Esta tese tem por objetivo elaborar uma metodologia integrada de análise do impacto e do desenvolvimento do veículo elétrico ao longo do tempo atrelado à inserção de estações de carregamento em grandes cidades. Esta metodologia está dividida em duas etapas. A primeira representa a caracterização do veículo em termos das variáveis que determinam o seu desempenho, tais como: avaliação das velocidades em (Km/h); a distância percorrida em (Km); fonte de energia (acumuladores eletroquímicos); sistema de acionamento dos veículos elétricos determinado como motores elétricos em função da potência (W) e da Tensão (V). Ainda, metodologicamente foi desmembrado em 4 ciclos. A segunda retrata sobre um estudo voltado para inserção de estações de carregamento em uma metrópole como a cidade de São Paulo analisando o comportamento otimizado da oferta de energia elétrica na cidade em questão, diante de diferentes taxas hipotéticas de penetração de veículos elétricos, para diferentes perfis de recarga dos veículos (recarga inteligente e sem controle). Foi realizado um estudo comparativo de possíveis ganhos ambientais, econômicos, sociais e políticos com a inserção desses veículos movidos a bateria substituindo os movidos a diesel. Bons resultados, tanto do ponto de vista ambiental (dada a redução do número de emissões e de veículos), quanto de competitividade (custos em geral), puderam ser observados, ratificando e estimulando o uso desse tipo de conceito. Assim, com o intuito de promover a mobilidade elétrica com vistas à sustentabilidade do setor de transportes, surgem novas propostas de arranjos das formas de entregas nas cidades como meio de solucionar os transtornos dessa circulação de mercadorias (seja pela intrusão poluição sonora e visual, aumento do número de emissões). / This thesis aims at developing an integrated methodology for analyzing and impact the development of electric vehicle over time pegged the inclusion of charging stations in major cities. This methodology is divided into two stages. The first step is the characterization of the vehicle in terms of the variables that determine its performance such as: evaluation of speeds (km / h); energy source (electrochemical batteries); drive system of electric vehicles such as electric motors determined as a function of power (W) and voltage (V). Still, methodologically was divided into 4 cycles. The second case of the study portrays the insertion of charging stations in a metropolis like São Paulo investigating the optimal mix of electricity supply in Brazil, in the long term, for different hypothetical rates of electric vehicles penetration, and different recharging profiles for vehicles (smart and dumb recharging). Good results, either under the environmental point of view (reduction of pollution levels and of moving vehicles), or under the competitive framework (cost reduction), were observed, which endorse and stimulate the adoption of this novel concept. But, due to the growing volumes of urban cargo, mainly in the CBDs, the subject urban cargo is receiving much more attention recently, particularly when proposing measures to improve environmental conditions in these centers.

Veículos autônomos terrestres são um tipo de veículo motorizado guiado de forma autônoma por um sistema computacional, sem necessidade de intervenção humana. Esta pesquisa analisa a Tomada de Decisão autônoma necessária para este tipo de veículo, assim como os processos de navegação e as estruturas de dados que a suportam. Sobre esta análise propõe-se uma arquitetura de Tomada de Decisão para navegação autônoma baseada em dois ideias principais: a sistematização das fontes de dados com as quais o veículo deve interagir em sua navegação em uma hierarquia de prioridades de tratamento e o desenvolvimento de uma estrutura de dados chamada de Grade de Prioridades que permite definir para qual região do ambiente o veículo deve se locomover. Para suportar a arquitetura, formaliza-se um conjunto de processos recomendados de navegação robótica (percepção, posicionamento, planejamento e estratégia de movimento), organizados para suportar a integração com recursos de outras pesquisas do segmento da Robótica Móvel. Para validação da arquitetura, desenvolve-se um sistema de navegação robótica, integrada à uma plataforma robótica real, e realiza-se um conjunto de testes para simular o comportamento da arquitetura em situações de navegação específicas. / Autonomous ground vehicles are a type of motor vehicle autonomously guided by a computer system without human intervention. This research analyzes the autonomous decision making required for this type of vehicle as well as the processes of navigation and data structures that support it. On this analysis, is proposed an architecture of decision making for autonomous navigation based on two fundamental ideas: the systematization of data sources with which a vehicle must interact in their navigation in a hierarchy of priorities and the development of a special data structure called Grid Priorities that defines which region of the environment the vehicle must be moved. Supporting the architecture, a set of processes for robotic navigation (perception, positioning, planning and motion strategy) are proposed and organized to support integration with other research resources in the segment of Mobile Robotics. For validate the architecture, is developed a system of robotic navigation, integrated with a real robotic platform, and is performed a set of tests to simulate the behavior of the architecture in specific situations of navigation.

