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.

Connessione di sitemi a microcontrollore con reti geografiche

Fra le varie ragioni della crescente pervasività di Internet in molteplici settori di mercato del tutto estranei all’ICT, va senza dubbio evidenziata la possibilità di creare canali di comunicazione attraverso i quali poter comandare un sistema e ricevere da esso informazioni di qualsiasi genere, qualunque distanza separi controllato e controllore. Nel caso specifico, il contesto applicativo è l’automotive: in collaborazione col Dipartimento di Ingegneria Elettrica dell’Università di Bologna, ci si è occupati del problema di rendere disponibile a distanza la grande quantità di dati che i vari sotto-sistemi componenti una automobile elettrica si scambiano fra loro, sia legati al tipo di propulsione, elettrico appunto, come i livelli di carica delle batterie o la temperatura dell’inverter, sia di natura meccanica, come i giri motore. L’obiettivo è quello di permettere all’utente (sia esso il progettista, il tecnico riparatore o semplicemente il proprietario) il monitoraggio e la supervisione dello stato del mezzo da remoto nelle sue varie fasi di vita: dai test eseguiti su prototipo in laboratorio, alla messa in strada, alla manutenzione ordinaria e straordinaria. L’approccio individuato è stato quello di collezionare e memorizzare in un archivio centralizzato, raggiungibile via Internet, tutti i dati necessari. Il sistema di elaborazione a bordo richiede di essere facilmente integrabile, quindi di piccole dimensioni, e a basso costo, dovendo prevedere la produzione di molti veicoli; ha inoltre compiti ben definiti e noti a priori. Data la situazione, si è quindi scelto di usare un sistema embedded, cioè un sistema elettronico di elaborazione progettato per svolgere un limitato numero di funzionalità specifiche sottoposte a vincoli temporali e/o economici. Apparati di questo tipo sono denominati “special purpose”, in opposizione ai sistemi di utilità generica detti “general purpose” quali, ad esempio, i personal computer, proprio per la loro capacità di eseguire ripetutamente un’azione a costo contenuto, tramite un giusto compromesso fra hardware dedicato e software, chiamato in questo caso “firmware”. I sistemi embedded hanno subito nel corso del tempo una profonda evoluzione tecnologica, che li ha portati da semplici microcontrollori in grado di svolgere limitate operazioni di calcolo a strutture complesse in grado di interfacciarsi a un gran numero di sensori e attuatori esterni oltre che a molte tecnologie di comunicazione. Nel caso in esame, si è scelto di affidarsi alla piattaforma open-source Arduino; essa è composta da un circuito stampato che integra un microcontrollore Atmel da programmare attraverso interfaccia seriale, chiamata Arduino board, ed offre nativamente numerose funzionalità, quali ingressi e uscite digitali e analogici, supporto per SPI, I2C ed altro; inoltre, per aumentare le possibilità d’utilizzo, può essere posta in comunicazione con schede elettroniche esterne, dette shield, progettate per le più disparate applicazioni, quali controllo di motori elettrici, gps, interfacciamento con bus di campo quale ad esempio CAN, tecnologie di rete come Ethernet, Bluetooth, ZigBee, etc. L’hardware è open-source, ovvero gli schemi elettrici sono liberamente disponibili e utilizzabili così come gran parte del software e della documentazione; questo ha permesso una grande diffusione di questo frame work, portando a numerosi vantaggi: abbassamento del costo, ambienti di sviluppo multi-piattaforma, notevole quantità di documentazione e, soprattutto, continua evoluzione ed aggiornamento hardware e software. È stato quindi possibile interfacciarsi alla centralina del veicolo prelevando i messaggi necessari dal bus CAN e collezionare tutti i valori che dovevano essere archiviati. Data la notevole mole di dati da elaborare, si è scelto di dividere il sistema in due parti separate: un primo nodo, denominato Master, è incaricato di prelevare dall’autovettura i parametri, di associarvi i dati GPS (velocità, tempo e posizione) prelevati al momento della lettura e di inviare il tutto a un secondo nodo, denominato Slave, che si occupa di creare un canale di comunicazione attraverso la rete Internet per raggiungere il database. La denominazione scelta di Master e Slave riflette la scelta fatta per il protocollo di comunicazione fra i due nodi Arduino, ovvero l’I2C, che consente la comunicazione seriale fra dispositivi attraverso la designazione di un “master” e di un arbitrario numero di “slave”. La suddivisione dei compiti fra due nodi permette di distribuire il carico di lavoro con evidenti vantaggi in termini di affidabilità e prestazioni. Del progetto si sono occupate due Tesi di Laurea Magistrale; la presente si occupa del dispositivo Slave e del database. Avendo l’obiettivo di accedere al database da ovunque, si è scelto di appoggiarsi alla rete Internet, alla quale si ha oggi facile accesso da gran parte del mondo. Questo ha fatto sì che la scelta della tecnologia da usare per il database ricadesse su un web server che da un lato raccoglie i dati provenienti dall’autovettura e dall’altro ne permette un’agevole consultazione. Anch’esso è stato implementato con software open-source: si tratta, infatti, di una web application in linguaggio php che riceve, sotto forma di richieste HTTP di tipo GET oppure POST, i dati dal dispositivo Slave e provvede a salvarli, opportunamente formattati, in un database MySQL. Questo impone però che, per dialogare con il web server, il nodo Slave debba implementare tutti i livelli dello stack protocollare di Internet. Due differenti shield realizzano quindi il livello di collegamento, disponibile sia via cavo sia wireless, rispettivamente attraverso l’implementazione in un caso del protocollo Ethernet, nell’altro della connessione GPRS. A questo si appoggiano i protocolli TCP/IP che provvedono a trasportare al database i dati ricevuti dal dispositivo Master sotto forma di messaggi HTTP. Sono descritti approfonditamente il sistema veicolare da controllare e il sistema controllore; i firmware utilizzati per realizzare le funzioni dello Slave con tecnologia Ethernet e con tecnologia GPRS; la web application e il database; infine, sono presentati i risultati delle simulazioni e dei test svolti sul campo nel laboratorio DIE.

