City, people and vehicles as a platform

Abstract

The evolution of the wireless communication mechanisms and the appearance of embedded systems with growing computational power allow the creation of an infrastructure that, in a reliable and distributed way, is able to aggregate data acquired from multiple static and dynamic devices. The V2X communication is an emerging and innovative technology that allows the exchange of cooperative alert and multimedia messages in a wireless vehicular environment. This technology connects a vehicle, not only to other vehicles, but also to the infrastructure and to vulnerable road users (motorcycles, bicycles and pedestrians), covering a vast number of applications from the traditional cases of infotainment to the most advanced operations of cooperative and assisted driving. It is also possible to make use of the data acquired from the static nodes, such as, radars and video cameras, which are installed in certain zones of the city. To better complement the multiple wireless communication mechanisms, it is also possible to install roadside units, located near the road, whose main objective is to gather data from the V2X vehicles that are within range of the receptors. This type of receptor node can also work as a logic node that, not only routes the received information to the infrastructure, but also performs distributed computation (edge computing) on this data, such as detecting if a vehicle is moving at a speed that is above the speed limit for that road, and generating an alert if that happens. In this dissertation we developed services that enable V2I and I2V communication in vehicles, making use of the standards for Intelligent Transportation Systems, as well as services that allow the infrastructure to receive heterogeneous data and aggregate it in a database cluster. We also make this data available to high level services both as real-time data and historic data. The data is acquired by roadside units that were installed in the Aveiro Living Lab testbed and are distributed throughout the city. The proposed solution leverages real-time data and events, which are ready to be consumed by services as soon as they are received by the roadside units. To demonstrate the versatility of this type of information, we developed, the Aveiro in Real-Time dashboard that can be used by citizens or by city operators that want to visualize the state of their cities. This solution also leverages historic data, which can also empower multiple use cases. To show how powerful and versatile our solution is, we have developed the Incident Replayer service, that allows users to replay the information of the vehicles that were involved in an accident.

A evolução dos mecanismos de comunicação sem fios e o aparecimento de sistemas embebidos com cada vez maior capacidade de computação permitem a criação de uma infrastrutura que, de forma confiável e distribuída, consiga agregar a informação proveniente de vários dispositivos móveis ou estáticos. Comunicação V2X é uma tecnologia emergente e inovadora que permite a troca de mensagens de cooperação, alerta e multimédia num ambiente veicular sem fios. Esta tecnologia conecta um veículo, não só a outros veículos, mas também a infrastruturas e utilizadores rodoviários vulneráveis (motociclos, velocípedes e/ou peões), cobrindo assim, um número vasto de aplicações desde os tradicionais casos de infotainement até às funções mais avançadas de condução cooperativa e assistida. Além dos nós moveis referidos, é também possível usufruir de informação proveniente de nós estáticos, como por exemplo, radares e câmaras que sejam instalados em determinadas zonas da cidade. De forma a complementar os diversos mecanismos de comunicação sem fios, é também possível a instalação de unidades de comunicação fixas, posicionadas perto da estrada, cujo objetivo é recolher a informação proveniente de veículos com comunicação V2X que estejam ao alcance dos recetores. Este tipo de nó recetor pode também servir como um nó lógico, que não só encaminha a informação recebida para a infrastrutura, mas também faz um processamento distribuído (edge computing) desta informação, podendo ele mesmo determinar se um veículo está a deslocar-se a uma velocidade acima da velocidade permitida para aquele local, por exemplo, e gerar um aviso se isso acontecer. Nesta dissertação foram desenvolvidos serviços que permitem a comunicação V2I e I2V em veículos, usando as normas definidas para os sistemas de transporte inteligentes, e também foram desenvolvidos serviços que permitem à infrastrutura receber informação heterogénea e agregá-la num grupo de base de dados. Esta informação é, também, disponibilizada a serviços de alto nível tanto sob a forma de informação em tempo real como sob a forma de informação histórica. A informaçao é recolhida por estações fixas instaladas no testbed do Aveiro Living Lab que estão distribuídas pela cidade. A solução proposta disponibiliza informação e eventos em tempo real, prontos a serem consumidos por serviços de alto nível, assim que forem recebidos pelas estações fixas. Para demonstrar a versatilidade deste tipo de informação, desenvolvemos a dashboard Aveiro in Real-Time, que pode ser usada por cidadãos ou por operadores da cidade e permite mostrar aos utilizadores o estado atual da cidade. Esta solução também disponibiliza informação histórica, que pode ser usada em diversos casos de uso. Para demonstrar o quão potente e versátil esta solução é, desenvolvemos o serviço Incident Replayer, que permite a reprodução da informação dos veículos que estiveram envolvidos num acidente.