Programa Interdisciplinar de Ps-Graduao em

Computao AplicadaMestrado Acadmico

Rodrigo Remor Oliveira

SafeTrack: Um Modelo para Monitoramento Logstico com Foco na

Segurana do Carregamento

So Leopoldo, 2013

UNIVERSIDADE DO VALE DO RIO DOS SINOS UNISINOSUNIDADE ACADMICA DE PESQUISA E PS-GRADUAO

PROGRAMA DE PS-GRADUAO EM COMPUTAO APLICADANVEL MESTRADO

RODRIGO REMOR OLIVEIRA

SAFETRACK: UM MODELO PARA MONITORAMENTO LOGSTICO COM FOCO NASEGURANA DO CARREGAMENTO

SO LEOPOLDO2013

Rodrigo Remor Oliveira

SAFETRACK: UM MODELO PARA MONITORAMENTO LOGSTICO COM FOCO NASEGURANA DO CARREGAMENTO

Dissertao apresentada como requisito parcialpara a obteno do ttulo de Mestre peloPrograma de Ps-Graduao em ComputaoAplicada da Universidade do Vale do Rio dosSinos UNISINOS

Orientador:Prof. Dr. Jorge V. Barbosa

Co-orientador:Prof. Dr. Cristiano A. da Costa

So Leopoldo2013

Ficha catalogrfica

Catalogao na Fonte:

Bibliotecria Vanessa Borges Nunes - CRB 10/1556

O48s Oliveira, Rodrigo Remor

Safetrack: um modelo para monitoramento logstico com foco

na segurana do carregamento / por Rodrigo Remor Oliveira.

2013.

90 f. : il., 30cm.

Dissertao (mestrado) Universidade do Vale do Rio dos

Sinos, Programa de Ps-Graduao em Computao Aplicada,

2013.

Orientao: Prof. Dr. Jorge V. Barbosa ; Coorientao: Prof.

Dr. Cristiano A. da Costa.

1. Sistema de monitoramento de cargas. 2. Rastreamento

logstico. 3. Cerca eletrnica. 4. GPS. 5. RFID. 6. Computao

mvel. I. Ttulo.

CDU 004.75.057.5:656.025.4

"A tarefa no tanto ver aquilo que ningum viu,

mas pensar o que ningum ainda pensou sobre aquilo que todo mundo v."

ARTHUR SCHOPENHAUER

AGRADECIMENTOS

Agradeo primeiramente a Deus, por ter iluminado meu caminho durante esta caminhada.

Aos meus pais, Carlos e Rosana, que enfrentaram diversas dificuldades para que pudessemdar um estudo dgno mim e aos meus irmos. Dificuldades estas enfrentadas sempre commuito trabalho, dedicao, honestidade e persistncia. Foi inspirado neles que enfrentei cadaobstculo encontrado durante o desenvolvimento deste trabalho.

Aos meus irmos, Renan e Cristian pelos momentos de descontrao e alegria.

s minhas avs, Alzira e Ida pelo amor e carinho recebido.

Aos meus tios e tias, em especial s tias Maria e Marlene por todas as palavras de incentivoe conforto.

minha namorada Vernica, a quem amo imensuravelmente, por ter me apoiado com ex-tremo carinho, afeto e amor. Esteve ao meu lado, transmitindo confiana e afago nos momentosem que pensei estar tudo perdido.

Ao meu orientador Prof. Dr. Jorge Barbosa pela liberdade e confiana depositada. A par-ceria firmada foi alm dos limites do presente trabalho e funcionou em perfeito sincronismo,buscando sempre os mesmos objetivos: Produo, produo, produo...

Ao meu coorientador Prof. Dr. Cristiano Andr da Costa a quem sempre mostrou-se dis-posto a ajudar. Seu enorme conhecimento tcnico e cientfico trouxeram valiosas sugestes, asquais agregaram inmeras contribuies para o presente trabalho.

A todos os meus amigos, em especial aos amigos Joo Gabriel, Thiago Sonego, EduardoChielle, Joo Pedro e Carlos Bento pela ajuda recebida.

Aos meus amigos e colegas de mestrado, Henrique Vianna e Joo Henrique da Rosa pelocompanheirismo durante esta caminhada.

Ao bolsista de iniciao cientfica Joo Paulo Damiani pela ajuda recebida.

Republika Transportes por ter disponibilizado um caminho, possibilitando realizar umaavaliao mais prxima da realidade.

empresa Sawluz pelo financiamento da bolsa de pesquisa.

Taggen solues em RFID pelo suporte e apoio tcnico. Em especial ao diretor executivoMario Prado pela troca de conhecimentos e ateno despendida.

banca pelas valiosas sugestes e trabalho dedicado a avaliao do presente estudo.

Agradeo tambm a todos que de alguma forma contriburam para a realizao deste traba-lho.

RESUMO

O transporte de carregamentos representa a maior parcela dos custos logsticos na maio-ria das empresas. Sendo assim, muitas delas esto investindo em sistemas de monitoramentoe rastreamento com o objetivo de melhorar os servios, reduzir perdas e garantir maior segu-rana no transporte de carregamentos. Esta dissertao apresenta o SafeTrack, um modelo pararastreamento e monitoramento logstico focado em fornecer segurana durante a distribuiode carregamentos, a fim de identificar em tempo real possveis roubos de veculos e de cargastransportadas. Atravs do SafeTrack, empresas de transporte podem rastrear e obter informa-es em tempo real sobre seus carregamentos. O SafeTrack apresenta um gerenciamento deviagens automtico para inicializar e finalizar viagens sem necessitar a interao do usurio.Alm disso, fornece um mecanismo para monitorar a ocorrncia de desvios de rotas planeja-das e erros durante entregas e coletas de carregamentos, enviando notificaes de alarmes aosresponsveis atravs de dispositivos mveis. Para construir esse mecanismo, foram estudadosconceitos de cerca eletrnica e tcnicas existentes para preparar duas solues que possibilitamdescobrir, continuamente, a ocorrncia de desvios em rotas planejadas. As solues propostasforam comparadas e discutidas. Um componente denominado SafeDuno foi desenvolvido vi-sando realizar o controle de entradas e sadas de carregamentos no veculo. A deciso sobre aocorrncia de inconsistncias durante o fluxo logstico realizada atravs da fuso de informa-es de contextos, obtidas atravs do SafeDuno e de um dispositivo mvel. As informaesutilizadas so: evento de entrada/sada do carregamento, data e horrio da ocorrncia, cdigodo carregamento e coordenadas GPS no momento do evento. Uma avaliao funcional tambmfoi realizada, na qual um cenrio de teste foi executado vinte vezes, mostrando que o modeloproposto possui uma boa taxa de eficincia. Alm disso, foi realizada uma anlise de impactosobre a preciso GPS e consumo de energia nos dispositivos mveis utilizados. Aps os tes-tes, o modelo proposto demonstrou ser estvel e confivel para realizar o monitoramento decarregamentos.

Palavras-chave: Sistema de Monitoramento de Cargas. Rastreamento Logstico. Cerca Ele-trnica. GPS. RFID. Computao Mvel.

ABSTRACT

The cargo transport represents the largest share of logistics costs in most companies. Thus,companies are investing in monitoring and tracking systems aiming at improving services, re-ducing costs and ensuring the safety in cargos transports. This dissertation presents the Safe-Track, a model for logistics tracking and monitoring focused on safety during the distribution ofcargo. The proposed model identify in real time possible thefts of carrier vehicles and cargo car-ried. Furthermore, it allows transport companies to track and to get real-time information aboutcarrier vehicles and cargo. The SafeTrack presents an automatic travel management to initializeand finalize travels without requiring user interaction. Furthermore, it provides a mechanismto monitor detours in planned routes and to send alarms notification through mobile devices.To build that mechanism were studied Geofence concept and existing techniques to preparetwo solutions that enable discover continuously the occurrence of deviations of planned routes.Those solutions were compared and discussed. A component named SafeDuno was developedto make the control of inputs and outputs of cargo on the vehicle. The decision on the occur-rence of inconsistencies during the logistic flow is performed through the fusion of contextsinformation obtained from SafeDuno and a mobile device. The information used are: event ofinput / output load, date and time of the occurrence, EPC code of load and GPS coordinates atthe time of the event. A functional evaluation was also performed, in which a test scene wasexecuted twenty times, showing that the proposed model has a good efficiency rate. In addi-tion, we provide an impact analysis regarding GPS precision and battery power consumption.After the tests, we concluded that the proposed model generates a reliable system for trackingvehicles.

Keywords: Cargo Monitoring System. Logistic Tracking. GeoFence. GPS. RFID. MobileComputing.