Esta tese tem por objetivo elaborar uma metodologia integrada de análise do impacto e do desenvolvimento do veículo elétrico ao longo do tempo atrelado à inserção de estações de carregamento em grandes cidades. Esta metodologia está dividida em duas etapas. A primeira representa a caracterização do veículo em termos das variáveis que determinam o seu desempenho, tais como: avaliação das velocidades em (Km/h); a distância percorrida em (Km); fonte de energia (acumuladores eletroquímicos); sistema de acionamento dos veículos elétricos determinado como motores elétricos em função da potência (W) e da Tensão (V). Ainda, metodologicamente foi desmembrado em 4 ciclos. A segunda retrata sobre um estudo voltado para inserção de estações de carregamento em uma metrópole como a cidade de São Paulo analisando o comportamento otimizado da oferta de energia elétrica na cidade em questão, diante de diferentes taxas hipotéticas de penetração de veículos elétricos, para diferentes perfis de recarga dos veículos (recarga inteligente e sem controle). Foi realizado um estudo comparativo de possíveis ganhos ambientais, econômicos, sociais e políticos com a inserção desses veículos movidos a bateria substituindo os movidos a diesel. Bons resultados, tanto do ponto de vista ambiental (dada a redução do número de emissões e de veículos), quanto de competitividade (custos em geral), puderam ser observados, ratificando e estimulando o uso desse tipo de conceito. Assim, com o intuito de promover a mobilidade elétrica com vistas à sustentabilidade do setor de transportes, surgem novas propostas de arranjos das formas de entregas nas cidades como meio de solucionar os transtornos dessa circulação de mercadorias (seja pela intrusão poluição sonora e visual, aumento do número de emissões). / This thesis aims at developing an integrated methodology for analyzing and impact the development of electric vehicle over time pegged the inclusion of charging stations in major cities. This methodology is divided into two stages. The first step is the characterization of the vehicle in terms of the variables that determine its performance such as: evaluation of speeds (km / h); energy source (electrochemical batteries); drive system of electric vehicles such as electric motors determined as a function of power (W) and voltage (V). Still, methodologically was divided into 4 cycles. The second case of the study portrays the insertion of charging stations in a metropolis like São Paulo investigating the optimal mix of electricity supply in Brazil, in the long term, for different hypothetical rates of electric vehicles penetration, and different recharging profiles for vehicles (smart and dumb recharging). Good results, either under the environmental point of view (reduction of pollution levels and of moving vehicles), or under the competitive framework (cost reduction), were observed, which endorse and stimulate the adoption of this novel concept. But, due to the growing volumes of urban cargo, mainly in the CBDs, the subject urban cargo is receiving much more attention recently, particularly when proposing measures to improve environmental conditions in these centers.

Veículos autônomos terrestres são um tipo de veículo motorizado guiado de forma autônoma por um sistema computacional, sem necessidade de intervenção humana. Esta pesquisa analisa a Tomada de Decisão autônoma necessária para este tipo de veículo, assim como os processos de navegação e as estruturas de dados que a suportam. Sobre esta análise propõe-se uma arquitetura de Tomada de Decisão para navegação autônoma baseada em dois ideias principais: a sistematização das fontes de dados com as quais o veículo deve interagir em sua navegação em uma hierarquia de prioridades de tratamento e o desenvolvimento de uma estrutura de dados chamada de Grade de Prioridades que permite definir para qual região do ambiente o veículo deve se locomover. Para suportar a arquitetura, formaliza-se um conjunto de processos recomendados de navegação robótica (percepção, posicionamento, planejamento e estratégia de movimento), organizados para suportar a integração com recursos de outras pesquisas do segmento da Robótica Móvel. Para validação da arquitetura, desenvolve-se um sistema de navegação robótica, integrada à uma plataforma robótica real, e realiza-se um conjunto de testes para simular o comportamento da arquitetura em situações de navegação específicas. / Autonomous ground vehicles are a type of motor vehicle autonomously guided by a computer system without human intervention. This research analyzes the autonomous decision making required for this type of vehicle as well as the processes of navigation and data structures that support it. On this analysis, is proposed an architecture of decision making for autonomous navigation based on two fundamental ideas: the systematization of data sources with which a vehicle must interact in their navigation in a hierarchy of priorities and the development of a special data structure called Grid Priorities that defines which region of the environment the vehicle must be moved. Supporting the architecture, a set of processes for robotic navigation (perception, positioning, planning and motion strategy) are proposed and organized to support integration with other research resources in the segment of Mobile Robotics. For validate the architecture, is developed a system of robotic navigation, integrated with a real robotic platform, and is performed a set of tests to simulate the behavior of the architecture in specific situations of navigation.

