WO2013054310A1 - System and method of calculation of routes - Google Patents

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WO2013054310A1
WO2013054310A1 PCT/IB2012/055563 IB2012055563W WO2013054310A1 WO 2013054310 A1 WO2013054310 A1 WO 2013054310A1 IB 2012055563 W IB2012055563 W IB 2012055563W WO 2013054310 A1 WO2013054310 A1 WO 2013054310A1
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WO
WIPO (PCT)
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pollution
route
noise
air
value
Prior art date
Application number
PCT/IB2012/055563
Other languages
French (fr)
Portuguese (pt)
Inventor
José Fernando GOMES MENDES
Paulo Jorge GOMES RIBEIRO
Original Assignee
Universidade Do Minho
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
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Publication of WO2013054310A1 publication Critical patent/WO2013054310A1/en

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/26Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 specially adapted for navigation in a road network
    • G01C21/34Route searching; Route guidance
    • G01C21/3453Special cost functions, i.e. other than distance or default speed limit of road segments
    • G01C21/3461Preferred or disfavoured areas, e.g. dangerous zones, toll or emission zones, intersections, manoeuvre types, segments such as motorways, toll roads, ferries

Definitions

  • the present invention is a method and navigation system for determining routes. More specifically, it includes a method that determines less noisy and polluted routes in particular that pedestrians or cyclists should follow.
  • Navigation and route planning systems are usually geared towards the circulation of motor vehicles, namely automobiles.
  • motor vehicles namely automobiles.
  • soft or active modes the market offers a scarcer and less diverse set of solutions.
  • active modes are considered to be the most economically, socially and environmentally sustainable modes, since mobility is guaranteed by its own means (without engines) and the emission of pollutants into the atmosphere and noise is considered null. .
  • the active modes do not have any protection against external agents derived from pollution, as in the case of automobiles that have comfortable cabin and fitted with filters of various species.
  • US 2011/0161002 is a method for a navigation system to determine pedestrian routes between a given origin and destination. It consists of displaying a set of messages specifically for the pedestrian mode that will be used in the navigation process.
  • the described invention presents in detail the overall process of a pedestrian navigation system, having regard to its design in terms of hardware / software relationships. It presents a data collection structure on a geographical basis at the level of traffic infrastructure and pedestrian points of interest. Data are collected for the creation of databases on a geographical basis for two geometric elements of these bases, the segments and the orientation nodes, which correspond to the ends of a segment.
  • Data that may be related to pedestrian circulation will be collected for geographical areas referred to as organized and disorganized, and in the case of segments raised their geographical position and other attributes related to circulation, such as speed limit, directions traffic, road class, among others.
  • At the level of the nodes is raised its georeferenced positioning (latitude, longitude) and the necessary characteristics to allow the orientation of pedestrians during their travels.
  • some data that may be collected may include the following attributes at both node and segment levels: the accessibility level of wheelchairs, if they are child and pet-friendly, if the areas are well or poorly lit, very or poorly moved areas, noisy / quiet, poorly smelled / polluted, protected from rain or not, bicycles are prohibited, outlined by trees, paved / unpaved areas, grassy area, dirty area, and other information.
  • attributes related to pollution and noise are mentioned, however they are presented in a slight way and only as attributes of characterization of streets and intersections. No method of evaluation and measurement is mentioned and therefore gives the idea that the collection is purely qualitative on a descriptive basis (eg yes / no) and may at most be nominal in character (eg weak, medium, good).
  • Route calculation may present a tool where users may enter other data or attributes such as personal preferences and has been referred to as an example of "avoiding polluted areas".
  • the route calculation is based on the data collected and existing in the geographic databases, and various optimization criteria can be used such as the minimization of the time traveled, the distance, or any other criteria, and any calculation algorithm can be employed to route determination.
  • EP 2372305 is a method for a navigation system to determine pedestrian routes between a particular origin and destination.
  • the method assesses a wide range of possible paths by assessing the safety cost to pedestrians, this cost represents the safety risk to the pedestrian.
  • this cost represents the safety risk to the pedestrian.
  • it indicates a path where it is possible to move the pedestrian safely between origin and destination, provided that continuity is ensured between all elements of the route, since the pedestrian infrastructure integrates elements such as a network. walks and pedestrian crossings, such as crosswalks, tunnels and overpasses.
  • the method provides a route guidance that minimizes the cost associated with pedestrian safety.
  • the structure of the navigation system consists of a geographical database and a route calculation program which will be processed on a computer.
  • the navigation system is considered a set of hardware / software components, which go through the positioning definition until the information passes between the server where the route calculations are performed and the navigation equipment.
  • the navigation system is initially based on the creation of a geographical database based on the characterization of the infrastructures that make up a road network. and particularly the sidewalk network adjacent to the pathways of that network.
  • Data are collected for the creation of geographic databases for two geometric elements, the lines (segments) and the points designated by us, which correspond to the ends of a segment.
  • Line segments may also assume the role of pedestrian links that include exclusively pedestrian paths such as squares, pedestrian underpasses, overpasses, stairs, squares, pedestrian streets, etc.
  • some attributes that would be raised to form the database such as the speed limit, traffic volumes, traffic directions, road class, among other duly georeferenced physical characteristics.
  • some data that may be collected may include the following attributes at the node, segment, and pedestrian link level, such as the type of pavement of the sidewalks, the accessibility level of the wheelchair, the suitability for circulation of children and pets, whether the areas are well or poorly lit, areas that are very or not busy, noisy / quiet, smelly / polluted, protected from rain or not, bicycles are prohibited, outlined by trees, paved areas / unpaved, grassy area, dirty area, and other information.
  • origin and destinations can be identified by geographical coordinates. Route calculation can present a tool where users can enter other data, or attributes, such as personal preferences.
  • the route calculation is based on the data collected and existing in the geographic databases that give rise to a pedestrian maneuver table that will be used in the calculation of the safest pedestrian routes, and this table includes in addition to the information given previously more pedestrian safety-related attributes, such as whether pedestrian crossing is signaled.
  • Route calculation may use various optimization criteria such as minimizing time traveled, distance, or any other type of criteria, and any route calculation algorithm may be employed.
  • route calculation identifies more than one possible solution, the route that optimizes safety and / or efficiency and / or minimizes the complexity of the routes, particularly at intersections, is selected.
  • a cost function is created that evaluates the cost of the trip, and for this purpose weights are assigned to the network segments and nodes according to some criteria, such as: existence of black spots (accidents), volumes and speed. traffic, identification of the occurrence of works, weather, crime levels, passing through some Points of Interest, among other factors.
  • the method has as its main objective to ensure the safest route calculation and therefore environmental aspects are not relevant in the route calculation process, It is found that the process of processing the databases is very different from that presented in the present invention.
  • US patent application 2008/0312819 aims to produce a pedestrian planning and navigation system and method that can integrate driving into motor vehicles
  • the invention is more oriented to use on a University Campus and aims to customize pedestrian routes by enhancing campus and community locations while ensuring navigation options that address the length of pedestrian paths and safety factors. Each user can choose a safer or faster path.
  • Route calculation includes the following steps: generate a source and a destination; generate a safety factor; assign each segment a length and safety factor; calculate at least one route and ensure its representation.
  • the route generation system is based on a network of lines and points based on a geographic information system. For each segment its length is calculated, a value that translates into safety through the objective assessment of that section's risk factor (safety rating) and a safety factor.
  • Routes are measured by minimizing the weights resulting from the combination of the risk factor with the user-defined safety factor, for this purpose the optimization algorithm uses the criterion of minimizing the distance multiplied by that weight.
  • the multiplier contaminating the distances is only one, which simultaneously contemplates the existing pollution situation and the user's preference, ie the multiplier always depends on the pollutant concentration (noise and pollution). . It is further added that one of the aims of the present invention is to minimize the impact of pollution rather than to find the shortest way.
  • the length of the route and the route may vary because the relative magnitude of the multiplier values for the different pollutant concentration classes and noise levels may vary greatly depending on the aggravation the user wishes to attribute to the maximum allowable concentration value. of pollutant.
  • the safest route may, at the limit, have segments with different levels of pedestrian safety, as the pedestrian may choose exclusively to favor speed over safety, ie to assign zero weight. to the safety factor.
  • the multiplier variation in relation to the pollutant concentration depends on a fuzzy function.
  • the way in which pedestrian exposure risk is assessed is not defined and will be quantified on an ordinal scale from 0 to 10 which can be corrected by a user, which guarantees some lack of objectivity .
  • the maximum value of the multiplier associated with the maximum pollutant concentration defined by the legislation is that it will be possible to define the level of aggravation imposed to the different values of the pollutant concentration, obtaining various types of routes, healthier, healthier, moderately healthier, among others.
  • different levels of safety are not defined, ie the user only chooses between having a shorter route or a safer route.
  • the present invention is a method of generating environmentally sound routes in an original and innovative urban environment since it minimizes the impact of noise and air pollution on walking and cycling in the route planning process. or any other active mode of transport.
  • the originality and innovation lies in the contamination process of the pedestrian and cyclable network axes by noise pollutants, environmental noise, and various atmospheric pollutants, namely PM10 particles.
  • Concentration values for various pollutant species and environmental noise levels are extracted from long-term hourly maps. These maps result from the application of pollutant dispersion simulation models and the propagation of environmental noise, and specific programs such as CadnaA are used for this purpose.
  • the results of the simulations are maps in vector format or raster type. This way they can be used in a Geographic Information System, which will allow the use of these values in the phase contamination phase and consequently in the route calculation.
  • the characterization of the influence and affect of pollutants on the networks presupposes the average hourly assessment of noise levels and pollutant concentration for long-term scenarios, which are estimated and obtained for annual periods.
  • the values of these levels and concentrations will be transformed into multipliers that derive from the use of fuzzy functions for each pollutant, intended to translate the evolution of the effect of these pollutants on human health.
  • the so-called "contaminated distances" that result from the product of the actual distances by the selected multiplier are calculated, called the contamination of distances and is expressed by:
  • R1, R2, R3 and R4 are arbitrary and depend on the type of pollutant.
  • K1 and K2 K2 in this specific example correspond to the value of 1 / Ki, but this is not required) are arbitrary and depend on the intended distance adjustment intensity.
  • the healthy route generation model for active modes of transport will be used in route calculation programs whose impedance values (optimization variable) will correspond to a contaminated distance.
  • This model will enable innovative planning and navigation solutions to be created in route planners available on digital platforms as well as in mobile navigation systems (portable smartphones or GPS).
  • One of the main advantages of the present invention is related to the fuzzy preprocessing phase, in which the road map vector map is subsegmented into subsegments established by noise and air pollution classes.
  • This gives a new road network map that accurately reflects air and noise pollution indicators, which has the advantage that it can be used transparently and without any adaptation to the usual routing optimization algorithms. That is, there is no need for any change in the route planning engine, while a much more accurate simulation is obtained than currently available.
  • Another advantage is that these benefits are achieved without excessive impact on the computational load involved.
  • Yet another advantage is linked to the fact that the computational load involved is easily adjusted by manipulating the parameters of the present invention, namely the number of classes chosen for the basis of subsegmentation.
  • Figure 1 Schematic representation of healthy route generation flowchart for active (pedestrian and cycling) modes of transport.
  • Figure 2 Schematic representation of fuzzy functions of multipliers KH and KL.
  • Figure 3 Schematic representation of fuzzy functions of the WH and WL multipliers.
  • Figure 4 Schematic representation of the contamination of distances at axle level.
  • Figure 5 Schematic representation of Braga's road network produced by Navteq in 2011).
  • Figure 6 Example schematic representation of multiplier assignment for noise levels for the period from 11:00 to 12:00.
  • Figure 7 Example schematic representation of polygons aggregation with noise level between 75 and 80 dB (A)).
  • Figure 8 Schematic representation of the multipliers' allocation to the road network.
  • Figure 9 Example schematic representation of the transformation of a section of a street after overlapping with pollution maps.
  • Figure 10 Example schematic representation of the shortest route calculation between two points using the ESRI network analyst.
  • Figure 11 Example schematic representation of the calculation of different routes between two points: a) less / moderately noisy; b) less / moderately polluted; c) healthier and healthier.
  • Figure 12 Schematic representation of examples of the variation of the various routes between points 1 and 2 at different times of the day.
  • Figure 13 Schematic representation of the calculated routes between two points (1 and 2) between 8 and 9 o'clock.
  • Figure 14 Schematic representation of the distance multiplication factor (k) is a function of the pollutant concentration level (r).
  • FIG. 15 Simplified schematic representation of the elements of an embodiment of the invention. Detailed Description of the Invention
  • the model for determining a healthy route is the construction of an information infrastructure based on a Geographic Information System, through which data from simulations of environmental noise levels and atmospheric pollutant concentration will be integrated into a given pedestrian network. cycling.
  • the core of innovation lies in the second point of the model that corresponds to the multipliers generation process and consequent determination of the contaminated distances.
  • Appropriate tools for the production of pollution maps are used upstream of this process, such as hourly pollutant concentration estimation and environmental noise level programs such as CadnaA, as well as the geographical platform that may use various types of pollution. such as ESRI's ArcGIS case.
  • the route generation phase involves the use of geographically based programs that incorporate route optimization programs and allow the cost variable to be assigned the values of the contaminated distances. These contaminated distances, particularly aggravated, may be referred to as impedances.
  • phase of distance contamination concerns the creation of impedances that will be attributed to the various network segments of the active modes of transport, based on long-term environmental noise maps, various air pollutants and Global pollution map for all hours of the day.
  • Impedance calculation is associated with the definition and characterization of a distance multiplicative factor whose purpose is to translate the effects on human health. noise levels and pollutant concentration, in particular PM10 particles.
  • the definition of the impedances to be used for contamination of road network axle distances should allow for the introduction of variability of various factors that influence the sensitivity of different humans, notably for very similar exposure levels of the concentration. of a particular pollutant.
  • the yy axis of the fuzzy functions represents the evolution of the multiplicative factor, while the xx axis shows the equivalent noise level - Leq (A) and the particle concentration - PM10.
  • the function is defined by the linear variation between the anchor values, called fuzzy control points, which are the minimum and maximum values of noise and particle concentration - PM10, defined according to the limits imposed by the legislation or, taking into account basis scientific studies for this purpose.
