The collection and interpretation of data is a critical component of traffic and transportation engineering used to establish baseline performance measures and to forecast future conditions. One important source of traffic data is commercial motor vehicle (CMV) weight and classification data used as input to critical tasks in transportation design, operations, and planning. The evolution of Intelligent Transportation System (ITS) technologies has been providing transportation engineers and planners with an increased availability of CMV data. The primary sources of these data are automatic vehicle classification (AVC) and weigh-in-motion (WIM). Microscopic traffic simulation models have been used extensively to model the dynamic and stochastic nature of transportation systems including vehicle composition. One aspect of effective microscopic traffic simulation models that has received increased attention in recent years is the calibration of these models, which has traditionally been concerned with identifying the "best" parameter set from a range of acceptable values. Recent research has begun the process of automating the calibration process in an effort to accurately reflect the components of the transportation system being analyzed. The objective of this research is to develop a methodology in which the effects of CMVs can be included in the calibration of microscopic traffic simulation models. The research examines the ITS data available on weight and operating characteristics of CMVs and incorporates this data in the calibration of microscopic traffic simulation models. The research develops a methodology to model CMVs using microscopic traffic simulation models and then utilizes the output of these models to generate the data necessary to quantify the impacts of CMVs on infrastructure, travel time, and emissions. The research uses advanced statistical tools including principal component analysis (PCA) and recursive partitioning to identify relationships between data collection sites (i.e., WIM, AVC) such that the data collected at WIM sites can be utilized to estimate weight and length distributions at AVC sites. The research also examines methodologies to include the distribution or measures of central tendency and dispersion (i.e., mean, variance) into the calibration process. The approach is applied using the CORSIM model and calibrated utilizing an automated genetic algorithm methodology.

Thesis (M.S.) -- Mississippi State University. Department of Electrical and Computer Engineering. / Title from title screen. Includes bibliographical references.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:05:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2127.pdf: 1371924 bytes, checksum: 9875e1d607356e12cb2a118b33474a4e (MD5) Previous issue date: 2008-09-12 / The production scheduling problem of products with simultaneous use of machines and transportation systems in manufacturing systems invloves the system modeling task and the application of a technique to solve it. This scheduling type is characterized by the great amount of possible solutions and several researches indicates the Adaptive Genetic Algorithms as search method to solve this problem, where these algorithms have the capacity of globally explore the search space and to find good solutions quickly. In this dissertation, it is proposed a method that uses an adaptive genetic algorithm to solve this scheduling problem. The aim of this dissertation is to obtain good scheduling of product production, in order to reach good makespan values and response obtaining time. The makespan values are obtained by adaptive genetic algorithm and the response obtaining time is the processing time of the adaptive genetic algorithm. The results were validated in small and large scenerios and compared with the results of two other approaches. These results are presented and discussed in this dissertation. / O problema da programação da produção de produtos com uso simultâneo de máquinas e sistemas de transporte em sistemas de manufatura envolvem questões como a modelagem do problema e a técnica utilizada para resolvê-lo. Este tipo de programação é caracterizado pela grande quantidade de soluções possíveis, em que várias pesquisas apontam para o uso de Algoritmos Genéticos Adaptativos como método de busca, uma vez que estes algoritmos possuem a capacidade de percorrer de forma global o espaço da busca, a fim de encontrar boas soluções rapidamente. Neste trabalho, é proposto um método com uso de um algoritmo genético adaptativo para resolver este tipo de problema de programação. O objetivo deste trabalho é obter uma boa programação da produção de produtos, a fim de atingir um bom compromisso entre valores de makespan e de tempo de obtenção da resposta. Os valores de makespan são obtidos a partir da aplicação do algoritmo genético adaptativo e o tempo de obtenção da resposta é referente ao tempo de processamento do algoritmo genético adaptativo. Os resultados deste trabalho foram validados para cenários pe quenos e grandes e comparados com os resultados de outras duas abordagens. Estes resultados são apresentados e discutidos neste trabalho.