LISTA DE FIGURAS

Figura 1: Categorizao de solues de rastreamento e monitoramento na prtica lo-gstica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

Figura 2: Tcnica Geofenced Area. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23Figura 3: Tcnica Point of Interest. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24Figura 4: Tcnica Dynamics Points of Interest. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24Figura 5: Tcnica Route Adherence. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

Figura 6: Arquitetura Central Server. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28Figura 7: Arquitetura eTracer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29Figura 8: EPC esttico e dinmico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

Figura 9: Viso Geral da Arquitetura. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35Figura 10: Arquitetura do SafeTrack Server. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37Figura 11: Emprego da tcnica POI nos pontos de origem e destino das viagens. . . . . 38Figura 12: Emprego da tcnica POI nos pontos de entrega e coleta de cargas. . . . . . . 39Figura 13: Soluo baseada em projeo Vetorial. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42Figura 14: Soluo baseada em busca ternria. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43Figura 15: Viso do Carrier Station. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44Figura 16: Representao da rvore binria a cada evento de entrada ou sada de carre-

gamentos no veculo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46Figura 17: Representao da identificao de entrada/sada de carregamentos atravs de

conjuntos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47Figura 18: Arquitetura do Mobile Client. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47Figura 19: Arquitetura do Website Monitoring and Management. . . . . . . . . . . . . 50Figura 20: Arquitetura de um Depot Station. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

Figura 21: Tela de alarmes do SafeTrack Website. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54Figura 22: Tela de Monitoramento do SafeTrack Website. . . . . . . . . . . . . . . . . 55Figura 23: Tela de Configurao do SafeTrack Mobile . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56Figura 24: Visualizao do componente SafeDuno. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

Figura 25: Rota de viagem planejada. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59Figura 26: Representao visual do cenrio descrito. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62Figura 27: (a) O motorista ligando o dispositivo antes do incio da viagem. (b) O Car-

rier Station durante a viagem. (c) O veculo entrando em um Depot Station.(d) Uma carga sendo colocada dentro do Carrier Station. . . . . . . . . . . 63

Figura 28: Tela de monitoramento da terceira execuo do cenrio. . . . . . . . . . . . 64Figura 29: (a) Incio da viagem e desvio da rota planejada. (b) Zona de sombra e fim da

viagem. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65Figura 30: (a) Grfico de espalhamento do ponto 1. (b) Grfico de espalhamento do

ponto 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

LISTA DE TABELAS

Tabela 1: Comparao entre os Trabalhos Relacionados. . . . . . . . . . . . . . . . . 32

Tabela 2: Eventos ocorridos no Carrier Station . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66Tabela 3: Eventos ocorridos no SafeTrack Server . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67Tabela 4: Resultados da comparao entre os receptores GPS . . . . . . . . . . . . . . 69Tabela 5: Resultados da avaliao do consumo de energia . . . . . . . . . . . . . . . 70

Tabela 6: Comparao do SafeTrack com os trabalhos relacionados. . . . . . . . . . . 73

LISTA DE SIGLAS

A-GPS Assisted Global Positioning System

AIS Automatic Identification System

ALE Application Level Events

BIP Business Information Presentation

EPC Eletronic Product Code

EPCIS EPC Information Services

GPS Global Positioning System

HTTP Hypertext Transfer Protocol

HTTPS Hypertext Transfer Protocol Secure

IIMM Integrated Information Management Model

IIS Internet Information Services

IMO International Maritime Organization

LBS Location Based Services

MD5 Message-Digest algorithm 5

Memex Memory Extension

MIT Massachusetts Institute of Technology

NTC Associao Nacional do Transporte de Cargas e Logstica

POI Point of Interest

RFID Radio Frequency Identification

RTLS Real-Time Locating System

SOAP Simple Object Access Protocol

UPC Universal Product Code

US-ID Ultrasound Identification

UWB Ultra Wide Band

VHF Very High Frequency

VTS Vessel Traffic Service

W3C World Wide Web Consortium

WLAN Wireless Local Area Network

WSN Wireless Sensor Network

SUMRIO

1 INTRODUO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121.1 Motivao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121.2 Definio do Problema e Questo de Pesquisa . . . . . . . . . . . . . . . 131.3 Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131.4 Metodologia e Estrutura do Texto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

2 REFERENCIAL TERICO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162.1 Sensibilidade ao Contexto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162.2 Trilhas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162.3 Tecnologias e Ferramentas para Sistemas de Localizao . . . . . . . . 172.4 Rastreamento e Monitoramento Logstico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202.5 Definies e Conceitos sobre Cerca Eletrnica . . . . . . . . . . . . . . . 222.5.1 Variaes e Tcnicas empregadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222.6 Consideraes sobre o Captulo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

3 TRABALHOS RELACIONADOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263.1 Modelo de HE et al. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263.2 Modelo de YANG, XU e LI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273.3 eTracer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283.4 Modelo de ZHENGXIA e LAISHENG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293.5 Comparao entre os Trabalhos Relacionados . . . . . . . . . . . . . . . . 313.6 Consideraes sobre o Captulo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

4 MODELO PROPOSTO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 344.1 Requisitos do Modelo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 344.2 Viso Geral do Modelo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 344.3 Componentes do Modelo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 364.3.1 SafeTrack Server . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 364.3.2 Carrier Station . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 434.3.3 Website Monitoring and Management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 504.3.4 Depot Stations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 514.3.5 Delivery Provider . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 524.4 Consideraes sobre o Captulo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

5 ASPECTOS DE IMPLEMENTAO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

6 ASPECTOS DE AVALIAO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 586.1 Metodologia da Avaliao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 586.2 Avaliao Funcional . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 586.2.1 Descrio do Cenrio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 586.2.2 Resultados e Discusso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 616.3 Avaliao de Desempenho . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 676.3.1 Comparao entre os algortmos de Cerca Eletrnica . . . . . . . . . . . . 686.3.2 Avaliao entre receptores GPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 686.3.3 Consumo de Energia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

7 CONSIDERAES FINAIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 727.1 Concluses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 727.2 Contribuies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 737.3 Trabalhos Futuros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

REFERNCIAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76

12

1 INTRODUO

Informao sobre localizao um dos dados mais significativos na computao ubqua

(JIANG; HOE; LOON, 2010). Com base nisso, pesquisadores tm desenvolvido sistemas e

tecnologias capazes de obter a localizao de pessoas, veculos, equipamentos e outros bens

(HIGHTOWER; BORRIELLO, 2001). Sistemas e servios baseados em localizao (LBS)

(HARRISON; DEY, 2009) podem ser aplicados nas mais diversas reas do conhecimento. Na

cadeia logstica, estudos provam os benefcios de utilizar sistemas de localizao para monito-

rar frotas veiculares e carregamentos (SEBASTIAN; GRUNERT, 2001) (CHEN; YU; WANG,

2008), os quais so denominados de sistemas de rastreamento e monitoramento logsticos.

Diversos modelos j foram propostos para realizar o rastreamento e monitoramento logs-

tico. Alguns destes se propem rastrear e monitorar a cadeia logstica apenas em nvel veicular,

isto , so sistemas baseados em GPS que monitoram os veculos transportadores de cargas.

Porm, nos ltimos anos, a comunidade cientfica e a indstria tm apresentado modelos de

rastreamento e monitoramento de carga (HE et al., 2009) (YANG; XU; LI, 2010) (PAPATHEO-

CHAROUS; GOUVAS, 2011) (ZHENGXIA; LAISHENG, 2010), a fim de realizar um geren-

ciamento mais eficiente, diminuir custos, agilizar entregas e reduzir as perdas e os roubos de

cargas.

1.1 Motivao

O transporte desempenha um papel fundamental de integrao na cadeia de suprimentos,

principalmente por sua capacidade de controlar fluxos de recursos, produtos e mercadorias ao

longo da cadeia (HUQ et al., 2010). Alm disso, o transporte para movimentao de matrias-

primas ou produtos acabados representa a maior parcela dos custos logsticos na maioria das

empresas (FERREIRA; ALVES, 2005). A fim de tornarem-se mais competitivas, as empresas

procuram reduzir esses custos e tambm melhorar os servios prestados a seus clientes. Com

esses objetivos, muitas empresas tm investido na utilizao de sistemas de rastreamento e

monitoramento em suas redes logsticas (ZHANG et al., 2011).

BOWERSOX; CLOSS (1996) destacam a necessidade de informaes rpidas em tempo

real, e com alto grau de preciso para uma gesto eficiente da logstica e da cadeia de supri-

mentos, visto que a disponibilidade de informaes possibilita saber quanto, quando e onde os

recursos podem ser utilizados. SHAMSUZZOHA; HELO (2011) ressaltam que a utilizao

de sistemas de monitoramento e rastreamento essencial para um gerenciamento eficiente das

redes logsticas, reduzindo custos, agilizando entregas e at mesmo identificando gargalos e

deficincias operacionais.

No Brasil, o transporte rodovirio o meio mais representativo para a distribuio de cargas,

embora possua srios problemas estruturais (BORDIN, 2008), dentre os quais se destaca a inse-

gurana das vias pblicas, marcada pelo grande nmero de sinistros. Para ANEFALOS (2008)

13

a utilizao de sistemas de rastreamento de veculos contribui enormemente para a reduo do

roubo de cargas. Segundo a Associao Nacional do Transporte de Cargas e Logstica (NTC,

2012), em 2010 foram registrados 12.850 roubos de cargas em rodovias, menor que o mesmo

perodo de 2009, que registrou 13.500 ocorrncias, uma reduo de quase 5% . Isso se deve,

em boa parte, pelo aumento na procura por sistemas de rastreamento veicular via satlite, visto

que, nesse perodo houve um crescimento de 7% na procura por recursos de segurana, sendo

este o mais utilizado.

