strong need for highly efficient systems allowing long time and large volume observation of plankton communities. This would provide us with better understanding of plankton role on global climate as well as help maintain the fragile environmental equilibrium. The adopted sensors typically provide huge amounts of data that must be processed efficiently without the need for intensive manual work of specialists. A new system for general purpose particle analysis in large volumes is presented. It has been designed and optimized for the continuous plankton monitoring problem; however, it can be easily applied as a versatile moving fluids analysis tool or in any other application in which targets to be detected and identified move in a unidirectional flux. The proposed system is composed of three stages: data acquisition, targets detection and their identification. Dedicated optical hardware is used to record images of small particles immersed in the water flux. Targets detection is performed using a Visual Rhythm-based method which greatly accelerates the processing time and allows higher volume throughput. The proposed method detects, counts and measures organisms present in water flux passing in front of the camera. Moreover, the developed software allows saving cropped plankton images which not only greatly reduces required storage space but also constitutes the input for their automatic identification. In order to assure maximal performance (up to 720 MB/s) the algorithm was implemented using CUDA for GPGPU. The method was tested on a large dataset and compared with alternative frame-by-frame approach. The obtained plankton images were used to build a classifier that is applied to automatically identify organisms in plankton analysis experiments. For this purpose a dedicated feature extracting software was developed. Various subsets of the 55 shape characteristics were tested with different off-the-shelf learning models. The best accuracy of approximately 92% was obtained with Support Vector Machines. This result is comparable to the average expert manual identification performance. This work was developed under joint supervision with Professor Rubens Lopes (IO-USP). / Microorganismos planctônicos constituem a base da cadeia alimentar marinha e desempenham um grande papel na redução do dióxido de carbono na atmosfera. Além disso, são muito sensíveis a alterações ambientais e permitem perceber (e potencialmente neutralizar) as mesmas mais rapidamente do que em qualquer outro meio. Como tal, não só influenciam a indústria da pesca, mas também são frequentemente utilizados para analisar as mudanças nas zonas costeiras exploradas e a influência destas interferências no ambiente e clima locais. Como consequência, existe uma forte necessidade de desenvolver sistemas altamente eficientes, que permitam observar comunidades planctônicas em grandes escalas de tempo e volume. Isso nos fornece uma melhor compreensão do papel do plâncton no clima global, bem como ajuda a manter o equilíbrio do frágil meio ambiente. Os sensores utilizados normalmente fornecem grandes quantidades de dados que devem ser processados de forma eficiente sem a necessidade do trabalho manual intensivo de especialistas. Um novo sistema de monitoramento de plâncton em grandes volumes é apresentado. Foi desenvolvido e otimizado para o monitoramento contínuo de plâncton; no entanto, pode ser aplicado como uma ferramenta versátil para a análise de fluídos em movimento ou em qualquer aplicação que visa detectar e identificar movimento em fluxo unidirecional. O sistema proposto é composto de três estágios: aquisição de dados, detecção de alvos e suas identificações. O equipamento óptico é utilizado para gravar imagens de pequenas particulas imersas no fluxo de água. A detecção de alvos é realizada pelo método baseado no Ritmo Visual, que acelera significativamente o tempo de processamento e permite um maior fluxo de volume. O método proposto detecta, conta e mede organismos presentes na passagem do fluxo de água em frente ao sensor da câmera. Além disso, o software desenvolvido permite salvar imagens segmentadas de plâncton, que não só reduz consideravelmente o espaço de armazenamento necessário, mas também constitui a entrada para a sua identificação automática. Para garantir o desempenho máximo de até 720 MB/s, o algoritmo foi implementado utilizando CUDA para GPGPU. O método foi testado em um grande conjunto de dados e comparado com a abordagem alternativa de quadro-a-quadro. As imagens obtidas foram utilizadas para construir um classificador que é aplicado na identificação automática de organismos em experimentos de análise de plâncton. Por este motivo desenvolveu-se um software para extração de características. Diversos subconjuntos das 55 características foram testados através de modelos de aprendizagem disponíveis. A melhor exatidão de aproximadamente 92% foi obtida através da máquina de vetores de suporte. Este resultado é comparável à identificação manual média realizada por especialistas. Este trabalho foi desenvolvido sob a co-orientacao do Professor Rubens Lopes (IO-USP).

