INTERACCIÓN ENTRE USUARIOS Y SISTEMAS INTEGRALES DE MEDIOS DE TRANSPORTE
URBANO MEDIANTE APLICACIONES MÓVILES
Lenin Antonio Juela Edwin
Stalin Macas
School of Electronics and
School of Electronics and
Telecomunication
Telecomunication
Universidad Técnica Particular de Loja
Universidad Técnica Particular de Loja
Mail:
[email protected]
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Abstract-Dada la necesidad de los usuarios de transporte público por
tener una estimación aproximada del tiempo de llegada de los buses a las
paradas más cercanas, se construye un sistema con la tecnología que ofrece
ZigBee y WebGis, además de una aplicación móvil android para los
dispositivos móviles los cuales mantendrán al tanto al usuario. Con este
fin los datos se subirán a la nube y los clientes podrán observarlos con
facilidad, con esto se utilizaría el tiempo de mejor manera hasta la
llegada del bus a la respectiva parada más cercana donde se encuentre el
usuario.
PALABRAS CLAVE: GPS, GPRS, WebGIS, MapXtreme.
INTRODUCCIÓN
La movilidad en transportes públicos hoy en día se ha tornado un servicio
de primera necesidad para muchas personas, es por ello que se tiene la
necesidad de tener un servicio de primera calidad y amigable con los
usuarios. Un punto importante en un sistema de transporte integral urbano
actualmente es que cuente con tecnologías lo suficientemente sofisticadas
para poder tener una interacción en tiempo real con el usuario. Haciendo
uso de la telemática se puede reducir los tiempos de desplazamiento y las
distancias recorridas, a la vez que se incrementa la seguridad, el confort
y el conjunto de servicios que pueden ser ofrecidos a los usuarios. [1]
Entre estas tecnologías podemos mencionar la capacidad de que los sistemas
de transporte público puedan ser capaces de informar a sus clientes su
ubicación actual y el tiempo de llegada a sus respectivas paradas, con lo
que se tendría un mejor aprovechamiento del tiempo el cual es un factor muy
importante en la sociedad actual
Dicho lo anterior, se propone un modelo que permita tener una comunicación
en tiempo real entre los sistemas de transporte integrales urbanos y los
usuarios, el mismo que debe contar con: un sistema de posicionamiento
global GPS para determinar la ubicación de los buses, un sistema de
comunicación inalámbrica ubicado en las unidades de trasporte urbano el
cual emitirá las señales cada determinado tiempo, un receptor y base de
datos donde se alojarán los datos enviados por los buses y finalmente un
sistema que sea capaz de enviar los datos a Internet en donde los usuarios
los podrán visualizar.
Un punto muy importante es el entorno en el cual se distribuyen las
diferentes unidades de transporte público, debido a que tienen mucha
influencia en el tiempo de recorrido de dichas unidades. Es decir se tiene
que tener un sistema robusto para poder ser capaz de afrontar por ejemplo:
el tráfico al cual se encuentra sujeto, obras civiles que se estén llevando
a cabo, condiciones climáticas, fallas en las señalizaciones de tránsito,
accidentes de tránsito; en fin un sistema que sea capaz de disuadir todas
las situaciones que influyan en su tiempo de llegada a sus respectivas
paradas.
Tomando en cuenta todos estos factores se pude llegar a tener un sistema
rápido y seguro, es decir que la información que visualice el usuario sea
en tiempo real y no que no tenga fallos en la ubicación de los buses. Visto
que en la actualidad existen un sin número de dispositivos que cuentan con
la posibilidad de enviar y recibir datos a través de medios inalámbricos,
esto permite que este modelo se lo pueda tener en smartphone, tablets,
smartwach, etc.
Además se puede tener una comunicación entre las unidades de transporte
público y las diferentes paradas, con lo que se daría servicio a personas
que no cuenten con los dispositivos mencionados anteriormente. Es decir en
cada parada se tendría un receptor que permita que el usuario visualice el
tiempo que tendrá que esperar hasta la llegada de su línea de transporte.
