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This paper presents a comparative analysis of Multi-Temporal Interferometric Synthetic Aperture Radar (MT-InSAR) algorithms in a corner reflector located in Lisbon, Portugal. The reflector was monitored using daily observations from the Global Navigation Satellite System (GNSS) technique with submillimeter precision. The study focuses on comparing the performance and accuracy of different MT-InSAR approaches i) the Persistent Scatterer Interferometry (PSI) method using the open-source software StaMPS, ii) the PSI method using the commercial software SARPROZ, iii) the Quasi-PS method implemented with the SARPROZ software, as well as iv) a hybrid method Persistent scatterer

Interferometric Synthetic Aperture Radar (InSAR) has proved its efficiency for displacementmonitoring in urban areas. However, the large volume of data generated by this technology turnsthe retrieval of information useful for structure monitoring into a big data problem. In this study, anew tool (SARClust) to analyze InSAR displacement time series is proposed. The tool performs theclustering of persistent scatterers (PSs) based on dissimilarities between their displacement time seriesevaluated through dynamic time warping. This strategy leads to the formation of clusters containingPSs with similar displacements, which can be analyzed together, reducing data dimensionality, andfacilitating the identification of displacement patterns potentially related to structural damage. Aproof of concept was performed for downtown Lisbon, Portugal, where ten distinct displacementpatterns were identified. A relationship between clusters presenting centimeter-level displacementsand buildings located on steep slopes was observed. The results were validated through visualinspections and comparison with another tool for time series analysis. Agreement was found inboth cases. The innovation in this study is the attention brought to SARClust

Interferometric synthetic aperture radar (InSAR) is a cost-effective method for displacement measurement at dams and reservoir banks, and is especially relevant for structures without embedded equipment or rarely monitored. However, the lack of redundant observations prevents the determination of a posteriori variances for InSAR measurements, which limits the uptake of the InSAR technology for structure monitoring. This paper presents a methodology for the integration of persistent scatterer interferometry (PSI) and Global NavigationSatellite System (GNSS) displacement measurements. Double differences between PSI and GNSS data are used as observations in a redundant network connecting the points of interest, with GNSS data used to constrain PSI measurements. This procedure allows the determination of adjusted displacements and a posteriori variances at all network points. Maximum uncertainty of 3 mm was achieved for displacementsalong the SAR sensor line-of-sight at both the dam and its surrounding slopes. The proposed method is of interest for monitoring purposes, because it allows displacement measurement at both the structure and its surroundings, together with the displacement uncertainty, which aids decision makers in the planning of maintenance operations for the whole area influenced by the dam.

The hydrostatic-season-time (HST) model is a widely used method in the safety assessment of dams and for the estimation of reversible and irreversible deformations due to different load scenarios. After implementing an optimal HST-model to observational data, the residual time series can still expose some underlying periodicities. In our contribution, the underlying periodicities and their contribution to residual minimisation are further analysed by the Lomb

The three authors of this paper work at the Applied Geodetic Division of the National Laboratory for Civil Engineering (LNEC), in Lisbon, Portugal. LNEC is a state owned research and development institution founded in 1946. It works in the various domains of civil engineering (structures, hydraulic, geotechnics, environment, materials, among others), giving it a unique multidisciplinary perspective in this field. The main goals of the LNEC are to carry out innovative research and development and to contribute to the best practices in civil engineering.The Applied Geodetic Division nowadays develops works in two domains: the geodetic surveying of large dams and other engineering structures for monitoring purposes, and the processing of digital images with applications in several domains, which includes the study of the evolution of pathologies in engineering works. Originally the processing of digital images made use mostly of the chromatic information included in the images (from satellite images to close range photographs). But recently it has evolved to extract information of the geometry of the objects by the generation of point clouds. This use of close range photographs (from distances of decimetres to a few meters), which started in the summer of 2014, looks very promising and we, the authors, are identifying possible areas where the use of point clouds and orthomosaics that can be of interest to our colleagues of LNEC, civil engineers mostly. This paper presents the first examples where point clouds and orthomosaics, generated from close range photographs, can help civil engineers on their studies. The photogrammetic products were all generated using the free open-source software Micmac (Multi-Image Correspondances, Méthodes Automatiques de Corrélation) from IGN (Institut National de l

