Route planning in wireless sensor networks for data gathering purposes

Dissertação de Mestrado, Engenharia Informática, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2015

Un servizio di route planning per scenari di mobilità elettrica

Nelle smart cities moderne, la mobilità di veicoli elettrici (EV) è considerata un fattore determinante nella riduzione del consumo di combustibili fossili e conseguenti emissioni inquinanti. Tuttavia, nonostante gli interessi e investimenti a livello globale, l'accettazione da parte degli utenti è ancora bassa, principalmente a causa della mancanza di infrastrutture e servizi a supporto dei guidatori di EV. Queste mancanze sono la causa principale della cosiddetta range anxiety (timore che il veicolo non abbia autonomia sufficiente per raggiungere la destinazione) e hanno portato al preconcetto che gli EV siano adatti alla sola percorrenza di brevi tragitti. Per contrastare questi problemi, in questo documento è proposta un'applicazione di route planning che supporti mobilità di EV anche su percorsi medio-lunghi, mediante utilizzo di un modello di predizione del consumo energetico e considerazione dell'eventuale necessità di ricarica. Saranno descritte tecniche per determinare il tragitto che un EV sia in grado di percorrere per arrivare a destinazione, in considerazione di restrizioni energetiche, fattore altimetrico del percorso ed eventuali operazioni di ricarica necessarie. Il modello di consumo e l'algoritmo che determina il miglior percorso (dal punto di vista energetico) sono implementati da un web service che interagisce con i servizi di Google Maps (per ottenere indicazioni stradali, dati altimetrici e informazioni in tempo reale sul traffico) e con servizi che offrono informazioni sulle stazioni di ricarica e relative posizioni. Dopo aver descritto il modello di consumo e l'algoritmo per la ricerca del percorso, sarà presentata l'architettura del servizio implementato. Sarà quindi fornita una valutazione del servizio, analizzandone performance e scalabilità, nonché l'efficacia nel supporto di percorsi di EV all'interno di scenari su larga scala (nello specifico la regione Emilia Romagna), attraverso tecniche di simulazione.

Progettazione e sviluppo di una applicazione mobile per il route planning con veicoli elettrici

L'indipendenza dai combustibili fossili è uno degli argomenti maggiormente trattati negli ultimi anni e lo sviluppo di tecnologie atte a produrre energia attraverso fonti rinnovabili è uno dei punti cruciali della ricerca moderna. L'utilizzo dei veicoli elettrici nel quotidiano rappresenta una delle vie principali per l'abbandono delle fonti non rinnovabili, tuttavia siamo ancora in presenza di qualche limite. Una delle principali ragioni per cui gli automobilisti sono restii ad utilizzare le auto elettriche è quella che in inglese viene definita Range Anxiety, ossia la preoccupazione di non riuscire a raggiungere la propria meta con l'autonomia residua del veicolo. Altri fattori che contribuiscono a scoraggiare gli automobilisti sono i lunghi tempi di ricarica e dove effettuare queste ultime. Per cercare di ridurre queste problematiche nel seguente elaborato viene descritto lo sviluppo di un applicazione per sistema Android, con lo scopo di simulare dei percorsi inseriti dall'utente come se venissero effettuati utilizzando un veicolo elettrico: l'applicativo, sfruttando un servizio esterno fornirà all'utente tutti i dati del percorso, come ad esempio dove effettuare una ricarica. Di seguito viene illustrato l'utilizzo dell'applicativo, la sua architettura, come è stato sviluppato e le sue future estensioni.

A Dynamic Route Planning Prototype for Cognitive Cities

A software prototype for dynamic route planning in the travel industry for cognitive cities is presented in this paper. In contrast to existing tools, the prototype enhances the travel experience (i.e., sightseeing) by allowing additional flexibility to the user. The theoretical background of the paper strengthens the understanding of the introduced concepts (e.g., cognitive cities, fuzzy logic, graph databases) to comprehend the presented prototype. The prototype applies an instantiation and enhancement of the graph database Neo4j . For didactical reasons and to strengthen the understanding of this prototype a scenario, applied to route planning in the city of Bern (Switzerland) is shown in the paper.

