Data mining techniques for identification of sugarcane crop areas in images of Landsat 5

This work investigated the adherence of data mining techniques oriented to data classification problems in the identification of sugarcane crop areas in Landsat 5/TM images. To do so, pixels of images having sugarcane crop areas were studied in three different phenological phases. Such pixels were converted into surface reflectance values in neighborhood of the towns Araras, Araraquara and São Carlos in São Paulo State. It were generated five decision tree models using the algorithm C4.5 and all of them produced accuracy rates above 90%. The introduction of texture attributes brought significant gains in accuracy of the classification model and helped improve the model of distinction of areas cultivated with sugarcane in the midst of various types of land cover, such as bare soil, urban areas, lakes and rivers. The vegetation indices were relevant in distinguishing phenological phases. The results support the potential of decision trees in process of classification and identification of areas cultivated with sugarcane in different cities inside São Paulo state.Neste trabalho, verificou-se a aderência de técnicas de mineração de dados voltadas para problemas de classificação de dados na identificação automatizada de áreas cultivadas com cana-de-açúcar, em imagens do satélite Landsat 5/TM. Para essa verificação, foram estudadas imagens de áreas cultivadas com cana-de-açúcar em três fases fenológicas diferentes. Os pixels foram convertidos em valores de refletância de superfície, nas vizinhanças das cidades de Araras, São Carlos e Araraquara, no Estado de São Paulo. Foram gerados cinco modelos de árvores de decisão binária, induzidos pelo algoritmo C4.5, em que todos produziram taxas de acerto superiores a 90%. A introdução de atributos de textura trouxe ganhos significativos na acurácia do modelo de classificação e contribuiu para melhorar a distinção de áreas cultivadas com cana-de-açúcar em meio a tipos diversos de cobertura do solo, como solo exposto, área urbana, lagos e rios. Os índices de vegetação mostraram-se relevantes na distinção da fase e do estado fenológico das culturas. Os resultados reforçam o potencial forte das árvores de decisão no processo de classificação e identificação de áreas cultivadas com cana-de-açúcar, em diferentes cidades produtoras, no Estado de São Paulo.1268128

Real-time application programming interfaces for depicting aquatic internet of things

Although recent years portray an increase demand for Internet of Things (IoT) applications in aquatic setting, there is a lack of standardization in collecting and displaying these data to a wider set of audiences ranging from marine biologists, whale-watching companies and environmentalists. More flexible APIs and long-range data access are necessary, providing the facilitated remote ac cess to the data, while reducing significantly the cost of fuel and time when obtaining the data from oceanic settings. The main goal of this thesis is to produce the robust back-end and an API for: (i) managing the IoT devices to be applied in aquatic setting; (ii) obtaining the status and the telemetry in real-time; and (iii) visualizing the collected data from IoT devices such as temperature, pressure, humidity, luminosity, GPS position, etc. The final product advances the state of the art in back-end development for collecting, storing and displaying larger datasets (e.g. collected telemetries, radio transmission data) in Single-page applications (SPAs). It will, moreover, use the latest back-end and front-end development tech niques (e.g. React.JS, Laravel) while optimizing database querying, and providing the real-time access to the data on any device, and without the need of refreshing the page.Embora nos últimos anos tenha existido um aumento no desenvolvimento de projetos na área da Internet das coisas (IoT) em ambientes aquáticos, não existe uma padronização na recolha e exibição dos dados obtidos com esses mesmos projetos de modo a possibilitar o seu aproveita mento por um conjunto diverso de utilizadores, que variam desde os biólogos marinhos, passando pelas empresas de observação de baleias até aos ambientalistas. Para que tal seja possível são necessárias APIs mais flexíveis e acesso a dados de longo alcance, fornecendo acesso remoto facil itado aos dados, reduzindo significativamente o custo de combustível e tempo ao obter os dados de configurações oceânicas. O principal objetivo desta tese é desenvolver um back office robusto e uma API para: (i) gerir os dispositivos de IoT a serem utilizados em ambientes aquáticos; (ii) obter o estado e a telemetria em tempo real; e (iii) visualizar os dados recolhidos pelos dispositivos de IoT como por exemplo, temperatura, pressão, humidade, luminosidade, posição do GPS, etc... O produto final contribui para o avanço da tecnologia, pois providencia um back office para recolher, guardar e exibir um grande conjunto de dados (por exemplo, multimédia recolhida, telemetrias, dados de transmissão de rádio) em aplicações de uma única página (SPAs). Além disso, utilizará as mais recentes técnicas de desenvolvimento de back-end e front-end (por exemplo, React.JS, Laravel), otimizando a consulta à base de dados e fornecendo o acesso em tempo real aos dados em qualquer dispositivo, e sem a necessidade de atualizar a página