Les ports et autres infrastructures construits sur des côtes exposées à de fortes houles ont besoin d

This work presents several approaches in the validation of the hydrodynamic model Tuflow on the simulation of flood extents and water levels, based on satellite SAR imagery. A methodology that uses a simplified bathymetry in the river main course is employed, which proves to be reliable and accurate for high-flow events. This was made possible as the digital terrain model was acquired in a dry period, accounting for large dry areas in the river bed, avoiding in this way the need of expensive river bathymetry surveys. Also, two methods are applied to the SAR imagery to extract the flood boundaries: visual interpretation followed by manual delimitation and an object-based algorithm approach. The hydraulic model is tested on a reach of the Tagus River, Portugal, where the largest flood inundation areas occur, using a historical flood event to verify its robustness and reliability. The accuracy of model prediction is done through comparisons of water levels at a hydrometric station and the determination of commission and omission errors of flood extent, between the reference SAR image and the predicted inundation. It was concluded that the methodology followed in this work is well suited for the hydraulic model validation.

This article describes the implementation of a monitoring system on the breakwater at the Funchal Port (Madeira Island, Portugal) for the purpose of understanding its dynamic behavior and the temporal evolution of structural health. The monitoring system focuses on the breakwater superstructure and aims to identify the evolution of damage on the breakwater and analyze the impact of cruise ships docking and undocking. The system includes the measurement of displacements through geodetic techniques using global navigation satellite systems and the measurement of vibrations using accelerometers. Ten observation campaigns were performed over almost 3 years. As the measured displacements during this period were less than 7.5 mm it can be concluded that, despite some visible cracks, the breakwater superstructure did not suffer significant structural changes. It was shown from the measured acceleration records that some of the main modal parameters could be identified, namely the main natural frequencies of the superstructure. Through an analysis of the natural frequencies progression over time, it will be possible to identify deterioration effects on the foundation and/or the superstructure. The comparison of natural frequencies identified could be useful to evaluate the impact of these events on structural health.

A fusão de dados provenientes de diferentes tipos de instrumentos pode dar uma informação mais completa para a monitorização do comportamento de estruturas de engenharia civil, em particular nas pontes de grande vão. O objectivo da fusão de deslocamentos medidos com o GNSS e de acelerações, é tirar partido da precisão conseguida com o GNSS, em baixas frequências, e da grande sensibilidade dos acelerómetros, em altas frequências, e obter uma única série temporal de deslocamentos, longa e de grande resolução. Através dum filtro de Kalman será possível integrar deslocamentos medidos, com uma frequência de amostragem de, por exemplo, 1 Hz, e acelerações medidas, com uma frequência de amostragem de, por exemplo, 100 Hz, de modo a obter uma série temporal de deslocamentos de longa duração e com uma resolução de 100 Hz. Nesta comunicação apresentam-se os resultados preliminares dum ensaio realizado num modelo estrutural simples correspondente a um edifício de três pisos, instrumentado com antenas GNSS da Topcon e acelerómetros da Kinemetrics, modelo Episensor ES-U2, e da Nanometrics, modelo Titan SMA, tendo em vista a futura aplicação desta metodologia em pontes de grande vão.

There is an increasing trend to apply GNSS continuous observation of short baselines to the monitoring of engineering works, such as bridges and dams, for their structural analysis and safety control. In the case of large dams, one important application of the GNSS continuous observation is the establishment of early warning systems that demand accurate, frequently updated information and where the analysis of the baseline time series, in order to separate signal from noise is mandatory. The paper presents a study on the performance of linear filters of the asymmetric moving average (AMA) type to smooth baseline time series. The transfer function of the AMA is adopted as a smoothing criterion to define an adequate order for the AMA, in face of the spectral density function of the baseline time series. One series of measurements of a short test baseline (325 m), materialized in the campus of the National Laboratory for Civil Engineering, is used as an example of the proposed strategy.