A operação de veículos autônomos necessita de meios para evitar colisões quando obstáculos não conhecidos previamente são interpostos em sua trajetória. Algoritmos para executar o desvio e sensores apropriados para a detecção destes obstáculos são essenciais para a operação destes veículos. Esta dissertação apresenta estudos sobre quatro algoritmos de desvio de obstáculos e tecnologia de três tipos de sensores aplicáveis à operação de veículos autônomos. Após os estudos teóricos, um dos algoritmos foi testado para a comprovação da aplicabilidade ao veículo de teste. A etapa experimental foi a realização de um programa, escrito em linguagem de programação Java, que aplicou o algoritmo Inseto 2 para o desvio de obstáculos em uma plataforma robótica (Robodeck) com o uso de sensores ultrassônicos embarcados na referida plataforma. Os experimentos foram conduzidos em ambiente fechado (indoor), bidimensional e horizontal (plano), fazendo o Robodeck executar uma trajetória. Para os testes, obstáculos foram colocados para simular situações variadas e avaliar a eficácia do algoritmo nestas configurações de caminho. O algoritmo executou o desvio dos obstáculos com sucesso e, quando havia solução para a trajetória, ela foi encontrada. Quando não havia solução, o algoritmo detectou esta situação e parou o veículo. / The operation of autonomous vehicles need means to avoid collisions when unforeseen obstacles are posed in its trajectory. Algorithms to perform the deviation and suitable sensors for detecting these obstacles are essential for the operation of such vehicles. This dissertation presents studies on four obstacle avoidance algorithms and technology of three types of sensors applicable to the operation of autonomous vehicles. After the theoretical studies, one of the algorithms has been tested for evidence of applicability to the test vehicle. The experimental phase was the implementation of a program written in Java programming language, which applied the Insect 2 algorithm for obstacle avoidance in a robotic platform (Robodeck) using ultrasonic sensors embedded in the platform. The experiments were conducted in a closed environment (indoor), two-dimensional and flat, making Robodeck perform a trajectory. For testing, obstacles were placed to simulate various situations and evaluating the algorithm efficacy for these path configurations. The algorithm successfully performed the deviation of obstacles and, when there was a solution to the trajectory, it was found. When there was no solution, the algorithm has detected this situation and stopped the vehicle.