Por otra parte, este documento en su sección dos contará con los trabajos
relacionados que se han implementado y las ventajas que tiene cada uno de
ellos. En la sección tres se tendrá el marco teórico que contará con las
definiciones de las partes que conforman el trabajo. En la sección cuatro
se tendrá el desarrollo y diseño de todas las partes que conforman el
trabajo; para finalmente en la sección cinco presentar las respectivas
conclusiones.
TRABAJOS RELACIONADOS
Mediante el sistema de posicionamiento global asistido para teléfonos
móviles (A-GPS) se tiene la estimación del tráfico urbano en tiempo real,
el mismo realiza una estimación del tráfico urbano mediante A-GPS. Aquí los
datos de la ubicación de los vehículos en tiempo real son recogidos por los
teléfonos móviles para tener un seguimiento de los mismos por las vías
urbanas. [2]
En este sistema se utilizan tres parámetros:
1. La estimación de tráfico microscópico la cual se utiliza para simular
la red vial urbana y el tráfico correspondiente. Además genera pistas de la
ubicación real para cada vehículo. [2]
2. Procesamiento de datos de la ubicación y estimación de la velocidad, en
donde se cumple una tarea de filtrado para los datos y además se hace una
estimación de las velocidades individuales de los vehículos. [2]
3. Evaluación del desempeño y presentación de resultados en donde se hacen
comparaciones de los datos reales y se los envían a los suscriptores del
servicio. [2]
Por otra parte tenemos un sistema de información de tráfico aplicado a
taxis. Este sistema utiliza datos de una flota de carro (FCD- Floating Car
Data). Trabajan con cientos de taxis los cuales cuentan con un módulo GPS
que envía su ubicación a sus clientes. Existen dos tipos de FCD uno activo
y uno pasivo. En el caso de los activos los vehículos cuentan o están
equipados con un GPS y en otro lugar un servidor donde se procesan los
datos, la ventaja de este sistema son las investigaciones acerca de la
información de enrutamiento continua y especificaciones detalladas de los
tiempos de viaje. En cambio los pasivos se caracterizan por la obtención de
información a través de balizas de carretera, el cual tiene un hardware muy
barato, mientras que las inversiones en infraestructuras para las balizas a
lo largo de las carreteras son bastante altas. [3]
En la figura 1 se puede apreciar los componentes que conforman este
sistema
Fig1. FCD para una flota de taxis
Por otra parte en la ciudad de Loja-Ecuador la Unidad Municipal de
Tránsito en coordinación con el Consorcio de Transportistas implementaron
una aplicación móvil para teléfonos y tablets con el sistema operativo
android que permite conocer rutas y horarios del transporte público. Para
descargar la aplicación los usuarios deben ir a la aplicación Play Store
colocar el nombre SITU Loja y aparecerá el ícono para descargarlo. Una vez
realizado este proceso se ingresa y opta por las opciones: rutas, horarios,
sugerencias y denuncias. [4]
MARCO TEÓRICO
Sistemas de transporte urbano
El transporte público es el término aplicado al transporte colectivo de
pasajeros. A diferencia del transporte privado, los viajeros de transporte
público tienen que adaptarse a los horarios y a las rutas que ofrezca el
operador. Usualmente los viajeros comparten el medio de transporte y está
disponible para el público en general. Incluye diversos medios como
autobuses, trolebuses, tranvías, trenes, ferrocarriles suburbanos o ferris.
[5]
El transporte público también se lo denomina transporte de masas. Se
refiere a los vehículos de servicio público que transportan pasajeros.
