Nesta dissertação está proposta uma metodologia para fins de detecção de mudanças do uso do solo em imagens multitemporais de sensoriamento remoto. Em lugar de classificar os pixels de imagens que cobrem uma cena, em duas classes exaustivas e mutuamente excludentes (mudança, não-mudança), propõe-se adotar uma abordagem do tipo fuzzy, na qual são estimados os graus de pertinência às classes mudança e não-mudança. Com este objetivo adota-se aqui uma abordagem em nível de sub-pixel na estimação dos graus de pertinência para cada pixel. Esta abordagem se mostra mais adequada para fins de modelagem do que ocorre em cenas naturais, onde as alterações que acontecem ao longo de um período de tempo tendem a apresentar uma variação contínua em lugar de discreta. Em uma segunda etapa, os graus de pertinência estimados recebem um ajustamento adicional por meio da introdução de informações de contexto espacial. A metodologia proposta foi testada por meio de três experimentos, um empregando uma imagem sintética e dois utilizando imagens reais. A partir da análise quantitativa dos resultados e comparação com estudos semelhantes, comprova-se a adequação da metodologia proposta. / In this dissertation it is proposed a new methodology to land use change detection in remote sensing multitemporal image data. Rather than applying a rigid labeling of the pixels in the image data into two classes (change, no-change), we propose estimating the degrees of membership to classes change and no-change in a fuzzy-like fashion. To this end, a sub-pixel approach is implemented to detect the degree of change in every pixel. This methodology aims at modeling natural scenes in a more realistic way, since changes in natural scenes tend to occur in a continuum rather than in a sharp distinctive way. In a second step, the estimated values for the degrees of membership are further refined by means of spatial context information. Three experiments were performed to test the proposed methodology, one employing synthetic data and two using real image data. From the quantitative analysis of the results and from similar studies we can prove the adequacy of the proposed methodology.

Nesta dissertação está proposta uma metodologia para fins de detecção de mudanças do uso do solo em imagens multitemporais de sensoriamento remoto. Em lugar de classificar os pixels de imagens que cobrem uma cena, em duas classes exaustivas e mutuamente excludentes (mudança, não-mudança), propõe-se adotar uma abordagem do tipo fuzzy, na qual são estimados os graus de pertinência às classes mudança e não-mudança. Com este objetivo adota-se aqui uma abordagem em nível de sub-pixel na estimação dos graus de pertinência para cada pixel. Esta abordagem se mostra mais adequada para fins de modelagem do que ocorre em cenas naturais, onde as alterações que acontecem ao longo de um período de tempo tendem a apresentar uma variação contínua em lugar de discreta. Em uma segunda etapa, os graus de pertinência estimados recebem um ajustamento adicional por meio da introdução de informações de contexto espacial. A metodologia proposta foi testada por meio de três experimentos, um empregando uma imagem sintética e dois utilizando imagens reais. A partir da análise quantitativa dos resultados e comparação com estudos semelhantes, comprova-se a adequação da metodologia proposta. / In this dissertation it is proposed a new methodology to land use change detection in remote sensing multitemporal image data. Rather than applying a rigid labeling of the pixels in the image data into two classes (change, no-change), we propose estimating the degrees of membership to classes change and no-change in a fuzzy-like fashion. To this end, a sub-pixel approach is implemented to detect the degree of change in every pixel. This methodology aims at modeling natural scenes in a more realistic way, since changes in natural scenes tend to occur in a continuum rather than in a sharp distinctive way. In a second step, the estimated values for the degrees of membership are further refined by means of spatial context information. Three experiments were performed to test the proposed methodology, one employing synthetic data and two using real image data. From the quantitative analysis of the results and from similar studies we can prove the adequacy of the proposed methodology.