Plataformas móveis, como smartphones, tablets e também veículos, têm cada vez mais possibilitado a coleta e análise de dados de seu entorno. Essa oportunidade de sensoriamento de diferentes fenômenos oferece maior cobertura espaço-temporal a menor custo em relação às técnicas tradicionais. O dinamismo dessa abordagem traz desafios relacionados ao posicionamento desses sensores e ao georreferenciamento das informações coletadas. Desta forma, a presente pesquisa tem como objetivo propor método orientativo de especificação de técnicas de posicionamento no contexto do uso do veículo enquanto sensor. Inicialmente, a partir de levantamento bibliográfico, caracteriza-se a evolução do conceito de veículo-sensor e seu emprego no sensoriamento da fluidez do tráfego, das condições do pavimento, de qualidade do ar, entre outras variáveis. Descreve-se o estado da arte nesse campo de pesquisa, identificando lacunas e pontos a serem mais bem estudados. Em um segundo momento, identificando o posicionamento como tópico pouco discutido nesse contexto, o trabalho dedica-se à definição de método orientativo de especificação de sistemas de posicionamento para veículossensores, tendo em conta os requisitos associados às diferentes variáveis a serem sensoriadas. Ao fim, apresenta-se estudo de campo referente ao uso de veículos na identificação de ocorrência de lombadas, empregando as ferramentas estabelecidas nessa dissertação e pormenorizando a discussão do sistema de posicionamento. Dessa forma, o trabalho contribui para a caracterização dos sistemas de sensoriamento baseados em veículos e a identificação do posicionamento como parâmetro fundamental para a qualidade desses sistemas. / Mobile devices such as smartphones, tablets and also vehicles have increasingly enabled gathering and analysing data from its environment. This opportunity of sensing different phenomena offers greater spatiotemporal coverage at less cost when compared to the traditional techniques. The dynamics of this approach has challenges related to the positioning of this sensors and the georeferencing of sensed data. Thus, this research aims to propose an orientative method to specify the positioning system for use with vehicles working as mobile sensors. Firstly, by doing a literature review, the purpose is to characterize the evolution of the concept of vehicle as a mobile sensor and its use in sensing traffic conditions, road conditions, air quality and other variables. The state of the art in this research field is described and the gaps and open questions are identified. In a second moment, after identifying the positioning in this context as an understudied area, this research will work on discussing an orientative method to specify the positioning system considering specificities and requirements associated with the different sensored phenomena. At the end, this work describes an exploratory study using a vehicle to identify road bumps, applying the tools defined in the method and detailing the discussion about the positioning system. Therefore, this work contributes to the characterization of sensing systems based on vehicles and the identification of the vehicular positioning as a fundamental parameter for the quality of these systems.

O desenvolvimento tecnológico e o elevado investimento em tecnologias de veículos \"inteligentes\" vão, provavelmente, transformar veículos autônomos em realidade em alguns anos. A inserção de inteligência em veículos rodoviários visa obter uma redução nos acidentes de trânsito devido à mitigação de erros cometidos por motoristas humanos, graças à sua substituição por máquinas. Além disso, os veículos autônomos devem ser capazes de mitigar os perigos existentes nos sistemas de transporte rodoviário, sem criar novos riscos. Assim, é importante a pesquisa de como garantir a segurança crítica (safety) nesse novo cenário. Algumas pesquisas nesta área já vêm sendo desenvolvidas, porém elas não mostram como projetar um sistema veicular autônomo no qual se possa aplicar métodos já existentes para analisar e garantir níveis de segurança adequados em tais veículos. Frente a isso, este trabalho de mestrado desenvolve uma proposta que visa facilitar o desenvolvimento e a análise dessa nova classe de veículos, além de assegurar níveis de segurança crítica adequados aos veículos autônomos. A proposta é representada por um sistema denominado Controle Veicular Autônomo (CVA), o qual foi desenvolvido sob o conceito de Sistemas de Transporte Inteligentes (STI). O sistema CVA é formado por duas camadas, uma de operação (Operação Veicular Autônoma - OVA), responsável pela condução do veículo e outra de proteção (Proteção Veicular Autônoma - PVA). A ideia principal é que se utilize a camada PVA para a prevenção de acidentes. A camada PVA foi desenvolvida e testada em um ambiente de simulação, considerando um Estudo de Caso. Observou-se que, conforme previsto, o sistema CVA, por possuir uma camada voltada para a proteção veicular, conseguiu evitar diversas situações de colisões entre veículos. / Technological development and the massive investment in \'intelligent\' vehicle technologies are likely to turn autonomous vehicles into reality in a few years. The insertion intelligence in road vehicles aims to obtain a reduction in traffic accidents due to the mitigation of errors committed by human drivers, thanks to their replacement by machines. In addition, autonomous vehicles should be able to mitigate hazards in road transportation systems without creating new risks. Thus, It is important to study how to ensure safety in this new scenario. Some research in this area has already been developed, but they do not show how to design properly an autonomous vehicle system in which existing methods can be applied to analyze and guarantee adequate levels of safety in such vehicles. As a result, this master\'s work develops a proposal that aims to facilitate the development and analysis of this new class of vehicles, in addition to ensuring levels of critical safety appropriate to autonomous vehicles. The proposal is represented by a system called Autonomous Vehicle Control (CVA), which was developed under the concept of Intelligent Transport Systems (STI). The CVA system is formed by two layers, one of operation (Autonomous Vehicle Operation - OVA), responsible for the driving of the vehicle and another one of protection (Autonomous Vehicle Protection - PVA). The main idea is to use the PVA layer for the prevention of accidents. The PVA layer was developed and tested in a simulation environment, considering a Case Study. It was observed that, as predicted, the CVA system, because it has a layer aimed at vehicular protection, was able to avoid several collision situations between vehicles.