Buena parte de la población en cualquier país debe hacer uso del transporte
de servicio público. Aún en el país donde existe la mayor cantidad de
automóviles, el país que tiene el mayor nivel de vida y la mayor proporción
de vehículos por habitante, el volumen de pasajeros transportados en estos
servicios públicos constituye un factor de primera magnitud. De ahí la
importancia que tiene una correcta operación y un control adecuado, por
parte de las autoridades. [6]
En muchos países llegan a millones los pasajeros que son transportados
diariamente. Este transporte representa en sí una industria básica para el
desarrollo del país. La proporción de la población que se dedica a la
actividad de los transportes es bastante importante y la proporción de la
población que depende de ellos para su traslado al trabajo, a los centros
educativos, a los centros de recreación, en fin, para su actividad
económica y social, es mucho mayor. [6]
El presente trabajo se enfoca en el sistema de transporte con el que
cuenta la UTPL (Universidad Técnica Particular de Loja) en la cuidad de
Loja-Ecuador, para el traslado de sus estudiantes y personal perteneciente
a la institución desde las diferentes paradas hasta la universidad y
viceversa.
A continuación se detallan los horarios y los lugares que recorren los
buses.
"HORARIO DE RECORRIDO DE BUSES "
"UTPL "
"HACIA "DESDE "
"Zamora Huayco "
"6:30 "19:00 "
"7:00 "20:00 "
"7:30 "21:00 "
"8:00 " "
"14:30 " "
" " "
"15:00 " "
"Pradera "
"6:30 "12:00 "
"7:00 "12:30 "
"7:30 "13:00 "
"8:00 "18:00 "
"8:30 "18:30 "
"14:30 "19:00 "
"15:00 "20:00 "
"15:30 "21:00 "
"Los Rosales "
"7:00 "13:00 "
"15:00 "19:00 "
" "21:00 "
"Tebaida Alta "
"6:30 "12:00 "
"7:00 "12:30 "
"7:30 "13:00 "
"8:00 "18:00 "
"8:30 "18:30 "
"13:30 "19:00 "
"14:30 "20:00 "
"15:00 "21:00 "
"15:30 " "
"Esteban Godoy "
"6:30 "21:00 "
"7:30 " "
"14:30 " "
"Daniel Álvarez "
"14:30 "18:30 "
" "21:30 "
"Operadores-Epoca "
"7:00 "12:30 "
"7:30 "18:30 "
"14:30 "21:00 "
"15:00 " "
"Pitas "
"6:30 "12:00 "
"7:00 "12:30 "
"7:30 "13:00 "
"8:00 "18:00 "
"8:30 "18:30 "
"14:30 "19:00 "
"15:00 "20:00 "
" "21:00 "
"Colegio Militar "
"6:55 "12:30 "
"14:55 "18:30 "
" "21:00 "
"Sauces Norte "
"14:30 "21:00 "
"Clodoveo Jaramillo "
" "19:00 "
" "20:00 "
" "21:00 "
"24 de Mayo "
"15:30 "8:30 "
"16:00 "9:00 "
"16:30 "9:30 "
"17:00 "10:00 "
"17:30 "10:30 "
" "11:00 "
" "11:30 "
"Av. Manuel Agustin Aguirre "
"15:30 "8:30 "
"16:00 "9:00 "
"16:30 "9:30 "
"17:00 "10:00 "
"17:30 "10:30 "
"11:30 "11:00 "
"Terminal "
"15:30 "8:30 "
"16:00 "9:00 "
"16:30 "9:30 "
"17:00 "10:00 "
"17:30 "10:30 "
" "11:00 "
" "11:30 "
De acuerdo a la tabla expuesta los servidores de bases de datos de mayor
capacidad se encontrarán ubicados en los lugares donde los buses realicen
el mayor número de paradas los cuales son: Pradera, Tebaida Alta, Pitas y
la Av. Manuel Agustín Aguirre.