Imagens aéreas de campos cultivados tem sido uma importante ferramenta na agricultura de precisão desde o início do século XX. A partir delas, tem sido possível identificar macro padrões de crescimento na lavoura, gerando informações importantes para o gerenciamento da produção. As informações de intensidade em diferentes bandas do espectro eletromagnético podem indicar a presença ou ausência de nutrientes na região de interesse. Diferentes relações entre estas bandas podem gerar informações ainda mais detalhadas. O conhecimento dos indicadores destes nutrientes no solo e na planta durante o crescimento é uma enorme vantagem para o agricultor que pretende otimizar sua cultura. Os desafios na implementação desta tecnologia vão desde a obtenção de tais imagens,a partir de plataformas orbitais até a análise relacionando estas informações aos parâmetros agrícolas de interesse. Este trabalho propõe-se a obter imagens geradas por satélites e,em seguida, estimar parâmetros agrícolas no solo, tais como a concentração de Potássio,Fósforo,Boro,Manganês,entre outros, mapeando as variações destes parâmetros por sobre a área estudada, e compreendendo os impactos da resolução e momento de captação das imagens. Os resultados mostram que uma relação contínua e direta entre os níveis de nutrientes e a refletância e índices de vegetação não alcançariam a confiabilidade desejada. Porém com a aplicação de uma grade de níveis de concentração,o Fertigrama sugerido pelo laboratório responsável pelas análises químicas das amostras de solo, o mapa de variabilidade dos nutrientes se torna uma ferramenta importante para o pequeno produtor, descrevendo quais áreas merecem mais atenção em relação à distribuição por sobre a área de plantio de um determinado nutriente. / Aerial imagery from crop fields have been an important tool inprecision agriculture since the dawn of the 20th century. It has allowed identifying patterns in crop yields, generating usefull information to the production management. Reflectance intensity data in dfferent ranges from the electromagnetic spectrum may indicate the presence or the absence of nutrients in the soil of an area. Different relations between these light bands may generate even more detailed information.The knowledge of these nutrients content in the soil or in the crop during its growth its a valuable asset to the farmer that seeks to optimize its yield. The challenges of implementing this technology ranges from the selection of the imagery,using orbital platforms to the extraction of the reflectance information from it and the analysis of its relationship with the parameters of interest. In this work, satelite imagery, is used to estimate some parameters, namely, the content of Potassium, Phosphorus, Boron, Manganese, among others, inthesoil, creating variability maps over the studied area, and understanding the impacts of the image resolution and sample time frame.The results show that a direct and continuous correlation between the nutrient content levels and the reflectance and vegetation indexes do not reach the desirable levels. However, with the aplication of nutrient content frame, the Fertigram suggested by the very laboratory who analyzed the soil samples, the variability maps become important tools for the small producer who seeks information about deficiency spots up on the crop area.

Nesta dissertação está proposta uma metodologia para fins de detecção de mudanças do uso do solo em imagens multitemporais de sensoriamento remoto. Em lugar de classificar os pixels de imagens que cobrem uma cena, em duas classes exaustivas e mutuamente excludentes (mudança, não-mudança), propõe-se adotar uma abordagem do tipo fuzzy, na qual são estimados os graus de pertinência às classes mudança e não-mudança. Com este objetivo adota-se aqui uma abordagem em nível de sub-pixel na estimação dos graus de pertinência para cada pixel. Esta abordagem se mostra mais adequada para fins de modelagem do que ocorre em cenas naturais, onde as alterações que acontecem ao longo de um período de tempo tendem a apresentar uma variação contínua em lugar de discreta. Em uma segunda etapa, os graus de pertinência estimados recebem um ajustamento adicional por meio da introdução de informações de contexto espacial. A metodologia proposta foi testada por meio de três experimentos, um empregando uma imagem sintética e dois utilizando imagens reais. A partir da análise quantitativa dos resultados e comparação com estudos semelhantes, comprova-se a adequação da metodologia proposta. / In this dissertation it is proposed a new methodology to land use change detection in remote sensing multitemporal image data. Rather than applying a rigid labeling of the pixels in the image data into two classes (change, no-change), we propose estimating the degrees of membership to classes change and no-change in a fuzzy-like fashion. To this end, a sub-pixel approach is implemented to detect the degree of change in every pixel. This methodology aims at modeling natural scenes in a more realistic way, since changes in natural scenes tend to occur in a continuum rather than in a sharp distinctive way. In a second step, the estimated values for the degrees of membership are further refined by means of spatial context information. Three experiments were performed to test the proposed methodology, one employing synthetic data and two using real image data. From the quantitative analysis of the results and from similar studies we can prove the adequacy of the proposed methodology.

