Reconstruindo mapas rodoviários a partir de trajetórias GPS

Abstract

O tráfego rodoviário é um componente fundamental do cotidiano no mundo inteiro. Milhões de veículos navegam pelas estradas diariamente, e grande parte deles faz uso de alguma forma de rastreamento. Para operação correta de sistemas de rastreamento, a infraestrutura de rede que os suportam deve oferecer alta disponibilidade, e ter consciência sobre estado dessa conexão ao longo das rodovias pode contribuir para a utilização correta e bom aproveitamento desses sistemas. O objetivo deste trabalho é implementar uma forma de visualização apropriada para as informações de qualidade do sinal 2G nas estradas, através de mapas rodoviários enriquecidos com os dados de conectividade. O desenvolvimento foi realizado utilizando uma base de dados de rastreamento de veículos e algoritmos de reconstrução de mapas a partir de trajetórias GPS. Alguns diferentes tipos de algoritmos dessa área foram brevemente apresentados e comparados, bem como o processo de decisão para escolher um algoritmo adequado para os fins deste trabalho. Especificamente, um algoritmo de inserção parcial de trajetórias foi empregado, que funciona inserindo trajetórias em um grafo inicialmente vazio, realizando cálculos de correspondência parcial baseados na distância de Fréchet para identificar trechos conflitantes e combiná-los. Os grafos resultantes da combinação das trajetórias são utilizados para modelar a geometria da malha rodoviária e representar as informações sobre conectividade, além de possibilitar a consulta aos dados de rodovias ou rotas específicas. Todas as etapas do sistema de reconstrução de mapa foram detalhados, desde o tratamento inicial dos dados à composição final das imagens. Os mapas gerados então foram utilizados em diferentes configurações e combinações para levantar algumas análises sobre o estado da cobertura de sinal 2G nas estradas do Rio Grande do Sul, destacando aspectos como as características distintas entre regiões ou períodos diferentes.

Road traffic is a fundamental component of everyday life all across the world. Millions of vehicles navigate the roads daily, and a significant share of those use some tracking. For the correct operation of tracking systems, the network infrastructure supporting them has to offer high availability, and being aware of the state of this connection along the roads can contribute to the proper utilization of these systems. This work aims to implement a form of visualization better suited for the information on the quality of 2G signals on the roads, using roadmaps enriched with connectivity data. This work employs records from a vehicle tracking database and algorithms for map reconstruction from GPS tracks. From a comparison among different algorithms in this area, the text demonstrates the de cision process to choose the proper algorithm for this work. Specifically, a partial track insertion algorithm was employed, and it works by inserting trajectories into an initially empty graph, doing partial map-matching based on the Fréchet distance to identify con flicting sections and merge them. The graphs resulting from the combination of tracks are used to model the roadway geometry, representing connectivity information, as well as enabling queries for specific road or route data. All the steps that compose the map construction system were explained, ranging from the initial dataset treatment to the final composition of images. The generated maps were then used in different configurations and combinations to analyze the state of 2G signal coverage on the roads of Rio Grande do Sul, underlining aspects such as distinct characteristics across different periods.