  • the limit values of the multiplicative factors K (noise) and W (PM10 particles) for the control points are set by the same at the beginning of the planning and navigation process. Healthy routes.
  • the user can make a strong or weak increase of distances by defining contaminated distances that will be used as optimization variables in the shortest path calculation process available in GIS software.
  • the user only chooses the level of aggravation according to a numerical scale of integer values, where for example 3.0 corresponds to the maximum value of the coefficient KH and WH which will give rise to a strong contamination of the distances and in turn the minimum value will automatically be in a preferred embodiment defined by the algorithm as 1/3.
  • the option for a strong aggravation implies that the algorithm assigns three times the actual distance to distances contaminated by pollution levels above the upper anchor value and to values below the lower anchor value the distances will be converted into a distance. third of the actual distance.
  • the multiplicative factor variation is linear.
  • weak aggravations is geared towards obtaining routes that are intended for regular use, such as commuting, as pedestrians or cyclists will be willing to extend their route to achieve healthier route, but without requiring them to significantly increase travel times and length of the route.
  • the routes generated from the attribution of a strong aggravation involve the circulation by less polluted paths than those determined using a weak aggravation and, of course, those without any aggravation of the distances (shortest path).
  • anchor values are defined on the basis of the maximum permissible noise (Lden) values associated with different zones as set out in the General Noise Regulation. Since the temporal coverage of the production of healthy routes covers all hours of the day, limit values for night time (Ln) will not be used, as the objective is to minimize the effects on people's health when walking. on foot or by bike. Similarly, exposure limits for mixed zones at night are equal to the limit for sensitive zones during the day and correspond to 55 dB (A), as shown in Table 1. Thus, only the use of the limits imposed is permissible. to Lden in defining the fuzzy function for all hours of the day.
  • Lden maximum permissible noise
  • the contaminated distance equals the actual distance for values between 55 and 65 dB (A), which include the values between boundaries associated with the sensitive and mixed zones for Lden.
  • A For anchor values corresponding to the upper and lower limits of K, whether in the case of a strong or weak impedance, a margin of 10 dB (A) (by analogy with the values defined for the same zones as Ln and Lden.
  • values below 35 dBA do not correspond to reality) above and below the limits of Lden, as shown in Tables 1 and 2 and the graph in Figure 2.
  • the contamination phase consists of:
  • the treatment of the road network consists of checking the continuity of the links between axles, particularly at the intersection level. It is necessary to ensure that the axes of the study area are all represented, both for pedestrian and cycling traffic, as this will be the basic structure for route generation.
  • the definition of the directions of the road axes is another aspect to be taken into account, as it is a necessary condition for bicycle circulation and can be done at this stage or at the beginning of the route generation phase.
  • this question does not arise because it is not restrictive as pedestrians can move both ways in any square, sidewalk or verge.
  • Figure 5 shows the road network for the study area in vector format with the database treatment described above.
  • the attribute table associated with the road network must have a vast set of information that can be used in navigation algorithms for soft modes and other modes of transport, including:
  • Cartography producers' databases such as Navteq already contain this vast array of information, but their use must be preceded by field validation.
  • the pollution mapping software allows the export of calculation grids in various formats, such as raster files and vector files of lines and polygons of the same level of pollution.
  • Software such as CadnaA presents these export possibilities in their menus, which facilitates the use of pollution map data in other types of GIS programs, such as ESRI's ArcGIS.
  • the multiplier value was calculated for each of these classes according to the fuzzy functions defined in Table 4, considering a heavy (K Heavy) to obtain a noisy route. , or a faint (K Light) for a moderately noisy route.
  • Figure 6 shows an example of the noise multipliers (K) affecting the period from 11:00 to 12:00. It should be noted that at this stage each class corresponds to a set of polygons represented in each row of the attribute table, as shown in Figure 7.
  • Overlaying the network with maps and capturing multiplier values through the line-on-polygon operator implies segmentation of the intersected axes by the polygons.
  • the base road network of the study area ie without any overlap, consists of 1206 segments.
  • the road network was divided into 6618 segments.
  • Figure 9 shows a 280-meter long stretch of Rua D. Pedro V of Braga, divided into 67 segments, reflecting a large variation in the combination of noise values. and PM10 concentration in this section, between 11 and 12 hours.
  • the contamination process ends with the calculation of the contaminated distances resulting from the multiplier product by the associated segment length.
  • four contaminated distances can be directly determined: dKH, dKL, dWH and dWL, which will be used as cost variables in the generation of the least noisy, moderately noisy, least polluted and moderately polluted route. It should be clarified here that these qualifying route expressions are relative in character, reporting a level (less and moderate) than the shortest route.
  • the healthiest route results from the average of the multipliers KH and WH, giving rise to the distance dKWH.
  • the healthy route results from the average of the multipliers KL and WL, giving rise to the distance dKWL.
  • the map which underlies a certain set of geographic features that translate into a datum.
  • the definition of the datum corresponding to each map is crucial for some operations, such as the measurement of areas and distances, among many others.
  • the process of validating the healthy routes model consists of calculating two environmental indices, relating to noise and the average PM10 concentration for a given route and comparing them with the indices associated with the shorter route.
  • Figure 13 shows the shortest route and the six routes with the least health impact due to environmental aspects, between points 1 and 2, for the period from 8:00 to 9:00.
  • Table 7 provides a set of data for each route, such as extension, contaminated extent and noise and particle exposure rates, complemented by data comparing said route attributes with the shortest route. .

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Abstract

System and method to calculate routes comprising the steps of obtaining polygons with attributes of air and noise pollution from hourly maps (pollution map) , wherein each polygon corresponds to a class of air and noise pollution from a predefined number of classes of air and noise pollution; splitting each segment of the road network into subsegments by the intersection with those polygons (distance contamination model) ; determining the corrected distance of the sub-segments, by applying to the actual distance of each sub-segment noise (K) and air pollution (W) multipliers obtained through the known average value of the respective class of pollution (contaminated distances map) ; calculating the route, considering the sub-segments with the corrected distances, which minimizes the total corrected distance (navigation) to obtain the desired routes (healthy route, less noisy route, less air polluted route) .

Description

D E S C R I Ç Ã O  DESCRIPTION
SISTEMA E MÉTODO DE CÁLCULO DE ROTAS  ROUTE CALCULATION SYSTEM AND METHOD
Domínio técnico da invenção Technical field of the invention
A presente invenção consiste num método e num sistema de navegação para determinar rotas. Mais especificamente, inclui um método que determina rotas menos ruidosas e poluídas em particular que o pedestre ou ciclista deverá seguir. The present invention is a method and navigation system for determining routes. More specifically, it includes a method that determines less noisy and polluted routes in particular that pedestrians or cyclists should follow.
Antecedentes da Invenção Background of the Invention
Habitualmente, os sistemas de navegação e planeamento de rotas estão direcionados para a circulação de veículos motorizados nomeadamente os automóveis. Em relação aos modos suaves, ou ativos, (peões e ciclistas) o mercado oferece um conjunto de soluções mais escasso e menos diversificado. Navigation and route planning systems are usually geared towards the circulation of motor vehicles, namely automobiles. For soft or active modes (pedestrians and cyclists) the market offers a scarcer and less diverse set of solutions.
Dentro do sistema de transportes os modos ativos são considerados os modos mais sustentáveis em termos económicos, sociais e ambientais, uma vez que a locomoção é garantida por meios próprios (sem recurso a motores) e a emissão de poluentes para atmosfera e ruído são considerados nulos. Por outro lado, os modos ativos não apresentam qualquer tipo de proteção em relação a agentes externos derivados da poluição, como no caso dos automóveis que possuem habitáculos confortáveis e providos de filtros de várias espécies.  Within the transport system active modes are considered to be the most economically, socially and environmentally sustainable modes, since mobility is guaranteed by its own means (without engines) and the emission of pollutants into the atmosphere and noise is considered null. . On the other hand, the active modes do not have any protection against external agents derived from pollution, as in the case of automobiles that have comfortable cabin and fitted with filters of various species.
Os modos ativos e motorizados partilham na maior parte dos casos a mesma infraestrutura de circulação, sendo que os modos ativos acabam por sair sempre prejudicados, isto porque não emitem poluentes e são os mais expostos e vulneráveis às condições atmosféricas dos locais. Active and motorized modes in most cases share the same traffic infrastructure, and active modes always end up being damaged, because they do not emit pollutants and are the most exposed and vulnerable to the atmospheric conditions of the places.
Deste modo, para melhorar e promover as deslocações a pé e de bicicleta foi desenvolvido um modelo para o cálculo de rotas que permitisse aos peões e ciclistas a circulação por circuitos menos poluídos (poluição do ar e ruído ambiental) . In order to improve and promote walking and cycling, a model for route calculation has been developed. allowing pedestrians and cyclists to travel through less polluted circuits (air pollution and environmental noise).
Dos métodos existentes, salientam-se o pedido de patente US 2011/0161002 que consiste num método para que um sistema de navegação permita determinar rotas para peões entre uma determinada origem e destino. Consiste em apresentar um conjunto de mensagens especificamente para o modo pedonal que será utilizado no processo de navegação. A invenção descrita apresenta detalhadamente o processo global de um sistema de navegação para peões, tendo em atenção a sua conceção em termos das relações hardware/software . Apresenta uma estrutura de recolha de dados numa base geográfica ao nível das infraestruturas de circulação e pontos de interesse para os peões. A recolha de dados para a criação das bases de dados numa base geográficas é efetuada para dois elementos geométricos destas bases, as linhas (segments) e os pontos designados por nós de orientação (orientation nodes) , que correspondem às extremidades de um segmento. Os dados que poderão estar relacionados com a circulação pedonal serão recolhidos para áreas geográficas referenciadas como organizadas e desorganizadas, sendo no caso dos segmentos levantada a sua posição geográfica e outros atributos relacionados com a circulação, como é o caso do limite de velocidade, dos sentidos de trânsito, classe da estrada, entre outros. Ao nível dos nós é levantado o seu posicionamento georreferenciado (latitude, longitude) e as características necessárias para permitir a orientação dos peões durante as suas deslocações. Para além disso, alguns dados que poderão ser recolhidos podem incluir os seguintes atributos quer ao nível dos nós, quer dos segmentos: o nível de acessibilidade das cadeiras de rodas, se são ajustados às crianças e aos animais de estimação, se as áreas são bem ou mal iluminadas, áreas muito ou pouco movimentadas, ruidosas/ silenciosas, mal cheirosas/ poluídas, protegidas da chuva ou não, as bicicletas são proibidas, delineadas por árvores, áreas pavimentadas/ não pavimentadas, área relvada, área suja, e outro tipo de informação. Importa destacar que são referidos atributos relacionados com a poluição e ruído, no entanto são apresentados de uma forma ligeira e apenas como atributos de caracterização das ruas e intersecções. Não é referido qualquer método de avaliação e medição dos mesmos, pelo que dá a ideia da recolha ser meramente qualitativa numa base descritiva (e.g., sim/não), podendo quanto muito apresentar um carácter nominal (e.g., fraco, médio, bom). Of the existing methods, we highlight the patent application US 2011/0161002 which is a method for a navigation system to determine pedestrian routes between a given origin and destination. It consists of displaying a set of messages specifically for the pedestrian mode that will be used in the navigation process. The described invention presents in detail the overall process of a pedestrian navigation system, having regard to its design in terms of hardware / software relationships. It presents a data collection structure on a geographical basis at the level of traffic infrastructure and pedestrian points of interest. Data are collected for the creation of databases on a geographical basis for two geometric elements of these bases, the segments and the orientation nodes, which correspond to the ends of a segment. Data that may be related to pedestrian circulation will be collected for geographical areas referred to as organized and disorganized, and in the case of segments raised their geographical position and other attributes related to circulation, such as speed limit, directions traffic, road class, among others. At the level of the nodes is raised its georeferenced positioning (latitude, longitude) and the necessary characteristics to allow the orientation of pedestrians during their travels. In addition, some data that may be collected may include the following attributes at both node and segment levels: the accessibility level of wheelchairs, if they are child and pet-friendly, if the areas are well or poorly lit, very or poorly moved areas, noisy / quiet, poorly smelled / polluted, protected from rain or not, bicycles are prohibited, outlined by trees, paved / unpaved areas, grassy area, dirty area, and other information. It should be noted that attributes related to pollution and noise are mentioned, however they are presented in a slight way and only as attributes of characterization of streets and intersections. No method of evaluation and measurement is mentioned and therefore gives the idea that the collection is purely qualitative on a descriptive basis (eg yes / no) and may at most be nominal in character (eg weak, medium, good).
No cálculo das rotas para peões a origem e os destinos podem ser identificados através de coordenadas geográficas. 0 cálculo de rotas pode apresentar uma ferramenta onde os utilizadores poderão colocar outro tipo de dados, ou atributos, tais como preferências pessoais, tendo sido referido a título exemplificativo "evitar áreas poluídas". 0 cálculo das rotas tem por base os dados recolhidos e existentes nas bases de dados geográficas, podendo ser utilizados vários critérios de otimização como a minimização do tempo percorrido, da distância, ou qualquer outro tipo de critério, podendo ser empregue qualquer algoritmo de cálculo para a determinação das rotas. Em suma, não é clara a forma como todos os atributos recolhidos são utilizados no cálculo das rotas. A medição dos atributos ambientais relativos ao ruído e poluição não se baseia na modelação a longo prazo da concentração dos poluentes, para além disso não há nenhuma referência se esses valores são avaliados ao longo do dia. Em termos de poluição nem sequer são citados poluentes, remetendo para uma análise mais qualitativa dos espaços ao nível sensorial, nomeadamente do olfato.  In calculating pedestrian routes the origin and destinations can be identified by geographical coordinates. Route calculation may present a tool where users may enter other data or attributes such as personal preferences and has been referred to as an example of "avoiding polluted areas". The route calculation is based on the data collected and existing in the geographic databases, and various optimization criteria can be used such as the minimization of the time traveled, the distance, or any other criteria, and any calculation algorithm can be employed to route determination. In short, it is unclear how all collected attributes are used in route calculation. Measurement of environmental attributes related to noise and pollution is not based on long-term modeling of pollutant concentration, and there is no reference to whether these values are evaluated throughout the day. In terms of pollution, pollutants are not even mentioned, referring to a more qualitative analysis of spaces at the sensory level, namely the sense of smell.