La spatialisation de la biodiversité : pour la gestion durable des territoires

Depuis le sommet de Rio de Janeiro en 1992, la diversité du vivant n’est plus l’apanage des biologistes : le concept de biodiversité envisage les relations du monde biologique avec les sociétés. La diversité se trouve en effet à présent au cœur des préoccupations de développement durable et de conservation. L’Amazonie, considérée comme une région de très grande diversité, attire depuis longtemps toutes les convoitises mais suscite désormais des inquiétudes : la nature inépuisable nous apparaît dès lors comme une biodiversité en péril. Mais, comment évaluer l’état et les transformations de la biodiversité de cette immense région ? Quels sont les effets des nombreuses politiques publiques de développement et de conservation qui s’y sont multipliées ces dernières décennies ? Cet ouvrage présente d’abord la complexité de quelques situations locales amazoniennes – des systèmes agricoles indigènes aux fronts pionniers associés à l’élevage extensif. L’imagerie satellitale permet ensuite de cartographier les dynamiques de la biodiversité végétale dans l’espace et le temps à partir d’une analyse des paysages et de l’estimation de leur complexité grâce à une démarche pluridisciplinaire (de la botanique à l’anthropologie). Les transformations des paysages et les variations concomitantes de la biodiversité sont par ailleurs mises en relation avec les politiques publiques et les actions privées. L’approche méthodologique, volontairement simple, a été élaborée avec l’ambition d’être applicable à d’autres espaces forestiers tropicaux

Padrões espaço-temporais da distribuição das assembleias de aves aquáticas em um complexo estuarino subtropical

