CAPES / Nesta dissertação, o uso de antenas direcionais em sistemas de verificação de localização é analisado, considerando um cenário realista para redes veiculares. O objetivo é propor um método para a utilização das antenas direcionais nestes sistemas e verificar quais os benefícios proporcionados em termos de desempenho, que representa a capacidade em diferenciar usuários legítimos e maliciosos. Um sistema que utiliza o modelo de propagação log-normal é inicialmente estudado, seguido de uma analise das alterações necessárias para a utilização de um modelo mais realista. Utilizando este modelo, é demonstrado então como o uso de antenas direcionais pode ser introduzido no sistema, adicionando ao processo de verificação uma etapa adicional. Resultados numéricos são obtidos para verificar as expressões analíticas, seguido das comparações entre os desempenhos de cada um dos sistemas apresentados. Através destes resultados, é constatado que a utilização das antenas direcionais proporciona um aumento considerável no desempenho do sistema e, mesmo quando considerado apenas a etapa adicional de verificação, o desempenho é satisfatório. É feita também uma análise da influência do desvanecimento em pequena escala no sistema, demonstrando qual a relação entre o número de amostras e a porcentagem de erro no desempenho do esquema apresentado. / In this master thesis, a performance analysis of an information-theoretic location verification system using directional antennas is performed, considering a vehicular network scenario. Our goal is to develop a method using directional antennas to improve the system performance. First, a recently introduced scheme that uses a simple propagation model is studied, then it is described the modifications needed when a realistic propagation model is considered. Based on the described scheme, it is shown how the use of directional antennas can be introduced into the system, creating a new validation stage called directional verification. Numerical results are used to validate the analytical expressions, showing also the performance differences between the described systems. Using the obtained results, it is shown that the use of directional antennas increase the system performance and that, even when using only the directional verification stage, the performance is satisfactory. An analysis of the relation between the number of samples and the system's error percentage is also performed, when considered a small scale fading model.

Este trabalho insere-se na área de pesquisa de sistemas de transporte inteligente e mobilidade urbana buscando um cenário onde a infraestrutura rodoviária é capaz de monitorar um tráfego exclusivo de veículos inteligentes que não dependem de motoristas para serem guiados. A principal contribuição do trabalho é o desenvolvimento de uma solução matemática para otimizar o gerenciamento microscópico centralizado do tráfego de veículos inteligentes em trechos (segmentos) de rodovia. Para isto é apresentado um modelo de otimização baseado em Programação Linear Inteira Mista (MILP), que determina um plano ótimo de trajetórias individuais dos veículos em uma evolução de tráfego. O objetivo é reduzir o tempo de viagem individualmente e assegurar fluidez do tráfego. O modelo considera componentes essenciais do sistema dinâmico viário como topografia da pista, regras de trânsito e a curva de aceleração máxima de cada veículo. São contempladas várias situações de tráfego, tais como ultrapassagens, inclinação na pista, obstáculos e redutores de velocidade. Os resultados indicaram uma média de 20,5 segundos para o cálculo de um cenário com 6 veículos e 11 intervalos de tempo. Como o modelo MILP não tem solução em tempo computacional aceitável para aplicação real, também é proposto um algoritmo de simulação baseado em heurísticas o qual busca reduzir esse tempo de cálculo em detrimento da otimalidade da solução. O algoritmo reproduz o comportamento de um motorista que tenta manter sempre um valor de velocidade escolhido previamente, e por isso é forçado a ultrapassar outros veículos quando obstruído ao longo do trajeto. O resultado do algoritmo tem importância adicional, pois serve de referência para resolver o problema da prioridade nas ultrapassagens. Também são propostos novos indicadores para a avaliação microscópica de qualidade de tráfego. Finalmente, são apresentados resultados de testes em simulações a fim de avaliar e validar o modelo e o algoritmo. / This work focus on the research area of intelligent transportation systems and urban mobility. It considers a scenario where the roadside infrastructure is capable of monitoring traffic composed by 100% of intelligent vehicles that do not rely on drivers to be guided. The main contribution of this work is the development of a mathematical solution to optimize the centralized management of intelligent microscopic vehicular traffic in parts (segments) of highway. Therefore an optimization model based on Mixed Integer Linear Programming (MILP) is presented. The model determines individual trajectories plans of vehicles in a traffic evolution. The objective is to reduce the travel time individually and ensure traffic flow. The model considers essential components of the dynamic highway system, such as, topography of the lane, traffic rules and acceleration curve for each vehicle. Many traffic situations are considered, such as, overtaking, slopes, obstacles and speed reducers. The results indicated an average of 20.5 seconds to calculate a scenario with 6 vehicles and 11 time intervals. As the MILP model has no solution in acceptable computational time for real application, it is proposed an algorithm based on heuristic simulation which seeks to reduce the computation time at the expense of optimality of the solution. The algorithm reproduces the behavior of a driver who always tries to maintain a preselected velocity value, and is therefore forced to overtake other vehicles when blocked along the path. The result of the algorithm has additional importance because it serves as a reference for solving the problem of priority when overtaking. New indicators for microscopic evaluation of quality traffic are also proposed. Finally, test results are presented on simulations to evaluate and validate the model and algorithm.