Mesmo com essa reduo no nmero de sinistros, os prejuzos continuam significativos.

Segundo dados da NTC (2012), as perdas tambm diminuram de R$ 900 milhes em 2009,

para 880 milhes em 2010. Nesse contexto, pode-se observar que a pesquisa sobre sistemas de

monitoramento e rastreamento na rede logstica pode trazer inmeros benefcios para diversos

setores da cadeia de suprimentos.

1.2 Definio do Problema e Questo de Pesquisa

A NTC (2012) destaca que o principal motivo do emprego de sistemas de rastreamento,

por parte das empresas brasileiras, tem sido para combater o roubo de cargas. Para este fim,

existem inmeros trabalhos que realizam o monitoramento veicular de forma segura, no qual

possibilitam perceber quando um veculo est saindo de sua rota planejada. No entanto, no

foram encontrados trabalhos que realizem o monitoramento e rastreamento de carga de forma

segura.

Entende-se por forma segura o suporte aos seguintes itens:

realizar a verificao se o veculo transportador de cargas est percorrendo a rota plane-

jada;

realizar a verificao se a carga continua dentro do veculo transportador;

enviar alertas automticos, isto , sem a interveno de um usurio, ao sistema central,

aos celulares dos motoristas e das pessoas responsveis pelo monitoramento das cargas.

Com base nisso, surge a seguinte questo de pesquisa:

seria possvel construir um modelo para rastreamento e monitoramento que agregue maior

segurana no transporte de carregamentos?

como seria um modelo para rastreamento e monitoramento que, considerando os itens

anteriormente listados, agregue maior segurana no transporte de carregamentos?

1.3 Objetivos

O objetivo geral deste trabalho definir, implementar e validar um modelo para rastreamento

e monitoramento de carga, baseado em dispositivos mveis, com foco na segurana da carga.

14

O trabalho tambm visa fornecer uma gesto eficiente das cargas no transporte logstico.

Isso feito realizando o gerenciamento de carregamentos e rotas de entregas de forma auto-

mtica, ou seja, sem precisar de interveno de um usurio. Alm de possibilitar mecanismos

para otimizar entregas, reduzindo assim o custo logstico. Dessa maneira, abaixo so listados

os objetivos especficos do presente trabalho:

propor um modelo para o rastreamento e monitoramento de cargas;

descrever um cenrio que possibilite validar o modelo proposto;

desenvolver um prottipo;

validar o modelo a partir do prottipo implementado e do cenrio escolhido.

1.4 Metodologia e Estrutura do Texto

O primeiro passo realizado para atingir os objetivos propostos foi efetuar uma reviso bi-

bliogrfica acerca dos principais conceitos referentes s reas abrangidas pela proposta, alm

de estudar os trabalhos relacionados a rastreamento e monitoramento logstico. Esse estudo

encontra-se registrado nos captulos 2 e 3. Nesse sentido, o captulo 2 apresenta conceitos sobre

rastreamento e monitoramento logstico e introduz tambm algumas tecnologias e ferramentas

disponveis para trabalhar com sistemas de localizao. Alm disso, apresenta conceitos sobre

sensibilidade ao contexto, trilhas e cerca eletrnica que servem de arcabouo terico para o

desenvolvimento do trabalho.

O captulo 3 apresenta os trabalhos relacionados com rastreamento e monitoramento logs-

tico, destacando seus pontos fortes e suas limitaes. Com isso, um quadro comparativo entre

os trabalhos relacionados exposto, a fim de evidenciar os principais pontos de pesquisa abertos

na literatura.

A partir disso, um modelo para rastreamento e monitoramento de cargas, denominado Sa-

feTrack, proposto no captulo 4. Neste, so abordados os requisitos funcionais do modelo.

Logo aps, uma viso geral do SafeTrack apresentada, seguida de um detalhamento sobre a

arquitetura de cada componente.

Uma vez especificado, um prottipo foi desenvolvido, a fim de validar o modelo. Sendo

assim, o captulo 5 aborda os aspectos de implementao do prottipo, relacionando as tecno-

logias e metodologias utilizadas na implementao.

A partir do prottipo implementado foi possvel validar o modelo proposto. Sendo assim, o

captulo 6 apresenta a metodologia utilizada para avaliar o modelo, juntamente com um cenrio

de teste, o qual foi executado vinte vezes, a fim de validar o SafeTrack. Alm disso, foi realizada

uma anlise de impacto sobre a preciso GPS e consumo de energia nos dispositivos mveis

utilizados, visando avaliar o desempenho e determinar a viabilidade do SafeTrack.

15

Por fim, o captulo 7 apresenta as consideraes finais acerca do trabalho. Nele so apre-

sentadas concluses, assim como contribuies e os trabalhos que podem ser desenvolvidos

futuramente.

16

2 REFERENCIAL TERICO

O presente captulo serve como base para melhor entendimento do restante do trabalho.

Nesse sentido, inicialmente so apresentados conceitos sobre Sensibilidade ao Contexto e Tri-

lhas. Em seguida, realizada uma anlise das principais tecnologias e ferramentas disponveis

atualmente para se trabalhar com sistemas de localizao. Logo aps, so apresentados concei-

tos sobre rastreamento e monitoramento logstico. Por fim, so apresentadas definies sobre

Cerca Eletrnica.

2.1 Sensibilidade ao Contexto

De acordo com DEY (2001), contexto : "qualquer informao que possa ser utilizada para

caracterizar a situao das entidades (ou seja, uma pessoa, lugar ou objeto) que so considerados

relevantes para a interao entre um usurio e uma aplicao, incluindo o usurio e o prprio

aplicativo". Alguns aplicativos usam essa informao para tomar decises, tais como, adaptar

o formato de contedos de acordo com o dispositivo do usurio, ou largura de banda utilizada

(BARBOSA et al., 2008). Segundo MARTINS (2011), o uso do contexto da entidade para

tomar decises definido como sensibilidade ao contexto. Sendo assim, sistemas sensveis ao

contexto podem configurar-se a estas informaes, dinamicamente, de modo a adaptar-se ao

contexto do usurio (BARBOSA, 2007).

Aplicaes sensveis ao contexto devem ser capazes de alterar o comportamento do sistema

atravs de informaes percebidas no ambiente, tais como localizao atual, tempo, tempera-

tura do ambiente, ou at informaes de atividades do usurio. Diversos modelos sensveis

ao contexto tm sido propostos na comunidade cientfica. O MUCS, (FRANCO, 2009) por

exemplo, faz uso de dados de contexto para gerar oportunidades de negcio entre usurios. O

DECOM/Ubitrail (ROSA et al., 2011) utiliza informaes de contexto para auxiliar colabora-

dores de uma empresa no desenvolvimento de suas competncias. O trabalho de HADDAD

et al. (2012) prope um modelo que tambm utiliza dados de contexto para apresentar ofertas

a usurios de dispositivos mveis. Assim como estes, inmeros modelos que tomam decises

baseados em dados de contexto esto sendo propostos nas mais diversas reas do conhecimento.

Recentemente, estudos mostram que o acompanhamento do usurio, em sistemas cientes

de contexto, pode ser utilizado para guardar os histricos dos contextos visitados durante um

perodo de tempo (SMITH, 2008), os quais so denominados trilhas.

2.2 Trilhas

O conceito de trilhas amplo e pode ser explorado de diversas maneiras. Segundo SILVA

et al. (2010), uma trilha o histrico dos locais visitados e das atividades realizadas por uma

entidade. O primeiro trabalho que empregou o termo trilha para representar um histrico foi

17

BUSH; WANG (1945). Ele projetou uma mquina chamada Memex (Memory Extension), a

fim de auxiliar no armazenamento de grandes volumes de informao. Quando um usurio

do Memex estivesse procurando por algum assunto especfico e se durante esse processo ele

acessasse outro assunto qualquer, o Memex relacionava seus contedos e registrava em uma

trilha pessoal (BUSH; WANG, 1945).

LEVENE; PETERSON (2002) projetaram uma mquina para gravar tarefas cotidianas das

pessoas, atravs de experincias particulares. Em seu trabalho, a trilha era representada como

uma sequncia de informaes interconectadas, que eram geradas atravs de uma filtragem de

experincias. DRIVER; CLARKE (2008) desenvolveram um modelo de trilhas e informaes

de contexto com foco no gerenciamento das atividades desempenhadas pelo usurio.

SILVA et al. (2010) props um modelo de trilhas chamado Ubitrail. De acordo com SILVA

et al. (2010), as trilhas registram atividades de um usurio nos contextos percorridos, mantendo

assim, um histrico de seus deslocamentos e de sua atuao em cada contexto. Seu trabalho

ressalta que uma trilha no est relacionada apenas a pessoas, mas sim com entidades, onde

uma entidade pode representar qualquer coisa a qual se deseja criar ou gerenciar trilhas, como

mercadorias, veculos entre outros.

A localizao serve como base para o desenvolvimento de modelos baseados em trilhas

e cientes de contexto. A escolha de qual tecnologia utilizar para obter a localizao de uma

entidade, varia conforme os requisitos de cada modelo. Alguns priorizam a alta disponibilidade,

outros a preciso da informao. Para isso, existem diversas tecnologias e ferramentas que

facilitam o desenvolvimento de sistemas de localizao.

