Development validation of a fleet management and control system, based on Intelligent Transportation Systems (ITS) services and long-range technology (LoRa)

Abstract

In medium-sized cities in developing countries, transit service without dedicated lanes has issues related to route compliance, schedules, speed control, and safety. An efficient way for dealing with this issue is the use of ICT (Information and Communication Technologies), to implement a Fleet Management and Control Systems (FMCS). Such implementation can be performed using Intelligent Transportation Systems (ITS), which allow integration of services and adequate standardization. For those reasons, in this degree work we performed: a) A literature review, related to FMCS based on ITS and their enabling wireless technologies. b) Design of an ITS architecture of an FMCS based on the context (medium-sized city) and review results. c) Design and development of a prototype development unit for the proposed FMCS based on the results of the review and the proposed architecture. d) Evaluation of the FMCS prototype development unit in a controlled environment. e) Design and validation of quasi-experiments focused on evaluating the operation of the prototype, mainly in the modules related to the wireless communications technology. f) Design and development of the web application and database of the FMCS prototype. The prototype development unit built for the FMCS took into account the designed ITS architecture, the research context and the results of the literature review. The wireless communications technology selected for the prototype (LoRa) was tested and analyzed in terms of coverage, in a case study in the city of Popayán. The FMCS prototype was initially validated with a first phase of tests in a controlled environment, obtaining good results; and later two new phases of tests (quasi-experiments) were carried out in a real environment (defining some routes in the city of Popayán and using vehicles to travel them performing the respective monitoring) with some aspects controlled. When executing the last two phases of tests, a data set was collected, important to analyze the results and that can be useful for future research on related topics. The results obtained in terms of percentage of messages received, distances reached and signal levels obtained were good, considering various aspects such as LoS (Line of Sight) and power. The web application of FMCS prototype presented a good response in terms of the management and handling of the system, for the various components that make up. This enables the development and implementation of an FMCS on a larger scale and integrates it with other mobility services.

En las ciudades medianas de países en desarrollo, el servicio de tránsito sin carriles exclusivos tiene problemas relacionados con el cumplimiento de las rutas, los horarios, el control de velocidad y la seguridad. Una forma eficaz de abordar este problema es el uso de las TIC (Tecnologías de la Información y la Comunicación), para implementar un Sistema de Control y Gestión de Flotas (FMCS). Dicha implementación se puede realizar utilizando Sistemas Inteligentes de Transporte (ITS), que permiten la integración de servicios y una adecuada estandarización. Por estas razones, en este trabajo de grado realizamos: a) Una revisión de la literatura, relacionada con un FMCS basada en ITS y sus tecnologías de comunicación inalámbrica habilitadoras. b) Diseño de una arquitectura ITS de un FMCS en base al contexto (ciudad mediana) y revisión de resultados. c) Diseño e implementación de una unidad de desarrollo de prototipo para un FMCS basado en los resultados de la revisión y la arquitectura propuesta. d) Evaluación de la unidad de desarrollo de prototipo FMCS en un ambiente controlado. e) Diseño y validación de cuasi-experimentos enfocados a evaluar el funcionamiento del prototipo, principalmente en los módulos relacionados con la tecnología de comunicaciones inalámbricas. f) Diseño y desarrollo de la aplicación web y base de datos del prototipo FMCS. La unidad de desarrollo del prototipo construida para el FMCS tuvo en cuenta la arquitectura ITS diseñada, el contexto de investigación y los resultados de la revisión literaria. La tecnología de comunicaciones inalámbricas seleccionada para el prototipo (LoRa) fue probada y analizada en términos de cobertura, en un caso de estudio en la ciudad de Popayán. El prototipo FMCS fue inicialmente validado con una primera fase de pruebas en un ambiente controlado, obteniendo buenos resultados; y posteriormente se llevaron a cabo dos nuevas fases de pruebas (cuasi-experimentos) en un entorno real (definiendo algunas rutas en la ciudad de Popayán y utilizando vehículos para recorrerlas realizando el respectivo seguimiento) con algunos aspectos controlados. Al ejecutar las dos últimas fases de las pruebas, se recopiló un conjunto de datos, importante para analizar los resultados y que puede ser útil para futuras investigaciones sobre temas relacionados. Los resultados obtenidos en cuanto a porcentaje de mensajes recibidos, distancias alcanzadas y niveles de señal obtenidos fueron buenos, considerando diversos aspectos como LoS (Line of Sight) y potencia. La aplicación web del prototipo FMCS presentó una buena respuesta en cuanto a la gestión y manejo del sistema, por los distintos componentes que lo integran. Esto permite el desarrollo e implementación de un FMCS a mayor escala e integrarlo con otros servicios de movilidad.