This work deals with monitoring of the radiocarbon in the gaseous effluents from the Temelín nuclear power plant and its distribution in the environment. The reader should gain a comprehensive image about level of radiocarbon monitoring in ventilation systems in the Temelín nuclear power plant and in the surrounding environment. The work is divided into several parts. Some basic information of physics, chemistry and radiobiology relating to radiocarbon are given in the first part. The origin of radiocarbon in VVER reactor, its pathway to gaseous releases and then to carbon cycle in the environment are described there too. This introductory part continues with description of monitoring methods used in ventilation systems of the Temelín nuclear power plant and in the surrounding environment. Summary of Czech Republic legislation related to radiation protection is stated. The aim of the work and hypothesis are set in the second part. In the third part there are methods used to fulfil the aim of the work. The results in the form of tables and graphs are in the fourth part. In the following part there is a discussion of summarized data and results. Developed findings are summarized in the last part of this work.

Submitted by Cássia Santos (cassia.bcufg@gmail.com) on 2016-09-05T12:29:29Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Leonardo Bastos Lage - 2016.pdf: 7742384 bytes, checksum: 8880ccdcfd1682cd3aef7d8b7c4458b8 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2016-09-05T12:56:43Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Leonardo Bastos Lage - 2016.pdf: 7742384 bytes, checksum: 8880ccdcfd1682cd3aef7d8b7c4458b8 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-05T12:56:43Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Leonardo Bastos Lage - 2016.pdf: 7742384 bytes, checksum: 8880ccdcfd1682cd3aef7d8b7c4458b8 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2016-08-11 / Ionizing radiation has been cited as one of the risk factors for the increasing incidence of breast cancer, as demonstrated in studies after nuclear explosions. In the end of 1987 the world’s largest radiological accident in urban areas occurred in Goiânia, which brought concern about the possibility of increasing the rates of cancer incidence induced by radiation. This research aims to evaluate whether exposure to ionizing radiation to which women are subjected can be associated with the incidence of breast cancer in Goiânia. The defined study area is the central region of Goiânia, or the Sanitary Districts of Campinas-Centro and Sul, in which are the seven major accident sources of contamination with Cesium 137, and also, as shown by previous study, the majority of new cases of breast cancer (60,43 %). We used the geographical division of the city in census tracts and health districts. The data collection was divided in two stages: the first, for the survey of radiometric measurements, and the second, for identifying the addresses of women diagnosed with breast cancer. The radiometric survey occurred between 2010 and 2014, in which was used an environmental gamma radiation mobile measuring system. This system was composed by a high-sensitivity detector coupled to a Global Positioning System (GPS) and a microcomputer. The assembly was installed on a motor vehicle so that the height of the detector is found at one meter from the ground, and programmed to obtain a measurement of the doses absorbed in the air rate each second. The data collected were: doses absorbed in the air rate, geographical coordinates, altitude, date and time of acquisition. From Mobisys software, files were generated and from ArcGIS 10.0 platform, geospatial assessment survey through the elaboration of thematic maps and geospatial analysis statistics. The annual averages of effective doses and collective effective doses were estimated from the rate of doses absorbed in air collected by the system and the resident population in the census tracts. The second stage begun from the data collection at the Registry of Goiânia’s Population Based Cancer (RCBPGO), in which were identified addresses of women diagnosed with breast cancer between 2001 and 2010. Part of the data was geographically referenced and using census data were estimated and compared the annual averages of crude rates of incidence. The spatial correlation of groups (clusters) of new cases has been verified, through the Moran index, and from geographically referenced radiometric measurements obtained in the previous step, the correlation between the incidence of breast cancer and ionizing radiation levels was assessed by unconditional linear regression. The results were presented in two papers. In the first, radiometric surveys were conducted in 1.405 of the 1.636 (85,9%) census tracts sectors that make up the seven Sanitary Districts in the city of Goiânia. In total 197.811 geographically referenced measures of the absorbed dose rate in the air were made, with a