Kyoto University (京都大学) / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(工学) / 甲第16380号 / 工博第3461号 / 新制||工||1523(附属図書館) / 29011 / 京都大学大学院工学研究科都市社会工学専攻 / (主査)教授 小林 潔司, 教授 岡田 憲夫, 准教授 松島 格也 / 学位規則第4条第1項該当

[pt] Neste trabalho é desenvolvido um modelo matemático para descrever o comportamento estatístico da interferência produzida por redes VSAT/MFTDMA. O modelo proposto é utilizado para avaliar a interferência produzida pelos lances de subida de enlaces VSAT/MF-TDMA em enlaces de uma outra rede que utiliza um satélite vizinho. No modelo proposto, expressões analíticas foram desenvolvidas para levar em conta os efeitos de variações nas potências transmitidas, nos tamanhos das antenas e nos erros de apontamento das antenas transmissoras. As posições geográficas das estações terrenas são modeladas por processos pontuais de Poisson, bi-dimensionais. O modelo proposto é suficientemente geral para acomodar outros tipos de processos pontuais, além de situações envolvendo áreas de serviço contendo múltiplos tipos de distribuição geográfica das estações terrenas. Resultados numéricos obtidos com o modelo proposto são comparados àqueles baseados em valores reais de parâmetros (e.g. localização das estações terrenas, tamanhos de antenas e potências de transmissão) que foram fornecidos por um operador brasileiro de satélites. / [en] In this work a mathematical model to describe the statistical behavior of the interference produced by VSAT/MF-TDMA networks is developed. The model is used to assess the interference produced by the uplinks of a VSAT/MF-TDMA network into links of a network that uses a neighboring satellite. In the proposed model, analytical expressions were developed to account for the effects of the varying transmitting powers, antenna sizes, and transmitting antenna pointing errors. The earth station locations are modeled by a two dimensional Poisson point process. The model is general enough to accommodate other types of point processes and can be applied to situations involving service areas containing multiple types of earth station geographical distribution. Numerical results obtained with the proposed model are compared to those based on the actual parameters values (e.g. earth station locations, antenna sizes and transmitting powers) which were provided by a Brazilian satellite operator.

This diploma thesis deals with the simulation of the radio communication system for satellite control of unmanned aircraft, namely the command and control communication link – the forward link. The aim of the thesis is to create a simulator in the Matlab environment. The simulator includes a model of the transmitter, radio channel and receiver. Four-state CPM modulation with partial response and filtered symbol shape is used. The radio channel performs noise, frequency Doppler shift and time delay to the received signal. Subsequently, in the Acquisition Unit, the Doppler shift and time delay are detected and compensated. At the end of the thesis, the simulation results of the presented model are presented in the form of graphs đť¸s/đť‘0.