No final de 2015 foi realizado um levantamento aéreo dos dois quebra mares situados na foz do rio Arade com um pequeno veículo aéreo não tripulado. As fotografias obtidas permitiram gerar uma nuvem de pontos e um ortomosaico de cada uma das estruturas. Utilizando o software QGIS foi possível identificar zonas onde ocorreu remoção do material de proteção das estruturas. Para detetar eventuais deslocamentos de blocos da camada superficial foi realizada uma comparação entre os ortomosaicos gerados em 2015 com ortofotos gerados a partir de um levantamento aéreo fotogramétrico realizado em 2008. Na comunicação será apresentado o resultado das análises efetuadas que serão complementadas com informação sobre a experiência que tem sido obtida no LNEC sobre levantamentos de quebra-mares realizados por pequenos veículos aéreos não tripulados.

A média móvel simples e a média móvel exponencial são dois filtros digitais, do tipo passa-baixo, e são fáceis de implementar em séries temporais GNSS. Tendo em vista a monitorização de deslocamentos em estruturas (como, por exemplo, as barragens de betão), apresentam-se nesta comunicação as definições e as propriedades destes dois filtros e discute-se quais as ordens mais adequadas a aplicar em função da frequência de amostragem e dos deslocamentos.

A produção de ortomosaicos tendo como base ou fotografias aéreas obtidas de câmaras instaladas em veículos aéreos de baixo custo (conhecidos por VANT - Veículo Aéreo Não Tripulado, sigla portuguesa, UAV

Accurate and frequent monitoring of dams and its surroundings is an extremely important task to ensure the safety of settlements located downstream. Time-series InSAR techniques are a cost-effective way for measuring millimeter-level displacements on the Earth surface, at a regional scale, and can be used as an early warning system for the safety of structures and their surroundings. This study presents the application of one of these techniques to the earth dams Álamos I and Álamos II, in Portugal. The results obtained for Álamos I were compared to geodetic measurements and it was verified that the maximum difference of the average displacement rate between the two techniques is 3.2 mm/yr. Preliminary processing was performed for the concrete dam Alqueva.

Os métodos de classificação orientados por objetos apresentam uma eficácia elevada quando aplicados a imagens de satélite. No entanto, os algoritmos desenvolvidos para a classificação de uma determinada imagem apresentam um desempenho mais baixo quando aplicados a uma imagem da mesma área geográfica, adquirida noutra época, ou a uma imagem de outra área geográfica. O principal obstáculo à repetibilidade do algoritmo é a identificação dos valores dos limiares de corte a aplicar às funções de classificação, que é necessário adaptar a cada imagem, o que torna o processo subjetivo e demorado.Foi desenvolvido um método, baseado na análise por componentes principais, que permite o ajuste automático dos limiares adequados para a classificação de imagens da mesma área geográfica adquiridas noutra época. Os dados de entrada do algoritmo são os limiares selecionados visualmente para a classificação de quatro imagens de referência. Através desses limiares e de parâmetros conhecidos que caraterizam as imagens e as condições em que estas foram adquiridas, o algoritmo calcula os limiares adequados para a classificação de um novo conjunto de imagens.O algoritmo foi testado em imagens SAR de amplitude adquiridas pelos satélites Envisat e ERS-2 (aplicado à identificação de áreas inundadas) e em imagens óticas adquiridas pelo sensor do Landsat 8, tendo ficado demonstrada a sua utilidade na automatização do processo de ajustamento dos limiares a novas imagens, de forma objetiva e expedita, promovendo a repetibilidade da metodologia de classificação desenvolvida.