2.3 Tecnologias e Ferramentas para Sistemas de Localizao

Nesta seo sero apresentadas algumas tecnologias que potencializam o desenvolvimento

de sistemas baseados em localizao. Diversas delas podem ser agrupadas a fim de construir

um sistema de rastreamento e monitoramento logstico. Sendo assim, as mais utilizadas na

literatura sero descritas a seguir.

O Sistema de Posicionamento Global (GPS) a tecnologia de localizao mais utilizada

atualmente (ANEFALOS, 2008). Ele um sistema de rdio navegao que consiste em uma

constelao de satlites que transmitem sinais que podem ser detectados por qualquer receptor

GPS (SHAMSUZZOHA; HELO, 2011). Nos dias de hoje, possvel encontrar receptores GPS

integrados a equipamentos facilmente acessveis e economicamente viveis, como telefones

celulares e tablets. Isso porque uma tecnologia que possui uma grande rea de cobertura,

permitindo fornecer informaes de localizao em tempo real, a qualquer hora e lugar da terra.

No entanto, seu uso em ambientes fechados no apropriado, devido ao fraco sinal do satlite

e baixa exatido.

O Sistema de Posicionamento Global Assistido (A-GPS) (LI; WU, 2009) um sistema de

GPS estendido. Ele amplamente utilizado em telefones celulares para melhorar o desempenho

18

de inicializao do sistema GPS, usando dados disponveis a partir de uma rede de telefonia

(LI; WU, 2009). O A-GPS reduz o tempo que um aparelho com GPS leva para localizar a

sua posio atual, pois a conexo inicial no feita diretamente com o satlite, mas sim com

uma antena de telefonia celular, que previamente armazenou a localizao destes satlites e as

transmite para o aparelho GPS com uma velocidade at 40 vezes maior. Ele til em reas

urbanas ou dentro de carros em movimento, pois so situaes onde geralmente o sinal GPS

baixo.

O cdigo de barras uma das tecnologias mais utilizadas para identificar produtos manu-

faturados (JIN; LIU, 2011). Ele determina um padro para representar nmeros e caracteres

atravs de um conjunto de barras paralelas de diferentes larguras. Cada conjunto de barras cor-

responde a um cdigo de produto universal (UPC) (GS1, 2012), que identificado por uma

mquina de leitura ptica.

O cdigo de barras bastante utilizado em aplicaes que realizam o controle de estoques,

inventrios e rastreabilidade de produtos. Suas principais vantagens so: impresso a custos

baixos, percentagem reduzida de erros, preciso de informaes, equipamentos de leitura e im-

presso flexveis e fceis de ligar e instalar. No entanto, o cdigo de barras possui algumas

limitaes, tais como: a leitura dos cdigos so feitas individualmente, cdigos sujos ou molha-

dos no podem ser lidos, o processo de leitura lento e normalmente requer auxlio humano.

O RFID (DING et al., 2008) (Radio Frequency Identification) uma tecnologia que vem a

resolver as limitaes do cdigo de barras. Ela utiliza ondas de radiofrequncia para transferir

dados entre um leitor e um item mvel. Alm disso, pode ser utilizado para identificar, rastrear

e gerenciar produtos, documentos, animais ou pessoas. A tecnologia RFID rpida, confivel

e no necessita do contato entre o leitor e o objeto a ser lido. O RFID consiste, basicamente, de

tags (uma etiqueta que aplicada ao produto para que ele seja identificado), leitores e softwares.

A tag RFID armazena a informao do produto no formato EPC (Electronic Product Code). O

EPC surgiu a partir de um projeto de pesquisa acadmica do Massachusetts Institute of Techno-

logy (MIT) e hoje tornou-se um padro utilizado pela indstria e controlado pela EPCGlobal

(EPCGLOBAL, 2012).

A tecnologia RFID permite a leitura de centenas de tags simultaneamente. Alm disso,

suas tags podem ser reutilizveis e possuem grande capacidade de armazenamento de dados.

O RFID permite desenvolver sistemas com as mais diversas funcionalidades, tais como con-

trole de estoque e inventrio, sistemas antifurto e de segurana, sistemas de pedgio e controle

de estacionamento, controle de processos industriais e de manufatura, e tambm processos de

logstica como controle de recebimento e remessas, dentre outros.

Em alguns casos, tecnologias baseadas em ondas de rdio podem causar interferncias em

outros equipamentos situados no local, como por exemplo, em hospitais. Sendo assim, deve-

se utilizar tecnologias compatveis com cada situao. O US-ID (Ultrasound Identification)

(MARTINEZ SALA; GUZMAN QUIROS; EGEA LOPEZ, 2010) considerado uma boa al-

ternativa para solues em ambientes fechados, onde as ondas de rdio possam causar interfe-

19

rncias em outros equipamentos situados no local, visto que baseado em ondas de ultrassom.

Outra tecnologia que no causa danos a equipamentos de radiotransmisso o UWB (Ultra

Wide Band) (HUANG; RATTI; PROULX, 2007). Ele opera em uma faixa de frequncia fixa,

os transmissores UWB utilizam uma faixa ampla de frequncias entre 0 e 60GHz, sem perma-

necer em uma nica frequncia por mais que alguns milissegundos.

Alm de tecnologias utilizadas para identificao de itens ou produtos, muitos sistemas de

monitoramento e rastreamento necessitam tambm de tecnologias para realizar a comunica-

o de dados entre seus dispositivos mveis a um servidor central. Uma das tecnologias mais

utilizadas para realizar essa comunicao o Global Packet Radio Service (GPRS), principal-

mente por suportar altas taxas de transferncia de dados e ter uma grande rea de cobertura (NI;

HAGGMAN, 1999).

Uma tecnologia bastante utilizada em embarcaes e servios de trfego martimo o Sis-

tema de Identificao Automtica (AIS). Ele serve para identificar e localizar embarcaes atra-

vs de troca eletrnica de dados com outros navios e estaes VTS (Vessel Traffic Service)

(CHANG, 2004). O sistema baseado em VHF (Very High Frequency) para transmitir e re-

ceber informaes fornecidas pelo AIS, tais como nome do navio, velocidade, posio, curso,

nmero identificador do navio (IMO). Com isso, o sistema AIS destina-se a auxiliar os oficias

das embarcaes e permitir que autoridades navais realizem o rastreamento e monitoramento

das embarcaes.

A API do Google Maps (GOOGLE, 2012a) tambm uma ferramenta poderosa para desen-

volvimento de aplicaes georeferenciveis. um servio gratuito e possui uma verso baseada

em Javascript (JAVASCRIPT, 2012) que fornece diversos servios para processamento e adio

de contedo sobre mapas. possvel assim, criar aplicativos de mapas robustos atravs de di-

ferentes linguagens de programao e prover amplo suporte ao desenvolvimento de aplicaes

de monitoramento e rastreamento logstico.

A evoluo tecnolgica e a crescente expanso do mercado de telefones celulares tm pos-

sibilitado o desenvolvimento de celulares com baixo custo, alto poder computacional e dotados

de tecnologias com potencial para o desenvolvimento de sistemas de monitoramento e rastre-

amento de carga, como GPS, RFID, Bluetooth entre outros. Para isso, diversas empresas tm

investido em plataformas de desenvolvimento de aplicaes, possibilitando a criao de apli-

cativos capazes de gerenciar diferentes tecnologias, como as mencionadas anteriormente. Uma

das principais e mais completas plataformas de desenvolvimentos na atualidade o Android

(GOOGLE, 2012b). Ela contm um sistema operacional baseado em Linux, uma interface vi-

sual rica, que possibilita, de maneira fcil, o desenvolvimento de aplicaes com Google Maps

API. Sua plataforma de desenvolvimento bastante poderosa, flexvel e permite a gerncia de

recursos como GPS, Bluetooth, Infravermelho, dentre outros.

Outras tecnologias baseadas em redes sem fio tambm so largamente utilizadas para a

implementao de sistemas de monitoramento e rastreamento, principalmente em ambientes

fechados. Muitos trabalhos encontrados na literatura so baseados nas tecnologias IEEE 802.11

20

(Wi-Fi) (IEEE, 2012a) e IEEE 802.15.4 (IEEE, 2012b), tambm conhecida como redes Zigbee.

Alm das tecnologias citadas anteriormente, sistemas de rastreamento e monitoramento logs-

tico podem ser implementados utilizando, IEEE 802.15.1 (Bluetooth) (IEEE, 2012c), GSM

(IEEE, 2012d), Infravermelho, dentre outras. A escolha de quais tecnologias e ferramentas de

localizao utilizar depende dos requisitos que cada sistema de rastreamento e monitoramento

logstico apresenta. Sendo assim, a seo seguinte apresenta conceitos e categorizaes sobre

sistemas de rastreamento e monitoramento logsticos.