A methodology for evacuation route planning inside buildings using geospatial technology

Evacuation route planning is a fundamental task for building engineering projects. Safety regulations are established so that all occupants are driven on time out of a building to a secure place when faced with an emergency situation. As an example, Spanish building code requires the planning of evacuation routes on large and, usually, public buildings. Engineers often plan these routes on single building projects, repeatedly assigning clusters of rooms to each emergency exit in a trial-and-error process. But problems may arise for a building complex where distribution and use changes make visual analysis cumbersome and sometimes unfeasible. This problem could be solved by using well-known spatial analysis techniques, implemented as a specialized software able to partially emulate engineer reasoning. In this paper we propose and test an easily reproducible methodology that makes use of free and open source software components for solving a case study. We ran a complete test on a building floor at the University of Alicante (Spain). This institution offers a web service (WFS) that allows retrieval of 2D geometries from any building within its campus. We demonstrate how geospatial technologies and computational geometry algorithms can be used for automating the creation and optimization of evacuation routes. In our case study, the engineers’ task is to verify that the load capacity of each emergency exit does not exceed the standards specified by Spain’s current regulations. Using Dijkstra’s algorithm, we obtain the shortest paths from every room to the most appropriate emergency exit. Once these paths are calculated, engineers can run simulations and validate, based on path statistics, different cluster configurations. Techniques and tools applied in this research would be helpful in the design and risk management phases of any complex building project.

A cycle route planner mobile-app for Dublin city

In a road network, cyclists are the group exposed to the maximum amount of risk. Route choice of a cyclist is often based on level of expertise, perceived or actual road risks, personal decisions, weather conditions and a number of other factors. Consequently, cycling tends to be the only significant travel mode where optimised route choice is not based on least-path or least-time. This paper presents an Android platform based mobile-app for personalised route planning of cyclists in Dublin. The mobile-app, apart from its immediate advantage to the cyclists, acts as the departure point for a number of research projects and aids in establishing some critical calibration values for the cycling network in Dublin. 

Genetic algorithm for shipping route estimation with long-range tracking data : automatic reconstruction of shipping routes based on the historical ship positions for maritime safety applications

Ship tracking systems allow Maritime Organizations that are concerned with the Safety at Sea to obtain information on the current location and route of merchant vessels. Thanks to Space technology in recent years the geographical coverage of the ship tracking platforms has increased significantly, from radar based near-shore traffic monitoring towards a worldwide picture of the maritime traffic situation. The long-range tracking systems currently in operations allow the storage of ship position data over many years: a valuable source of knowledge about the shipping routes between different ocean regions. The outcome of this Master project is a software prototype for the estimation of the most operated shipping route between any two geographical locations. The analysis is based on the historical ship positions acquired with long-range tracking systems. The proposed approach makes use of a Genetic Algorithm applied on a training set of relevant ship positions extracted from the long-term storage tracking database of the European Maritime Safety Agency (EMSA). The analysis of some representative shipping routes is presented and the quality of the results and their operational applications are assessed by a Maritime Safety expert.

Les stratégies visant à améliorer l’acceptabilité des voies de contournement dans les petites municipalités du Québec : le cas de quatre municipalités le long de la route 117 dans la région des Laurentides

Cette recherche explore les différentes stratégies mises en place afin de minimiser les impacts négatifs encourus à la suite de la mise en service d'une voie de contournement pour les petites municipalités du Québec. Les stratégies identifiées ont été relevées dans la littérature, dans la documentation municipale ainsi que dans des études de cas, soit par des relevés terrains et des entretiens sur le territoire de quatre (4) municipalités. Les stratégies de planification mises sur pied visent essentiellement la configuration des entrées de villes, la signalisation ainsi que les programmes de revitalisation des noyaux urbains. Il ressort de l'analyse que la bonne acceptation sociale des voies de contournement est liée à la présence de concertation entre les différentes parties prenantes d'un projet tout au long de celui-ci. De plus, le temps écoulé entre les premiers balbutiements du projet et la mise en service d'une voie de contournement doit être d'une durée acceptable afin que des stratégies planifiées concordent avec le contexte économique et culturel dans lequel s'insèrera le projet. La recherche dresse ainsi le portrait des stratégies planifiées pour les municipalités situées le long de la route nationale 117 et ayant des voies de contournement. Plus spécifiquement, l'étude de cas porte sur les municipalités de Mont-Tremblant (secteur de Saint-Jovite), La Conception, Labelle et Rivière-Rouge dans la région des Laurentides.