average of 29,85 ± 7,47 and amplitude from 9,17 to 629,88 nGy/h. From these values were estimated the average of annual effective dose and collective effective dose for outdoor environments, with values of 0,036 ± 0,003 mSv/year and 28,51 ± 11,68 man.mSv/year, respectively. The levels of exposure to external gamma radiation, found in the city of Goiânia 28 years after the radiological accident with Cesium- 137, are compatible with the values estimated by UNSCEAR (United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation). And the value of the annual average of effective dose in Goiânia, is lower than in other places in Brazil, which have only "background" of natural radiation outdoors. The results obtained in this study indicate that the dosimetric situation in Goiânia does not present undue risk to people and the environment. In the second article, were identified 4.105 new cases of breast cancer, 2.233 in the study area and 1.286 (57,59%) of these geographically referenced. The annual average values of crude rates of incidence, considering the total numbers of cases and geographically referenced presented in the study area are, respectively, 102,91 and 71,86 new cases per 100.000 women. The crude rate of incidence in Goiânia was 66,59 cases per 100.000, while in the study area was 102,91 cases per 100.000 and, outside the area, 46,86 cases per 100.000. These values are within the range of average values presented by other Brazilian capitals, which is 130,99 cases per 100.000 in Porto Alegre-RS, and 20,04 cases in Macapá-AP, and the national average in the capital of 79,37 cases per 100.000 women. The cluster analysis showed a slight spatial correlation of crude rates of breast cancer incidence in three small sets of census tracts, far from the accident sources of contamination with Cesium-137. The scatter plot points and the R² value didn’t indicate any association between the crude rates of incidence and radiometric measurements. This study supports the hypothesis that ionizing radiation levels to which women living in Goiânia are exposed, are not associated with the emergence of new cases of breast cancer. / A radiação ionizante tem sido citada como um dos fatores de risco para o incremento da incidência de câncer de mama, como demonstrado, em estudos após explosões nucleares. No final de 1987, ocorreu em Goiânia o maior acidente radiológico em área urbana do mundo, que causou preocupação quanto à possibilidade de aumento das taxas de incidência de neoplasias induzidas por radiação. A presente pesquisa tem como objetivo avaliar se a exposição à radiação ionizante gama ambiental externa a qual as mulheres estão submetidas pode ser associada à incidência de câncer de mama em Goiânia. A região central de Goiânia, compreendida pelos Distritos Sanitários Campinas-Centro e Sul, que abriga os sete principais focos de contaminação do acidente com o Césio-137, e também, conforme estudo anterior, a maioria dos casos novos de câncer de mama (60,43%), foi definida como área de estudo. Utilizou-se a divisão geográfica da cidade em setores censitários e Distritos Sanitários. A coleta de dados foi dividida em duas etapas: a primeira, para levantamento das medidas radiométricas e a segunda, para identificação dos endereços das mulheres diagnosticadas com câncer de mama. O levantamento radiométrico ocorreu entre 2010 e 2014, tendo sido utilizado um sistema móvel de medição de radioatividade gama ambiental. Esse sistema era constituído por um detector de alta sensibilidade, acoplado a um Global Positioning System (GPS) e a um microcomputador. O conjunto foi instalado em um veículo automotor de forma que a altura do detector se encontrasse a um metro em relação ao solo e configurado para realizar medidas de taxa de dose absorvida no ar a cada segundo. Os dados coletados foram: taxa de dose absorvida no ar, coordenadas geográficas, altitude, data e hora da aquisição. A partir do software MobiSys, foram gerados arquivos e a partir da plataforma ArcGIS 10.0, foi realizada a avaliação geoespacial do levantamento por meio da elaboração de mapas temáticos e análises estatísticas geoespaciais. As médias anuais da dose efetiva e dose efetiva coletiva foram estimadas a partir da taxa de dose absorvida no ar coletada pelo sistema e a população residente no setor censitário. A segunda etapa se deu a partir do Registro de Câncer de Base Populacional de Goiânia (RCBPGO) através do qual foram identificados endereços de mulheres diagnosticadas com câncer de mama no período entre 2001 e 2010. Parte dos dados foi geograficamente referenciada e utilizando informações censitárias foram estimadas e comparadas médias anuais de taxas brutas de incidência. Foi verificada a correlação espacial de grupamentos (clusters) de casos novos, através do índice de Moran e a partir de medidas radiométricas geograficamente referenciadas, obtidas na etapa anterior, foi avaliada a correlação entre a incidência de câncer de mama e os níveis