A operação de veículos autônomos necessita de meios para evitar colisões quando obstáculos não conhecidos previamente são interpostos em sua trajetória. Algoritmos para executar o desvio e sensores apropriados para a detecção destes obstáculos são essenciais para a operação destes veículos. Esta dissertação apresenta estudos sobre quatro algoritmos de desvio de obstáculos e tecnologia de três tipos de sensores aplicáveis à operação de veículos autônomos. Após os estudos teóricos, um dos algoritmos foi testado para a comprovação da aplicabilidade ao veículo de teste. A etapa experimental foi a realização de um programa, escrito em linguagem de programação Java, que aplicou o algoritmo Inseto 2 para o desvio de obstáculos em uma plataforma robótica (Robodeck) com o uso de sensores ultrassônicos embarcados na referida plataforma. Os experimentos foram conduzidos em ambiente fechado (indoor), bidimensional e horizontal (plano), fazendo o Robodeck executar uma trajetória. Para os testes, obstáculos foram colocados para simular situações variadas e avaliar a eficácia do algoritmo nestas configurações de caminho. O algoritmo executou o desvio dos obstáculos com sucesso e, quando havia solução para a trajetória, ela foi encontrada. Quando não havia solução, o algoritmo detectou esta situação e parou o veículo. / The operation of autonomous vehicles need means to avoid collisions when unforeseen obstacles are posed in its trajectory. Algorithms to perform the deviation and suitable sensors for detecting these obstacles are essential for the operation of such vehicles. This dissertation presents studies on four obstacle avoidance algorithms and technology of three types of sensors applicable to the operation of autonomous vehicles. After the theoretical studies, one of the algorithms has been tested for evidence of applicability to the test vehicle. The experimental phase was the implementation of a program written in Java programming language, which applied the Insect 2 algorithm for obstacle avoidance in a robotic platform (Robodeck) using ultrasonic sensors embedded in the platform. The experiments were conducted in a closed environment (indoor), two-dimensional and flat, making Robodeck perform a trajectory. For testing, obstacles were placed to simulate various situations and evaluating the algorithm efficacy for these path configurations. The algorithm successfully performed the deviation of obstacles and, when there was a solution to the trajectory, it was found. When there was no solution, the algorithm has detected this situation and stopped the vehicle.

O desenvolvimento tecnológico e o elevado investimento em tecnologias de veículos \"inteligentes\" vão, provavelmente, transformar veículos autônomos em realidade em alguns anos. A inserção de inteligência em veículos rodoviários visa obter uma redução nos acidentes de trânsito devido à mitigação de erros cometidos por motoristas humanos, graças à sua substituição por máquinas. Além disso, os veículos autônomos devem ser capazes de mitigar os perigos existentes nos sistemas de transporte rodoviário, sem criar novos riscos. Assim, é importante a pesquisa de como garantir a segurança crítica (safety) nesse novo cenário. Algumas pesquisas nesta área já vêm sendo desenvolvidas, porém elas não mostram como projetar um sistema veicular autônomo no qual se possa aplicar métodos já existentes para analisar e garantir níveis de segurança adequados em tais veículos. Frente a isso, este trabalho de mestrado desenvolve uma proposta que visa facilitar o desenvolvimento e a análise dessa nova classe de veículos, além de assegurar níveis de segurança crítica adequados aos veículos autônomos. A proposta é representada por um sistema denominado Controle Veicular Autônomo (CVA), o qual foi desenvolvido sob o conceito de Sistemas de Transporte Inteligentes (STI). O sistema CVA é formado por duas camadas, uma de operação (Operação Veicular Autônoma - OVA), responsável pela condução do veículo e outra de proteção (Proteção Veicular Autônoma - PVA). A ideia principal é que se utilize a camada PVA para a prevenção de acidentes. A camada PVA foi desenvolvida e testada em um ambiente de simulação, considerando um Estudo de Caso. Observou-se que, conforme previsto, o sistema CVA, por possuir uma camada voltada para a proteção veicular, conseguiu evitar diversas situações de colisões entre veículos. / Technological development and the massive investment in \'intelligent\' vehicle technologies are likely to turn autonomous vehicles into reality in a few years. The insertion intelligence in road vehicles aims to obtain a reduction in traffic accidents due to the mitigation of errors