A forma como os atributos entram no processo de determinação das rotas para os peões não é abordada, pelo que é possível concluir que embora se refira o levantamento e hipotética utilização do ruido e poluição no cálculo das rotas, esta invenção não apresenta qualquer sobreposição e similitude com o método desenvolvido na determinação das rotas saudáveis, onde o cerne está na avaliação quantitativa dos poluentes sonoros e atmosféricos e na opção por caminhos mais ou menos poluídos entre uma determinada origem e destino por parte dos peões . The way attributes enter the process of determining pedestrian routes is not addressed, so it can be concluded that although it refers to the survey and hypothetical Using noise and pollution in route calculation, this invention has no overlap and similarity with the method developed in the determination of healthy routes, where the heart is in the quantitative assessment of noise and air pollutants and in the choice of more or less polluted paths between a given origin and destination by pedestrians.
0 pedido de patente EP 2372305 consiste num método para que um sistema de navegação permita determinar rotas para peões entre uma determinada origem e destino. 0 método avalia um vasto conjunto de caminhos possíveis através da avaliação do custo relativo à segurança que os peões estão expostos, este custo representa o risco em termos de segurança para o peão. No final, indica um caminho onde seja possível efetuar a deslocação da forma mais segura para o peão entre a origem e o destino, desde que seja assegurada a continuidade entre todos os elementos do percurso, uma vez que a infraestrutura pedonal integra elementos como uma rede de passeios e de atravessamentos pedonais, como por exemplo as passadeiras, túneis e passagens superiores. Por último, o método apresenta um guia (route guidance) para a rota que minimiza o custo associado à segurança do peão. EP 2372305 is a method for a navigation system to determine pedestrian routes between a particular origin and destination. The method assesses a wide range of possible paths by assessing the safety cost to pedestrians, this cost represents the safety risk to the pedestrian. At the end, it indicates a path where it is possible to move the pedestrian safely between origin and destination, provided that continuity is ensured between all elements of the route, since the pedestrian infrastructure integrates elements such as a network. walks and pedestrian crossings, such as crosswalks, tunnels and overpasses. Finally, the method provides a route guidance that minimizes the cost associated with pedestrian safety.
A estrutura do sistema de navegação consiste numa base de dados de índole geográfica e um programa de cálculo de rotas que será processado num computador.  The structure of the navigation system consists of a geographical database and a route calculation program which will be processed on a computer.
0 sistema de navegação é considerado um conjunto de componentes de hardware/software, que passam pela definição do posicionamento até à passagem de informação entre o servidor onde se efetuam os cálculos das rotas e os equipamentos de navegação .  The navigation system is considered a set of hardware / software components, which go through the positioning definition until the information passes between the server where the route calculations are performed and the navigation equipment.
0 sistema de navegação assenta numa primeira fase na criação de uma base de dados de carácter geográfico, que assenta na caracterização das infraestruturas que compõem uma rede viária e particularmente a rede de passeios adjacente às vias dessa rede. A recolha de dados para a criação das bases de dados geográficas é efetuada para dois elementos geométricos , as linhas (segments) e os pontos designados por nós, que correspondem às extremidades de um segmento. Os segmentos de linhas poderão ainda assumir o papel de ligações pedonais (pedestrian links) que incluem caminhos exclusivamente pedonais, como praças, passagens inferiores e superiores para peões, escadas, praças, ruas pedonais, etc. Para estes elementos geométricos foram apresentados alguns atributos que seriam levantados para formar a base de dados, como é o caso do limite de velocidade, volumes de tráfego, dos sentidos de trânsito, classe da estrada, entre outras características físicas devidamente georreferenciadas . Para além disso, alguns dados que poderão ser recolhidos poderão incluir os seguintes atributos ao nível dos nós, dos segmentos e ligações pedonais, como: o tipo de pavimento dos passeios, o nível de acessibilidade das cadeiras de rodas, a adequação ( friendly) à circulação de crianças e animais de estimação, se as áreas são bem ou mal iluminadas, áreas muito ou pouco movimentadas, ruidosas/ silenciosas, mal cheirosas/ poluídas, protegidas da chuva ou não, as bicicletas são proibidas, delineadas por árvores, áreas pavimentadas/ não pavimentadas, área relvada, área suja, e outro tipo de informação. The navigation system is initially based on the creation of a geographical database based on the characterization of the infrastructures that make up a road network. and particularly the sidewalk network adjacent to the pathways of that network. Data are collected for the creation of geographic databases for two geometric elements, the lines (segments) and the points designated by us, which correspond to the ends of a segment. Line segments may also assume the role of pedestrian links that include exclusively pedestrian paths such as squares, pedestrian underpasses, overpasses, stairs, squares, pedestrian streets, etc. For these geometric elements were presented some attributes that would be raised to form the database, such as the speed limit, traffic volumes, traffic directions, road class, among other duly georeferenced physical characteristics. In addition, some data that may be collected may include the following attributes at the node, segment, and pedestrian link level, such as the type of pavement of the sidewalks, the accessibility level of the wheelchair, the suitability for circulation of children and pets, whether the areas are well or poorly lit, areas that are very or not busy, noisy / quiet, smelly / polluted, protected from rain or not, bicycles are prohibited, outlined by trees, paved areas / unpaved, grassy area, dirty area, and other information.
Importa destacar que são referidos atributos relacionados com a poluição e ruído, no entanto são apresentados de uma forma ligeira e apenas como atributos de caracterização das ruas e intersecções. Não é referido qualquer método de avaliação e medição dos mesmos, pelo que dá a ideia da recolha ser meramente qualitativa numa base descritiva (e.g., sim/não), podendo quanto muito apresentar um carácter nominal (e.g., fraco, médio, bom) . A medição dos atributos ambientais relativos ao ruído e poluição não se baseia na modelação a longo prazo da concentração dos poluentes, para além disso não há nenhuma referência se esses valores são avaliados ao longo do dia. Em termos de poluição nem sequer são citados poluentes, remetendo para uma análise mais qualitativa dos espaços ao nivel sensorial, nomeadamente do olfato. It should be noted that attributes related to pollution and noise are mentioned, however they are presented in a slight way and only as attributes of characterization of streets and intersections. No method of evaluation and measurement is mentioned and therefore gives the idea that the collection is purely qualitative on a descriptive basis (eg yes / no) and may at most be nominal in character (eg weak, medium, good). Measurement of environmental attributes related to noise and pollution is not based on long-term modeling of pollutant concentration. There is no reference to whether these values are evaluated throughout the day. In terms of pollution, pollutants are not even mentioned, referring to a more qualitative analysis of spaces at the sensory level, namely the sense of smell.
No cálculo das rotas para peões, a origem e os destinos podem ser identificados através de coordenadas geográficas. 0 cálculo de rotas pode apresentar uma ferramenta onde os utilizadores poderão colocar outro tipo de dados, ou atributos, tais como preferências pessoais. In calculating pedestrian routes, origin and destinations can be identified by geographical coordinates. Route calculation can present a tool where users can enter other data, or attributes, such as personal preferences.
0 cálculo das rotas tem por base os dados recolhidos e existentes nas bases de dados geográficas que dão origem a uma tabela de manobras do peão que será utilizada no cálculo das rotas mais seguras para os peões, sendo que esta tabela integra para além da informação enunciada anteriormente mais atributos relacionados com a segurança dos peões, como por exemplo se o atravessamento pedonal é semaforizado .  The route calculation is based on the data collected and existing in the geographic databases that give rise to a pedestrian maneuver table that will be used in the calculation of the safest pedestrian routes, and this table includes in addition to the information given previously more pedestrian safety-related attributes, such as whether pedestrian crossing is signaled.
0 cálculo das rotas pode utilizar vários critérios de otimização como a minimização do tempo percorrido, da distância, ou qualquer outro tipo de critério, podendo ser empregue qualquer algoritmo de cálculo para a determinação das rotas. Quando o cálculo das rotas identifica mais do que uma solução possível é selecionada a rota que otimize a segurança e/ou a eficiência e/ou minimize a complexidade das rotas, nomeadamente ao nível dos cruzamentos. Para o efeito é então criada uma função de custo que avalia o custo da viagem sendo que para esse efeito são atribuídos pesos aos segmentos e nós da rede de acordo com alguns critérios, tais como: existência de pontos negros (acidentes) , volumes e velocidade de tráfego automóvel elevadas, identificação da ocorrência de obras, estado do tempo, níveis de criminalidade, passagem por alguns Pontos de Interesse, entre outros fatores. Route calculation may use various optimization criteria such as minimizing time traveled, distance, or any other type of criteria, and any route calculation algorithm may be employed. When route calculation identifies more than one possible solution, the route that optimizes safety and / or efficiency and / or minimizes the complexity of the routes, particularly at intersections, is selected. For this purpose, a cost function is created that evaluates the cost of the trip, and for this purpose weights are assigned to the network segments and nodes according to some criteria, such as: existence of black spots (accidents), volumes and speed. traffic, identification of the occurrence of works, weather, crime levels, passing through some Points of Interest, among other factors.
Em suma, o método tem como objetivo principal assegurar o cálculo da rota mais segura e por isso os aspetos ambientais não são relevantes no processo de cálculo das rotas, verificando-se que o processo de tratamento das bases de dados é muito diferente do apresentado na presente invenção. In short, the method has as its main objective to ensure the safest route calculation and therefore environmental aspects are not relevant in the route calculation process, It is found that the process of processing the databases is very different from that presented in the present invention.
O pedido de patente US 2008/0312819 tem como objectivo produzir um sistema e método de planeamento e navegação para peões, que pode integrar a circulação em veículos motorizadosUS patent application 2008/0312819 aims to produce a pedestrian planning and navigation system and method that can integrate driving into motor vehicles
(BUS) . A invenção está mais orientada para ser utilizado num Campus Universitário e visa personalizar as rotas dos peões realçando as localizações do campus e da comunidade enquanto assegura opções de navegação que contemplem a extensão dos percursos pedonais e fatores de segurança. Cada utilizador pode optar por um caminho mais seguro ou mais rápido. (BUS) The invention is more oriented to use on a University Campus and aims to customize pedestrian routes by enhancing campus and community locations while ensuring navigation options that address the length of pedestrian paths and safety factors. Each user can choose a safer or faster path.
0 cálculo das rotas inclui as seguintes etapas: gerar uma origem e um destino; gerar um fator de segurança; associar a cada segmento um comprimento e fator de segurança; calcular pelo menos uma rota e assegurar a sua representação. Route calculation includes the following steps: generate a source and a destination; generate a safety factor; assign each segment a length and safety factor; calculate at least one route and ensure its representation.
0 sistema de geração de rotas tem por base rede de linhas e pontos assentes num sistema de informação geográfico. Para cada segmento é calculado o seu comprimento, um valor que traduza a segurança através da avaliação objetiva do fator de risco daquele troço (safety rating) e um fator de segurançaThe route generation system is based on a network of lines and points based on a geographic information system. For each segment its length is calculated, a value that translates into safety through the objective assessment of that section's risk factor (safety rating) and a safety factor.
(safety factor) definido pelo utilizador. Estes elementos permitirão calcular a rota pretendida. (safety factor) set by the user. These elements will allow you to calculate the desired route.
As rotas são aferidas através da minimização dos pesos resultantes da combinação do fator de risco com o fator de segurança definido pelo utilizador, para esse efeito o algoritmo de otimização utiliza o critério da minimização da distância multiplicada por esse peso.  Routes are measured by minimizing the weights resulting from the combination of the risk factor with the user-defined safety factor, for this purpose the optimization algorithm uses the criterion of minimizing the distance multiplied by that weight.
Verifica-se que a avaliação objetiva do fator de risco depende de vários parâmetros que influenciam a segurança dos peões, tais como: iluminação, ocorrência de incidentes, proximidade de pontos de assistência, áreas com atividade noturna, proximidade de estradas, registo de crimes, existência de passeios, entre outros. Neste contexto fatores ambientais como ruído e poluição não são considerados. Aparentemente este método apresenta algumas semelhanças com o desenvolvido na presente invenção, no entanto para além de não integrar as componentes ambientais o processo de cálculo e definição do peso é muito diferente. Comparando o multiplicador utilizado para definir as distâncias contaminadas da presente invenção com o peso utilizado neste método, as diferenças são significativas. Em US 2008/0312819 o peso deriva de dois fatores independentes, um que avalia obj etivamente o risco a que o peão está exposto e outro que define o nível de segurança que o utilizador pretende para a sua viagem (mais segurança ou mais rapidez) , logo estas duas variáveis são tidas como independentes. Por sua vez, na presente invenção, o multiplicador que contamina as distâncias é um só, que contempla simultaneamente a situação existente em termos de poluição e a preferência do utilizador, isto é, o multiplicador depende sempre da concentração de poluente (ruído e poluição) . Acrescenta-se ainda que um dos objetivos da presente invenção é a minimização do impacte da poluição e não o de encontrar o caminho mais curto. Na presente invenção, a extensão da rota e o percurso pode variar porque a magnitude relativa dos valores do multiplicador para as diferentes classes de concentração de poluentes e níveis de ruídos pode variar muito consoante o agravamento que o utilizador pretender atribuir ao valor máximo admissível da concentração de poluente. Objective risk factor assessment is found to depend on several parameters that influence pedestrian safety, such as: lighting, incident occurrence, proximity to service points, nighttime areas, proximity to roads, crime records, existence of tours, among others. In this context environmental factors such as noise and pollution are not considered. Apparently this method bears some similarities to that developed in the present invention, however apart from not integrating the environmental components the process of calculation and definition of weight is very different. Comparing the multiplier used to define the contaminated distances of the present invention with the weight used in this method, the differences are significant. In US 2008/0312819 the weight derives from two independent factors, one that objectively assesses the risk to which the pedestrian is exposed and the other that defines the level of safety the user wants for his trip (safer or faster), therefore these two variables are taken as independent. In turn, in the present invention, the multiplier contaminating the distances is only one, which simultaneously contemplates the existing pollution situation and the user's preference, ie the multiplier always depends on the pollutant concentration (noise and pollution). . It is further added that one of the aims of the present invention is to minimize the impact of pollution rather than to find the shortest way. In the present invention, the length of the route and the route may vary because the relative magnitude of the multiplier values for the different pollutant concentration classes and noise levels may vary greatly depending on the aggravation the user wishes to attribute to the maximum allowable concentration value. of pollutant.