Using GIS to visualise and evaluate student travel behaviour

Using GIS to evaluate travel behaviour is an important technique to increase our understanding of the relationship between accessibility and transport demand. In this paper, the activity space concept was used to identify the nature of participation in activities (or lack of it) amongst a group of students using a 2 day travel-activity diary. Three different indicators such as the number of unique locations visited, average daily distance travelled, and average daily activity duration were used to measure the size of activity spaces. These indicators reflect levels of accessibility, personal mobility, and the extent of participation respectively. Multiple regression analyses were used to assess the impacts of students socio-economic status and the spatial characteristics of home location. Although no differences were found in the levels of accessibility and the extent of participation measures, home location with respect to a demand responsive transport (DRT) service was found to be the most important determinant of their mobility patterns. Despite being able to travel longer distances, students who live outside of the DRT service area were found to be temporally excluded from some opportunities. Student activity spaces were also visualised within a GIS environment and a spatial analysis was conducted to underpin the evaluation of the performance of the DRT. This approach was also used to identify the activity spaces of individuals that are geographically excluded from the service. Evaluation of these results indicated that although the service currently covers areas of high demand, 90% of the activity spaces remained un-served by the DRT service. Using this data six new routes were designed to meet the coverage goal of public transport based on a measure of network impedance based on inverse activity density. Following assessment of public transport service coverage, the study was extended using a Spatial Multi Criteria Evaluation (SMCE) technique to assess the effect of service provision on patronage.

Two-agent cooperative search using game models with endurance-time constraints

In this article, the problem of two Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) cooperatively searching an unknown region is addressed. The search region is discretized into hexagonal cells and each cell is assumed to possess an uncertainty value. The UAVs have to cooperatively search these cells taking limited endurance, sensor and communication range constraints into account. Due to limited endurance, the UAVs need to return to the base station for refuelling and also need to select a base station when multiple base stations are present. This article proposes a route planning algorithm that takes endurance time constraints into account and uses game theoretical strategies to reduce the uncertainty. The route planning algorithm selects only those cells that ensure the agent will return to any one of the available bases. A set of paths are formed using these cells which the game theoretical strategies use to select a path that yields maximum uncertainty reduction. We explore non-cooperative Nash, cooperative and security strategies from game theory to enhance the search effectiveness. Monte-Carlo simulations are carried out which show the superiority of the game theoretical strategies over greedy strategy for different look ahead step length paths. Within the game theoretical strategies, non-cooperative Nash and cooperative strategy perform similarly in an ideal case, but Nash strategy performs better than the cooperative strategy when the perceived information is different. We also propose a heuristic based on partitioning of the search space into sectors to reduce computational overhead without performance degradation.

Coletivo de trabalho e atividade dos motoboys: gênero profissional, saberes operatórios e riscos da atividade de trabalho

Há cerca de 20 anos, inicia-se no Brasil uma atividade de trabalho nas áreas urbanas: o serviço de motoboys, que vem se tornando comum na distribuição de produtos aos clientes. Em paralelo ao crescimento dessa atividade ocupacional, a quantidade de motociclistas que se acidentam grave ou fatalmente nas vias brasileiras está em pleno crescimento, razão pela qual os motoboys vêm chamando atenção das autoridades de Saúde Pública. Tentando compreender as questões que estão na base e em torno desse fenômeno, inicia-se no país um pequeno, mas consistente, conjunto de produções acadêmicas sobre a profissão. Porém, ainda são poucos os estudos que procuram compreender a atividade de trabalho dos motoboys. Menos ainda, são os que investigam dimensões do coletivo produzidas pelos profissionais (tais como o coletivo de trabalho ou o gênero profissional), bem como seus efeitos na constituição de saberes, discursos, valores e estratégias de enfrentamentos aos diversos contraintes da atividade, em particular as dimensões do risco de acidentes de trabalho. Visando responder especificamente a essa questão, é que se propõe esse trabalho. Para tanto, desenvolveu-se uma pesquisa exploratória em duas perspectivas metodológicas: por um lado um levantamento quantitativo sobre diversos aspectos do trabalho dos motoboys, tais como o perfil do trabalhador, a organização do trabalho e alguns efeitos no trabalhador; essa etapa se deu por meio da aplicação de 189 questionários aplicados em uma amostra proporcional à população identificada de trabalhadores nos principais corredores viários do município de Vitória. Por outro lado, se empreendeu um estudo, baseado nos princípios da Ergologia e em diferentes abordagens clínicas do trabalho, especialmente a Clínica da Atividade e a Psicodinâmica do Trabalho, por meio do qual se pretendeu realizar uma análise da atividade de trabalho em parceria com os trabalhadores, procurando identificar as dimensões do coletivo que são produzidas por meio do trabalho, bem como os saberes e estratégias individuais e coletivas para lidar com as exigências, as pressões, as contradições e as eventualidades do cotidiano. Destaca-se, nessa etapa qualitativa, a realização de uma aproximação etnográfica dos trabalhadores e a utilização das técnicas da autoconfrontação e das instruções ao sósia, essas duas obtidas via Clínica da Atividade. Como resultado, observou-se a existência de inúmeros saberes produzidos e/ou partilhados pelo coletivo, tais como a avaliação dos serviços, a gestão do tempo, o planejamento da rota, a mobilização da rede solidária, a gestão das transgressões, os modos de conduzir, bem como as estratégias coletivas para lidar com o risco, dentre os quais se destacam a exploração positiva do risco e as estratégias baseadas na potência da virilidade, a capacidade de antecipação, ou o cuidado na proteção de si por meio da sinalização da presença do trabalhador em trânsito nas vias. Conclui-se, dessa análise, a existência de um coletivo de trabalho e, mais particularmente, de um gênero profissional em franca constituição. Este, em contrapartida, está eivado de inúmeras contradições e embates que, potencialmente, podem estar atuando para o impedimento da manifestação desse coletivo de trabalho em toda a sua potência