Ferramentas computacionais, baseadas em modelos de inventários, que consigam predizer, com precisão apropriada, o consumo de combustíveis e as emissões veiculares, principais motivadores do desenvolvimento automotivo atual, são fundamentais para a elaboração de políticas públicas eficazes vinculadas a essas questões. No Brasil, apesar de afetarem significativamente a sociedade, muitas das intervenções governamentais nesse segmento são realizadas sem a adequada avaliação de seus impactos. Isso ocorre ou porque a importância dessas ferramentas nem sempre é reconhecida ou por não se ter ferramentas apropriadas. O objetivo deste trabalho foi o de desenvolver uma ferramenta de prognóstico do consumo de combustíveis e das emissões da frota rodoviária, estatisticamente consistente, que pudesse ser utilizada para esse propósito. Para tanto, inicialmente buscou-se identificar os aspectos relacionados às questões que deveriam ser considerados nesse desenvolvimento, por meio do levantamento das tendências evolutivas e alternativas que estão sendo apresentadas relativas a combustíveis, tecnologia veicular e sistemas de transportes. A seguir foram revistos os principais modelos e ferramentas públicos, nacionais e estrangeiros, dessa natureza. E, diante da constatação que eles não poderiam ser empregados, apesar dos limites impostos pela disponibilidade de dados, foi proposta uma nova abordagem para se atingir esse objetivo. Primeiro foi desenvolvido um conjunto de planilhas integrando todos os dados e cálculos de um modelo bottom-up similar ao utilizado nos inventários de emissões tóxicas nacionais, totalmente interconectado e configurado para facilitar, por meio de um processo iterativo, o ajuste fino das estimativas mais incertas, de forma que os consumos totalizados resultantes do modelo coincidissem tanto quanto possível com os consumos observados no país. A seguir, foram desenvolvidos modelos econométricos, para estimar os consumos totalizados de combustíveis a partir de indicadores econômicos pertinentes. E pela inserção desses modelos econométricos no modelo bottom-up anterior, foi gerado um modelo híbrido que permite inventariar e prognosticar, segregadas por classes, o consumo de combustíveis e as emissões veiculares. Os consumos de combustíveis obtidos por meio desses modelos, quando comparados com valores observados, forneceram resultados estatisticamente robustos, que podem ser, em algumas condições, convertidos na emissão de CO2. O mesmo não é possível afirmar com relação às demais emissões, inclusive em função da dificuldade de vincular as fontes emissoras a indicadores de qualidade do ar, o que não invalida o uso do modelo híbrido para obtenção de resultados comparativos. Finalmente, os modelos foram submetidos a análise sensibilidade e sua aplicabilidade foi verificada para alguns cenários. / Computational tools, based on inventory models, which are able to predict, with the appropriated accuracy, vehicular fuel consumption and emissions, main current drivers of the automotive development, are essentials for the development of effective public policies related to these issues. In Brazil, despite their significantly influence over the society, many government interventions in this segment are undertaken without the adequate assessment of their impacts. This happen because the importance of these tools is not always recognized or because proper tools are not available. The goal of this study was to develop a statistically consistent prognostic tool of road fuel consumption and emissions, which could be used for this purpose. Initially, by surveying the evolutionary trends and known alternatives related to fuels, vehicular technology and transportation systems, it was examined all the aspects that should be considered for this work. Next it was reviewed the main domestic and foreign public models and tools of this sector. Realizing that they could not be used, due to the limits imposed by data availability, it is proposed a new approach to achieve this goal. First it is developed a set of worksheets integrating all data and calculations of a bottom-up model, similar to the ones used in national inventories of toxic emissions. The set was interconnected and configured to facilitate, through an iterative process, the fine tuning of the uncertain estimates, in such way that the model total consumptions as much as possible reproduce the fuel consumptions observed in the country. Next econometric models were developed to estimate total fuel consumptions based on identified relevant economic indicators. And inserting these econometric models in the previous bottom-up model, it was generated a hybrid model that allows inventorying and forecasting of fuel consumptions and vehicular emissions segregated by classes. When compared with the observed fuel consumptions, these models presented statistically robust results. Under some conditions, these results can be converted in CO2 emissions. The same cannot be said with respect to other emissions, partially due to the difficulty to link emission sources to air quality measurements, which does not invalidate the use of the hybrid model to obtain comparative results for these emissions. Finally, the models were submitted to a sensitivity analysis and their applicability was verified for some scenarios.