Orientador: Dr. Maikon Di DomenicoCoorientadora: Dra. Camila DomitTese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Campus Pontal do Paraná - Centro de Estudos do Mar, Programa de Pós-Graduação em Sistemas Costeiros e Oceânicos. Defesa : Pontal do Paraná, 01/06/2023Inclui referênciasResumo: O Complexo Estuarino de Paranaguá (CEP), localizado no estado do Paraná, sul do Brasil, é reconhecido internacionalmente por sua relevância ambiental. Designado como patrimônio da humanidade, faz parte das zonas úmidas selecionadas globalmente para proteger e conservar a biodiversidade, especialmente as aves aquáticas. No entanto, o CEP tem sido historicamente pressionado por atividades antrópicas que causam alterações e degradação de seus habitats. Além disso, informações sobre a avifauna estão fragmentadas no espaço e no tempo. Com o objetivo de sistematizar o conhecimento de base dessa biodiversidade, realizamos censos mensais, entre março de 2020 e fevereiro de 2021, os quais cobriram as três principais baías do CEP. Esses levantamentos foram conduzidos tendo por base 36 transecções igualmente distribuídas entre as baías. Os resultados gerados estão integrados ao longo dos três capítulos desta tese. No primeiro, apresentamos um levantamento qualitativo da avifauna aquática do CEP e fornecemos informações sobre aspectos ecológicos das espécies. No segundo, buscamos compreender como as variáveis ambientais e os padrões temporais e espaciais influenciam a ocorrência e distribuição das assembleias de aves aquáticas. Por fim, no terceiro, utilizamos dados de sensoriamento remoto em uma abordagem analítica baseada na composição taxonômica e funcional das espécies para investigar como a estrutura da paisagem e as variáveis ambientais influenciam a composição e diversidade das assembleias das aves aquáticas do CEP. Conjuntamente, os resultados evidenciam que o CEP abriga uma avifauna aquática rica e diversa, com espécies residentes, migratórias e ameaçadas de extinção. Nannopterum brasilianum, o biguá, foi a espécie com maior número de avistamentos, sendo que essa dominância exerce uma influência significativa nos padrões de distribuição das assembleias. Além disso, a turbidez, salinidade e velocidade do vento, bem como a presença de bordas mais extensas na paisagem, influenciaram negativamente as assembleias. No entanto, uma influência positiva foi observada quando há aumento na concentração de oxigênio dissolvido e a presença de paisagens com manchas maiores e mais heterogêneas. Nossos dados fornecem informações bioecológicas relevantes sobre a avifauna aquática do CEP e sua relação com o ambiente. Tais informações contribuem para a estruturação de planos de monitoramento e avaliação de alterações e repostas da avifauna diante da fragmentação de áreas úmidas, auxiliando em iniciativas de manejo e políticas públicas que visem a proteção e conservação da biodiversidade, bem como da integridade ecológica do CEPAbstract: The Paranaguá Estuarine Complex (PEC) is internationally recognized for its environmental relevance. Designated as a World Heritage Site, it is part of the selected wetlands for protecting and conserving biodiversity, especially aquatic birds. However, the PEC has historically faced pressures from human activities and has fragmented information about its avifauna. To systematize the foundational knowledge of this biodiversity, we conducted monthly censuses from March 2020 to February 2021. These surveys were carried out in 36 equally distributed transects across the three central bays of the PEC. Based on this data, we developed the three chapters of this thesis. In the first chapter, we present a qualitative survey of the waterbirds of the PEC and provide information about the ecological aspects of species. In the second chapter, we seek to understand how environmental variables and temporal and spatial patterns influence the occurrence and distribution of assemblages. Finally, in the third chapter, we used remote sensing data in an analytical approach based on the taxonomic and functional composition of the species to investigate how landscape structure and environmental variables influence the composition and diversity of assemblages. Our data showed that the PEC harbors a rich and diverse aquatic avifauna, including resident, migratory, and threatened species. Nannopterum brasilianum, the Neotropic Cormorant, had the highest number of individuals, and this dominance significantly influences the distribution patterns of assemblages. Additionally, turbidity, salinity, wind speed, and more extensive edges in the landscape negatively influenced the assemblages. On the other hand, an increase in dissolved oxygen concentration and the presence of landscapes with larger and more heterogeneous patches positively influenced the assemblages. Our data provide valuable information about the waterbirds of the PEC and its relationship with the environment. Such information can assist in more effective practices to assess changes and responses of avifauna in the face of wetland fragmentation and aid in monitoring and public policies aimed at protecting and conserving biodiversity and the ecological integrity of the PE

Assessing fouling communities in the northern Adriatic through photo-analysis of Autonomous Reef Monitoring Structures (ARMS)