Digital image processing (DIP) is a technique to extract information from images with application on several areas of engineering and architecture, which can be used as a tool to map pathologies on tile panels. This paper presents the processing tasks that must be performed on a tile panel image, to perform corrections on the image, to delineate the pathologies and to classify it´s typology, in order to produce the graphical registration of anomalies or monitor multitemporal changes. Several types of anomalies could be identified like, tile rotation, glaze lack, glaze pores, craquelé, open joints, repaired joints, etc.. The images for these applications are digital photographs and the acquisition must follow some specifications to obtain accurate results. Depending of the characteristics of the tile panels (like repetitive patterned or historical) different strategies must be implemented for automatic pattern delineation and classification. Object oriented image analysis (OBIA) methodologies and a picture element (pixel) based system, named GeMAPA, developed at LNEC

The city of Lisbon is the most important governmental, business and historical place in Portugal. The geological properties of its location turn it into a city prone to ground instability, where serious problems have occurred in the past, namely the destruction of a large part of the city in 1755 after an Mw 8.7 earthquake and the flooding of a tunnel during the expansion of a subway line in 2000. Besides, groundwater extraction has been proved to be a concerning problem, as more than one location in the city presents ground subsidence related to the decrease of the underground water level.This communication will present an analysis of displacements for Lisbon using a combination of SAR interferometry with GNSS data, for the time interval between March 2008 and November 2009. A dataset of Envisat ASAR images is used, together with GNSS data from national networks of permanent stations. Phase delays caused by atmosphere are estimated from Zenith Total Delay measurements, obtained from the GNSS data, for each permanent station. These values are converted to the direction of the ASAR line-of-sight, interpolated for all the study area and used to obtain the radar Atmospheric Phase Screen for the time of each ASAR image acquisition. This information is then utilized in the joint processing of InSAR and GNSS phase data in order to obtain displacement maps.The approach enables the construction of displacement maps with the spatial resolution of ASAR images and the high temporal resolution of GNSS, providing a new insight on the displacements occurred in the city of Lisbon during the study period.

A comunicação apresenta um estudo de aplicação de técnicas de Processamento Digital de Imagens (PDI) à inspeção visual de obras de engenharia, neste caso particular, o paramento da barragem do Covão do Meio na Serra da Estrela.A Inspeção Visual Assistida consiste no levantamento fotográfico e na monitorização da evolução de patologias através da aplicação de algoritmos de Processamento Digital de Imagem. O estudo consistiu no processamento e classificação de várias imagens do paramento da barragem. A identificação e classificação dos diferentes objetos presentes nas imagens permitem uma caracterização mais objetiva das patologias do que a classificação convencional pixel a pixel. Para tal, foi utilizado o software eCognition que realiza uma análise e classificação orientada por objetos de imagens numéricas. Os resultados obtidos provaram que, desta forma, é possível encontrar várias variáveis que permitem identificar e caracterizar as patologias para que posteriormente seja analisada a sua evolução. Os resultados obtidos numa 2ª campanha foram comparados com os de uma campanha de referência, de forma a poder identificar alterações entre as duas épocas.As técnicas de PDI utilizadas para este estudo contribuíram para efetuar uma avaliação da evolução de patologias entre as duas campanhas e desenvolver uma solução automática para a sua deteção, identificação e quantificação, assim como um método para a sua monitorização ao longo do tempo.

The city of Lisbon is the capital of Portugal and has been devastated by catastrophic events in the past, such as earthquakes and tsunamis. This study provides a regional analysis of displacements for the city and its neighbourhoods, between 2008 and 2010, through the application of mutitemporal InSAR techniques on Envisat ASAR images. Smaller areas with identified problems were subjected to a more refined processing. Besides, the behaviour of some key infrastructures, such as important buildings or railways, was carefully analysed in order to evaluate their safety. Subsidence was detected at the regional and small areas, in which the highest subsidence rates were verified on industrial parks or on landfills close to the river. Seasonal trends were found for the small areas, mainly related with structure thermal expansion or variations in underground water.

Estudos levados a cabo numa base de 325 m permitiram caracterizar a incerteza na medição de deslocamentos com o GNSS, em função da duração da sessão de observação. Os resultados obtidos sugerem que sessões de observação GNSS com a duração de 5 minutos, por ponto objecto, permitem medir os deslocamentos em barragens de aterro com uma incerteza de 3 mm e 5 mm nas componentes horizontais e verticais, respectivamente.Nesta comunicação apresentam-se e discutem-se os resultados obtidos.