GPS
El GPS (Sistema de Posicionamiento Global) consiste en un conjunto de 24
satélites que circundan la Tierra y envían señales de radio a su
superficie. Un receptor GPS es un pequeño aparato electrónico, que permite
recibir las señales de los satélites para calcular su posición, la cual es
facilitada como un grupo de números y letras que corresponden a un punto
sobre un mapa, cada uno de estos es instalado en cada unidad de la flota de
buses, posteriormente las posiciones pasan directamente al GPRS. [7]
Las radioseñales emitidas por los satélites no pueden penetrar una
vegetación densa, rocas, edificios o accidentes geográficos. Por tanto, el
receptor GPS no funcionará en selvas o bosques frondosos, en valles
estrechos o entre rascacielos. La ventaja es que la ciudad donde la flota
buses realiza su recorrido es en la ciudad, en la cual no existe ninguno de
los inconvenientes nombrados anteriormente. [7]
GPRS
La transmisión de datos: los datos adquiridos por el GPS pasan
directamente al GPRS que transmite datos inalámbricamente mediante
conmutación de paquetes, a través de la red GSM (Global System for
Mobile Communications), que nos ofrece la compañía de telefonía móvil CNT
(Corporación Nacional de Telecomunicaciones) debido a la baja tarifa y
amplia cobertura en la ciudad de Loja.
El módulo tiene ventajas que otros módulos de comunicación no poseen,
alta velocidad y amplia cobertura de red [3]. El sistema el GPRS realiza la
transmisión de datos a un costo reducido, además de la mejora en tiempo
real y la precisión de la transmisión.
Servidores de bases de datos
Es el destino de las coordenadas enviadas por el GPRS, los servidores de
bases de datos se utilizan para almacenar, recuperar y administrar los
datos de una base de datos. El servidor gestiona las actualizaciones de
datos, permite el acceso simultáneo de muchos servidores o usuarios web
garantizando la seguridad y la integridad de los datos, a su vez este puede
proporcionar servicio de control flexible y eficiente uniéndose a un
servidor de mapas llamado MapXtreme Java y a un nuevo tipo de GIS (sistema
de información geográfica) llamado WebGIS el cual está acompañado por el
rápido desarrollo del Internet para el sistema de control de vehículos.
Los servidores de base de datos se fijarán en cada parada y en la UTPL
(Universidad Técnica Particular de Loja) conjuntamente con un monitor en el
cual se visualizará el tiempo y la distancia aproximada que se encuentra
cada unidad.
Entre los servidores de base de datos más conocidos tenemos:
1. Oracle
2. SQL Server
3. MySQL
En la figura 2 [8][9][10] se observa las principales diferencias:
Fig 2. Principales diferencias entre servidores de base de datos
Se ha optado por escoger el servidor de base de datos MySQL, por su
similitud con los otros servidores, y por sus lenguajes de programación
como son C++ y Java que son muy conocidos, pero a diferencia de estos, es
gratis, lo que hace que el sistema completo tenga la misma eficiencia a un
precio muy reducido.
MapXtreme Java
Es un servidor de mapas de Java 100% diseñado por MapInfo Corporation,
que cumple con la especificación J2EE (Java 2 Platform Enterprise Edition),
Lo mejor de este servidor es nos permite ejecutar aplicaciones de mapas
desde un servidor manejado centralmente reduciendo así los costos de
hardware y administración mientras mejora el desempeño, confiabilidad y
seguridad de la aplicación, además satisface las necesidades de las
aplicaciones de mapas de varias plataformas.
WebGIS
Los WebGIs son aplicaciones Web para publicar y compartir bases de datos
geográficas. Gracias a los WebGIS las organizaciones que poseen Sistemas de
Información Geográfica pueden valorizar su patrimonio de información,
haciéndolo disponible en cualquier momento y lugar para sus usuarios y
socios, con distintos niveles de accesibilidad conforme a perfiles de
usuario. [11]
Las infraestructuras de datos espaciales, son sistemas abiertos que
tienen como objetivo facilitar la disponibilidad, homogeneidad y acceso a
los datos geoespaciales. Una IDE (Integrated Development Environment) se
basa en acuerdo interinstitucionales y políticas institucionales en las que
diferentes organismos comparten información utilizando diferentes
tecnologías y métodos de comunicación e intercambio, pero manteniendo
estándares que garanticen la interoperabilidad entre los sistemas. [12]
METODOLOGIA
Al sistema se lo ha dividido en tres bloques como se lo muestra en la
siguiente figura:
Fig. 3. Diagrama del sistema
En donde:
En el bloque 1, cada bus cuenta con un módulo GPS (Sistema de
Posicionamiento Global), quien nos brinda la posición de cada unidad.