As jornadas de trabalho excessivas são uma dura realidade para os condutores de veículos de carga no Brasil. Exigidos por um sistema de trabalho desleal estes condutores enfrentam ainda as péssimas condições da malha viária e o gargalo provado pelo crescente número de veículos de passeio em circulação. Essa mistura de fatores tem provocado um índice alarmante de acidentes de trânsito, com um número de mortes comparáveis aos de um conflito armado. Neste trabalho é apresentada a proposta de um equipamento registrador instantâneo e inalterável de velocidade e tempo, que combina as funções de um registrador convencional com um eficiente mecanismo de comunicação sem fios, fazendo com que o próprio equipamento reporte às autoridades de transito os excessos de jornada de trabalho dos veículos de carga. A identificação inequívoca do condutor é realizada através de uma estrutura de certificação digital baseada em cartões inteligentes que garante também a privacidade das informações. / The excessive hours of service is a harsh reality for drivers of goods vehicles in Brazil. Required by a system of unfair labor these drivers still face the bad conditions of roads and bottleneck proved by the increasing number of passenger cars in circulation. This mix of factors has caused an alarming rate of traffic accidents, with a death toll comparable to an armed conflict. This thesis presents a proposal for an electronic equipment, which combines the functions of a conventional tacograph with an efficient wireless communication system, making a auto reporting system of the driving excesses to the authorities of the transit. The unequivocal identification of the driver is done through a digital certification structure based on smart cards that also ensures the privacy of information.

VINNOVA;KTH;URBS / Um conceito bastante em voga atualmente e o de cidades inteligentes. Ele define um tipo de desenvolvimento urbano capaz de reduzir os impactos ambientais, melhorando os modelos atuais de acesso a recursos naturais, transportes, gestão do lixo, climatização residencial e sobretudo a gestão da energia (produção e distribuição). O massivo volume de dados produzidos por cidades inteligentes oferece uma grande oportunidade para analisar, compreender e melhorar o modo como elas funcionam e se desenvolvem. Esta explosão na quantidade de informações tem elevado a importância do aprendizado a partir de dados a um patamar extremamente elevado. Esta dissertação tem por objetivo descrever uma metodologia para aquisição e exploração de dados de um dos mais importantes pilares de cidades inteligentes: o sistema de transporte público. Como obter, armazenar e utilizar tais dados a fim de prover a todos os envolvidos, serviços telemáticos de alto valor agregado e o problema que se busca resolver neste trabalho. Cinco serviços telemáticos são propostos sob forma de prova de conceito: avaliação da cobertura da rede de transporte atual, seguida de uma proposta de novas linhas de ônibus; avaliação indireta da ocupação diária dos ônibus da cidade; cerca-eletrônica com os limites geográficos definidos pelos itinerários das linhas; serviços de alerta de velocidade e de manutenção. Os resultados são bastante coerentes e promissores, abrindo um grande leque de possíveis trabalhos futuros a serem explorados. / Smart city is a very trendy concept today. It defines a type of urban development capable of reducing environmental impacts, enhancing current models of access to natural resources, better transportation systems, waste management, residential climatization and, above all, energy management (production and distribution). The huge data volume produced by smart cities offers a great opportunity to analyze, understand and improve the way cities work and grow. This explosion in the amount of digital information has elevated the importance of learning from data to a higher level. This document aims at describing a methodology for acquiring and exploring data from one of the most important pillars of smart cities: the public transportation system. How to acquire, store and use such data in order to provide to all stakeholders telematics services with high added value is the problem that is sought to solve in this work. Five telematics services proof of concept are proposed: assessment of current network coverage followed by the proposal of some new bus lines; indirect evaluation of buses’ passengers occupation during the day; geofence with geographical boundaries according to itineraries; speed alert and maintenance reminder services. The results are very coherent and promising, opening up a wide range of possible future work to be explored.