O calendário Gregoriano não é mais do que uma reforma do calendárioJuliano, devido a Júlio César, que adaptou os formalismos romanos a uma antigaestrutura solar de origem egípcia. Este ensaio descreve a história do calendárioGregoriano e dos calendários da bacia do Mediterrâneo e do Oriente Próximo,com ele mais ou menos aparentados.

Interferometric synthetic aperture RADAR is an applied geodesy technique, which enables displacement measurement through satellite images. A literature review of the technique principles and of previous studies regarding its application to structural health monitoring allowed the identification of a few bottlenecks to the operational usage of this cost-effective technology for monitoring purposes.Three research lines were defined. First, a data mining strategy was developed to extract structural behaviour information from displacement time series from thousands of points on the region of interest, with tens of observation epochs each. Second, displacements from this technique were integrated into a previously existing monitoring system and were used to expand it to a larger number of points on the structure and to its surroundings. Third, an experimental infrastructure was deployed in order to perform several tests for displacement validation and uncertainty assessment. The infrastructure included a new model of artificial reflector to the satellite signals, purposefully developed in the scope of this study.The developed methods enabled the successful monitoring of different types of civil and geotechnical structures. Slope behaviour around water reservoirs was assessed during both the reservoir first impoundment and regular operation. Differential displacements were detected on building-blocks at a cultural heritage urban area and concrete arch dam responses to temperature loads were identified. The experimental work showed the achieved displacements agreed with those of other geodetic techniques and uncertainties around 2 mm were obtained for the measurements.In conclusion, interferometric synthetic aperture RADAR is a promising technique, able to provide useful information for structure monitoring, such as aiding in the planning of in situ monitoring activities and in identifying space-time patterns in structural behaviour. Thanks to its spatial coverage, observation period of a few days and achieved displacement uncertainty, it is advantageous to complement existing monitoring systems with data from this technique.

Neste relatório apresenta-se, de forma sucinta, a atividade de investigação realizada no âmbito do projeto ImEngine no período 2014-2023. Os resultados da atividade são analisados e avaliados, em face dos objetivos inicialmente previstos.

Neste relatório apresenta-se, de forma sucinta, a descrição da atividade de investigação realizada no âmbito do projeto INFRASAR no período 2014-2023. Os resultados da atividade são analisados e avaliados, em face dos objetivos inicialmente previstos.

Neste relatório apresenta-se, de forma sucinta, a descrição da atividade de investigação realizada no âmbito do projeto MEGA no período 2015-2023. Os resultados da atividade são analisados e avaliados, em face dos objetivos inicialmente previstos.

Este relatório apresenta os procedimentos do levantamento fotogramétrico, realizado com um drone, assim como as ações complementares, destinados a obter informação de carácter geométrico da praia da Cova Gala em 2020. Este documento inclui ainda uma análise da qualidade dos produtos gerados e uma comparação com o levantamento realizado em 2019, cerca de um ano antes.

Este relatório apresenta os resultados da campanha de nivelamento geométrico das bocas de furos de captação de água na proximidade da Base das Lajes, realizada pelo Núcleo de Geodesia Aplicada do Departamento de Barragens de Betão do LNEC, em outubro de 2020. Os resultados são as cotas, numreferencial local, das bocas dos furos de captação de água.

Este relatório apresenta os procedimentos dos levantamentos fotogramétricos, realizados com um drone, assim como as ações complementares, efetuadas em 2019, destinados a obter informação de carácter geométrico das praias de Cova - Gala, Vieira e São Pedro de Moel.

Neste relatório apresenta-se, de forma sucinta, a atividade de investigação realizada no âmbito do projeto ImEngine no período 2014-2017. Os resultados da atividade são analisados e avaliados, em face dos objetivos inicialmente previstos, sendo proposta uma extensão do projeto, e respetiva revisão do plano de atividades, para os próximos dois anos.

Neste relatório apresenta-se, de forma sucinta, a descrição da atividade de investigação realizada no âmbito do projeto INFRASAR no período 2014-2017. Os resultados da atividade são analisados e avaliados, em face dos objetivos inicialmente previstos, sendo proposta uma extensão do projeto e revisão do plano de atividades para os próximos dois anos.