[pt] O compartilhamento de frequências entre sistemas de comunicações por satélite e sistemas terrestres tem sido objeto de estudos desde o aparecimento dos primeiros sistemas comerciais de comunicações por satélite. Esta dissertação analisa a proteção de receptores do Serviço Fixo Terrestre (FS - Fixed Service) contra a interferência agregada produzida pela transmissão de múltiplos satélites geoestacionários do Serviço Fixo por Satélite (FSS - Fixed Satellite Service) na faixa de 7 GHz. Estudos recentes, realizados no âmbito do Setor de Radicomunicações da União Internacional de Telecomunicações (ITU-R), consideraram modelos matemáticos determinísticos conservadores. Este trabalho desenvolve uma análise probabilística dessa interferência agregada, baseada em um modelo matemático no qual as densidades de fluxo de potência produzidas pelos satélites na superfície da Terra e os ganhos nos lóbulos laterais da antena receptora do FS são caracterizados como variáveis aleatórias. O modelo matemático proposto foi aplicado a alguns cenários específicos e os resultados obtidos foram comparados àqueles resultantes do cálculo determinístico. / [en] The sharing of frequencies between satellite communication systems and terrestrial systems have been studied since the appearance of the first commercial satellite comunicacacoes. This dissertation analyzes the protection of Fixed Service (FS) receivers from the aggregate interference produced by the transmissions of multiple Fixed Satellite Service (FSS) geostationary satellites in the 7 GHz band. Recent studies within the Radiocommunication Sector of the International Telecommunication Union (ITU-R) have considered conservative deterministic mathematical models. This work develops a probabilistic analysis of this aggregate interference, based on a mathematical model in which the power flux density produced by the the satellites on the Earth surface and the FS receiving antenna side-lobe gains are characterized as random variables. The proposed mathematical model was applied to some specific scenarios and the obtained results were compared to those resulted from the deterministic calculation.

[pt] Num ambiente onde diversos sistemas de comunicação compartilham uma determinada faixa de frequências, cada um dos sistemas envolvidos opera sujeito às interferências geradas pelos demais sistemas. Neste ambiente, cresce a importância de uma avaliação precisa dos efeitos de interferência. Dada a complexidade do problema, o cálculo de interferências é usualmente feito considerando-se diversas situações de pior caso e hipóteses simplificadoras. Estas situações incluem, por exemplo, a hipótese de que a degradação devida a chuvas está presente apenas no enlace vítima, não afetando os enlaces interferentes, a hipótese de que as estações terrenas envolvidas estão localizadas nos pontos mais desfavoráveis (em termos de interferência) de suas área de serviço e a consideração de um diagrama de referência para os diagramas de radiação das antenas. Estas hipóteses implicam num cálculo de interferências conservador, no qual os níveis de interferência obtidos são maiores do que os níveis reais. No presente trabalho, como alternativa à consideração de que as estações terrenas envolvidas estão localizadas nos pontos mais desfavoráveis das áreas de serviço, as posições geográficas das estações terrenas são modeladas probabilisticamente, sendo caracterizadas por vetores aleatórios. Neste caso, a razão portadora interferência resultante é também uma variável aleatória cujo comportamento estatístico é avaliado no trabalho. Resultados numéricos são obtidos para situações envolvendo sistemas multifeixes de comunicações por satélite operando na Banda Ka. Estes resultados são comparados àqueles obtidos sob a hipótese de que as estações terrenas envolvidas estão localizadas nos pontos mais desfavoráveis das áreas de serviço. Finalmente, o efeito conjunto da modelagem probabilística tanto das posições geográficas das estações terrenas quanto dos ganhos nos lóbulos laterais de suas antenas, foi avaliado. / [en] When multiple communication systems share a particular frequency band, each system operates subject to interference generated by the others. In this environment, an accurate assessment of the effects of interference is very important. Given the complexity of the problem, interference calculations is usually done considering a number of worst case conditions and simplifying assumptions. They include, for example, the hypothesis that the degradation due to rain is only present in the victim link and do not affect any of the interfering links, the hypothesis that earth stations involved are located at the most unfavorable sites (in terms of interference) within their service areas, and the use of a reference diagram for radiation antenna patterns. These hypotheses imply a conservative calculation of interference in which obtained interference levels are higher than their actual levels. In this work, as an alternative to the assumption that the earth stations are located at the most unfavorable sites of their service areas, a probabilistic model is used. In the proposed model the geographic locations of the ground stations are characterized by random vectors. As a consequence, the resulting carrier interference ratio is also a random variable and its statistical behavior is also evaluated in this work. Numerical results are obtained for particular situations involving multiple multi-beam satellite communication networks operating in the Ka band. The results are compared to those obtained under the assumption that the Earth stations are located at the most unfavorable sites of their service areas. Finally, the joint effect of modeling both, the ground station locations and their antena sidelobe gains, as random quantities was evaluated.