Numa era caracterizada por impactos significativos de pressões antropogénicas nos ecossistemas marinhos costeiros, diversas comunidades de fundo duro estão a sofrer alterações severas sob a influência conjunta das alterações climáticas, degradação do habitat, poluição e introdução de espécies invasoras. Grandes proporções de comunidades de fundo duro estão localizadas em regiões costeiras pouco profundas e são constituídas por organismos predominantemente sésseis, o que as torna particularmente sensíveis, uma vez que não podem facilmente evitar perturbações. A monitorização da biodiversidade marinha dessas comunidades é portanto crucial, uma vez que fornece provas para apoiar a gestão, conservação e investigação marinha, que ajudam a minimizar os nossos impactos, melhorar o seu estado ambiental e manter os seus serviços ecossistémicos essenciais. Apesar da sua importância, os habitats sub-mediterrânicos de fundo duro do Mar Mediterrâneo permaneceram significativamente não comunicados a este respeito, devido à sua difícil acessibilidade e à sua complexa e frágil natureza biogénica. O aspecto mais problemático das práticas de monitorização do fundo duro provém da grande variedade de diferentes métodos utilizados nesta investigação, resultando em comparações e integrações prejudicadas e difíceis dos resultados obtidos. Nos últimos anos, as Estruturas Autónomas de Monitorização de Recifes (ARMS), concebidas para a amostragem da fauna enigmática dos habitats dos recifes de coral, provaram ser um dispositivo de amostragem eficiente e não destrutivo para tais comunidades que oferecem simultaneamente um elevado nível de padronização metodológica. A sua crescente relevância levou à fundação da Rede de Observação da Biodiversidade Marinha (MBON), que visa estabelecer locais de observação globais baseados em ARMS para fins principais de avaliação da biodiversidade da fauna bentónica e detecção de espécies não indígenas (NIS) através de foto-análise e métodos baseados na genómica. Desde 2018, a Estação de Biologia Marinha Piran do Instituto Nacional de Biologia (MBP NIB) está envolvida no MBON. Como os tempos e períodos de implantação do ARMS variam, dependendo dos diferentes padrões de sucessão em áreas distintas, habitats bentónicos e questões científicas a serem abordadas, são necessárias implantações experimentais do ARMS antes de serem estabelecidos locais e protocolos de observação adequados. A este respeito, 11 unidades ARMS foram implantadas ao longo dos anos 2018-2021, servindo como testes em 3 locais distintos no Mar da Eslovénia, cada um representando um habitat bentónico notável naregião. O principal objectivo das unidades ARMS implantadas no local de amostragem de Piran, que representava um habitat bentónico dominado por rochas e o sítio da Bóia Vida, que se assemelhava a um habitat mais rico em sedimentos, era a avaliação da biodiversidade a longo prazo. Pelo contrário, o principal factor de interesse das unidades ARMS implantadas no local de amostragem do Porto de Koper era a detecção de NIS. Com o objectivo de estabelecer uma análise fotográfica das placas ARMS como parte da monitorização da biodiversidade e do método de detecção NIS para o Mar da Eslovénia, a comunidade biofouling que se desenvolveu em 11 unidades ARMS implantadas em diferentes estações do ano dentro de vários períodos que vão de 3 a 13 meses, foi avaliada através da utilização de 3 métodos de foto-análise aprovados. Dois métodos foram baseados na estimativa da cobertura do organismo por uma sobreposição aleatória de pontos (100 & 300 pontos) com a ajuda de um software dedicado à anotação de imagens, sendo o outro um levantamento manual de taxa sob uma sobreposição de grelha 5x5. Foi feita uma comparação lado a lado dos diferentes conjuntos de dados, para determinar o melhor método de foto-análise para os fins desejados. A estrutura e composição da comunidade derivada a partir de estimativas de taxas biofouling adquiridas por foto-análise de placas ARMS revelaram influências significativas do habitat circundante, estação de imersão, período de implantação e orientação da superfície das placas para a comunidade estabelecida. A sobreposição aleatória de 300 pontos foi determinada como o método de foto-análise mais apropriado, uma vez que forneceu a informação mais precisa, precisa e estatisticamente robusta da composição da comunidade num período de tempo razoavelmente curto. A utilização da Contagem de Pontos de Coral com extensões Excel (CPCe), um software especial concebido para fins de anotação de imagens bentónicas, tornou a foto-análise pontual de placas um método muito simples e eficiente em termos de tempo, devido à grande quantidade de automatização que o programa oferece. As faces das placas orientadas para baixo apresentavam uma cobertura colonizada significativamente maior, e comunidades taxonomicamente mais ricas em comparação com as de orientação superior. O principal factor responsável pela menor colonização das placas de orientação superior foi a maior sedimentação que suprimiu o assentamento e crescimento larvar. A influência da época de imersão na composição da comunidade pareceu ser uma consequência de poças larvares distintas, presentes na coluna de água no momento da implantação do ARMS. Os propágulos já disponíveis na coluna de água podem iniciar directamente a colonização de placas ARMS recentemente implantadas, o que lhes confere uma vantagem pelo menos no processo de sucessão precoce de incrustações. Assim, salientamos fortemente a importância da implantação de ARMS para a monitorização repetida na mesma altura do ano, de preferência nos meses de Verão, a fim de minimizar a variabilidade deste factor de influência. O aumento da duração do período de implantação estava ligado a um maior desenvolvimento dos organismos incrustadores e a uma maior complexidade da comunidade, uma vez que havia mais tempo disponível para a fixação adicional de