2.4 Rastreamento e Monitoramento Logstico

Sistemas de rastreamento e monitoramento em tempo real so essenciais para gerenciar

de forma eficiente a rede logstica, assim como melhorar os servios prestados aos clientes

(SHAMSUZZOHA; HELO, 2011). Na literatura, pesquisadores definem rastreamento e moni-

toramento de diferentes maneiras. Essas definies variam de acordo com o tipo de atividade

em que o sistema de monitoramento e rastreamento utilizado e tambm com o contexto orga-

nizacional em que est inserido (DORP, 2002). Existe diferena entre rastreamento e monitora-

mento (JANSEN, 1998). Segundo TWILLERT (1999), monitoramento consiste em determinar

a localizao atual de um item atravs da cadeia de suprimento, enquanto rastreamento refere-

se ao histrico de localizao de um dado item. No contexto logstico, WEIGAND (1997)

define monitoramento e rastreamento como ferramentas que alm de oferecerem a localizao

em tempo real e histrico de um determinado produto, so tambm utilizadas para otimizar a

cadeia de suprimentos.

Segundo HILLBRAND; SCHOECH (2007), sistemas de rastreamento e monitoramento lo-

gsticos podem ser divididos em duas categorias: discretos e contnuos. Monitoramento Dis-

creto obtm a localizao de um determinado carregamento apenas em locais pr-definidos. Por

outro lado, Monitoramento Contnuo garante o acompanhamento do carregamento em tempo

real, e permite saber a localizao atual de um carregamento em um dado instante. Na prtica,

as principais tecnologias utilizadas atualmente em sistemas de monitoramento e rastreamento

logsticos so: cdigo de barras, RFID, GPS e GSM (HILLBRAND; SCHOECH, 2007). Na Fi-

gura 1 possvel verificar como so categorizados os sistemas de rastreamento e monitoramento

logsticos.

KANDEL; KLUMPP; KEUSGEN (2011) agrega taxonomia de HILLBRAND; SCHO-

ECH (2007) uma subcategoria chamada Monitoramento Quase-Contnuo. Esta subcategoria

representa sistemas que combinam tecnologias discretas e contnuas na mesma soluo. Sis-

temas deste tipo utilizam uma tecnologia contnua para o monitoramento e rastreamento dos

veculos de transporte, como GPS, e uma tecnologia discreta para acompanhar os carregamen-

tos serem entregues.

Atualmente, possvel observar o crescente emprego de sistemas RTLS (Real Time Locating

Systems) em solues de monitoramento e rastreamento logstico (DING et al., 2008) (ZANG;

21

Figura 1: Categorizao de solues de rastreamento e monitoramento na prtica logstica.

Fonte: Elaborado pelo autor, baseado nas taxonomias de KANDEL; KLUMPP; KEUSGEN (2011) e HILL-BRAND; SCHOECH (2007)

WU, 2010) (MA; LIU, 2011) (PARK; CHOI; NAM, 2006). Os RTLS normalmente so utili-

zados a fim de realizar o rastreamento e monitoramento contnuo de entidades em ambientes

fechados, atravs do uso de tecnologias discretas, tais como RFID e rede Wi-Fi.

Sistemas de rastreamento e monitoramento logsticos no esto limitados ao setor produtivo,

mas tambm toda cadeia produtiva. Tais sistemas so considerados uma abordagem integra-

tiva para realizar o planejamento de entregas e o controle de cargas de fornecedores at usurios

finais (DORP, 2002). Conforme JANSEN (1998), a cadeia logstica dividida em dois grupos:

um composto por fornecedores e clientes industriais, e outro por clientes finais. Os fornecedo-

res e clientes industriais possuem um relacionamento na cadeia produtiva business-to-business

(B2B). Enquanto que, clientes finais possuem um relacionamento business-to-consumer (B2C).

Com isso, possvel modelar sistemas de monitoramento e rastreamento que possam integrar

toda cadeia de suprimentos.

A insegurana das vias pblicas e o aumento significativo de roubos de cargas tm im-

pulsionado a procura por sistemas capazes de perceber quando um veculo desvia de sua rota

planejada. Com esse objetivo, sistemas de rastreamento e monitoramento logsticos que empre-

gam conceitos de Cerca Eletrnica, tm sido propostos pela comunidade cientfica (BARETH;

22

KUPPER; RUPPEL, 2010) (BILGIC; ALKAR, 2011).

2.5 Definies e Conceitos sobre Cerca Eletrnica

Cerca Eletrnica uma tcnica que define limites virtuais em torno de uma rea geogrfica

do mundo real e pode ser empregada em sistemas de localizao (ALOQUILI; ELBANNA; AL-

AZIZI, 2009). Com ela possvel determinar quando uma entidade mvel entra ou sai de uma

determinada rea delimitada (MOLOO; DIGUMBER, 2011). Alm disso, a cerca eletrnica

pode permitir a deteco de proximidade entre duas entidades em movimento.

Tcnicas baseadas em cerca eletrnica podem ser empregadas em sistemas de localizao a

fim aumentar o controle sobre entidades mveis que esto sendo monitoradas (BUTLER et al.,

2004). Sistemas de localizao baseados nesta tcnica podem ser aplicados em diversas reas,

como setor de transportes, segurana civil, segurana de obras pblicas, entre outros. Sua

utilizao pode trazer benefcios para o monitoramento de bens mveis e pessoas dentro de

certas reas geogrficas, deteco de intruso, assim como na proteo contra o roubo de cargas

(MONOD et al., 2008).

No setor de transporte e logstica a cerca eletrnica pode ser utilizada para fornecer melhores

servios a seus clientes. Uma utilizao quando se quer garantir que veculos de entregas

passem por determinados pontos especficos, tais como armazns ou instalaes de clientes.

Nesses casos, Sistemas de Localizao baseados em cerca eletrnica permitem uma melhor

organizao da logstica, atravs do monitoramento da localizao dos veculos em relao

aos pontos de interesse (BILGIC; ALKAR, 2011). Sendo assim, possvel saber quando um

veculo est prximo de um ponto de interesse, e assim tomar alguma deciso, caso necessrio.

Alm disso, a cerca eletrnica pode ser utilizada para monitorar o veculo durante todo o seu

percurso, podendo gerar alertas quando o veculo saia fora da cerca eletrnica.

Sistemas de localizao baseados em cerca eletrnica podem ser utilizados para gerenciar

frotas de veculos que devem operar somente dentro de determinadas reas geogrficas, como

por exemplo transportes pblicos de uma cidade. Assim, possvel realizar o controle quando

um veculo sair da rea demarcada e garantir maior segurana frota de veculos. No setor de

defesa e segurana pblica, solues baseadas em cerca eletrnica tm sido desenvolvidas com

o objetivo especfico de impedir possveis ataques terroristas envolvendo transporte de cargas

altamente perigosas, como, combustveis, materiais radioativos e resduos txicos (BARETH;

KUPPER; RUPPEL, 2010).

2.5.1 Variaes e Tcnicas empregadas

Existem inmeras variaes para o problema da cerca eletrnica, sendo assim, necessrio

aplicar tcnicas especficas para cada caso. A tcnica Geofenced Area realiza o controle de

entidades que se deslocam ao redor ou dentro de uma rea demarcada (RECLUS; DROUARD,

23

Figura 2: Tcnica Geofenced Area.

Fonte: Elaborado pelo autor.

2009), como pode ser visto na Figura 2. Com isso, possvel saber sempre que uma entidade

entra ou sai do limite da cerca e gerar eventos de alarme caso necessrio. A rea de interesse

pode variar quanto a sua forma e seu tamanho. Sua forma pode ser uma simples figura geom-

trica, como um tringulo ou retngulo, um polgono complexo ou at uma cnica, como uma

elipse ou um crculo. J sua rea pode variar de algumas dezenas de metros quadrados a at

vrios quilmetros quadrados, dependendo da aplicao. Nesta tcnica, necessrio saber as

coordenadas dos vrtices da rea de interesse e a coordenada atual da entidade mvel, a fim de

determinar se a entidade est dentro ou fora da rea.

A tcnica POI (Point of Interest) (RECLUS; DROUARD, 2009) utilizada para descobrir

a proximidade da entidade em movimento em relao a um ponto de interesse. Na prtica, se

utiliza uma circunferncia centrada no ponto de interesse, como pode ser visto na Figura 3.

Neste caso, o raio da circunferncia parametrizado de acordo com a proximidade desejada.

Com isso, deseja-se saber se a entidade est dentro da rea do crculo.

Uma variante da tcnica POI quando necessita-se verificar a proximidade entre duas en-

tidades mveis (MONOD et al., 2008). Sendo assim, normalmente so aplicadas duas circun-

ferncias centradas nas entidades mveis, como pode ser visto na Figura 4. Nesta tcnica,

necessrio atualizar a posio da circunferncia e verificar se existe algum ponto de interseco

entre as circunferncias sempre que as entidades mudarem de posio. Esta tcnica bastante

empregada na rea de computao grfica, com objetivo de realizar a deteco de coliso entre

dois objetos.

Outra variao para Cerca Eletrnica a Route Adherence (RECLUS; DROUARD, 2009).

Neste caso, preciso monitorar se uma entidade mvel est se deslocando dentro de um trajeto

24

Figura 3: Tcnica Point of Interest.

Fonte: Elaborado pelo autor.

Figura 4: Tcnica Dynamics Points of Interest.