PAE / O transporte rodoviário é um dos modais mais utilizados para o transporte de passageiros principalmente devido à sua acessibilidade, tanto no contexto nacional como mundial. As organizações buscam métodos e sistemas cada vez mais eficientes para atender de forma satisfatória seus clientes, oferencendo serviços de qualidade e confiáveis. O presente trabalho teve como objetivo propor um modelo matemático de veículos para a minimização de ônibus, evitando ao máximo o desbalanceamento da rede de transporte. O modelo buscou abranger as restrições inerentes aos fluxos em rodoviárias de modo a cobrir todas as viagens de uma tabela de horários já definida, alocando apenas um veículo para cada viagem e aproveitando o mesmo para outras viagens quando possível, atendendo à função objetivo. O modelo foi aplicado à uma empresa de transportes de passageiros com quatro cidades envolvidas e 105 viagens em um tempo de 24 horas. As variáveis e restrições foram identificadas a partir de entrevistas semi -estruturadas e visitas à organização, observando roteiros de viagens a serem cumpridos por dois modelos de ônibus: metropolitanos e articulados. Neste contexto, dois modelos distintos foram montados de forma a atender as viagens, sendo analisadas separadamente. Os resultados definiram um total necessário de 12 ônibus metropolitanos e 4 ônibus articulados para atender às exigências da empresa e da tabela viagens, sendo que todas as restrições foram satisfeitas, detectando -se a necessidade da realização de seis viagens mortas (sem passageiros) para suprir a necessidade de d emanda de ônibus para cada tabela de viagens diárias. Com os resultados, fez-se uma comparação com a programação que a empresa necessitava para cumprir a tabela de viagens, identificando a diminuição de um ônibus metropolitano, sem deixar de cumprir a restrição de autonomia de cada ônibus poder rodar 400 quilômetros sem necessidade de reabastecimento. Algumas melhorias foram identificadasanalisando-se a rede resultante, sendo discutidas ao final da pesquisa e norteando novas intenções de trabalhos futuros. / Road transport is one of the most used modes for passenger transport mainly due to its affordability, in the national and global context. Organizations seek for a better methods and systems to meet the satisfaction of its customers, offering quality and reliable services. This research aimed to propose a vehicle scheduling model to minimize buses, avoiding the transmission system imbalance. The model tried to cover the restrictions inherent about the vehicle flow on bus stations to cover all travel in a given timetable, allocating only one vehicle for each trip and using it for other trips when it is possible, given the objective function. The model was applied to a passenger transportation company with four cities involved and 105 trips in a time of 24 hours. The variables and constraints were identified from semi-structured interviews and visits at organization, identifying the tours to be met by two bus models: articulated and metropolitan. In this context, two different models were fitted to meet the travel , and analyzed separately. The results defined a required total of twelve metropolitan buses and four articulated buses to meet the company and timetable requirements and all constraints were satisfied, detecting the need of perform six deadheading trips (without passengers) to meet the need for demand bus for each table in the daily trips. With the results, a comparison was made between the old programming system adopted by the organization to fulfill the timetable, identifying the reduction of a metropolitan bus, while fulfilling the constraint of autonomy that each bus can travel 400 kilometers. Some improvements were identified by observing the resulting route network, being discussed at the end of the research and guiding for a new works in the future.

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.

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.

A presente dissertação traz a questão da aderência de viagens de veículos em monitoramentos inteligentes com sistemas Automatic Vehicle Location (AVL) que operam em rotas rodoviárias. Uma viagem é considerada como uma série de \"passadas\", que correspondem ao tempo em que o veículo está em movimento, mas excluindo os tempos gastos em paradas para atividades como carregamento/descarregamento entre outras. A partir de dados históricos coletados via Global Positioning System (GPS) pelo sistema AVL, uma metodologia de filtragem e aplicações estatísticas para geração das passadas é apresentada. Além disso, são propostos métodos para geração de padrões de viagem de referência, baseados em tempos de viagem e velocidades, desvios padrões, locais de descontinuidades entre outros parâmetros. A geração desses padrões em conjunto com procedimentos operacionais permite o monitoramento eficiente do progresso de viagens de frotas de veículos, para finalidades logísticas e de segurança. O progresso de um veículo ao longo de uma rota é analisado diante dos padrões de viagem de referência obtidos a partir de suas viagens prévias, de veículos similares na mesma rota ou de viagens em rotas de mesma classe, dependendo do que for mais adequado. A geração de padrões é um processo dinâmico que gera conhecimento sobre o veículo e comportamento da rodovia ao longo do tempo. Desenho do processo de monitoramento do progresso de viagem é apresentado, no qual, a cada nova coleta de dado GPS ou a cada instante solicitado pelo usuário, a aderência é medida, eventuais descontinuidades (saídas da rota, paradas ou mudança de sentido) são identificadas e avisos são gerados. Tal aderência é definida por índice de desempenho que considera os desvios de tempo em relação a valores de referência e respectivas tolerâncias. Para experimentação da metodologia, foi realizada simulação de viagem na rodovia BR116 na ligação São Paulo - Rio de Janeiro, sobre base com cerca de 130.000 registros de dados GPS associados. Com integração em Geographic Information System (GIS) para suporte de funcionalidades, foram gerados os padrões de viagem e simulado o processo de monitoramento com sucesso. / This dissertation addresses the question of vehicle travel adherence in intelligent monitoring with Automatic Transportation Location (AVL) operating in a regional environment. A trip is considered as series of runs, corresponding to time in movement but excluding time spent on activities such as loading/unloading and others. Based on historic data collected from AVL/GPS a statistical data filtering method to generate the runs is presented. Furthermore, statistical methods are proposed to generate travel patterns based on travel time, speed, standard deviation and other parameters. The pattern generation together with operational procedures allows effective monitoring of large fleets in logistics and safety. The progress of a vehicle along a route is evaluated face to the statistical patterns of its previous successful trips or against statistical patterns of similar vehicles on the same route, whichever appropriate. The generation of patterns is a dynamic continuous process that generates knowledge on vehicle and road behavior along time. A broad outline of the travel monitoring process is presented. Whenever the requested by user, the process calculates the travel adherence, identifies abnormalities and generates alarms. That adherence is defined by a performance index, which considers the travel time deviations from the reference values and the respective tolerances. Successful experimentation was carried out on the Rio de Janeiro - São Paulo motorway, with 130.000 Global Positioning System (GPS) positional data relayed from trucks to a Geographic Information System (GIS) based monitoring system in Brazil.