committed by human drivers, thanks to their replacement by machines. In addition, autonomous vehicles should be able to mitigate hazards in road transportation systems without creating new risks. Thus, It is important to study how to ensure safety in this new scenario. Some research in this area has already been developed, but they do not show how to design properly an autonomous vehicle system in which existing methods can be applied to analyze and guarantee adequate levels of safety in such vehicles. As a result, this master\'s work develops a proposal that aims to facilitate the development and analysis of this new class of vehicles, in addition to ensuring levels of critical safety appropriate to autonomous vehicles. The proposal is represented by a system called Autonomous Vehicle Control (CVA), which was developed under the concept of Intelligent Transport Systems (STI). The CVA system is formed by two layers, one of operation (Autonomous Vehicle Operation - OVA), responsible for the driving of the vehicle and another one of protection (Autonomous Vehicle Protection - PVA). The main idea is to use the PVA layer for the prevention of accidents. The PVA layer was developed and tested in a simulation environment, considering a Case Study. It was observed that, as predicted, the CVA system, because it has a layer aimed at vehicular protection, was able to avoid several collision situations between vehicles.

Plataformas móveis, como smartphones, tablets e também veículos, têm cada vez mais possibilitado a coleta e análise de dados de seu entorno. Essa oportunidade de sensoriamento de diferentes fenômenos oferece maior cobertura espaço-temporal a menor custo em relação às técnicas tradicionais. O dinamismo dessa abordagem traz desafios relacionados ao posicionamento desses sensores e ao georreferenciamento das informações coletadas. Desta forma, a presente pesquisa tem como objetivo propor método orientativo de especificação de técnicas de posicionamento no contexto do uso do veículo enquanto sensor. Inicialmente, a partir de levantamento bibliográfico, caracteriza-se a evolução do conceito de veículo-sensor e seu emprego no sensoriamento da fluidez do tráfego, das condições do pavimento, de qualidade do ar, entre outras variáveis. Descreve-se o estado da arte nesse campo de pesquisa, identificando lacunas e pontos a serem mais bem estudados. Em um segundo momento, identificando o posicionamento como tópico pouco discutido nesse contexto, o trabalho dedica-se à definição de método orientativo de especificação de sistemas de posicionamento para veículossensores, tendo em conta os requisitos associados às diferentes variáveis a serem sensoriadas. Ao fim, apresenta-se estudo de campo referente ao uso de veículos na identificação de ocorrência de lombadas, empregando as ferramentas estabelecidas nessa dissertação e pormenorizando a discussão do sistema de posicionamento. Dessa forma, o trabalho contribui para a caracterização dos sistemas de sensoriamento baseados em veículos e a identificação do posicionamento como parâmetro fundamental para a qualidade desses sistemas. / Mobile devices such as smartphones, tablets and also vehicles have increasingly enabled gathering and analysing data from its environment. This opportunity of sensing different phenomena offers greater spatiotemporal coverage at less cost when compared to the traditional techniques. The dynamics of this approach has challenges related to the positioning of this sensors and the georeferencing of sensed data. Thus, this research aims to propose an orientative method to specify the positioning system for use with vehicles working as mobile sensors. Firstly, by doing a literature review, the purpose is to characterize the evolution of the concept of vehicle as a mobile sensor and its use in sensing traffic conditions, road conditions, air quality and other variables. The state of the art in this research field is described and the gaps and open questions are identified. In a second moment, after identifying the positioning in this context as an understudied area, this research will work on discussing an orientative method to specify the positioning system considering specificities and requirements associated with the different sensored phenomena. At the end, this work describes an exploratory study using a vehicle to identify road bumps, applying the tools defined in the method and detailing the discussion about the positioning system. Therefore, this work contributes to the characterization of sensing systems based on vehicles and the identification of the vehicular positioning as a fundamental parameter for the quality of these systems.