Fonte: Elaborado pelo autor.

pr-estabelecido, onde o trajeto representado por um conjunto de pontos cartesianos ou geo-

grficos. A soluo normalmente utilizada criar uma circunferncia centrada em cada ponto

da rota e verificar se a entidade mvel est passando em todas as circunferncias, como pode ser

visto na Figura 5. Essa soluo nem sempre apropriada, pois dependendo da distncia entre

os pontos, um raio grande faz-se necessrio, aumentando significativamente os limites da cerca.

2.6 Consideraes sobre o Captulo

Este captulo apresentou conceitos que servem de sustentao para o melhor entendimento

do restante do trabalho. Definies sobre sensibilidade ao contexto e trilhas foram apresenta-

das, assim como tecnologias e ferramentas disponveis que potencializam o desenvolvimento

25

Figura 5: Tcnica Route Adherence.

Fonte: Elaborado pelo autor.

de sistemas de localizao. Tambm foram apresentados conceitos sobre rastreamento e moni-

toramento logstico e a utilizao do conceito de cerca eletrnica para garantir maior controle

e segurana a sistemas de localizao. Com o estudo, foi possvel observar diversas vantagens

no uso de aplicaes que fazem uso de informaes de contexto para a tomada de deciso.

Foi possvel verificar, tambm, a existncia de diversas tecnologias e ferramentas atualmente

disponveis que podem ser agregadas para o desenvolvimento de sistemas de localizao, os

quais podem fazer uso de conceitos de cerca eletrnica para garantir maior controle sobre a

entidade monitorada. Alm disso, observou-se a crescente utilizao de sistemas de localiza-

o na prtica logstica, chamados sistemas de rastreamento e monitoramento logsticos. No

prximo captulo sero apresentados os trabalhos relacionados a sistemas de rastreamento e

monitoramento logsticos.

26

3 TRABALHOS RELACIONADOS

Este captulo apresenta os modelos que servem como referencial para esta proposta. As

pesquisas realizadas na literatura visaram identificar os principais trabalhos sobre rastreamento

e monitoramento na cadeia logstica. A escolha foi realizada considerando a atualidade do

trabalho e a relevncia de suas contribuies. Por fim, realizada uma comparao entre os

modelos estudados, a fim de destacar os principais aspectos e limitaes de cada trabalho.

3.1 Modelo de HE et al.

O trabalho de HE et al. (2009) prope uma soluo para rastreamento e monitoramento

logstico contnuo na cadeia de suprimentos. O autor apresenta um modelo de rastreamento e

monitoramento utilizando um modelo de gesto integrada, webservices e integrando as tecnolo-

gias RFID e GPS. Com isso, o modelo integra eventos de RFID com informaes de localizao

geogrfica e as associa carga, de modo que ela pode ser facilmente monitorada e rastreada.

A arquitetura do modelo formada por cinco componentes: IIMM (Integrated Information

Management Model), EPCIS Gateway, RFID Capture Application, GPS Capture Client e BIP

(Business Information Presentation).

O componente IIMM responsvel por gerenciar eventos RFID e dados de localizao GPS.

Para capturar, armazenar e acessar dados de eventos RFID de forma padronizada, os autores

utilizaram o componente EPCIS do framework EPCGlobal. No entanto, o EPCIS projetado

para gerenciar apenas eventos RFID. Sendo assim, foi criado um banco de dados para gerenciar

eventos de RFID, informaes GPS e suas associaes, bem como informaes de negcios.

J o componente EPCIS Gateway tem o objetivo de fornecer uma interface para captura de

eventos RFID e GPS. Possui tambm mdulos para fornecer informaes integradas de RFID

e GPS a aplicaes externas. As interfaces so projetadas com base na tecnologia webservices,

o que permite um fraco acoplamento e interoperabilidade. Este componente tambm fornece

servios de autenticao para realizar o controle de acessos aos dados e garantir maior segurana

ao modelo.

Um mdulo chamado de RFID Capture Application responsvel por capturar dados RFID

e convert-los em eventos EPCIS. Alm disso, ele adiciona s informaes EPCIS contextos

de negcios e envia ao EPCIS Gateway para ser armazenado no banco de dados. possvel

ter vrios mdulos RFID Capture Application configurados e associados a cenrios de negcios

especficos, como entrada ou sada de produtos em um determinado local. A captura dos eventos

feita atravs de um middleware responsvel pela comunicao entre o leitor de RFID e as tags

associadas, e segue os padres EPCGlobal.

A captura das informaes GPS realizada atravs de um aplicativo para dispositivos m-

veis. Esse aplicativo pode se comunicar com o EPCIS Gataway atravs de Wi-Fi ou GPRS

para enviar suas informaes de localizao. No cenrio apresentado pelo autor, um veculo

27

equipado com um dispositivo mvel com um receptor GPS. Assim, o aplicativo cliente pode se

comunicar com o EPCIS Gateway e transmitir dados de localizao em conjunto com informa-

es de contexto de negcios atravs de GPRS. Essas informaes so armazenadas em banco

de dados atravs do EPCIS Gateway e disponibilizados para que outras aplicaes possam aces-

sar e utilizar para fins diversos.

Um componente para visualizao amigvel das informaes de negcio pelos usurios

proposto. Com ele possvel visualizar o rastreamento e monitoramento dos veculos atravs

de mapas interativos. Alm disso, o BIP apresenta informaes sobre o andamento das cargas,

com base nos eventos EPCIS.

3.2 Modelo de YANG, XU e LI

YANG; XU; LI (2010) apresenta um modelo de rastreamento e monitoramento de cargas

hbrido, que faz uso de rede de GPS e rede de sensores sem fio. O autor analisa, discute e iden-

tifica os principais requisitos dos sistemas de rastreamento e monitoramento logsticos, alm de

propor um modelo de baixo custo capaz de realizar o rastreamento e monitoramento de carga de

forma contnua. A arquitetura do modelo dividida em trs componentes: uma Infraestrutura

de Rede Hbrida, Dispositivos de Monitoramento Inteligentes e um Servidor Central.

A Infraestrutura de Rede Hbrida integra as tecnologias GPS, Wi-Fi, ZigBee e RFID para

realizar o rastreamento das entidades, enquanto as tecnologias GSM/3G, Wi-Fi, e ZigBee so

utilizadas para estabelecer a comunicao entre os componentes. Os dispositivos de monito-

ramento inteligentes foram projetados a fim de aumentar ao mximo a autonomia da bateria.

Sendo assim, eles foram implementados de forma modular, possibilitando assim que mdulos

no utilizados possam ser desabilitados.

O mdulo GPS Receiver responsvel pelo clculo da posio atravs do sinais enviados

pelos satlites GPS. J o mdulo GPRS Transceiver utilizado para comunicao de dados com

o servidor central. Existe tambm um mdulo responsvel pela comunicao Wi-Fi, chamado

Wi-Fi Transceiver. Alm disso, os Dispositivos de Monitoramento Inteligentes possuem m-

dulos para deteco de movimento, tag RFID e um mdulo para comunicao atravs de redes

ZigBee. Um micro controlador e um mdulo responsvel por fornecer energia tambm fazem

parte dos Dispositivos de Monitoramento Inteligentes.

Outro componente essencial para o sistema o Central Server. Ele responsvel por dispo-

nibilizar servios para que diferentes aplicaes inteligentes de logstica sejam desenvolvidas.

O Central Server composto por uma arquitetura dividida em cinco camadas, como pode ser

visto na Figura 6.

A camada Device Edge Service fornece uma interface para comunicao entre os Dispositi-

vos de monitoramento Inteligentes e o Central Server. A camada Tracking Data Services res-

ponsvel por fornecer informaes relacionadas aos dispositivos. Essa camada utilizada pelo

administrador do sistema para registrar e processar os dispositivos antes da etapa de implanta-

28

Figura 6: Arquitetura Central Server.

Fonte: YANG; XU; LI (2010)

o, assim como realizar o mapeamento de sinais de rdio frequncia dos dispositivos fixados

no ambiente. A camada Positioning Engine utiliza-se dos sinais mapeados na camada anterior

e determina a posio e o estado das cargas, atravs do mtodo fingerprint (FANG; WANG,

2011). A camada Event Processing Engine interpreta os dados de monitoramento oriundos da

camada Positioning Engine e os transforma em eventos. Alm disso, fornece esses dados para

diferentes tipos de aplicaes de rastreamento.

Segundo os autores, o sistema proposto atinge maior disponibilidade, preciso e menor

custo que os sistemas existentes. No entanto, o trabalho no apresenta como so representadas

as informaes de localizao, o que no permite saber como foram modeladas as informaes

de localizao para a realizao de um sistema contnuo.

3.3 eTracer

PAPATHEOCHAROUS; GOUVAS (2011) apresenta uma plataforma para rastreamento e

monitoramento de carga, denominado eTracer. O trabalho tambm se prope a gerenciar a

carga e descarga de produtos de forma automatizada. A Figura 7 apresenta a arquitetura da

plataforma eTracer, juntamente com os diferentes tipos de usurios do sistema. O eTracer

constitudo de trs componentes principais: Mobile Logistics Stations Network, Fixed Logistics

Stations Network e o eTracer Server.

Mobile Logistics Stations Network so veculos utilizados para o transporte dos produtos.