de radiação ionizante, através de regressão linear incondicional. Os resultados foram apresentados em dois artigos científicos. No primeiro, dos 1.636 setores censitários que compõem os sete Distritos Sanitários do município de Goiânia, foram realizados levantamentos radiométricos em 1.405 destes (85,9%). No total foram 197.811 medidas geograficamente referenciadas da taxa de dose absorvida no ar com média de 29,85 ± 7,47 e amplitude de 9,17 a 629,88 nGy/h. A partir desses valores foram estimadas as médias anuais da dose efetiva e dose efetiva coletiva para ambientes ao ar livre, com valores de 0,036 ± 0,003 mSv/ano e 28,51 ± 11,68 homem.mSv/ano, respectivamente. Os níveis de exposição à radiação gama terrestre externa, encontrados na cidade de Goiânia, 28 anos após o acidente radiológico com o Césio- 137, são compatíveis com os valores estimados pelo UNSCEAR (United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation). E o valor da média anual da dose efetiva em Goiânia, é menor do que em outras localidades no Brasil, que apresentam apenas “background” de radiação natural ao ar livre. Os resultados obtidos, neste estudo, indicam que a situação dosimétrica em Goiânia não apresenta risco indevido para a população e o meio ambiente. No segundo artigo, foram identificados 4.105 casos novos de câncer de mama, sendo 2.233, na área de estudo e destes, 1.286 (57,59%) geograficamente referenciados. Os valores de médias anuais de taxas brutas de incidência considerando os números totais de casos e os geograficamente referenciados, apresentaram na área de estudo, respectivamente 102,91 e 71,86 casos novos por 100 mil mulheres. A taxa bruta de incidência em Goiânia foi de 66,59 casos por 100 mil, enquanto na área de estudo foi de 102,91 casos por 100 mil e fora desta, 46.86 casos por 100 mil. Estes valores se encontram dentro do intervalo dos valores médios apresentados pelas demais capitais brasileiras que é de 130,99 casos por 100 mil em Porto Alegre-RS e 20,04 casos em Macapá-AP e a média brasileira nas capitais de 79,37 casos por 100 mil mulheres. A análise de clusters apresentou discreta correlação espacial de taxas brutas de incidência de câncer de mama, em três pequenos conjuntos de setores censitários, distantes dos focos de contaminação do acidente com o Césio-137. O gráfico de dispersão dos pontos e o valor de R2 não indicou qualquer associação entre as taxas brutas de incidência e medidas radiométricas. Este estudo reforça a hipótese de que os níveis de radiação ionizante aos quais as mulheres residentes em Goiânia estão expostas, não estão associados ao surgimento de casos novos de câncer de mama.

Syftet med uppsatsen är att kunna erbjuda små till medelstora företag förslag på lämpliga modeller och IT-stöd att använda till omvärldsanalys. Genom att föreslå modeller och IT-stöd samt hur de används kan företag upprätta ett omvärldsanalysarbete utan att hyra in extern hjälp. Större företag har ofta en större budget och även resurser som aktivt arbetar med att bevaka omvärlden. Den sortens resurser finns inte i mindre företag eftersom kostnaden att hyra in konsulter för hjälp med omvärldsanalysarbete är för hög. Det i kombination med att kunskap saknas om hur ett omvärldsanalysarbete kan genomföras resulterar i att det ofta inte blir av. Fyra omvärldsanalysmodeller valdes ut och testades vid workshoppar på två olika företag. Vid sidan av det har kompletterande intervjuer genomförts på tre företag samt att en studie av lämpliga IT-stöd för omvärldsbevakning upprättats. Undersökningen visade att en manual är den mest lämpliga presentationsformen för hur små till medelstora företag kan använda sig av utvalda modeller och IT-stöd vilket skulle bidra till att de inte behöver hyra in extern hjälp för att starta ett omvärldsanalysarbete. I manualen framgår också vilka omvärldsanalysmodeller och IT-stöd som funnits mest lämpliga för små till medelstora företag. / The purpose of this thesis is to offer models and IT-supportive tools for external business intelligence for smaller to medium sized businesses. Larger businesses often have more funds and resources that continuously work to monitor the surrounding environment. However, due to the fact that small businesses lack the time and knowledge to investigate external business intelligence sufficiently, and lack appropriate funds to hire a consultant, as they are too expensive, smaller businesses rarely ever have access to these resources. Four models for external business intelligence were chosen and tested in workshops with two different companies, three different companies were approached and participated in interviews, and a study on useful IT-supporting tools for external business intelligence was conducted. The study has shown that the most suitable way to display models and IT-supportive tools is with a manual that would assist smaller to medium sized businesses with external business intelligence without the need to hire external assistance.