Neste relatório apresenta-se, de forma sucinta, a descrição da atividade de investigação realizada no âmbito do projeto MEGA no triénio 2015-2017. Os resultados da atividade são analisados e avaliados, em face dos objetivos inicialmente previstos, sendo proposta uma revisão do plano de atividades para os próximos dois anos.

O relatório apresenta uma proposta de plano de estudos para a tese de doutoramento da bolseira Dora Roque, a realizar no Núcleo de Geodesia Aplicada do Departamento de Barragens de Betão do Laboratório Nacional de Engenharia Civil. O objetivo principal do estudo é contribuir para a operacionalização da geodesia InSAR na determinação de deslocamentos para o controlo de segurança de estruturas.

O trabalho aborda simultaneamente a distribuição do desvio padrão da amostra aleatória normal e a distribuição do desvio padrão do modelo de Gauss-Markov, designados genericamente por desvio padrão empírico. Após mostrar que o desvio padrão empírico é um estimador excêntrico que subestima o desvio padrão da amostra ou do modelo, conforme o caso, são apresentadas correções de excentricidade. É também tratada a estimação do desvio padrão da amostra e do modelo em cenário Bayesiano, com diferentes distribuições anteriores. O trabalho é rematado por casos de estudo baseados na simulação de amostras normais e por um exemplo concreto relacionado com o controlo da precisão de um distanciómetro eletromagnético.

O presente trabalho apresenta uma metodologia genérica para a regularizaçãode problemas inversos lineares mal colocados e a sua aplicação às redes altimétricas eplanimétricas usadas na monitorização de deslocamentos de pontos notáveis de grandesbarragens por métodos da Geodesia Aplicada. A metodologia é ilustrada por intermédiode três casos de estudo.

This paper deals with the beta-binomial model, which is an important stochasticmodel within the scope of the Bayesian statistical inference. After a short review of the binomialand beta distributions, the paper presents the closed formulae for the posterior probabilitydensity function of the binomial trial parameter and for the prior predictive and forthe posterior predictive probabilities of the successes in binomial experiments. A descriptionof the Bayesian methodology to test different hyper-parameters for the conjugate priorprobability density functions of the beta family is also presented. Finally, the beta-binomialmodel is illustrated with a study case related to the quality control of the geodetic observationof large dams.

O presente trabalho, além de uma revisão sintética da abordagem frequencista,trata da abordagem Bayesiana da análise de regressão linear multivariada. É apresentadauma compilação de procedimentos e fórmulas para a estimação dos coeficientes da regressão,sob três cenários de informação anterior. Finalmente, o trabalho ocupa-se dosproblemas da predição de respostas e da comparação de modelos de regressão.

The work presents the theoretical definitions of the gamma, multi-gamma, digammaand trigamma functions as well as operational approximations to compute their values.A more precise alternative, due to Robert Windschitl, to the traditional approximationof the gamma function by the Stirling

O trabalho descreve os princípios da análise Bayesiana, usando como caso deestudo a amostra aleatória normal identicamente distribuída. Após um curto preâmbulohistórico, são resumidos, na Secção 2, os conceitos mais importantes da análise frequencista.Nas secções seguintes, são abordados os temas Bayesianos mais importantes, taiscomo a estimação, pontual e regional (Secção 5), e o teste de hipóteses sobre osparâmetros da distribuição da amostra (Secção 6). As distribuições anteriores de Laplace,Jeffreys e conjugada normal-gama invertida são apresentadas na Secção 4. O problemada eliciação paramétrica das distribuições anteriores conjugadas é tratado na Secção 7.Palavras Chave: distribuições anteriores e posteriores, divergência de Kullback-Leibler,eliciação paramétrica, factor de Bayes, fórmula de Bayes, verosimilhança.

Este trabalho define uma estratégia, apoiada o mais possível nas disponibilidades do LNEC, para a calibragem dos distanciómetros electromagnéticos (DEM) usados pelo Núcleo de Geodesia Aplicada na observação geodésica de barragens.

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