Smart road infrastructure with high precision vehicle localisation

In the process of transition towards Smart Infrastructures, a fundamental step consists in the accurate localization of the actors that move and interact on these infrastructures. For this to happen, the vehicles in motion must be connected in some way, exploiting the technologies currently available on the market. One of the main objectives of this thesis is to identify a suitable technology to perform an accurate localization. After reviewing a series of projects that used 5G and UWB technologies in the vehicular sector, and after consulting various manufacturers of the aforementioned technologies, it was chosen to lean towards the UWB one as it is more suitable for performance and cost reasons. In addition, Release 16 3GPP, which is designed for the most critical applications and which leads 5G technology to have ultra-reliability, is not yet so widespread at industrial level. So, the choice to adopt 5G technology could not be justified. The second contribution provided by this thesis project consists in modelling a series of complex scenarios in which location technology can be used. This simulation process was carried out using the MATLAB software, which made possible to recreate the scenarios and the boundary conditions planned with Movyon. Furthermore, through the Driving Scenario Designer, which is an application present on this software, it has been possible to model more and more complete use cases that otherwise we could not create. Finally, an optimisation algorithm has also been developed. By operating in a iterative way, this algorithm allows to determine the best locations of UWB receivers, so that it is possible to obtain a greater accuracy in estimating the position of vehicles. The results that have been achieved through this simulation phase constitute an input for a subsequent phase of experimentation. In fact, through the use of the technology selected during the first phase of the project, it will be achievable to verify the adherence of the simulated results with the actual ones.

Nel processo di transizione verso le infrastrutture intelligenti, un passaggio fondamentale consiste nella localizzazione accurata degli attori che si muovono e interagiscono su tali infrastrutture. Affinché questo avvenga occorre che i veicoli in moto siano connessi in qualche maniera, sfruttando le tecnologie attualmente disponibili sul mercato. Uno degli obiettivi principali di questa tesi è quello di individuare una tecnologia adatta ad effettuare una localizzazione accurata. Dopo aver passato in rassegna una serie di progetti che hanno utilizzato tecnologie 5G e UWB in ambito veicolare, e dopo aver contattato diverse aziende produttrici delle suddette tecnologie, si è scelto di propendere per quella UWB in quanto risulta essere più adatta per ragioni di performance e di costi. Inoltre, la Release 16 3GPP, pensata per le applicazioni più critiche e che porterà la tecnologia 5G ad avere ultra-affidabilità, non è ancora così diffusa a livello industriale da giustificare una scelta di questo tipo. Il secondo contributo portato avanti da questo progetto di tesi consiste nella modellazione di una serie di scenari complessi in cui la tecnologia di localizzazione può essere adoperata. Questo processo simulativo è stato svolto mediante l'utilizzo del software MATLAB, che ha consentito di ricreare gli scenari e le condizioni a contorno concordate con Movyon. Inoltre, mediante il Driving Scenario Designer, che è un applicativo presente su questo software, è stato possibile dar vita a casi d'uso sempre più completi e che altrimenti non avremmo potuto creare. Infine, è stato anche sviluppato un algoritmo di ottimizzazione che, operando in maniera iterativa, consente di determinare le migliori collocazioni dei ricevitori UWB, così da ottenere una maggiore accuratezza nella stima della posizione dei veicoli. I risultati che sono stati raggiunti attraverso questa fase simulativa costituiscono un input per una successiva fase di sperimentazione, che tramite l'impiego della tecnologia selezionata durante la prima fase del progetto, potrà verificare l'aderenza di questi con gli esiti effettivi della localizzazione.