Plankton microorganisms constitute the base of the marine food web and play a great role in global atmospheric carbon dioxide drawdown. Moreover, being very sensitive to any environmental changes they allow noticing (and potentially counteracting) them faster than with any other means. As such they not only influence the fishery industry but are also frequently used to analyze changes in exploited coastal areas and the influence of these interferences on local environment and climate. As a consequence, there is a strong need for highly efficient systems allowing long time and large volume observation of plankton communities. This would provide us with better understanding of plankton role on global climate as well as help maintain the fragile environmental equilibrium. The adopted sensors typically provide huge amounts of data that must be processed efficiently without the need for intensive manual work of specialists. A new system for general purpose particle analysis in large volumes is presented. It has been designed and optimized for the continuous plankton monitoring problem; however, it can be easily applied as a versatile moving fluids analysis tool or in any other application in which targets to be detected and identified move in a unidirectional flux. The proposed system is composed of three stages: data acquisition, targets detection and their identification. Dedicated optical hardware is used to record images of small particles immersed in the water flux. Targets detection is performed using a Visual Rhythm-based method which greatly accelerates the processing time and allows higher volume throughput. The proposed method detects, counts and measures organisms present in water flux passing in front of the camera. Moreover, the developed software allows saving cropped plankton images which not only greatly reduces required storage space but also constitutes the input for their automatic identification. In order to assure maximal performance (up to 720 MB/s) the algorithm was implemented using CUDA for GPGPU. The method was tested on a large dataset and compared with alternative frame-by-frame approach. The obtained plankton images were used to build a classifier that is applied to automatically identify organisms in plankton analysis experiments. For this purpose a dedicated feature extracting software was developed. Various subsets of the 55 shape characteristics were tested with different off-the-shelf learning models. The best accuracy of approximately 92% was obtained with Support Vector Machines. This result is comparable to the average expert manual identification performance. This work was developed under joint supervision with Professor Rubens Lopes (IO-USP). / Microorganismos planctônicos constituem a base da cadeia alimentar marinha e desempenham um grande papel na redução do dióxido de carbono na atmosfera. Além disso, são muito sensíveis a alterações ambientais e permitem perceber (e potencialmente neutralizar) as mesmas mais rapidamente do que em qualquer outro meio. Como tal, não só influenciam a indústria da pesca, mas também são frequentemente utilizados para analisar as mudanças nas zonas costeiras exploradas e a influência destas interferências no ambiente e clima locais. Como consequência, existe uma forte necessidade de desenvolver sistemas altamente eficientes, que permitam observar comunidades planctônicas em grandes escalas de tempo e volume. Isso nos fornece uma melhor compreensão do papel do plâncton no clima global, bem como ajuda a manter o equilíbrio do frágil meio ambiente. Os sensores utilizados normalmente fornecem grandes quantidades de dados que devem ser processados de forma eficiente sem a necessidade do trabalho manual intensivo de especialistas. Um novo sistema de monitoramento de plâncton em grandes volumes é apresentado. Foi desenvolvido e otimizado para o monitoramento contínuo de plâncton; no entanto, pode ser aplicado como uma ferramenta versátil para a análise de fluídos em movimento ou em qualquer aplicação que visa detectar e identificar movimento em fluxo unidirecional. O sistema proposto é composto de três estágios: aquisição de dados, detecção de alvos e suas identificações. O equipamento óptico é utilizado para gravar imagens de pequenas particulas imersas no fluxo de água. A detecção de alvos é realizada pelo método baseado no Ritmo Visual, que acelera significativamente o tempo de processamento e permite um maior fluxo de volume. O método proposto detecta, conta e mede organismos presentes na passagem do fluxo de água em frente ao sensor da câmera. Além disso, o software desenvolvido permite salvar imagens segmentadas de plâncton, que não só reduz consideravelmente o espaço de armazenamento necessário, mas também constitui a entrada para a sua identificação automática. Para garantir o desempenho máximo de até 720 MB/s, o algoritmo foi implementado utilizando CUDA para GPGPU. O método foi testado em um grande conjunto de dados e comparado com a abordagem alternativa de quadro-a-quadro. As imagens obtidas foram utilizadas para construir um classificador que é aplicado na identificação automática de organismos em experimentos de análise de plâncton. Por este motivo desenvolveu-se um software para extração de características. Diversos subconjuntos das 55 características foram testados através de modelos de aprendizagem disponíveis. A melhor exatidão de aproximadamente 92% foi obtida através da máquina de vetores de suporte. Este resultado é comparável à identificação manual média realizada por especialistas. Este trabalho foi desenvolvido sob a co-orientacao do Professor Rubens Lopes (IO-USP).

