Simulating Vehicle Movement and Multi-Hop Connectivity from Basic Safety Messages

The Basic Safety Message (BSM) is a standardized communication packet that is sent every tenth of a second between connected vehicles using Dedicated Short Range Communication (DSRC). BSMs contain data about the sending vehicle's state, such as speed, location, and the status of the turn signal. Currently, many BSM datasets are available through the connected vehicle testbeds of U.S. Department of Transportation from all over the country. However, without a proper visualization tool, it is not possible to analyze or visually get an overview of the spatio-temporal distribution of the data. With this goal, a web application has been developed which can ingest a raw BSM dataset and display a time-based simulation of vehicle movement. The simulation also displays multi-hop vehicular network connectivity over DSRC. This paper gives details about the application, including an explanation of the multi-hop partitioning algorithm used to classify the vehicles into separate network partitions. A performance analysis for the simulation is included, in which it is suggested that calculating a connectivity matrix with the multi-hop partitioning algorithm is computationally expensive for large number of vehicles

Avaliação do potencial de veículos conectados e autónomos para redução de consumos e emissões

No setor dos transportes prevê-se um avanço tecnológico significativo, quer ao nível da introdução de sistemas inteligentes transportes cooperativos, quer através da progressiva introdução de veículos com um grau crescente de autonomia. Este avanço tecnológico pode originar ganhos significativos na segurança e eficiência do sistema de transportes. O principal objetivo desta Dissertação consiste no estudo do potencial dos veículos conectados e autónomos (CAV) na redução de consumos de combustível e de emissões de poluentes através de funções de desempenho operacional em diferentes tipologias de artérias rodoviárias. Neste trabalho foram selecionados quatro troços de vias rodoviárias de uma cidade portuguesa de média dimensão (Aveiro) para recolher dados retirados através de microssimulação com recurso ao software VISSIM. Tendo como objetivo avaliar o nível de emissões que advém da introdução de CAV na rede de tráfego é analisado um sistema com vários cenários representando taxas de penetração diferentes de CAV e é observado o impacto que estes têm nos veículos convencionais para os diferentes tipos de vias. Assim, de modo a antecipar o que acontece na infraestrutura rodoviária, são relacionados vários conjuntos de dados como as emissões de gases com efeito de estufa (GEE) e a distribuição dos modos da potência especifica dos veículos (VSP, que relaciona a dinâmica de um veículo com as suas emissões de poluentes). Os resultados obtidos sugerem que é possível obter reduções das emissões com a introdução dos CAV no fluxo de tráfego dependendo das características da via. Também sobre este pressuposto é possível obter resultados positivos quando se trata da influência que estes veículos têm sobre os veículos convencionais e quanto maior a taxa de penetração, maior vai ser essa influência chegando a reduções de emissões de CO2 de 13%. Deste modo, reduções de aproximadamente 18% de emissões totais de CO2 são obtidas para estradas nacionais e reduções de 18% são obtidas para autoestrada com limitação de velocidade dos CAV. Para ambos os casos, o melhor resultado obtém-se para a maior taxa de penetração. No entanto, quando se trata de vias em meio urbano os resultados não são positivos chegando mesmo a ocorrer um aumento das emissões tanto para os CAV como para os veículos convencionais.A significant technological advance is expected in the transportation sector due to the implementation of cooperative intelligent transport systems as well as due to a progressive implementation of vehicles with an increasing degree of autonomy. This technological advance can significantly improve safety and efficiency of the transportation system. This work aims to study the potential impacts of connected autonomous vehicles (CAV) in fuel consumption and pollutant emissions through operational performance functions on different types of roads. In this study, four sections of roadways of a medium-sized Portuguese city (Aveiro) were selected in order to collect data obtained through microsimulation using VISSIM software. This work analyses a system with several scenarios assessing different CAV penetration rates. The main goal is to explore the impact they have on the conventional vehicles on different types of roads. Thus, aiming to anticipate what happens on road infrastructure, several sets of data such as greenhouse gases (GHG) emissions are estimated based on the distribution of vehicle specific power modes (VSP, which associates the vehicle dynamics with its pollutant gas emissions). The results suggest that it is possible to obtain a reduction of gas emissions with the implementation of CAV in traffic flow depending on the road distinguishing features. Under this assumption, it is also possible to get positive results when referring to the effect these vehicles have on the conventional vehicles. It has been shown the higher the penetration rate is, the higher reduction on emissions is observed with a 13% reduction in CO2 emissions. Thus, a reduction of approximately 18% in CO2 total emissions is obtained on national roads and a 18% reduction is obtained on highways with speed limit for CAV. On both cases, the best result is obtained with the higher penetration rate. However, as far as the urban area is concerned, the results are not positive and there is even an increase in gas emissions with CAV as well as with conventional vehicles.Mestrado em Engenharia Mecânic