No caso da US 2008/0312819, a rota mais segura pode, no limite, apresentar segmentos com diferentes níveis de segurança para o peão, dado que o peão poderá optar exclusivamente por privilegiar a velocidade em detrimento da segurança, isto é, atribuir peso nulo ao fator da segurança. Por outro lado, no caso do cálculo da presente invenção a variação do multiplicador em relação à concentração de poluente depende de uma função fuzzy. No caso das rotas seguras, apresentadas na US 2008/0312819, a forma como é avaliado o risco de exposição do peão não é definido e será quantificado numa escala ordinal de 0 a 10 que pode ser corrigida por um utilizador, o que lhe garante alguma falta de obj etividade . In the case of US 2008/0312819, the safest route may, at the limit, have segments with different levels of pedestrian safety, as the pedestrian may choose exclusively to favor speed over safety, ie to assign zero weight. to the safety factor. On the other hand, in the case of the calculation of the present invention the multiplier variation in relation to the pollutant concentration depends on a fuzzy function. In the case of routes safe, presented in US 2008/0312819, the way in which pedestrian exposure risk is assessed is not defined and will be quantified on an ordinal scale from 0 to 10 which can be corrected by a user, which guarantees some lack of objectivity .
Outro aspeto que distingue os dois métodos é que na nova invenção o valor máximo do multiplicador associado à máxima concentração de poluente definida pela legislação é que permitirá definir o nivel de agravamento imposto aos diferentes valores da concentração de poluentes, podendo obter vários tipos de rotas, mais saudáveis, saudáveis, moderadamente saudáveis, entre outras. No caso das rotas seguras não são definidos niveis diferentes de segurança, isto é o utilizador apenas escolhe entre ter um percurso mais curto ou um percurso mais seguro.  Another aspect that distinguishes the two methods is that in the new invention the maximum value of the multiplier associated with the maximum pollutant concentration defined by the legislation is that it will be possible to define the level of aggravation imposed to the different values of the pollutant concentration, obtaining various types of routes, healthier, healthier, moderately healthier, among others. In the case of safe routes different levels of safety are not defined, ie the user only chooses between having a shorter route or a safer route.
Descrição geral da invenção General Description of the Invention
A presente invenção consiste num método de geração de rotas saudáveis do ponto de vista ambiental em meio urbano original e inovador, uma vez que permite minimizar no processo de planeamento de rotas o impacte do ruido e da poluição atmosférica nas deslocações a pé e de bicicleta, ou em qualquer outro modo ativo de transporte. The present invention is a method of generating environmentally sound routes in an original and innovative urban environment since it minimizes the impact of noise and air pollution on walking and cycling in the route planning process. or any other active mode of transport.
A originalidade e inovação residem no processo de contaminação dos eixos da rede pedonal e ciclável pelos poluentes sonoros, ruido ambiental, e vários poluentes atmosféricos, nomeadamente as partículas PM10.  The originality and innovation lies in the contamination process of the pedestrian and cyclable network axes by noise pollutants, environmental noise, and various atmospheric pollutants, namely PM10 particles.
Os valores da concentração das várias espécies de poluentes e dos níveis de ruído ambiental são extraídos de mapas horários de longo-prazo. Estes mapas resultam da aplicação de modelos de simulação de dispersão de poluentes e da propagação do ruído ambiental, sendo para o efeito utilizados programas específicos, como é o caso do CadnaA. Os resultados das simulações são mapas em formato vetorial, ou do tipo raster. Desta forma podem ser utilizados num Sistema de Informação Geográfica, o que permitirá a utilização destes valores na fase de contaminação das distâncias e consequentemente no cálculo das rotas. Concentration values for various pollutant species and environmental noise levels are extracted from long-term hourly maps. These maps result from the application of pollutant dispersion simulation models and the propagation of environmental noise, and specific programs such as CadnaA are used for this purpose. The results of the simulations are maps in vector format or raster type. This way they can be used in a Geographic Information System, which will allow the use of these values in the phase contamination phase and consequently in the route calculation.
A caracterização da influência e afetação dos poluentes às redes pressupõe a avaliação em termos médios horários dos níveis de ruído e concentração dos poluentes para cenários de longo prazo, que são estimados e obtidos para períodos anuais. Os valores desses níveis e concentrações serão transformados em multiplicadores que derivam da utilização de funções fuzzy para cada poluente, que pretendem traduzir a evolução do efeito desses poluentes na saúde humana. Desta forma, são calculadas as denominadas "distâncias contaminadas" que resultam do produto das distâncias reais pelo multiplicador selecionado, designa-se por contaminação das distâncias e é expresso por: The characterization of the influence and affect of pollutants on the networks presupposes the average hourly assessment of noise levels and pollutant concentration for long-term scenarios, which are estimated and obtained for annual periods. The values of these levels and concentrations will be transformed into multipliers that derive from the use of fuzzy functions for each pollutant, intended to translate the evolution of the effect of these pollutants on human health. In this way, the so-called "contaminated distances" that result from the product of the actual distances by the selected multiplier are calculated, called the contamination of distances and is expressed by:
. Dc = D x K . Dc = D x K
Onde: Dc - distância contaminada; D - distância real e K - Fator de multiplicação Where: Dc - contaminated distance; D - actual distance and K - multiplication factor
O fator de multiplicação das distâncias (k) é uma função do nível de concentração de poluentes (r) , de acordo com a seguinte fórmula (ver Fig. 14) : r< F^ k=l/ The distance multiplication factor (k) is a function of the pollutant concentration level (r) according to the following formula (see Fig. 14): r <F ^ k = 1 /
1-d/K. )  1-d / K. )
≤r < F¾ : k=1 - - (F¾ - r)  ≤r <F¾: k = 1 - - (F¾ - r)
F\≤r < F¾ : k=l  F \ ≤r <F¾: k = l
R3≤r< R4 : k=1 + , -1 (r - F¾) R 3 ≤r <R 4 : k = 1 +, -1 (r - F¾)
F¾≤r k= K,  F¾≤r k = K,
Os valores de Rl, R2, R3 e R4 são arbitrários e dependem do tipo de poluente. Os valores de Kl e K2 (K2, neste exemplo especifico, corresponde ao valor de 1/Ki , mas tal não é obrigatório) são arbitrários e dependem da intensidade pretendida para o ajustamento da distância. The values of R1, R2, R3 and R4 are arbitrary and depend on the type of pollutant. The values of K1 and K2 (K2 in this specific example correspond to the value of 1 / Ki, but this is not required) are arbitrary and depend on the intended distance adjustment intensity.
O modelo de geração de rotas saudáveis para modos ativos de transporte será utilizado em programas de cálculo de rotas, cujos valores das impedâncias (variável de otimização) corresponderá a uma distância contaminada. Este modelo permitirá criar soluções inovadoras de planeamento e navegação, nos planeadores de rotas disponíveis em plataformas digitais, assim como em sistemas de navegação móveis (smartphones ou GPS portáteis) . The healthy route generation model for active modes of transport will be used in route calculation programs whose impedance values (optimization variable) will correspond to a contaminated distance. This model will enable innovative planning and navigation solutions to be created in route planners available on digital platforms as well as in mobile navigation systems (portable smartphones or GPS).
Uma das principais vantagens da presente invenção está ligada à fase de pré-processamento fuzzy, em que se subsegmenta o mapa vetorial da rede viária em subsegmentos estabelecidos por classes de ruido e de poluição atmosférica. Desta forma, obtém-se um novo mapa da rede viária que reflete com exatidão os indicadores de poluição atmosférica e sonora, o que tem a vantagem de poder ser usado transparentemente e sem qualquer adaptação nos algoritmos habituais de otimização de roteamento. Ou seja, dispensa-se a necessidade de qualquer alteração no motor de planeamento de rotas, ao mesmo tempo que se obtém uma simulação bastante mais exata que as disponíveis atualmente. Outra vantagem, está ligada ao facto que se atingem os referidos benefícios sem impactos excessivos na carga computacional envolvida. Outra vantagem ainda, está ligada ao facto que a carga computacional envolvida é facilmente ajustada pela manipulação dos parâmetros da presente invenção, nomeadamente o número de classes escolhidas para base da subsegmentação. One of the main advantages of the present invention is related to the fuzzy preprocessing phase, in which the road map vector map is subsegmented into subsegments established by noise and air pollution classes. This gives a new road network map that accurately reflects air and noise pollution indicators, which has the advantage that it can be used transparently and without any adaptation to the usual routing optimization algorithms. That is, there is no need for any change in the route planning engine, while a much more accurate simulation is obtained than currently available. Another advantage is that these benefits are achieved without excessive impact on the computational load involved. Yet another advantage is linked to the fact that the computational load involved is easily adjusted by manipulating the parameters of the present invention, namely the number of classes chosen for the basis of subsegmentation.
Descrição das Figuras Description of the Figures
Para uma mais fácil compreensão da invenção juntam-se em anexo as figuras, as quais, representam realizações preferenciais do invento que, contudo, não pretendem limitar o objecto da presente invenção.  For an easier understanding of the invention, attached are figures which represent preferred embodiments of the invention which, however, are not intended to limit the scope of the present invention.
Figura 1 : Representação esquemática de fluxograma de geração de rotas saudáveis para modos ativos (pedonal e ciclável) de transporte . Figure 1: Schematic representation of healthy route generation flowchart for active (pedestrian and cycling) modes of transport.
Figura 2 : Representação esquemática de funções fuzzy dos multiplicadores KH e KL. Figure 2: Schematic representation of fuzzy functions of multipliers KH and KL.
Figura 3: Representação esquemática de funções fuzzy dos multiplicadores WH e WL . Figure 3: Schematic representation of fuzzy functions of the WH and WL multipliers.
Figura 4: Representação de esquema relativo à contaminação das distâncias ao nível dos eixos. Figure 4: Schematic representation of the contamination of distances at axle level.
Figura 5: Representação esquemática de rede viária do concelho de Braga produzidos pela Navteq em 2011). Figure 5: Schematic representation of Braga's road network produced by Navteq in 2011).
Figura 6: Representação esquemática de exemplo da afetação dos multiplicadores para os níveis de ruído para o período das 11:00 às 12:00h. Figura 7: Representação esquemática de exemplo da agregação de polígonos com o nível de ruído entre 75 e 80 dB (A) ) . Figure 6: Example schematic representation of multiplier assignment for noise levels for the period from 11:00 to 12:00. Figure 7: Example schematic representation of polygons aggregation with noise level between 75 and 80 dB (A)).
Figura 8 : Representação esquemática de esquema da afetação dos multiplicadores à rede viária. Figure 8: Schematic representation of the multipliers' allocation to the road network.
Figura 9: Representação esquemática de exemplo da transformação de um troço de uma rua após a sobreposição com os mapas de poluição. Figure 9: Example schematic representation of the transformation of a section of a street after overlapping with pollution maps.
Figura 10: Representação esquemática de exemplo do cálculo de rota mais curta entre dois pontos utilizando o network analyst da ESRI. Figure 10: Example schematic representation of the shortest route calculation between two points using the ESRI network analyst.
Figura 11: Representação esquemática de exemplo do cálculo de diferentes rotas entre dois pontos: a) menos/ moderadamente ruidosa; b) menos/ moderadamente poluída; c) saudável e mais saudável . Figure 11: Example schematic representation of the calculation of different routes between two points: a) less / moderately noisy; b) less / moderately polluted; c) healthier and healthier.
Figura 12: Representação esquemática de exemplos da variação das várias rotas entre os pontos 1 e 2 em diferentes horas do dia . Figure 12: Schematic representation of examples of the variation of the various routes between points 1 and 2 at different times of the day.
Figura 13: Representação esquemática das rotas calculadas entre dois pontos (1 e 2) entre as 8 e as 9 horas. Figure 13: Schematic representation of the calculated routes between two points (1 and 2) between 8 and 9 o'clock.
Figura 14: Representação esquemática de fator de multiplicação das distâncias (k) é uma função do nível de concentração de poluentes (r) . Figure 14: Schematic representation of the distance multiplication factor (k) is a function of the pollutant concentration level (r).
Figura 15: Representação esquemática simplificada dos elementos de uma realização da invenção. Descrição detalhada da invenção Figure 15: Simplified schematic representation of the elements of an embodiment of the invention. Detailed Description of the Invention
0 modelo que permite determinar uma rota saudável consiste na construção de uma infraestrutura de informação, assente num Sistema de Informação Geográfico, através do qual serão integrados dados provenientes de simulações dos niveis de ruido ambiental e da concentração de poluentes atmosféricos, numa determinada rede pedonal e ciclável. The model for determining a healthy route is the construction of an information infrastructure based on a Geographic Information System, through which data from simulations of environmental noise levels and atmospheric pollutant concentration will be integrated into a given pedestrian network. cycling.