Cada qual possui leitores RFID que podem identificar a entrada e sada de todos os objetos que

possuem tags RFID. Cada veculo tambm possui receptores GPS e transmissores GPRS a fim

de fornecer a localizao dos objetos a qualquer momento.

29

Figura 7: Arquitetura eTracer.

Fonte: PAPATHEOCHAROUS; GOUVAS (2011)

O componente Fixed Logistics Stations Network so estaes de logstica, como depsitos

ou pontos de distribuio, onde os produtos so armazenados. As estaes possuem leitores

RFID distribudos em suas entradas e divises internas. Desta forma, cada estao de logstica

capaz de detectar e identificar a entrada ou sada de carregamentos e transmitir informaes

sobre os produtos atravs de rede Wireless (WLAN) um servidor local. Este, por sua vez,

realiza a coleta de informaes e as envia ao eTracer Server.

O eTracer Server possui quatro componentes: Communication Server, Track & Trace Subsys-

tem, Web Application Server e uma base de dados relacional. O Communication Server realiza

a comunicao entre o eTracer Server e os demais componentes do sistema. Ele recebe dados

no tratados de localizao dos objetos e envia ao Track & Trace Subsystem, que responsvel

por classificar semanticamente as informaes dos objetos e armazen-las na base de dados re-

lacional. Atravs do Web Application Server usurios autorizados podem acessar levantamentos

estatsticos, relatrios e realizar o monitoramento e rastreamento dos carregamentos.

3.4 Modelo de ZHENGXIA e LAISHENG

ZHENGXIA; LAISHENG (2010) apresenta uma plataforma de monitoramento de logstica

com base na internet das coisas. Sua plataforma faz uso de tecnologias bastante difundidas

como: EPC e RFID, GPS, GPRS, GSM e WSN. O trabalho apresenta novos conceitos sobre

EPC dinmico e esttico com a finalidade de reduzir o fluxo de dados entre os dispositivos clien-

tes e o servidor, alm de gerenciar as informaes sobre os produtos de forma mais simplificada

30

Figura 8: EPC esttico e dinmico.

Fonte: ZHENGXIA; LAISHENG (2010)

e eficiente.

A arquitetura da plataforma foi projetada em trs camadas: Data Aquisicion, Data Transport

e Background Data Processing. A camada Data Aquisicion responsvel pela aquisio das

informaes sobre os carregamentos atravs de EPC e GPS. De acordo com as funes do

EPC, para cada mercadoria pode ser dado um nmero nico EPC. No entanto, no processo

logstico, normalmente as mercadorias so transportadas em containers ou caixas, que podem

conter inmeros produtos dentro. Sendo assim, no conveniente utilizar um nmero de EPC

para cada item. A fim de simplificar as operaes e reduzir o trfego de dados, ZHENGXIA;

LAISHENG (2010) apresentaram um modelo de EPC esttico e dinmico, como pode ser visto

na Figura 8, em que alocado um cdigo EPC dinmico a toda entidade composta, isto , um

container ou caixa. Sendo assim, quando as mercadorias forem retiradas da entidade, o cdigo

esttico EPC volta a ser vlido.

A camada Data Transport realiza a comunicao entre os demais componentes do sistema

atravs de GPRS. J a camada Background Data Processing recebe e processa as informaes

sobre as mercadorias e as salva na base de dados. Esta camada responsvel por fornecer in-

formaes sobre o histrico de produtos, anlises estatsticas e relatrios sobre produtos. Alm

disso, informa ocorrncias de alarmes sobre informaes de contexto do produto, como validade

do produto, atraso na entrega entre outros.

31

3.5 Comparao entre os Trabalhos Relacionados

Todos os trabalhos estudados empregaram as tecnologias GPS e RFID em seus modelos. O

GPS foi utilizado para realizar o monitoramento dos veculos transportadores de cargas. Isso se

deve principalmente por ser uma tecnologia amplamente disseminada e que possui uma grande

rea de cobertura. O RFID foi utilizado para realizar o monitoramento das cargas, pois con-

siderado pela indstria como um padro para identificao de itens e mercadorias. Por outro

lado, cada trabalho apresenta seu modelo de arquitetura, caractersticas e funcionalidades. As-

sim, com base no estudo realizado na literatura, foram elencados os seguintes itens que serviro

como quesitos de comparao entre os trabalhos estudados:

Tipo de Dispositivo: indica se o trabalho utiliza dispositivos mveis convencionais ou

implementa hardware prprio;

Monitoramento: esse item define qual a forma de monitoramento realizado, podendo

ser Discreto, Contnuo ou Quase Contnuo;

Gerenciamento de Entregas: informa se a gesto das entregas realizada de forma

automtica pelo sistema, ou se necessria a interveno de um usurio;

Gerenciamento de Viagens: indica se o modelo realiza a inicializao e o fechamento

de viagens de forma automtica ou manual;

Suporte Desconexo: indica se o modelo tolera falhas de comunicao entre seus

componentes;

Envio de Alertas: esse item identifica se o modelo prov envio de alertas sem a inter-

veno de um usurio. Ele informa qual o mtodo de envio utilizado no trabalho, caso

possua.

A Tabela 1 apresenta uma comparao entre os trabalhos relacionados, conforme os itens

acima mencionados.

Dentre os modelos estudados, foi possvel observar que apenas YANG; XU; LI (2010)

no utilizam dispositivos mveis convencionais dotados de GPS. Isso se deve, principalmente,

pela evoluo dos dispositivos mveis e das redes sem fio de alta velocidade nos ltimos anos

(SATYANARAYANAN et al., 2009), o que possibilita adquirir equipamentos facilmente acess-

veis e economicamente viveis, como telefones celulares e tablets de baixo custo com sistemas

de GPS integrados.

A forma como realizado o monitoramento tambm algo importante a ser considerado.

YANG; XU; LI (2010) so os nicos que realizam um monitoramento em tempo real de forma

contnua, fazendo uso de rede de sensores sem fio. No entanto, o trabalho no explica como

realizada a agregao das informaes oriundas das diversas fontes de localizao. Alm disso,

32

Tabela 1: Comparao entre os Trabalhos Relacionados.

Fonte: Elaborado pelo autor.

no fica claro como realizado o monitoramento contnuo, visto que no apresenta como

agregada a informao oriunda das diversas fontes de localizao.

Quanto ao gerenciamento de entregas de carregamentos, apenas o eTracer realiza de forma

automtica. Atravs de sensores dispostos nos pontos de acesso a cada local de entrega, ele

considera que toda carga que entrar e deve ser entregue no local, foi entregue com xito. No

entanto, em casos que o entregador esquece de retirar a carga do veculo o sistema falho,

visto que a carga ir sair de seu destino de entrega e o sistema informar que o carregamento

foi entregue com xito. A respeito do gerenciamento de viagens, todos os trabalhos realizam

de forma manual, necessitando sempre que algum realize as tarefas de cadastrar, inicializar e

finalizar viagens.

Apenas ZHENGXIA; LAISHENG (2010) provem envio de alertas automticos, ou seja,

sem a interveno de um usurio. Os alertas so enviados atravs de SMS para usurios res-

ponsveis por monitorar o sistema. Esse quesito importante, j que reduz o tempo de resposta

e permite a tomada de deciso sem depender de um usurio do sistema. Pode ser aplicado em

casos de eventos como: roubo de cargas, entrega de carregamentos em locais errados, desvios

de rotas, entre outros.

Outro item relevante para sistemas de rastreamento e monitoramento o suporte a descone-

xo. Sabe-se que a cobertura de rede no onipresente, assim os sistemas devem prover formas

de tolerncia a falhas de comunicao, a fim de garantir que as informaes no sejam perdidas

em zonas sem cobertura. Entre os trabalhos estudados, apenas em (YANG; XU; LI, 2010)

realizado esse suporte, como pode ser visto na Tabela 1.

Na prtica, companhias contratam empresas especializadas de transporte para conduzir seus

carregamentos at seus respectivos pontos de destino. A fim de reduzir custos, as empresas

especializadas responsveis pelo transporte, em uma mesma viagem, realizam a entrega de car-

gas oriundas de diferentes empresas, o que torna a definio das rotas de entregas bastante

complexa. Sendo assim, um otimizador de entregas integrado ao sistema de rastreamento e mo-

nitoramento traria significativos benefcios ao longo de toda cadeia produtiva. Isso qualificaria

a operao logstica e reduziria o ndice de erros, possibilitando assim que as empresas dimi-

33

nussem seus custos e se mantivessem competitivas e lucrativas (MALAQUIAS, 2006). Alm

disso, existem trabalhos na literatura que visam a otimizao de entregas (YEFU; ZAIYUE,

2010) (DIAO; HECHING, 2011) (SHIRAZI et al., 2009), podendo assim serem integrados fa-

cilmente ao modelo. No entanto, nenhum trabalho relacionado suporta otimizao entregas de

forma integrada ao sistema de monitoramento logstico.

Dos trabalhos estudados, nenhum possui suporte ao controle de rotas, isto , no fornecem

mecanismos para identificar se um dado veculo est seguindo, ou saiu de sua rota planejada.