Un framework di analisi e di servizi innovativi per la mobilita veicolare elettrica

Internet of Energy è un progetto di ricerca europeo nato con lo scopo di sviluppare infrastrutture hardware e software volte a introdurre la mobilità elettrica veicolare nei moderni contesti urbani. È stato oggetto di tesi di Federco Montori il quale ha sviluppato un primo prototipo di piattaforma comprendente un servizio cittadino di gestione delle ricariche, un’applicazione mobile che vi interagiva e infine un simulatore necessario al test della piattaforma. Nel corso di oltre un anno di sviluppo ho riscritto tutte le componenti software che costituivano il progetto ampliandone notevolmente le funzionalità, rendendole modulari e ben ingegnerizzate. Del progetto originario è stata ereditata l’architettura ontology-based basata sullo scambio di informazioni tramite il Semantic Information Broker (SIB). Il mio contributo è iniziato nel 2012 con la riscrittura dell’applicazione mobile che inizialmente funzionava solo in presenza del simulatore. Attualmente permette di interfacciarsi a un veicolo reale tramite la tecnologia Blue&Me di Fiat. Questo approccio è stato reso possibile grazie all’opportunità offerta dal Centro Ricerche Fiat, che ci ha permesso di testare presso loro sede l’applicazione mobile su un prototipo di Daily elettrico. Ho inoltre introdotto lo studio del profilo altimetrico e consumo energetico che separa il possessore dello smartphone da una determinata destinazione. Nel 2013 ho deciso di riscrivere il Servizio Cittadino per renderlo conforme a un nuovo protocollo di prenotazione. Ho colto l’occasione per rendere il servizio altamente performante grazie a tecniche quali: pool di thread, pool di oggetti e caching. Infine a cavallo tra il 2013 e il 2014 ho riscritto il simulatore al fine di ottimizzare il consumo di risorse, velocizzare il setup delle simulazioni e sopratutto renderlo più conforme alla realtà. Questo lavoro ha permesso di avere una piattaforma software che permette di valutare realisticamente gli scenari di mobilità elettrica veicolare.

Web app per la gestione della propria auto elettrica

In questa tesi viene analizzato il concetto di mobilità elettrica e viene proposta un’applicazione per la gestione della propria auto elettrica. L'applicazione in questione si pone come scopo l’agevolazione delle interazioni dell’utente con l’auto a distanza. Analizzando le caratteristiche principali dell’auto elettrica, ne vengono delineati i benefici e le limitazioni dell’autonomia, per la quale si suggerisce soluzione tramite regole da adottare alla guida. Attraverso la comparazione con le tipologie di applicazioni esistenti per la mobilità si decide che genere di approccio adottare nella realizzazione della nostra applicazione. Seguono la descrizione delle tecnologie di sviluppo del progetto sotto forma di applicazione ibrida, tra le quali ci si sofferma sull'utilizzo di linguaggi di markup, fogli di stile e JavaScript lato client. Di quest’ultimo ne vengono elencate le API utilizzate, in particolare Google Maps e Google Charts. Successivamente si introduce il concetto di simulazione server ed i metodi e le tecniche adottate per renderlo effettivo. Infine vengono spiegate le scelte implementative nonché i metodi e le decisioni presi in ambito di sviluppo per realizzare al meglio l’applicazione, fornendo una presentazione dettagliata delle sue funzionalità.

Ottimizzazione stocastica di una microrete con tecnologia "vehicle-to-grid"

La presente tesi ha come obiettivo quello di sviluppare un modello per la gestione ottimizzata delle unità di generazione e di accumulo di una microrete elettrica. La tesi analizza, come caso studio di riferimento, una microrete contenente impianti di generazione da fonti rinnovabili, sistemi di accumulo a batteria (BES:Battery Energy System) e stazioni di ricarica per veicoli elettrici. In particolare le stazioni di ricarica sono a flusso bidirezionale, in grado di fornire servizi di tipo "grid-to-vehicle"(G2V) e "vehicle-to-grid" (V2G). Il modello consente di definire, come sistema di dispacciamento centrale, le potenze che le varie risorse distribuite devono erogare o assorbire nella rete nelle 24 ore successive. Il dispacciamento avviene mediante risoluzione di un problema di minimizzazione dei costi operativi e dell'energia prelevata dalla rete esterna. Il problema è stato formulato tramite l'approccio di programmazione stocastica lineare dove i parametri incerti del modello sono modellizzati tramite processi stocastici. L'implementazione del modello è stata effettuata tramite il software AIMMS, un programma di ottimizzazione che prevede al suo interno delle funzionalità specifiche per la programmazione stocastica

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.

多飞行器协调航迹规划方法

针对多飞行器的协调航迹规划展开研究，提出了一种基于协同进化的多飞行器协调航迹规划算法。在该算法中，不同飞行器的潜在航迹形成它们自己的子种群，并在于种群内部进化。不同飞行器间的协调关系由航迹的评价函数来实现。同时，通过使用特定的染色体表示方法和进化算子，该算法可以有效利用各种环境信息，处理各种航迹约束，并实时地生成三维航迹。