As zonas costeiras estão em constante processo de pressão, tanto pela ação humana, que acaba rompendo o equilíbrio dominante, como pela ação da natureza, que está ligada principalmente a fatores geológicos, fatores climáticos e à dinâmica costeira. Neste trabalho buscou-se analisar a evolução do processo de ocupação urbana na faixa oceânica no município de Santa Vitória do Palmar, nos balneários do Hermenegildo e da Barra do Chuí, devido ao fato de esse local apresentar problemas em seu processo de urbanização, que se configuram pela falta de planejamento e de ordenamento territorial. Para essa análise, utilizou-se produtos de sensoriamento remoto em escala multitemporal, com perspectivas temporais em que se pode trabalhar e entender as rupturas de paradigmas em diferentes momentos históricos. Para isso, foram feitas análises em um levantamento aerofotogramétrico, adquirido pelo Exército Brasileiro, na Escala 1:75.000 do ano de 1964, análises em Imagens de Satélite Landsat TM7, do ano de 1996 e Imagens de Satélite QuickBird do ano de 2010. Portanto, esse trabalho propôs uma análise em escala multitemporal no processo de urbanização dos balneários do Hermenegildo e da Barra do Chuí, para um melhor entendimento do porquê dos problemas com as construções residenciais na faixa frontal ao Oceano Atlântico, que tem levando muitos moradores a perda total de suas residências. Verificou-se que a evolução dos percentuais de ocupação urbana nos balneários do Hermenegildo e da Barra do Chuí foi bastante significativa, sendo o que os dois balneários apresentaram crescimento mais elevado nas três primeiras décadas analisadas e ainda concluiu-se que no último intervalo da análise os índices de crescimento urbano foram menores para os dois balneários, recomendando-se maiores estudos e monitoramento dos vetores de crescimento urbano para ambos os balneários, com maior atenção para o balneário do Hermenegildo, devido ao grave problema de erosão costeira. / Coastal zones are constantly affected by the pressure process, caused by the human action, which ends up breaking the dominant balance, as well as by the action of the nature, which is mainly related to geologic and climatic factors and to the coastal dynamic. This study aims to analyze the urban occupation evolution process along Santa Vitória do Palmar coastline, especially Balneário do Hermenegildo and Balneário da Barra do Chuí, considering the fact that this specific territory presents lots of problems concerning its urbanization process. For this analysis, images captured by remote sensing were used in a multitemporal scale, trough time perspectives that enable this study to develop and understand the paradigmatic ruptures in different historical periods. In order to do so, different types of images were analyzed, such as the aerial photogrammetric survey, taken by the Brazilian Army, in the 1:75.000 scale of 1964, TM7 Landsat Satellite Images, taken in 1996, and QuickBird Satellite Images, taken in 2010. Therefore, this study promoted an analysis in a multitemporal scale of the urbanization process regarding the territory already mentioned, in order to discover the causes of the problems involving residential constructions located on the frontal area of the Atlantic Ocean, which might be the reason why the residents are totally losing their residences. It was found that the development of the urban occupation percentage in Balneário do Hermenegildo and Balneário da Barra do Chuí was very significant, based upon the fact that both beaches present a notorious increase on the first three analyzed decades and, beyond that, it was concluded that during the last interval of the analysis, the urban growth indices were lower for both, suggesting that this field demands more studies and monitoring of the urban growth vectors for both beaches, attaching particular attention to Balneário do Hermenegildo because of its severe coastal erosion problem.