Plataforma sensorial multifunções para melhoria da segurança rodoviária

With the increasing number of vehicles in the European roads and the emergence of autonomous vehicles and their coexistence in the roads with legacy vehicles, road safety is still a primary concern. This dissertation describes the design and implementation of a multipurpose roadside sensing platform for improved road safety. It is capable of monitoring weather conditions in highways with large coverage and high granularity, allowing road operators to predict dangerous driving conditions and alert drivers in real-time. Moreover, the sensing platform is equipped with an accelerometer to detect impacts on the highways’ guardrails and transmit emergency messages, improving the response of emergency services and allowing for proper maintenance to ensure the integrity of the guardrails. It also features a microphone and a lightweight vehicle detection algorithm based on sound, to monitor the traffic intensity. The devised solution is scalable and low-cost, due to the simple design using commonly available components. It features low communication latency and low power consumption, due to the use of a LoRaWAN network and low-power components, as well as the design choices to keep the device in sleep mode when not performing any actions. The sensors require low maintenance and are battery powered with solar energy harvesting, meaning that they can be placed in strategic and dangerous areas of highways, where there are no electricity sources, and be left operating standalone without the need of on-site human interaction. This solution is enabled due to the latest developments in embedded systems and Internet of Things technologies, such as LoRaWAN, MQTT, InfluxDB, and Grafana. This dissertation presents in detail the architecture of the different modules that integrate the system, as well as their implementation. The behavior of the system was verified with tests of the individual components and real-world field tests, such as the validation of the communication latency, vehicle detector, battery autonomy and solar charging, and weather and collision monitoring.Com o aumento do número de veículos em circulação nas estradas europeias, com o surgimento (cada vez mais antecipado) de veículos autónomos e a sua coexistência com os veículos tradicionais nas estradas, a segurança rodoviária é uma preocupação a ter em conta. Esta dissertação descreve o processo de desenvolvimento e implementação de uma plataforma sensorial multifunções para melhoria da segurança rodoviária. Esta plataforma potencia a monitorização contínua e com alta granularidade das condições climatéricas nas autoestradas, ajudando as concessionárias rodoviárias na previsão de situações de perigo para os condutores e avisando-os em tempo real. Além do mais, a plataforma está equipada com um acelerómetro para detetar impactos com os rails laterais das autoestradas, transmitindo mensagens de emergência quando estes ocorrem, melhorando a resposta dos serviços de emergência e permitindo uma melhor manutenção para garantir a integridade dos rails. A plataforma está também equipada com um microfone e, através de um algoritmo para deteção de veículos baseado no som que estes produzem, permite a monitorização da intensidade do trânsito. A solução proposta é escalável e de baixo custo, devido ao desenho simples utilizando componentes disponíveis no mercado. Esta possui comunicações com baixa latência e baixo consumo energético, devido à utilização de uma rede LoRaWAN e componentes low-power, bem como o facto de manter os sensores a hibernar quando não estão a desempenhar nenhum tipo de ação. Os sensores requerem pouca manutenção e são alimentados a bateria com captação de energia solar, permitindo a sua colocação em localizações perigosas e estratégicas nas autoestradas, onde não existe eletricidade, e permanecendo em funcionamento sem a necessidade de intervenção humana no local. Esta solução é possível devido aos mais recentes desenvolvimentos nas tecnologias de sistemas embutidos e Internet das Coisas, como LoRaWAN, MQTT, InfluxDB e Grafana. Esta dissertação apresenta em detalhe a arquitetura dos diferentes elementos que integram o sistema, bem como a sua implementação. O funcionamento do sistema foi verificado com testes aos componentes individuais e com testes em ambiente real, como a validação da latência na comunicação, do algoritmo de deteção de veículos, da autonomia da bateria e do carregamento por energia solar, e da monitorização de colisões e de condições climatéricas.Mestrado em Engenharia Eletrónica e Telecomunicaçõe