Desta infraestrutura, será extraída a informação proveniente dos mapas de poluição relevante para cada troço da rede, nomeadamente o nível de decibéis e a concentração de partículas PM10 assim como a concentração de óxidos de azoto ( Ox) , de monóxido de carbono (CO) , de dióxido de enxofre (S02) de benzeno (C6H6) e outros tipos de poluentes, que sejam considerados perniciosos para saúde que darão origem a multiplicadores definidos por funções fuzzy para cada tipo de poluente, definindo assim as impedâncias. Consequentemente, essas impedâncias serão afetadas aos eixos da rede viária dando origem à denominada rede viária contaminada. Por sua vez, essa rede contaminada será utilizada como elemento base, com os atributos necessários para correr um qualquer algoritmo de otimização de percursos para efeitos de planeamento e navegação dos modos suaves (ativos) . Em termos genéricos, de acordo com o esquema da Figura 1, o modelo pode ser estruturado em três fases distintas, que são: From this infrastructure, information from the relevant pollution maps for each section of the network will be extracted, namely the decibel level and PM10 particle concentration as well as the concentration of nitrogen oxides (Ox), carbon monoxide (CO), sulfur dioxide (S02) benzene (C6H6) and other types of pollutants that are considered harmful to health that will give rise to multipliers defined by fuzzy functions for each type of pollutant, thus defining the impedances. Consequently, these impedances will be affected to the axles of the road network giving rise to the so-called contaminated road network. In turn, this contaminated network will be used as a base element, with the attributes needed to run any path optimization algorithm for the planning and navigation of soft (active) modes. In general terms, according to the scheme of Figure 1, the model can be structured in three distinct phases, which are:
I) a geração dos mapas horários de poluição atmosférica e sonora de longo prazo; I) the generation of long-term atmospheric and noise pollution hourly maps;
II) a determinação das impedâncias e respetiva afetação aos seus eixos da rede viária, dando origem à contaminação da rede pedonal e ciclável; III) a geração de vários tipos de rotas, de acordo com o critério de otimização, entre as quais as rotas mais saudáveis . II) the determination of the impedances and their affectation to their axes of the road network, giving rise to the contamination of the pedestrian and cycling network; III) the generation of various types of routes, according to the optimization criteria, including the healthiest routes.
Para além do aspeto inovador de integrar num modelo de geração de rotas, para andar a pé e de bicicleta em meio urbano, fatores ambientais, que permitam obter rotas menos ruidosas e menos poluídas, cuja combinação dá origem às mais saudáveis, o cerne da inovação reside no segundo ponto do modelo que corresponde ao processo de geração dos multiplicadores e consequente determinação das distâncias contaminadas. A montante deste processo são utilizadas ferramentas adequadas para a produção dos mapas de poluição, nomeadamente programas de estimação horária da concentração de poluentes atmosféricos e de avaliação dos níveis de ruído ambiental, como sejam o CadnaA, assim como a plataforma geográfica que poderá utilizar diversos tipos de programas, como o caso do ArcGIS da ESRI . A fase de geração das rotas implica a utilização de programas de base geográfica que incorporem programas de otimização de percursos e que permitam atribuir à variável de custo os valores das distâncias contaminadas. Estas distâncias contaminadas, em particular agravadas, podem ser designadas por impedâncias. In addition to the innovative aspect of incorporating environmental factors into a road-walking and cycling route-generating model, which allows for less noisy and less polluted routes, the combination of which creates the healthiest, the core of innovation. lies in the second point of the model that corresponds to the multipliers generation process and consequent determination of the contaminated distances. Appropriate tools for the production of pollution maps are used upstream of this process, such as hourly pollutant concentration estimation and environmental noise level programs such as CadnaA, as well as the geographical platform that may use various types of pollution. such as ESRI's ArcGIS case. The route generation phase involves the use of geographically based programs that incorporate route optimization programs and allow the cost variable to be assigned the values of the contaminated distances. These contaminated distances, particularly aggravated, may be referred to as impedances.
A fase referente à contaminação das distâncias prende-se com a criação de impedâncias que serão atribuídas aos diversos segmentos das redes dos modos ativos de transporte, tendo por base os dados dos mapas de longo-prazo do ruído ambiental, dos diversos poluentes atmosféricos e do mapa global de poluição para todas as horas do dia. The phase of distance contamination concerns the creation of impedances that will be attributed to the various network segments of the active modes of transport, based on long-term environmental noise maps, various air pollutants and Global pollution map for all hours of the day.
O cálculo da impedância está associado à definição e caracterização de um fator multiplicativo da distância cuja finalidade é traduzir os efeitos sobre a saúde humana determinados níveis de ruído e concentração de poluentes, nomeadamente as partículas - PM10. Impedance calculation is associated with the definition and characterization of a distance multiplicative factor whose purpose is to translate the effects on human health. noise levels and pollutant concentration, in particular PM10 particles.
Um dos principais problemas na definição do fator multiplicativo prende-se com o conhecimento do verdadeiro impacte que os diferentes poluentes têm na saúde humana e dos animais, isto é na contabilização dos valores limite de carga de poluente a partir da qual é prejudicial a exposição para o ser humano. Por outro lado, existe um efeito combinado dos diversos poluentes, mesmo que a sua análise se realize separadamente. Deste modo, a validação e definição de valores limite para os diversos poluentes é difícil de contabilizar. Esta complexidade é ainda mais significativa quando se pretende contabilizar a forma como os diferentes indivíduos assimilam e reagem aos diversos tipos de poluentes. One of the main problems in the definition of the multiplicative factor is the knowledge of the true impact that different pollutants have on human and animal health, ie in accounting for the pollutant load limit values from which exposure is harmful. the human being. On the other hand, there is a combined effect of the various pollutants, even if they are analyzed separately. Thus, the validation and definition of limit values for the various pollutants is difficult to account for. This complexity is even more significant when it comes to accounting for how different individuals assimilate and react to different types of pollutants.
A caracterização do ruído ambiental permite definir o nível de incomodidade das pessoas perante diferentes valores do ruído. Porém, a extrapolação dessa relação tem de ser efetuada com muitas restrições devido à enorme variabilidade dos fatores que têm influência na sensibilidade humana ao ruído. Este processo é ainda mais complexo quando se pretende encontrar a lei entre a dose e o efeito que um determinado poluente atmosférico tem no Homem. The characterization of environmental noise allows us to define the level of annoyance of people facing different noise values. However, extrapolation of this relationship has to be carried out with many restrictions due to the enormous variability of factors that influence human noise sensitivity. This process is even more complex when it comes to finding the law between the dose and the effect that a given air pollutant has on man.
Por conseguinte, a definição das impedâncias a utilizar na contaminação das distâncias dos eixos da rede viária (pedonal e ciclável) deve possibilitar a introdução da variabilidade de vários fatores que influenciam a sensibilidade dos diferentes seres humanos, nomeadamente para níveis de exposição muito semelhantes da concentração de um determinado poluente.  Therefore, the definition of the impedances to be used for contamination of road network axle distances (pedestrian and cyclable) should allow for the introduction of variability of various factors that influence the sensitivity of different humans, notably for very similar exposure levels of the concentration. of a particular pollutant.
Logo, é necessário definir uma lei que traduza simultaneamente os limites a partir dos quais a saúde é prejudicada, assim como o nível de tolerância a determinados níveis de exposição que uma pessoa está disposta a aceitar para se deslocar ao longo de um certo percurso. Desta forma são propostas duas funções fuzzy, lineares, para definir um fator multiplicativo (K) para o ruido (nivel sonoro equivalente - Leq) e para um fator multiplicativo (W) referente à concentração de partículas - PM10. Therefore, it is necessary to define a law that simultaneously translates the limits within which health is impaired, as well as the level of tolerance to certain levels of exposure that a person is willing to accept to move along a certain path. Thus, two fuzzy linear functions are proposed to define a multiplicative factor (K) for noise (equivalent noise level - Leq) and a multiplicative factor (W) for particle concentration - PM10.
No eixo dos yy das funções fuzzy é representada a evolução do fator multiplicativo, enquanto no eixo dos xx são apresentados os valores do nível de ruido equivalente - Leq (A) e da concentração de partículas - PM10. A função fica definida pela variação linear entre os valores âncora, designados pontos de controlo da função fuzzy, que são os valores mínimos e máximos do ruído e da concentração de partículas - PM10, definidos de acordo com os limites impostos na legislação ou, tendo por base estudos científicos para esse efeito. The yy axis of the fuzzy functions represents the evolution of the multiplicative factor, while the xx axis shows the equivalent noise level - Leq (A) and the particle concentration - PM10. The function is defined by the linear variation between the anchor values, called fuzzy control points, which are the minimum and maximum values of noise and particle concentration - PM10, defined according to the limits imposed by the legislation or, taking into account basis scientific studies for this purpose.
Com o objetivo do utilizador poder definir o nível de agravamento da contaminação à rede, os valores limite dos fatores multiplicativos K (ruído) e W (partículas PM10) para os pontos de controlo são definidos pelo mesmo no início do processo de planeamento e navegação por rotas saudáveis.  In order for the user to be able to define the level of contamination aggravation to the network, the limit values of the multiplicative factors K (noise) and W (PM10 particles) for the control points are set by the same at the beginning of the planning and navigation process. Healthy routes.
De modo exemplificar este processo apresentam-se a possibilidade do utilizador efetuar um agravamento forte ou fraco das distâncias, através da definição de distâncias contaminadas que serão utilizadas como variáveis de otimização no processo de cálculo do caminho mais curto disponíveis em software de SIG. To illustrate this process, the user can make a strong or weak increase of distances by defining contaminated distances that will be used as optimization variables in the shortest path calculation process available in GIS software.
Para o efeito o utilizador escolhe apenas o nível de agravamento de acordo com uma escala numérica de valores inteiros, onde por exemplo 3,0 corresponde ao valor máximo do coeficiente KH e WH que dará origem a uma forte contaminação das distâncias e por sua vez o valor mínimo será, automaticamente, numa realização preferencial definido pelo algoritmo como 1/3. Por sua vez, para numa contaminação fraca valor máximo do multiplicador corresponderá a metade do valor máximo definido para uma contaminação forte, resultando um KL e WL = 3/2 e consequentemente o valor mínimo 1/ (3/2)= 2/3, ou escolhido arbitrariamente como por exemplo KL e WL iguais a 0, 75. For this purpose the user only chooses the level of aggravation according to a numerical scale of integer values, where for example 3.0 corresponds to the maximum value of the coefficient KH and WH which will give rise to a strong contamination of the distances and in turn the minimum value will automatically be in a preferred embodiment defined by the algorithm as 1/3. In turn, for a weak contamination maximum multiplier value will correspond to half of the maximum value defined for a strong contamination, resulting in a KL and WL = 3/2 and therefore the minimum value 1 / (3/2) = 2/3, or arbitrarily chosen as for example KL and WL equal to 0.75.
Em termos práticos, a opção por um agravamento forte implica que o algoritmo atribua o triplo da distância real a distâncias contaminadas por níveis de poluição acima do valor- âncora superior e para valores que se situem abaixo do valor- âncora inferior as distâncias serão convertidos num terço da distância real. Entre os valores âncora, a variação do fator multiplicativo é linear. In practical terms, the option for a strong aggravation implies that the algorithm assigns three times the actual distance to distances contaminated by pollution levels above the upper anchor value and to values below the lower anchor value the distances will be converted into a distance. third of the actual distance. Among the anchor values, the multiplicative factor variation is linear.
A utilização de agravamentos fracos está orientada para a obtenção de rotas cujo fim é para uma utilização regular, como por exemplo em deslocações casa-trabalho e casa-escola, uma vez que o peão ou ciclista estarão dispostos a prolongar o seu percurso para obter uma rota mais saudável, mas sem que isso os obrigue a aumentos do tempo de viagem e extensão do percurso significativos. The use of weak aggravations is geared towards obtaining routes that are intended for regular use, such as commuting, as pedestrians or cyclists will be willing to extend their route to achieve healthier route, but without requiring them to significantly increase travel times and length of the route.
Por outro lado, no caso dos peões ou ciclistas possuírem algum tipo de doença, especialmente de âmbito respiratório, ou sendo mesmo pessoas saudáveis mas cujo objetivo da viagem é o lazer ou a prática de desporto, poderão optar rotas ainda menos poluídas, ou seja mais saudáveis do que as obtidas por um agravamento fraco das distâncias, selecionando para o efeito um agravamento forte, mesmo que isso se traduza num aumento considerável da extensão global do percurso. On the other hand, if pedestrians or cyclists have some kind of disease, especially respiratory, or even healthy people whose purpose of travel is leisure or sport, they may choose even less polluted routes, ie healthier than those obtained by a slight worsening of distances by selecting a strong worsening, even if this means a considerable increase in the overall length of the route.
Logo, as rotas geradas a partir da atribuição de uma agravamento forte implicam a circulação por caminhos menos poluídos que os determinados utilizando um agravamento fraco e, obviamente, daqueles sem qualquer tipo de agravamento das distâncias (caminho mais curto) . Thus, the routes generated from the attribution of a strong aggravation involve the circulation by less polluted paths than those determined using a weak aggravation and, of course, those without any aggravation of the distances (shortest path).
Definidos os valores dos limites superiores dos fatores multiplicativos do agravamento a atribuir aos eixos da rede viária (pedonal e ciclável) , importa definir e caracterizar a função fuzzy do multiplicador relativo a um agravamento forte derivado do ruido ambiental (KH) e a fraco (KL) . Para tal, é necessário definir a forma da curva com a fixação dos valores âncora, i.e. dos valores do nivel sonoro equivalente, Leq (dB (A) ) para os quais os valores de KH e KL são conhecidos. Having defined the upper limit values of the multiplication factors to be attributed to the axles of the road network (pedestrian and cycling), it is important to define and characterize the fuzzy multiplier function related to a strong aggravation derived from environmental noise (KH) and weak (KL). To do so, it is necessary to define the shape of the curve by fixing the anchor values, ie the equivalent sound level values, Leq (dB (A)) for which the values of KH and KL are known.
No caso do ruido ambiental, os valores âncora são definidos tendo por base os valores máximos admissíveis de ruído (Lden) associados a diferentes zonas preconizados no Regulamento Geral do Ruído. Uma vez que a cobertura temporal da produção das rotas saudáveis abrange todas as horas do dia, não serão utilizados os valores limite para o período noturno (Ln) , dado que o objetivo é minimizar os efeitos sobre a saúde das pessoas quando se encontram a andar a pé ou de bicicleta. Do mesmo modo, os limites de exposição para zonas mistas durante a noite são iguais ao limite para zonas sensíveis durante o dia e correspondem a 55 dB (A) , como mostra a Tabela 1. Assim, admite-se apenas a utilização dos limites impostos ao Lden na definição da função fuzzy para todas as horas do dia. In the case of environmental noise, anchor values are defined on the basis of the maximum permissible noise (Lden) values associated with different zones as set out in the General Noise Regulation. Since the temporal coverage of the production of healthy routes covers all hours of the day, limit values for night time (Ln) will not be used, as the objective is to minimize the effects on people's health when walking. on foot or by bike. Similarly, exposure limits for mixed zones at night are equal to the limit for sensitive zones during the day and correspond to 55 dB (A), as shown in Table 1. Thus, only the use of the limits imposed is permissible. to Lden in defining the fuzzy function for all hours of the day.