Internet of Things (IoT) and Machine Type Communication (MTC) have got more momentum in the last few years but still, need to be penetrated with their full swing in our daily life. This can be possible with general framework that provides global network coverage. Non-terrestrial networks comprised of satellites and aerial platforms are expected to provide next-generation communication services in underserved and un-served areas by ensuring the quality of service that cannot be covered by existing terrestrial networks owing to economical and geographical limitations. The aim of this thesis is to formulate a set of massive and critical MTC use cases such as global environment monitoring, tracking of shipping containers and smart agriculture, and assess their comprehensive requirements like data size, sensor node density and uplink capacity and discuss possible network architectures and deployments focusing on satellite or aerial networks. A rigorous discussion on different network architectures to address the requirements have been presented, that involve (1) Low Earth Orbit (LEO) satellite based network, (2) High Altitude Platform (HAP) based network, and (3) HAP and UAV based network. The proposed network architectures have been simulated and analyzed using MATLAB tools for respective use cases in terms of required number of satellites or aerial platforms. The criteria for selection of network architectures for the use cases are based on the minimum number of satellites or aerial platforms. The results show that LEO constellation consisting of 260 satellites are feasible concerning deployment and management for global environment monitoring network. Similarly, 1440 LEO satellites provide global coverage for tracking of shipping containers. Smart agriculture use case requires high throughput, and hence HAP and UAV integrated network architecture is more realistic for a fully autonomous system as compared to other network architectures. Cooperative control and management of set of agricultural machines can be performed at the UAV. Simulation results show that single UAV can be capable of commanding and controlling the agricultural smart machines in one square kilometer crop field and can send the summary of events to the central station via a HAP. / Internet of Things (IoT) och maskintypkommunikation (MTC) har fått mer fart under de senaste åren men måste fortfarande penetreras med sin fulla sväng i vårt dagliga liv. Detta kan vara möjligt med allmän ramverk som ger global nätverkstäckning. Icke- markbundna nät bestående av satelliter och flygplattformar förväntas tillhandahålla nästa generations kommunikationstjänster i undervärdiga och obetjänade områden genom att säkerställa kvaliteten påtjänster som inte kan täckas av befintliga marknät pågrund av ekonomiska och geografiska begränsningar. Syftet med den här avhandlingen är att formulera en uppsättning massiva och kritiska MTC-användningsfall som global miljöövervakning, spårning av fraktcontainrar och smart jordbruk, och utvärdera deras omfattande krav som datastorlek, sensornoddensitet och upplänkkapacitet och diskutera möjliga nätverk arkitekturer och distributioner med fokus påsatellit- eller flygnät. En rigorös diskussion om olika nätverksarkitekturer för att möta kraven har presenterats, som involverar (1) Low Earth Orbit (LEO) satellitbaserat nätverk, (2) High Altitude Platform (HAP) baserat nätverk, och (3) HAP och UAV baserat nätverk. De föreslagna nätverksarkitekturerna har simulerats och analyserats med MATLAB-verktyg för respek- tive användningsfall i termer av det nödvändiga antalet satelliter eller flygplattformar. Kriterierna för val av nätverksarkitekturer för användningsfallen är baserade pådet minsta antalet satelliter eller flygplattformar. Resultaten visar att LEO-konstellationen bestående av 260 satelliter är möjlig när det gäller distribution och hantering för globalt miljöövervakningsnätverk. Påliknande sätt ger 1440 LEO-satelliter global täckning för spårning av fraktcontainrar. Småjordbruksanvändningsfall kräver hög kapacitet, och följaktligen är HAP och UAV integrerad nätverksarkitektur mer realistisk för ett helt autonomt system jämfört med andra nätverksarkitekturer. Kooperativ kontroll och hantering av jordbruksmaskiner kan utföras vid UAV. Simuleringsresultat visar att en enda UAV kan vara kapabel att kommandera och kontrollera jordbrukssmarta maskiner i ett kvadratkilometer grödningsfält och kan skicka sammanfattningen av händelser till centralstationen via HAP.