Cette thèse est consacrée au domaine interdisciplinaire des Systèmes de Transport Intelligents et des technologies de Réalité Virtuelle. Elle se concentre sur l’amélioration des stratégies de commande des véhicules intelligents en tenant compte des impacts de l’environnement naturel ainsi que sur l’analyse de performance, la visualisation et la vérification de la validité des algorithmes de commande sur la plateforme de véhicules intelligents réalité virtuelle (IVVR).La plateforme IVVR comprend trois sous-systèmes : un sous-système de commande de véhicules intelligents, un sous-système de visualisation et un sous-système virtuel sans fil. Le synthétique environnement naturel a été modélisé et simulé pour la simulation et l’analyse de performance des stratégies de commande sous conditions environnementales complexes. Ensuite, les expérimentations concernant le trafic équipé du régulateur de vitesses adaptatives (ou coopérative) sont exécutés et ils montrent que les systèmes existants ont échoué à maintenir une espace inter-véhiculaire de sécurité lorsque les conditions d’environnement naturel sont défavorables. Dans ce cas, nous proposons un nouvel algorithme de commande appelé NECACC pour le contrôle longitudinal du véhicule en maintenant une espace inter-véhiculaire de sécurité et garantissant une capacité de circulation optimisée même dans des conditions environnementales complexes. Cet algorithme est ensuite simulé, vérifié et validé sur la plateforme IVVR. Enfin, les démonstrations de trafic virtuel effectuant des manœuvres communes de circulation contrôlés par les systèmes de commande intégrés proposées sont présentées sous diverse conditions environnementales / This thesis is dedicated to the interdisciplinary area of Intelligent Transportation Systems and Virtual Reality technologies. It focuses on the improvement of intelligent vehicles control strategies by considering the natural environment impacts as well as the visualization, the verification and performance analysis of proposed control algorithms on the proposed Intelligent Vehicles Virtual Reality (IVVR) platform.The IVVR platform includes three subsystems: Vehicle Intelligent Control Subsystem, Visualization Subsystem and Virtual Wireless Subsystem. For realizing the control strategy simulation and performance analysis under complex natural environment conditions, Synthetic Natural Environment has been modeled and simulated in this IVVR platform. Therefore, experiments of Adaptive Cruise Control (ACC) or Cooperative ACC system equipped traffic are executed and show that normal ACC/CACC system fails to keep a safe inter-vehicle space when the natural environment condition is variable or adverse especially in stiff conditions. For solving this problem, we propose a new control algorithm called NECACC (Natural Environment based CACC) for longitudinal vehicle control in maintaining a safe inter-vehicle distance as well as guaranteeing an appropriate traffic capacity even under complex environmental conditions. This algorithm is then simulated and verified in IVVR platform as a “proof of concept”. Finally, some virtual traffic demonstrations performing common traffic maneuvers are presented in IVVR platform under various environmental conditions. The vehicle platoon is controlled by proposed integrated control system and the safety can be ensured all the time