Tabela 1 - Limites de exposição ao ruído ambiental Table 1 - Limits of exposure to environmental noise
Lden  Lden
Zonas Ln (dB (A) )  Zones Ln (dB (A))
(dB (A) )  (dB (A))
Mistas 65 55  Mixed 65 55
Sensíveis 55 45  Sensitive 55 45
No caso específico da definição da função fuzzy para o multiplicador K associado à contaminação das distâncias devido ao ruído, assume-se que a distância contaminada é igual à distância real para valores entre 55 e 65 dB (A) , que compreendem os valores entre os limites associados às zonas sensíveis e mistas para o Lden. Para a fixação dos valores- âncora correspondentes aos limites superior e inferior de K, quer seja no caso de uma impedância forte ou fraca, fixou-se uma margem de 10 dB (A) (por analogia com os valores definidos para as mesmas zonas do Ln e do Lden. Por outro lado valores inferiores a 35 dBA não têm correspondência com a realidade) para cima e para baixo dos limites do Lden, como se traduz na Tabela 1 e 2 e no gráfico da Figura 2. In the specific case of the definition of the fuzzy function for the multiplier K associated with noise contamination of distances, it is assumed that the contaminated distance equals the actual distance for values between 55 and 65 dB (A), which include the values between boundaries associated with the sensitive and mixed zones for Lden. For anchor values corresponding to the upper and lower limits of K, whether in the case of a strong or weak impedance, a margin of 10 dB (A) (by analogy with the values defined for the same zones as Ln and Lden. On the other hand, values below 35 dBA do not correspond to reality) above and below the limits of Lden, as shown in Tables 1 and 2 and the graph in Figure 2.
Tabela 2 - Valores âncora da função fuzzy para o multiplicador K associado ao ruido ambiente Table 2 - Fuzzy anchor values for the multiplier K associated with ambient noise
Leq (dB (A) ) KH KL  Leq (dB (A))
45 0, 33 (3) 0,750  45 0.33 (3) 0.750
75 3, 000 1,500  75 3,000 1,500
[55 65] 1,000 1,000  [55 65] 1,000 1,000
Para a definição da função fuzzy para o multiplicador W associado à contaminação das distâncias devido à concentração de partículas PM10 no ar, propõe-se para valor-âncora superior a utilização do limite da concentração média anual de PM10 para proteção humana definido pela legislação nacional de 40 μg/m3. Por outro lado, o valor recomendado pela Organização Mundial de Saúde, em 2005, relativo a concentrações médias horárias de PM10 medidas ao longo do ano é de 20 μg/m3 em ambientes urbanos. Atendendo ao facto que, para cidades de pequena e média dimensão, estes valores estão longe de ser atingidos para a maior parte dos arruamentos urbanos, procedeu-se então à fixação de um valor-âncora inferior de 10 μg/m3, conforme se pode constatar na Tabela 3 e na Figura 3. Entre os valores de 10 e 40 μg/m3 considerou-se uma variação linear do fator W. For the definition of the fuzzy function for the multiplier W associated with the contamination of distances due to PM10 particle concentration in air, it is proposed for higher anchor value the use of the PM10 annual average concentration limit for human protection defined by the national legislation of PM10. 40 μg / m3. On the other hand, the value recommended by the World Health Organization in 2005 for mean hourly concentrations of PM10 measured throughout the year is 20 μg / m3 in urban environments. Given that, for small and medium-sized cities, these values are far from being achieved for most urban streets, a lower anchor value of 10 μg / m3 was then set as can be seen. Table 3 and Figure 3. Between the values of 10 and 40 μg / m3, a linear variation of the factor W was considered.
Tabela 3 - Valores âncora da função fuzzy para o multiplicador W associado à concentração média de partículas PM10 PM10 ( g/m3) WH WL Table 3 - Fuzzy anchor values for W multiplier associated with PM10 mean particle concentration PM10 (g / m 3 ) WH WL
10 0, 33 (3) 0,750  10 0.33 (3) 0.750
40 3, 000 1,500  40 3,000 1,500
Definidas as funções fuzzy para os dois tipos de poluentes utilizados para gerar as rotas menos poluídas, menos ruidosas e mais saudáveis, o processo de contaminação das distâncias da rede viária (pedonal e ciclável) resulta da aplicação da seguinte expressão: Having defined the fuzzy functions for the two types of pollutants used to generate the least polluted, least noisy and healthiest routes, the process of contamination of road distances (pedestrian and cyclable) results from the application of the following expression:
Distância contaminada = Distância x Multiplicador [1] Contaminated Distance = Distance x Multiplier [1]
Com o objetivo de integrar a informação gerada nos mapas de poluição na rede de arruamentos, e dessa forma construir a matriz de eixos contaminados pelos diversos poluentes, ou por uma combinação dos mesmos, torna-se indispensável que o trabalho seja realizado em ambiente SIG. Esse processo passa pela conversão dos mapas a longo prazo de ruido e de concentração média anual de partículas PM10, de formatos raster para formatos vetoriais. Segue-se a sobreposição dos mapas à rede viária, que permitirá a respetiva atribuição aos eixos dos atributos desses mapas. Ao nivel da tabela de atributos da rede viária, procede-se ao cálculo dos multiplicadores e das respetivas distâncias contaminadas. Na Figura 4 é apresentado de forma esquemática o processo de contaminação da rede descrito anteriormente. In order to integrate the information generated in the pollution maps into the road network, and thus build the matrix of axes contaminated by the various pollutants, or a combination of them, it is indispensable that the work be performed in a GIS environment. This process involves the conversion of long-term noise and average annual PM10 particle concentration maps from raster to vector formats. This is followed by the overlapping of the maps to the road network, which will allow their attribution to the attributes axes of these maps. At the level of the road network attribute table, the multipliers and their contaminated distances are calculated. In Figure 4 is presented schematically the network contamination process described above.
Importa referir que, tendo-se gerado mapas de poluição de ruido ambiental e concentração de partículas (PM10) para as diferentes horas do dia, o processo de contaminação dá origem a uma rede viária georreferenciada, que corresponde a uma entidade geométrica (linhas) à qual estão associados um conjunto de atributos, aos quais corresponderão campos com as quantidades de poluentes, fatores multiplicativos associados e outros elementos, como sejam as distâncias reais e contaminadas . It should be noted that, having generated maps of environmental noise pollution and particle concentration (PM10) for different hours of the day, the contamination process gives rise to a georeferenced road network, which corresponds to a geometric entity (lines) to which a set of attributes are associated, which will correspond fields with pollutant quantities, associated multiplicative factors, and other elements such as actual and contaminated distances.
A produção dos mapas horários de longo prazo da poluição associada ao ruido ambiente e à concentração média de PM10 para a área do caso de estudo, simultaneamente, com a rede viária representam os fatores-chave da fase do processo designada por contaminação das distâncias. The production of long-term hourly maps of pollution associated with ambient noise and the average PM10 concentration for the case study area, simultaneously with the road network, represent the key factors of the process phase designated by distance contamination.
Através da análise dos mapas de poluição de longo prazo é possível constatar que os níveis de poluição variam no tempo e no espaço. Por outro lado, na génese do conceito das rotas mais saudáveis está inerente a atribuição do impacte dos níveis de poluição na escolha da rota por parte dos peões e dos ciclistas. By analyzing the long-term pollution maps it is possible to see that pollution levels vary over time and space. On the other hand, in the genesis of the concept of healthier routes is inherent the attribution of the impact of pollution levels on the choice of route by pedestrians and cyclists.
Em síntese, a fase de contaminação consiste: In summary, the contamination phase consists of:
- no tratamento da rede viária em formato vetorial; na transformação da informação dos mapas para um formato vetorial; - in the treatment of the road network in vector format; transforming map information into a vector format;
- na aplicação dos multiplicadores determinados aos mapas de poluição; na contaminação das distâncias, de acordo com o poluente e o multiplicador. - applying the multipliers determined to pollution maps; contamination of distances according to the pollutant and the multiplier.
0 tratamento da rede viária consiste na verificação da continuidade das ligações entre eixos, nomeadamente ao nível das intersecções. É necessário garantir que os eixos da área de estudo estão todos representados, quer para a circulação pedonal, quer para a ciclável, uma vez que esta será a estrutura base para a geração de rotas. A definição dos sentidos de circulação dos eixos viários é um outro aspeto a ter em conta, uma vez que é uma condição necessária para a circulação de bicicleta, podendo ser realizado nesta fase ou no inicio da fase de geração das rotas. Entretanto, para as deslocações a pé, esta questão não se coloca porque não é restritiva, dado que os peões podem circular nos dois sentidos em qualquer praça, passeio ou berma . The treatment of the road network consists of checking the continuity of the links between axles, particularly at the intersection level. It is necessary to ensure that the axes of the study area are all represented, both for pedestrian and cycling traffic, as this will be the basic structure for route generation. The definition of the directions of the road axes is another aspect to be taken into account, as it is a necessary condition for bicycle circulation and can be done at this stage or at the beginning of the route generation phase. However, for walking, this question does not arise because it is not restrictive as pedestrians can move both ways in any square, sidewalk or verge.
As questões associadas a restrições de acesso também têm de ser definidas nesta fase, nomeadamente no que diz respeito ao acesso exclusivo a peões em áreas e ruas pedonais. Do mesmo modo, foram definidas as restrições de acesso designadamente a vias rápidas ou em zonas onde o risco de acidente para os peões e ciclistas é elevado, como acontece nos ramos dos nós de ligação de vias coletoras, onde não existem trajetos formais para peões. As restrições poderão ser impostas através da criação de campos de atributos na base de dados associados à rede viária onde é definida a possibilidade de acesso de acordo com determinados critérios, como por exemplo: Passeios: S/N, se sim (S) o peão pode circular e o segmento entra no cálculo de rotas para peões, se não (N) o segmento não entra nesse processo. Issues associated with access restrictions also need to be defined at this stage, notably as regards exclusive access to pedestrians in pedestrian areas and streets. Similarly, access restrictions have been defined, in particular on highways or in areas where the risk of accident for pedestrians and cyclists is high, as is the case in the branches of the road junctions where there are no formal pedestrian paths. Restrictions may be imposed by creating attribute fields in the database associated with the road network where access is defined according to certain criteria, such as: Tours: Y / N, if yes (S) the pedestrian may circle and the segment enters the pedestrian route calculation, otherwise (N) the segment does not enter this process.
Na Figura 5 apresenta-se a rede viária para a área de estudo em formato vetorial com o tratamento da base de dados descrito anteriormente .  Figure 5 shows the road network for the study area in vector format with the database treatment described above.
A tabela de atributos associada à rede viária deve possuir um vasto conjunto de informação que pode ser utilizado nos algoritmos de navegação para os modos suaves e outros modos de transporte, do qual se destaca: The attribute table associated with the road network must have a vast set of information that can be used in navigation algorithms for soft modes and other modes of transport, including:
- o nome e tipo de rua; - the name and type of street;
- o número de sentidos; - o número de vias; - the number of directions; - the number of lanes;
- o código postal; - the postal code;
- limites de velocidade; um variadíssimo conjunto de restrições associadas aos diversos tipos de utilização (peões, ciclistas, automóveis, camiões, veículos de emergência, táxis, autocarros, car pooling, entre outros) ; - speed limits; a wide range of restrictions associated with different types of use (pedestrians, cyclists, cars, trucks, emergency vehicles, taxis, buses, car pooling, among others);
- a existência de portagens; informação sobre a pavimentação das ruas, entre muitos outros elementos. - the existence of tolls; information on street paving, among many other elements.
As bases de dados dos produtores de cartografia como a Navteq já apresentam este vasto conjunto de informação, no entanto a sua utilização deve ser precedida de uma validação no terreno. Cartography producers' databases such as Navteq already contain this vast array of information, but their use must be preceded by field validation.
Para além dos campos de atributos tradicionais apresentados anteriormente é possível aumentar o número de campos de acordo com o trabalho que se pretende desenvolver, como por exemplo dados sobre a poluição do ar e do ruído ambiental. In addition to the traditional attribute fields presented above, it is possible to increase the number of fields according to the work to be carried out, such as data on air pollution and environmental noise.
Com a rede viária consolidada, é necessário proceder ao tratamento da informação presente nos mapas de poluição com o objetivo de determinar a contaminação de cada eixo. Para o efeito, é conveniente que o software de cálculo dos mapas de poluição permita a exportação das grelhas de cálculo em vários formatos, como sejam ficheiro em formato raster e ficheiros em formato vetorial de linhas e polígonos de igual nível de poluição. Software como o CadnaA apresentam nos seus menus estas possibilidades de exportação, o que facilita a utilização dos dados dos mapas de poluição em outro tipo de programas de SIG, como é o caso do ArcGIS da ESRI . With the consolidated road network, it is necessary to process the information present in the pollution maps in order to determine the contamination of each axis. For this purpose, it is desirable that the pollution mapping software allows the export of calculation grids in various formats, such as raster files and vector files of lines and polygons of the same level of pollution. Software such as CadnaA presents these export possibilities in their menus, which facilitates the use of pollution map data in other types of GIS programs, such as ESRI's ArcGIS.
A exportação dos mapas de poluição em polígonos é a mais apropriada, uma vez que a definição das classes de intervalos pode ser definida no ato da exportação, podendo cada classe ter uma amplitude unitária. No entanto, tendo em conta a configuração dos mapas de ruido e de PM10, foi possível concluir que uma amplitude muito baixa daria origem a um elevado conjunto de polígonos. Este facto poderia repercutir- se numa grande segmentação dos eixos viários, podendo resultar, por exemplo, que um eixo de 100 metros pudesse ser dividido em dezenas de segmentos, com consequências evidentes no aumento da base de dados para efeitos de navegação. Assim, de acordo com os valores médios, mínimos e máximos observados nos diversos mapas modelados, optou-se por definir numa realização preferencial uma amplitude de 5 unidades para cada classe, isto é de 5 dB (A) e 5 μg/m3, para o ruído ambiente e para a concentração de PM10, respetivamente . Embora este valor deva ser tomado como um valor indicativo. Exporting pollution maps to polygons is most appropriate, as the definition of interval classes can be defined at the time of export, and each class may be have a unit amplitude. However, given the configuration of the noise and PM10 maps, it was concluded that too low an amplitude would give rise to a large set of polygons. This could result in a large segmentation of road axes, which could result, for example, that a 100-meter axle could be divided into dozens of segments, with clear consequences for the enlargement of the navigation database. Thus, according to the average, minimum and maximum values observed in the various modeled maps, it was decided to define in a preferred embodiment an amplitude of 5 units for each class, ie 5 dB (A) and 5 μg / m3, for ambient noise and PM10 concentration, respectively. Although this value should be taken as an indicative value.