larvas, crescimento do organismo e outros processos sucessórios. Este padrão descrito resultou na validação de ARMS implantados durante cerca de 12 meses mais apropriados para avaliações da biodiversidade através de métodos de análise fotográfica, uma vez que era possível obter mais informação da comunidade analisada. Em cada local de estudo, numerosos taxa biofouling foram exclusivos, com outros organismos presentes nos três locais, mas com quantidades diferentes. Isto ilustrou a presença de conjuntos de incrustação distintos em cada um dos três habitats bentónicos amostrados. Polychaetes, bryozoans e moluscos foram os grupos taxonómicos mais predominantes nos três locais, com contribuições significativas de algas em Piran, Porifera em Buoy Vida e Ascidiacea no local do estudo do Porto de Koper. Observou-se que os NIS se instalavam em placas ARMS independentemente da sua localização, indicando a sua relevância para efeitos de detecção de NIS. Como esperado, a maior quantidade de NIS foi detectada no local de amostragem do Porto de Koper, confirmando a área como um hotspot NIS e um local adequado do observatório ARMS para amostragem e avaliações NIS. Com base nesta investigação, será proposto um melhoramento de um protocolo nacional de avaliação foto-analítica das unidades ARMS, que consideraria a análise exclusivamente de faces de placas orientadas exclusivamente para baixo, utilizando o método de sobreposição de 300 pontos para aumentar a eficiência, mas mantendo ainda a qualidade adequada dos resultados obtidos. A tese contribuiu para os aspectos solicitados no âmbito de estudos semelhantes, relativamente à amostragem ARMS e protocolos de foto-análise associados. Ao mesmo tempo, este trabalho fornece orientações importantes para experiências ARMS semelhantes no futuro, para facilitar e facilitar os estabelecimentos de novos locais de observação MBON na região e em todo o mundo.In an era characterized by significant impacts of anthropogenic pressures on coastal marine ecosystems, diverse hard-bottom communities are undergoing severe changes under the jointly influence of climate change, habitat degradation, pollution and invasive species introduction. Monitoring marine biodiversity of such habitats is therefore crucial, as it provides evidence to support marine conservation policy and research, which can help to minimize our impacts, improve their environmental status and retain their essential ecosystem services. Due to the lack of scientific literature and monitoring procedures of hard-bottom habitats in the northern Adriatic, the Marine Biology Station Piran of the National Institute of Biology (MBP NIB) became involved in the Marine Biodiversity Observation Network (MBON), which focuses on long-term biodiversity assessments and non-indigenous species (NIS) detection by the usage of Autonomous Reef Monitoring Structure (ARMS) sampling devices. Since test trials of ARMS deployments are required before proper MBON observatory sites and protocols are established, 11 units were deployed at 3 locations, each representing a notable benthic habitat in the region, through the years 2018-2021. Aiming to establish photographic-based analysis of ARMS plates as a national monitoring programme for the Slovenian Sea, the biofouling community that developed on ARMS units deployed at different seasons of the year for various periods of 3-13 months was assessed through the use of 3 endorsed photo-analysis methods. The derived community structure from cover estimates of biofouling taxa acquired by photo-analysis of ARMS plate-faces demonstrated significant influences of the surrounding habitat, immersion season, deployment period and plate-face orientation. The 300 random point-overlay was determined as the most appropriate photo-analysis method, as it provided the most accurate, precise and statistically robust information of the community structure in a reasonably short time, supported by the use of a special image annotation software CPCe. Bottom oriented plate-faces displayed significantly greater colonized coverage, and taxonomically richer community compared to those of top-orientation, mainly contributed by higher sedimentation and lesser light availability, which decrease the preference and progress of larvae settlement. The influence of immersion season on the community structure seemed a consequence of distinct larval pools, present in the water column at the time of ARMS deployment. Length of the deployment period was linked to more developed fouling organisms and greater community complexity, validating ARMS deployed for 12 months or so more appropriate for assessments of biodiversity trough photo-analysis methods. At each study site, numerous biofouling taxa were exclusive, with others present in different amounts when compared among units from separate sites. Polychaetes, bryozoans and molluscs were the most prevalent taxonomic groups at all three sites, with significant contributions from Algae at Piran, Porifera at Buoy Vida and Ascidiacea at the Port of Koper study site. NIS were observed to settle on ARMS plates, with highest numbers of such taxa at the Port of Koper site, indicating their relevance for NIS detection purposes, especially at the respected site. Based on this research an improvement of a national protocol for photo-analysis assessments of ARMS units will be proposed, which would consider the analysis of exclusively bottom oriented plate-faces using the 300-point overlay method to increase efficiency but still retaining the adequate quality of the obtained results. The thesis contributed to the requested aspects stressed within similar studies, regarding ARMS sampling and associated photo-analysis protocols. At the same time this work provides important guidelines for similar ARMS experiments in the future, to ease and facilitate the establishments of new MBON observatory sites in the region and around the globe