Uma técnica híbrida para geração de rotas em espaço geográfico com obstáculos.

Este trabalho está inserido no campo da Geomática e se concentra, mais especificamente, no estudo de métodos para exploração e seleção de rotas em espaços geográficos sem delimitação prévia de vias trafegáveis. As atividades que poderiam se beneficiar de estudos desse tipo estão inseridas em áreas da engenharia, logística e robótica. Buscou-se, com as pesquisas realizadas nesse trabalho, elaborar um modelo computacional capaz de consultar as informações de um terreno, explorar uma grande quantidade de rotas viáveis e selecionar aquelas rotas que oferecessem as melhores condições de trajetória entre dois pontos de um mapa. Foi construído um sistema a partir do modelo computacional proposto para validar sua eficiência e aplicabilidade em diferentes casos de estudo. Para que esse sistema fosse construído, foram combinados conceitos de sistemas baseados em agentes, lógica nebulosa e planejamento de rotas em robótica. As informações de um terreno foram organizadas, consumidas e apresentadas pelo sistema criado, utilizando mapas digitais. Todas as funcionalidades do sistema foram construídas por meio de software livre. Como resultado, esse trabalho de pesquisa disponibiliza um sistema eficiente para o estudo, o planejamento ou a simulação de rotas sobre mapas digitais, a partir de um módulo de inferência nebuloso aplicado à classificação de rotas e um módulo de exploração de rotas baseado em agentes autônomos. A perspectiva para futuras aplicações utilizando o modelo computacional apresentado nesse trabalho é bastante abrangente. Acredita-se que, a partir dos resultados alcançados, esse sistema possa ajudar a reduzir custos e automatizar equipamentos em diversas atividades humanas.

Travel behaviour applied in freight transportation using intelligent products

The route planning problem for an order in freight transportation involves the selection of the best route for its transportation given a set of options that the network can offer. In its adaptive (or dynamic) version, the problem deals with the planning of a new route for an order while it is actually in transit typically because part or all of its pre-selected route is blocked or disrupted. In the intelligent product approach we are proposing, an order would be capable of identifying and evaluating such new routes in an automated manner and choosing the most preferable one without the intervention of humans. Because such approaches seek to mirror (and then automate) human decision making, in this paper we seek to identify new ways for dynamic route planning in industrial logistics inspired by the way people make similar decisions about their journey when they travel in multi-modal networks. We propose a new simulation game as a methodological tool for capturing their travel behaviour and we use it in this study. The results show that a simulation game can be used for capturing strategies and tactics of travellers and that intelligent products can provide a proper platform for the usage of such strategies in freight logistics. © 2012 IEEE.

一种三维航迹快速搜索方法

本文提出了基于SAS的自动三维航迹规划方法。该方法通过把约束条件结合到搜索算法中去，有效地减小了搜索空间，缩短了搜索时间，从而使三维规划能够用于实时航迹规划。在搜索过程中地形信息得到了充分利用，使算法生成的航迹能够自动回避地形和威胁。实验证明，该方法能够快速有效地完成规划任务，获得满意的三维航迹。

飞行器多任务在线实时航迹规划

针对不确定环境中的飞行器多任务航迹规划问题展开研究,提出了一种基于飞行路线图的两阶段航迹规划框架,航迹规划分成学习和查询两个阶段,环境信息和飞行器约束条件分阶段体现.在该框架下,通过采用一种混合多任务动态航迹规划方法,分别在稀疏路线图上实时搜索初始航迹和在精细路线图上启发式搜索后备航迹,能够在具有预先未知威胁、可变飞行任务的战场环境中实时生成三维航迹.