Uma vez definida a amplitude do intervalo das classes, procedeu-se ao cálculo do valor do multiplicador para cada uma dessas classes de acordo com as funções fuzzy definidas na Tabela 4, considerando um agravamento forte (K Heavy) para se obter uma rota pouco ruidosa, ou um fraco (K Light) , para se obter uma rota moderadamente ruidosa. Once the amplitude of the class interval was defined, the multiplier value was calculated for each of these classes according to the fuzzy functions defined in Table 4, considering a heavy (K Heavy) to obtain a noisy route. , or a faint (K Light) for a moderately noisy route.
Tabela 4 - Multiplicadores da distância para os níveis de ruído Table 4 - Distance Multipliers for Noise Levels
Ruido (dB (A) ) Multiplicadores Noise (dB (A)) Multipliers
[Max - Min] Média K Heavy K Light  [Max - Min] Average K Heavy K Light
[DBH - DBL] DBA KH KL  [DBH - DBL] DBA KH KL
<45 42, 5 0, 333 0,7500  <45 42.50 333 0.7500
45 - 50 47,5 0,500 0, 8125  45 - 50 47.5 0.500 0.8125
50 - 55 52, 5 0, 833 0, 9375  50 - 55 52, 50 0, 833 0, 9375
55 - 60 57, 5 1,000 1,0000  55 - 60 57, 5 1,000 1,0000
60 -65 62, 5 1,000 1,0000  60 -65 62, 5 1,000 1,0000
65 -70 67, 5 1,500 1, 1250  65 -70 67.5 1,500 1, 1250
70 - 75 72, 5 2,500 1, 3750  70 - 75 72, 5 2,500 1, 3750
>75 77,5 3, 000 1,5000  > 75 77.5 3,000 1.5000
Na Figura 6 apresenta-se um exemplo de afetação dos multiplicadores (K) referentes ao ruido para o período das 11:00 às 12:00h. Importa realçar que nesta fase a cada classe corresponde um conjunto de polígonos representados em cada linha da tabela de atributos, conforme é possível observar na Figura 7. Figure 6 shows an example of the noise multipliers (K) affecting the period from 11:00 to 12:00. It should be noted that at this stage each class corresponds to a set of polygons represented in each row of the attribute table, as shown in Figure 7.
O mesmo processo foi aplicado no tratamento dos dados dos mapas de concentração de partículas PM10, conforme é possível observar na Tabela 5. De modo semelhante, considerou-se um agravamento forte (W Heavy) para se obter uma rota pouco poluída, ou um agravamento fraco (W Light) para uma rota moderadamente poluída. The same process was applied in the treatment of PM10 particle concentration map data, as can be seen in Table 5. Similarly, a W Heavy was considered to obtain a poorly polluted route, or an aggravation. W Light) for a moderately polluted route.
Tabela 5 - Multiplicadores da distância para os níveis de concentração média de PM10 PM10 ( g/m3) Multiplicadores Table 5 - Distance Multipliers for PM10 Mean Concentration Levels PM10 (g / m 3 ) Multipliers
[Max - Min] Média W Heavy W Light  [Max - Min] Average W Heavy W Light
[PMH - PML] PMA WH WL  [PMH - PML] PMA WH WL
<20 <17, 5 0, 33333 0,75000 <20 <17.50, 33333 0.75000
20 - 25 22, 5 0, 66667 0, 8437520 - 25 22, 50, 66667, 0, 84375
25 - 30 27,5 1, 33333 1, 0312525 - 30 27.5 1, 33333 1, 03125
30 - 35 32, 5 2,00000 1,2187530 - 35 32, 5 2.00000 1.21875
35 - 40 37, 5 2, 66667 1, 4062535 - 40 37.562.66667 1, 40625
>40 >42, 5 3, 00000 1,50000 > 40> 42, 53.00000 1.50000
Tendo calculado os valores dos multiplicadores da distância K e W para as classes de valores apresentados na Tabela 4 e 5, e efetuada a atribuição dos mapas de poluição aos polígonos, procedeu-se à sobreposição desses mapas (horários) à rede viária da área de estudo, conforme se esquematiza na Figura 8. Having calculated the values of the distance multipliers K and W for the value classes presented in Tables 4 and 5, and the pollution maps were assigned to the polygons, these maps (schedules) were overlapped with the road network of the as shown in Figure 8.
É de salientar que todo o processo de tratamento da rede e dos mapas em formato vetorial é feito com recurso a ferramentas SIG disponíveis no programa ArcGis da ESRI . It is noteworthy that the entire process of handling the network and maps in vector format is done using GIS tools available in ESRI's ArcGis program.
A sobreposição da rede aos mapas e a respetiva captação dos valores dos multiplicadores, através do operador line-on- polygon, implica a segmentação dos eixos intersectados pelos polígonos. A rede viária base da área de estudo, isto é sem qualquer sobreposição, é constituída por 1206 segmentos. No caso específico do exemplo apresentado, para o período das 11 às 12 horas, após a sobreposição do mapa de ruído e de concentração de PM10, a rede viária foi dividida em 6618 segmentos . Overlaying the network with maps and capturing multiplier values through the line-on-polygon operator implies segmentation of the intersected axes by the polygons. The base road network of the study area, ie without any overlap, consists of 1206 segments. In the specific case of the example presented, for the period from 11 am to 12 noon, after overlapping the noise and concentration map of PM10, the road network was divided into 6618 segments.
A título exemplificativo apresenta-se, na Figura 9, um troço da Rua D. Pedro V, da cidade de Braga, com cerca de 280 metros de extensão, que surge dividido em 67 segmentos, refletindo uma grande variação na combinação de valores de ruído e concentração de PM10 nesse troço, entre as 11 e as 12 horas. 0 processo de contaminação termina com o cálculo das distâncias contaminadas que resultam do produto do multiplicador pelo comprimento do segmento associado. Assim, é possível determinar diretamente quatro distâncias contaminadas: dKH, dKL, dWH e dWL, que serão, respetivamente, utilizadas como variáveis de custo na geração da rota menos ruidosa, moderadamente ruidosa, menos poluída e moderadamente poluída. Impõe-se aqui clarificar que estas expressões qualificativas das rotas têm um carácter relativo, reportando um nível (menos e moderado) face à rota do caminho mais curto. By way of example, Figure 9 shows a 280-meter long stretch of Rua D. Pedro V of Braga, divided into 67 segments, reflecting a large variation in the combination of noise values. and PM10 concentration in this section, between 11 and 12 hours. The contamination process ends with the calculation of the contaminated distances resulting from the multiplier product by the associated segment length. Thus, four contaminated distances can be directly determined: dKH, dKL, dWH and dWL, which will be used as cost variables in the generation of the least noisy, moderately noisy, least polluted and moderately polluted route. It should be clarified here that these qualifying route expressions are relative in character, reporting a level (less and moderate) than the shortest route.
A rota mais saudável resulta da média dos multiplicadores KH e WH, dando origem à distância dKWH. A rota saudável resulta da média dos multiplicadores KL e WL, dando origem à distância dKWL. The healthiest route results from the average of the multipliers KH and WH, giving rise to the distance dKWH. The healthy route results from the average of the multipliers KL and WL, giving rise to the distance dKWL.
Na sequência do exemplo do troço da Rua D. Pedro V, o cálculo das distâncias contaminadas deu origem aos valores indicados na Tabela 6. Following the example of the section of Rua D. Pedro V, the calculation of contaminated distances gave rise to the values given in Table 6.
Tabela 6 - Exemplo de resultado final do processo de contaminação das distâncias de um eixo Table 6 - Example of final result of the contamination process of the distances of an axis
Distância Distâncias contaminadas (m)  Distance Contaminated distances (m)
(m) dKH dKL dWH dWL dKWH dKWL  (m) dKH dKL dWH dWL dKWH dKWL
281,0 476,8 330,0 153,8 233, 0 315,3 281,0  281.0 476.8 330.0 153.8 233, 0 315.3 281.0
Com o objetivo de mostrar a integração do modelo de contaminação das distâncias no cálculo das rotas mais saudáveis apresenta-se como exemplo o cálculo das diferentes rotas entre os pontos 1 (Bairro residencial) e 2 (Estabelecimento de Ensino) localizados no centro da cidade de Braga. O resultado do cálculo da rota mais curta é apresentado na Figura 10. Utilizando o mesmo procedimento que foi apresentado para a determinação da rota mais curta da Figura 10, e considerando as impedâncias relativas às seis distâncias contaminadas utilizando a ferramenta de cálculo do software GIS designado por network analyst, obtém-se o seguinte conjunto de rotas: saudável, mais saudável, menos e moderadamente poluída (em termos de concentração de PM10) e mais e moderadamente ruidosa, para o período das 8 às 9 h, como é possível observar na Figura 11. In order to show the integration of the distance contamination model in the calculation of the healthiest routes, we present as an example the calculation of the different routes between points 1 (residential neighborhood) and 2 (educational establishment) located in the city center of Braga. The shortest route calculation result is shown in Figure 10. Using the same procedure that was presented for the determination of the shortest route of Figure 10, and considering the impedances related to the six contaminated distances using the GIS software calculation tool called network analyst, the following set of routes is obtained: healthy healthier, less and moderately polluted (in terms of PM10 concentration) and more and moderately noisy for the 8 to 9 h period, as can be seen in Figure 11.
Da análise das rotas obtidas, é possível constatar que a contaminação das distâncias conduziu a rotas distintas entre os pontos 1 e 2, sobretudo entre as rotas afetadas pelo ruído e pela concentração de PM10. Por outro lado, verificou-se que todas as rotas se afastam da rota mais curta, que será à priori a rota mais ruidosa e mais poluída, logo a menos saudável das sete calculadas. From the analysis of the obtained routes, it is possible to verify that the contamination of the distances led to distinct routes between points 1 and 2, especially between the routes affected by noise and PM10 concentration. On the other hand, it was found that all routes depart from the shortest route, which will be a priori the noisiest and most polluted route, the least healthy of the seven calculated.
Uma vez que foram produzidas 24 redes contaminadas (network datasets) , referentes às 24 horas do dia, serão apresentados os resultados do cálculo das rotas, para intervalos horários escolhidos aleatoriamente, com o intuito de demonstrar e analisar a variabilidade das rotas obtidas ao longo do tempo. Once 24 24-hour network datasets have been produced, the route calculation results will be presented for randomly chosen time intervals in order to demonstrate and analyze the variability of the routes obtained over the period. time.
Da análise da Figura 12 é possível concluir que o percurso associado a cada rota varia, sobretudo quando se consideram os valores mais fortes das impedâncias, isto é quando consideramos os valores mais pesados ("Heavy") dos multiplicadores, que consequentemente dão origem às rotas mais saudáveis, com ar menos poluído e menos ruidosas. From the analysis of Figure 12 it can be concluded that the route associated with each route varies, especially when considering the strongest impedance values, that is when we consider the "Heavy" values of the multipliers, which consequently give rise to the routes. healthier, with less polluted air and less noisy.
Entretanto, quando se consideram multiplicadores com um peso mais fraco ("Light") , os resultados são mais homogéneos, com rotas semelhantes para níveis moderados de ruído ou poluição do ar, dando origem a uma rota saudável com as mesmas características. Embora este resultado possa parecer redundante, este é, de facto, muito importante porque realça a questão do baixo nível de complexidade e das alternativas que a configuração da rede pode gerar. É claro que, em redes com uma maior densidade de eixos, os resultados seriam certamente um pouco diferentes. However, when considering “Light” multipliers, the results are more homogeneous, with similar routes to moderate levels of noise or air pollution, giving rise to a healthy route with them. features. While this result may seem redundant, it is indeed very important because it highlights the issue of the low level of complexity and the alternatives that network configuration can generate. Of course, in networks with higher axis density, the results would certainly be slightly different.
Para além disso, importa salientar que, no exemplo apresentado da realização preferencial, todas as rotas que derivam de distâncias contaminadas se afastam do caminho mais curto, nomeadamente no eixo da Avenida João XXI . In addition, it should be noted that in the exemplary embodiment of the preferred embodiment, all routes that derive from contaminated distances depart from the shortest path, namely on the axis of Avenida João XXI.
Ao longo deste caso prático a principal forma de apresentação dos resultados é o mapa, que tem subjacente um determinado conjunto de características geográficas que se traduzem num datum. A definição do datum correspondente a cada mapa é crucial para a realização de algumas operações, como a medição de áreas e de distâncias, entre muitas outras. Throughout this case study the main form of presentation of the results is the map, which underlies a certain set of geographic features that translate into a datum. The definition of the datum corresponding to each map is crucial for some operations, such as the measurement of areas and distances, among many others.
0 processo de validação do modelo das rotas saudáveis consiste no cálculo de dois índices ambientais, relativos ao ruído e à concentração média de PM10 para uma dada rota e a respetiva comparação com os índices associados à rota mais curta. The process of validating the healthy routes model consists of calculating two environmental indices, relating to noise and the average PM10 concentration for a given route and comparing them with the indices associated with the shorter route.
Na Figura 13 estão representadas a rota mais curta e as seis rotas com menor impacte para a saúde devido a aspetos ambientais, entre os pontos 1 e 2, para o período que decorre entre as 8:00 e as 9:00h.  Figure 13 shows the shortest route and the six routes with the least health impact due to environmental aspects, between points 1 and 2, for the period from 8:00 to 9:00.