En el bloque 2 los datos se almacenarán directamente en el módulo GPRS
(General Packet Radio Service) quien se encargará de enviar los datos
adquiridos a través de la red GSM (Global System for Mobile Communications)
hacia un servidor físico y respectivamente a un servidor web.
En el bloque 3 los datos serán visualizados por los clientes mediante un
smarthphone, o un ordenador.
Algoritmo
A) Algoritmo principal
Debido a coordenadas geodésicas recogidas por GPS y el mapa electrónico
comparando ambos se tienen desviaciones, las coordenadas pueden no
coincidir con la carretera correspondiente en el mapa. En el mapa, parece
que los vehículos pueden no estar corriendo en carreteras. Así, el
algoritmo de coincidencia de la ruta debe ser utilizado para hacer que los
puntos de localización de los vehículos se ajusten a las carreteras
correspondientes, para así coincidir con los puntos de la línea central de
la carretera.
La aplicación tiene dos premisas [13]:
1) Los mapas digitales utilizados a emparejar deben incluir coordenadas
de la carretera de alta precisión, cuya desviación debe estar dentro
de 15m.
2) El vehículo que se localiza debe estar corriendo en la red de
carreteras.
El algoritmo puede ser dividido en dos procesos relativamente
independientes en principio: a) encontrar la carretera que el vehículo está
corriendo [13]; b) Proyectar el punto de localización en la carretera que
el vehículo está en marcha.
B) Búsqueda de la carretera
Hay tres ítems principales para determinar en qué carretera el vehículo
puede estar corriendo en: la distancia de proyección desde el punto de
ubicación a la carretera más probable, el ángulo entre la dirección de la
carretera más probable y el sentido de marcha del vehículo, al igual que la
carretera debe coincidir con el último punto de ubicación. En general, una
carretera cuya distancia de proyección y el ángulo entre las direcciones es
más pequeño, tiende a parecerse más a la carretera de destino y viceversa.
Además, una carretera que es la misma o tiene conexión topológica con la
carretera que coincide el último punto de localización se parecerá más a la
carretera original. ri es la distancia más corta entre el punto original
de posicionamiento del GPS y estas carreteras probables, ϴi es el ángulo
entre el sentido de marcha del vehículo y la dirección de las carreteras
probables. Las distancias y ángulos se muestran en la Fig 4 [14].
Fig4. Diagrama de la distancia y ángulo.
En esta figura, L1 y L2 representan a las dos carreteras probables y V
representa la velocidad del vehículo [11]. Así, podemos obtener los valores
coincidentes denominados pi (i =1,...,n) de todos los caminos probables
dándose los valores a la siguiente fórmula[13]:
En esta fórmula, α, β, ϒ, λ respectivamente representan los parámetros de
comparación de la distancia de proyección del ángulo, si el carretera
actual es igual a la carretera del último punto posición y si tiene
conexión de topología con la misma carretera del último punto de posición.
t representa el intervalo de tiempo entre el momento en el que se obtiene
este punto posición y último punto posición que se obtuvo [13].
C ) Proyección de Vehículo en la carretera seleccionada
Calcular la localización de vehículo en la carretera mediante el uso de
acimut de la carretera y la velocidad del vehículo en la carretera, como se
muestra en la figura 4:
Fig5. Proyección basada en azimut y velocidad
Se supone que Pi (Xi, Yi) y Pi+1 (Xi+1, Yi+1) representan respectivamente
la ubicación proyectiva del vehículo en el momento t y en el tiempo t + t.
Así podemos conocer Pi 's coordenadas y Pi+1 las cuales se puede calcular
de la siguiente manera:
C) Proceso
1) Recibir datos de posicionamiento GPS.