Na Tabela 7 apresenta-se um conjunto de dados relativos a cada rota, como seja a extensão, a extensão contaminada e os índices de exposição ao ruído e às partículas, complementada por dados referentes à comparação dos referidos atributos da rota com a rota mais curta. Tabela 7 - Síntese do cálculo dos índices para as diferentes rotas e comparação com a rota mais curta (í 3-9h) Table 7 provides a set of data for each route, such as extension, contaminated extent and noise and particle exposure rates, complemented by data comparing said route attributes with the shortest route. . Table 7 - Summary of calculation of indices for different routes and comparison with shortest route (í 3-9h)
índices de Diferença para a Difference indices for the
Extensão Extension
Exten exposição rota mais curta  Exten shortest route exposure
conta¬ account¬
ROTAS são PM10 PM10 minada Ruido Extens Ruido ROUTES are PM10 PM10 mined Noise Extens Noise
(m) ( g/m3 ( g/m3 (m) (g / m 3 (g / m 3
(m) (dBA) ão (m) (dBA)  (dBA) No (dBA)
) )  ))
Mais Curta 1785, 9 1785, 9 75, 5 30, 8  Shorter 1785, 9 1785, 9 75, 5 30, 8
Menos Ruidosa Less Noisy
2459, 5 4276, 8 65, 6 673, 5  2459, 5,476,865, 6,673.5
- "Heavy"  - "Heavy"
Menos Ruidosa Less Noisy
1816, 1 2471, 4 72, 7 30,2  1816, 1 2471, 4 72, 7 30.2
- "Light"  - "Light"
Menos Poluída Less polluted
2285, 7 1981, 9 24,0 499, 8 -6, 2285, 7 1981, 9 24.0 499, 8-6,
- "Heavy" - "Heavy"
Menos Poluída Less polluted
1816,1 1875,0 27,5 30,2 -3,2 1816.1 1875.0 27.5 30.2 -3.2
- "Light" - "Light"
Mais Saudável Healthier
2459,5 3214,8 65,6 24,1 673,5 -9,9 -6,7 2459.5 3214.8 65.6 24.1 673.5 -9.9 -6.7
- "Heavy" - "Heavy"
Mais Saudável Healthier
1816,1 2173,2 72,7 27,5 30,2 -2,7 -3,2 1816.1 2173.2 72.7 27.5 30.2 -2.7 -3.2
- "Light" - "Light"
Da análise dos índices é evidente a diminuição dos níveis de ruído e concentração de partículas para todas as rotas menos ruidosas, poluídas e mais saudáveis, independentemente do multiplicador utilizado. No entanto, para as rotas com distâncias fortemente contaminadas (multiplicador "Heavy") , os ganhos são consideráveis, de cerca de 10 dB (A) e 7 μg/m3, respetivamente . Para as restantes rotas, os ganhos em relação ao caminho mais curto rondam valores da ordem dos 3,0 dB (A) e 3,0 μg/m3. Estes valores mostram claramente os ganhos que a opção por rotas menos contaminadas traz para a saúde pública. From the analysis of the indices it is evident the reduction of noise levels and particle concentration for all less noisy, polluted and healthier routes, regardless of the multiplier used. However, for routes with heavily contaminated distances ("Heavy" multiplier), the gains are considerable, around 10 dB (A) and 7 μg / m3, respectively. For the remaining routes, the shortest route gains are around 3.0 dB (A) and 3.0 μg / m3. These figures clearly show the gains that opting for less contaminated routes brings to public health.
No entanto, comparando a extensão dos percursos relativos às diferentes rotas é possível concluir que nesta hora para diminuir o índice de exposição em 10 dB (A) e 7 μg/m3 é necessário realizar percursos entre 500 e 600 metros mais extensos, que podem resultar num aumento de cerca de 10 minutos (considerando uma velocidade de circulação de 1 m/s) num trajeto que poderia demorar no minimo cerca de 30 minutos. Já para diminuir o indice de exposição em cerca de 3 dB (A) e 3 μg/m3 de PM10, será necessário apenas andar a mais cerca de 30 metros, ou seja, cerca de 30 segundos. However, by comparing the length of the routes for the different routes, it can be concluded that at this time to decrease the exposure index by 10 dB (A) and 7 μg / m3 it is necessary to travel between 500 and 600 meters longer. lengths, which can result in an increase of about 10 minutes (considering a circulation speed of 1 m / s) over a journey that could take at least about 30 minutes. To decrease the exposure rate by about 3 dB (A) and 3 μg / m3 of PM10, it will only be necessary to walk at a further 30 meters, ie about 30 seconds.
Os resultados apresentados no exemplo anterior demonstram a possibilidade do peão ou ciclista personalizarem ou adaptarem as suas viagens, definindo o nivel de agravamento que pretendem atribuir a cada poluente. The results shown in the previous example demonstrate the ability for pedestrians or cyclists to customize or adapt their travel by defining the level of aggravation they wish to assign to each pollutant.
Para além disso, reforça a ideia de que as rotas mais saudáveis, menos ruidosas e menos poluídas envolvem percursos mais longos que podem ser associados à prática de desporto, circuitos de lazer ou, simplesmente, a uma disposição mais sensível relativamente a um determinado poluente. Moreover, it reinforces the idea that healthier, less noisy and less polluted routes involve longer routes that can be associated with sports, leisure circuits or simply a more sensitive disposition towards a particular pollutant.
Os casos das rotas saudáveis, moderadamente ruidosas e poluídas poderão ser boas opções ao trajeto mais curto, dado terem extensões muito próximas, tornando-se apenas numa questão da escolha das ruas por onde circular. Estas rotas representam de forma clara e evidente uma alternativa viável para viagens pendulares ou para as que se realizem com uma frequência elevada, como são os casos das viagens casa-escola e casa-trabalho . Daí o interesse na consideração dos fatores de agravamento fracos ("Light") . Cases of healthy, moderately noisy and polluted routes may be good options for the shortest route, as they have very close extensions, making it only a matter of choosing which streets to drive. These routes clearly and clearly represent a viable alternative for commuting or high-frequency commuting, such as home-school and home-work travel. Hence the interest in the consideration of weak "Light" factors.
As realizações preferenciais acima descritas são obviamente combináveis entre si. As seguintes reivindicações definem adicionalmente realizações preferenciais da presente invenção. The preferred embodiments described above are obviously combinable with each other. The following claims further define preferred embodiments of the present invention.

Claims

R E I V I N D I C A Ç Õ E S
1. Método para determinar uma rota numa rede viária num sistema de navegação caracterizado por compreender os passos de: a. obter polígonos com atributos de poluição atmosférica e/ou sonora a partir de mapas horários previamente gerados que incluem a rede viária, em que cada polígono corresponde a uma classe de poluição atmosférica e/ou sonora a partir de um número predefinido de classes de poluição atmosférica e/ou sonora; Method for determining a route on a road network in a navigation system comprising the steps of: a. obtain polygons with air and / or noise attributes from previously generated time maps that include the road network, where each polygon corresponds to a air and / or noise class from a predefined number of air pollution classes and / or sonorous;
b. segmentar cada um dos segmentos da rede viária pela intersecção com os referidos polígonos em subsegmentos; c. determinar distância corrigida dos subsegmentos, pela aplicação à distância real de cada subsegmento, de fatores de multiplicação de poluição sonora (K) e de multiplicação de poluição atmosférica (W) obtidos por uma função fuzzy do valor médio da classe de poluição respetiva;  B. segmenting each segment of the road network by intersecting said polygons in sub-segments; ç. determine corrected distance from subsegments by applying the actual distance of each subsegment of noise pollution multiplication (K) and atmospheric pollution multiplication (W) factors obtained by a fuzzy function of the mean value of the respective pollution class;
d. calcular a rota com os subsegmentos e suas distâncias corrigidas que minimiza a distância corrigida total.  d. calculate the route with the subsegments and their corrected distances that minimizes the total corrected distance.
2. Método de acordo com a reivindicação anterior caracterizado por o fator de multiplicação de poluição sonora (K) ser uma função fuzzy contínua que compreende um patamar central unitário entre dois limites pré-definidos de nível de poluição sonora (R2, R3) , e compreende rampas de declive positivo nos dois extremos do patamar central, rampas delimitadas entre dois valores limites pré-definidos de nível de poluição sonora ( Ri , R4) de forma que a função seja limitada entre dois valores limites pré-definidos mínimo ( K2 ) e máximo ( Ki ) . Method according to the preceding claim, characterized in that the noise pollution multiplication factor (K) is a continuous fuzzy function comprising a central unit threshold between two predefined noise pollution level limits (R 2 , R 3), and comprises positive slope ramps at both ends of the center landing, ramps bounded between two predefined noise pollution level threshold values (Ri, R4) such that the function is limited between two minimum predefined threshold values (K 2 ) and maximum (Ki).
3. Método de acordo com a reivindicação 2 caracterizado por na função fuzzy do fator de multiplicação de poluição sonora (K) , o valor pré-definido mínimo (K2) ser o valor inverso do valor pré-definido máximo (Ki) ) . Method according to claim 2, characterized in that in the fuzzy function of the noise pollution multiplication factor (K), the minimum default value (K 2 ) is the inverse value of the maximum default value (Ki)).
4. Método de acordo com as reivindicações 2 - 3 caracterizado por na função fuzzy do fator de multiplicação de poluição sonora (K) , os dois valores limites pré-definidos de poluição sonora para os extremos das rampas de nível (Ri, R4) serem definidos por um afastamento de lOdbA relativamente aos dois valores limites pré-definidos de poluição sonora para os extremos do patamar central de nível (R2, R3) . Method according to Claims 2 - 3, characterized in that in the fuzzy function of the noise pollution multiplication factor (K), the two predefined noise pollution limit values for the ramp ends (Ri, R 4 ) defined by a 10dbA offset from the two predefined noise pollution limit values for the extremes of the central level threshold (R 2 , R 3 ).
5. Método de acordo com as reivindicações anteriores caracterizado por o fator de multiplicação de poluição atmosférica (W) ser uma função fuzzy contínua que compreende uma rampa central de declive positivo entre dois limites pré- definidos de nível de poluição atmosférica (R2, R3) , rampa que contém o valor unitário, sendo que a função está limitada entre dois valores limites pré-definidos mínimo (W2) e máximo (Wi) . Method according to the preceding claims, characterized in that the air pollution multiplication factor (W) is a continuous fuzzy function comprising a positive slope central ramp between two predefined air pollution level limits (R 2 , R 3 ), ramp containing the unit value, and the function is limited between two pre-defined minimum (W 2 ) and maximum (Wi) limit values.
6. Método de acordo com a reivindicação 5 caracterizado por na função fuzzy do fator de multiplicação de poluição atmosférica (W) o valor pré-definido mínimo (W2) ser o valor inverso do valor pré-definido máximo (Wi) . Method according to claim 5, characterized in that in the fuzzy function of the air pollution multiplication factor (W) the minimum predefined value (W 2 ) is the inverse value of the maximum predefined value (Wi).
7. Método de acordo com as reivindicações 5 - 6 caracterizado por o nível previamente medido de poluição compreender a medida de concentração de poluentes: a concentração de partículas PM10, a concentração de óxidos de azoto (N0X) , de monóxido de carbono (CO) , de dióxido de enxofre (S02) de benzeno (C6H6) . 7. Method according to claims 5 - 6 , characterized in that the pollution level measured prior to understand the measured concentration of pollutant the concentration of PM10, the concentration of oxides of nitrogen (N0 X), carbon monoxide (CO ) of benzene sulfur dioxide (SO 2 ) (C 6 H 6 ).
8. Método de acordo com as reivindicações 2 - 7 caracterizado por o valor máximo (Wi) da função fuzzy do fator de multiplicação de poluição atmosférica (W) e o valor máximo (Ki) da função fuzzy do fator de multiplicação de poluição sonora (K) serem previamente definidos pelo utilizador do sistema de navegação. Method according to claims 2 - 7, characterized in that the maximum value (Wi) of the fuzzy multiplying factor (W) function and the maximum value (Ki) of the function noise pollution multiplication factor (K) be previously defined by the user of the navigation system.
9. Método de acordo com as reivindicações anteriores caracterizado por o número predefinido de classes de poluição atmosférica e sonora ser definido por uma amplitude variável de classe, em particular 5 μg/m3, e 5 dB (A) de poluição atmosférica e sonora. Method according to the preceding claims, characterized in that the predefined number of air and noise pollution classes is defined by a variable class amplitude, in particular 5 μg / m3, and 5 dB (A) of air and noise pollution.
10. Método de acordo com as reivindicações anteriores caracterizado por compreender o passo de calcular quatro distâncias corrigidas para cada subsegmento, duas do fator de multiplicação de poluição atmosférica (W) e duas do fator de multiplicação de poluição sonora (K) , cada uma das duas obtidas para um valor menor (dWL, dKL) e de um valor maior (dWH, DKH) dos respetivos limites máximos (Wi, Ki) . Method according to the preceding claims, characterized in that it comprises the step of calculating four corrected distances for each subsegment, two of the atmospheric pollution multiplication factor (W) and two of the noise pollution multiplication factor (K), each of the following. two obtained for a smaller value (dWL, dKL) and a larger value (dWH, DKH) of the respective upper limits (Wi, Ki).
11. Método de acordo com as reivindicações anteriores caracterizado por a rota ser calculada pela média dos fatores de multiplicação (K, W) , dando origem a duas distâncias (dKWH, dKWL) correspondentes à rota mais saudável e à rota saudável. Method according to the preceding claims, characterized in that the route is calculated by averaging the multiplication factors (K, W), giving rise to two distances (dKWH, dKWL) corresponding to the healthiest route and the healthy route.
12. Sistema configurado para executar o método referido em qualquer uma das reivindicações anteriores. A system configured to perform the method referred to in any preceding claim.
13. Programa de computador caracterizado por compreender o código de programa adequado a realizar cada um dos passos do método referido em qualquer uma das reivindicações 1 - 11, quando o referido programa é executado num sistema de processamento de dados . Computer program comprising the appropriate program code for performing each of the steps of the method referred to in any one of claims 1 - 11 when said program is executed in a data processing system.
14. Meio passível de leitura por computador de acordo com a reivindicação anterior caracterizado por incorporar o referido programa de computador. Computer readable medium according to the preceding claim, characterized in that it incorporates said computer program.
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