2) Determinar si los datos de posicionamiento son normales, si no, el
manejo de excepciones se lleva a cabo por modificación o por descarte.
3) Obtener un conjunto de carreteras probables dibujando un círculo cuyo
centro es el punto de ubicación original y el radio es el más grande error
de localización.
4) juzgar si la ubicación original se encuentra en el barrio de algunos
nodos.
5) Calcular estos valores coincidentes del conjunto de las carreteras
mencionadas en 3) y elegir la carretera más cercana para ser comparada.
6) Calcular el punto de coincidencia y el punto de ubicación original en la
carretera se mostrará en el mapa electrónico adecuadamente [13].
CONCLUSIONES
EL presente trabajo nos permite como usuarios realizar otras actividades
mientras verificamos en nuestro teléfono móvil el tiempo de llegada e
incluso si es que ya no hay buses en funcionamiento. Por otra parte el
monitoreo de los buses mediante el sistema WebGIS puede reducir
significativamente el costo de desarrollo y mantenimiento comparado con
otros sistemas. La aplicación instalada en Android haría que gran parte de
la población cuente con este servicio ya que los teléfonos móviles de estos
cuentan con ese sistema operativo.
El Sistema de Monitoreo de vehículos basado en WebGIS puede reducir
efectivamente el costo de desarrollo y mantenimiento, acortar el período de
desarrollo, y tiene buena escalabilidad. El algoritmo de coincidencia
adoptado en este trabajo es altamente en tiempo real con gran precisión y
puede satisfacer las exigencias prácticas. Este sistema se ha hecho el
estudio para ser aplicado a flota de buses de la UTPL. Se cree que este
sistema con los cambios correspondientes puede ser ampliamente aplicado en
otras industrias como el servicio de taxis, el comercio de mercancías, etc.
REFERENCIAS
[1] Gabriel Pérez. "Telematica: un Nuevo scenario para el transporte
automotor". División de recursos naturales e infraestructura. 2001.
[2] S. Tao, V. Manolopoulos, S. Rodriguez and A. Rusu. "Real-Time Urban
Traffic State Estimation with A-GPS Mobile Phones as Probes" Journal of
Transportation Technologies, vol. 2, pp. 22-31, 2012.
[3] Ralf-Peter Schäfer, Kai-Uwe Thiessenhusen, Peter Wagner. "A Traffic
Information System by Means Of Real-Time Floating-Car Data"German Aerospace
Center(DLR), Institute of Transport Research, Berlin, Germany, ITS World
Congress 2002.
[4] Municipio de Loja. En http://www.loja.gob.ec/noticia/2015-04/rutas-de-
transporte-publico-en-aplicacion-para-moviles
[5]En http://www.publictransportation.org/aboutus/default.asp
[6] EUNED. Manual de transporte público.
https://books.google.com.ec/books?id=ELeckMPr-LcC.
[7] Letham, L. GPS fácil. Uso del sistema de posicionamiento global. 2001.
https://books.google.com.ec/books?id=orjnvjPqELcC
[8] In www.oracle.com
[9] In http://www.mapdata.com.mx/productos_mapinfo02_Java.html
[10] In http://www.mysql.com/
[12] http://www.adama.ec/index.php/webgis
[13] Zhang Zhenhui, Cui Tiejun, Yao Huimin. New Map Matching Calculation
Method in Vehicle Navigation System [J]. Hydrographic Surveying and
Charting, 2006, 26 (2):55-58.
[14] Zhao Kai, Yang Yuhong, Qu Baozhang. A Point-Based Map Matching
Algorithm for GPS/DR Integrated Navigation Systems [J]. Guidance and Fuze,
2003, 24(3):22-27
[15] XinKai Yu, Jie Song, Fengtao Yang, Hebei University of Technology,
Yongfeng Dong, Zhenchao Dong. Study of Intelligent Public Transport
Monitoring System Based on WebGIS, 2009