Esse item agrega segurana, possibilitando detectar rapidamente a ocorrncia de roubos de ve-

culos e desvios de rotas. O suporte ao controle de cargas tambm no foi encontrado em ne-

nhum dos trabalhos estudados. O controle de cargas possibilita verificar se a carga realmente

est dentro do veculo de transporte. Alm disso, possibilita identificar a ocorrncia de entregas

em locais errados ou quando carregamentos so retirados fora de um ponto de distribuio.

3.6 Consideraes sobre o Captulo

Esse captulo apresentou quatro trabalhos relacionados ao rastreamento e monitoramento

de cargas. Foi possvel observar que a utilizao do GPS para o monitoramento em ambientes

abertos foi de senso comum dos autores. Isso se deve pelo GPS ser uma tecnologia amplamente

disseminada e que possui uma grande rea de cobertura. O RFID, para o monitoramento das

cargas, tambm foi escolhido por todos os autores, visto que considerado pela indstria como

um padro para identificao de itens e mercadorias. O estudo sobre os trabalhos relacionados

possibilitou a identificao de algumas limitaes, que foram destacadas e discutidas no pre-

sente captulo, como a falta de suporte ao controle de rotas e cargas, a otimizao de entregas

e ao gerenciamento automtico de viagens. Sendo assim, o prximo captulo apresenta o Sa-

feTrack, um modelo para rastreamento e monitoramento de cargas que busca contornar essas

limitaes. Desta forma, o SafeTrack visa a segurana em nvel veicular e de cargas, assim

como dar suporte otimizao de entregas.

34

4 MODELO PROPOSTO

Neste captulo apresentado um modelo para rastreamento e monitoramento de cargas de-

nominado SafeTrack. Este faz uso de dispositivos mveis com GPS integrado, assim como

componentes RFID. O SafeTrack realiza o rastreamento e monitoramento logstico com foco

na segurana dos carregamentos. Os principais requisitos funcionais so apresentados na seo

4.1. Em seguida, na seo 4.2 apresentada uma viso geral sobre a arquitetura do modelo, jun-

tamente com os tipos de usurios que interagem com o SafeTrack. Por fim, um detalhamento

sobre a arquitetura e funcionalidades de cada componente apresentado na seo 4.3.

4.1 Requisitos do Modelo

Uma das motivaes para o desenvolvimento do SafeTrack a definio de uma soluo que

possibilite o rastreamento e monitoramento de cargas com suporte a segurana e otimizao de

entregas. Existem requisitos que devem ser atendidos pelo modelo. O estudo da literatura

permitiu elencar as seguintes funcionalidades para o modelo:

detectar problemas no fluxo logstico automaticamente;

permitir o cadastro, edio e excluso de viagens e remessas de carregamentos;

possibilitar o acompanhamento, em tempo real, dos veculos e das cargas;

detectar quando um veculo desvia de sua rota planejada;

possibilitar a visualizao das trilhas de veculos, motoristas e carregamentos;

fornecer um mecanismo para controle de cargas e rotas;

gerenciar rotas e entregas de forma automtica;

integrar algoritmos de otimizao de rotas ao modelo;

suportar falhas de comunicao entre seus componentes;

enviar alertas sobre os problemas no fluxo logstico aos responsveis de forma autom-

tica;

permitir a visualizao dos alertas referentes a problemas no fluxo logstico.

4.2 Viso Geral do Modelo

O SafeTrack permite que as companhias monitorem suas frotas de veculos e carregamentos

de maneira segura. Isso realizado atravs da utilizao de tcnicas de cerca eletrnica e

35

Figura 9: Viso Geral da Arquitetura.

Fonte: Elaborado pelo autor.

de dispositivos mveis convencionais como, smartphones, tablets, entre outros. A Figura 9

mostra uma viso geral do SafeTrack, assim como os principais tipos de usurios que interagem

com o modelo. Como pode ser visto, o SafeTrack organizado em cinco componentes, so

eles: Carrier Station, Depot Station, SafeTrack Server, Website Monitoring and Management e

Delivery Provider.

Como visto no Captulo 2, atualmente companhias delegam a empresas especializadas o

transporte de seus carregamentos. Para isso, o componente Delivery Provider disponibiliza um

conjunto de pginas web para que essas companhias forneam informaes sobre remessas de

seus carregamentos, tais como origem, destino, data de coleta e entrega, entre outras. A entrada

de dados realizada por colaboradores das companhias, os quais so denominados operadores

do Delivery Provider.

O Website Monitoring and Management uma ferramenta administrativa para que usurios,

com a devida permisso, possam registrar dispositivos, motoristas e planejar rotas de viagens.

Alm disso, permite monitorar, em tempo real, o andamento das viagens e ocorrncias de alar-

mes como desvios de rota, bateria fraca e status de entrega. O administrador tem acesso com-

pleto s funcionalidades do Website Monitoring and Management, sendo somente ele capaz de

registrar entidades no sistema. O monitor tem permisso apenas para verificar o andamento de

viagens, assim como visualizar relatrios de entregas e viagens. J o planejador logstico tem

acesso ao cadastro, edio e deleo de rotas. Ele responsvel por realizar o planejamento das

viagens, estabelecendo o incio e o fim de uma viagem, assim como os pontos onde o veculo

deve passar para realizar as coletas e entregas.

36

O SafeTrack Server o responsvel pelas principais funcionalidades do modelo. Ele trata

informaes oriundas dos outros componentes e as guarda em uma base de dados. Entre suas

principais tarefas esto: realizar o controle e gerenciamento de cargas e rotas, otimizao de

rotas, assim como disponibilizar recursos sob forma de servios para os demais componentes

do SafeTrack.

Os Carrier Stations so veculos responsveis pelo transporte dos carregamentos. Cada

um possui componentes RFID que so responsveis por controlar o fluxo de entrada e sada de

cargas, e uma aplicao que executa em um dispositivo mvel, chamada SafeTrack Mobile. Com

isso, possvel saber quando um carregamento entra ou sai do veculo. O Carrier Station envia

ao SafeTrack Server informaes como: localizao atual atravs do GPS, eventos de entrada

e sada de cargas, alm de alertas sonoros e mensagens SMS. Esses alertas so enviados para

o telefone pessoal do motorista e do responsvel pelo monitoramento (Monitor), informando

eventuais problemas que podem ocorrer no dispositivo mvel, desvios de rotas, entregas de

carregamentos em lugares errados, entre outros.

Por fim, o componente Depot Station representa as estaes de logstica, como depsitos ou

pontos de distribuio, onde os produtos so armazenados ou entregues. Os Depot Stations pos-

suem leitores RFID distribudos em suas entradas e divises internas. Desta forma, cada estao

de logstica capaz de detectar e identificar a entrada ou a sada de cargas e transmitir informa-

es sobre os produtos ao SafeTrack Server, a fim de realizar a confirmao de recebimento dos

carregamentos.

4.3 Componentes do Modelo

Aps um conhecimento sobre a estrutura e funcionamento geral do modelo, possvel de-

talhar os aspectos funcionais e arquiteturais de cada componente. Sendo assim, esta seo

apresenta de forma mais especfica os componentes do SafeTrack.

4.3.1 SafeTrack Server

O SafeTrack Server responsvel por receber, processar e disponibilizar dados aos demais

componentes do modelo. A arquitetura do SafeTrack Server dividida em trs camadas, como

pode ser visto na Figura 10. A Services Layer permite que os demais componentes possam aces-

sar as funcionalidades do SafeTrack Server, assim como dados armazenados na Database. Essa

camada possui quatro interfaces especficas, uma para cada componente do modelo: Carrier

Station Interface, Website Interface, Delivery Interface e Depot Station Interface.

A Carrier Station Interface disponibiliza mtodos para que os dispositivos mveis possam

enviar informaes relacionadas a posio e velocidade atual do veculo, e referentes s mer-

cadorias. Tambm fornece mtodos para o envio de alertas sobre desligamento do dispositivo,

do GPS ou evento de fechamento do SafeTrack Mobile.

37

Figura 10: Arquitetura do SafeTrack Server.

Fonte: Elaborado pelo autor.

A Website Interface possibilita que o Website Monitoring and Management possa acessar

o SafeTrack Server a fim de disponibilizar aos usurios ferramentas para aes administrati-

vas, como planejamento de rotas, cadastros de motoristas, monitores, Carrier Stations e Depot

Stations. Essa interface fornece tambm informaes para que o Website Monitoring and Ma-

nagement possa realizar o monitoramento em tempo real de veculos e mercadorias.

A Delivery Provider Interface disponibiliza mtodos para que o componente Delivery Pro-

vider possa enviar novas remessas a serem armazenadas na Database. Alm disso, permite que

o Delivery Provider possa visualizar, editar e apagar remessas j cadastradas na Database. J a

Depot Station Interface fornece dados para que os Depot Stations possam visualizar remessas a

serem entregues, assim como permitir a confirmao de entregas j realizadas.

Todas as interfaces de comunicao descritas comunicam-se com os demais componentes do

modelo atravs de mensagens SOAP (SOAP, 2012), as enviando atravs do protocolo HTTPS.

O SOAP utilizado por ser um padro da W3C (W3C, 2012), sendo amplamente utilizado pela

indstria. A utilizao do HTTPS como protocolo de transporte possibilita que os dados sejam

transmitidos por meio de uma conexo criptografada, possibilitando verificar a autenticidade

entre as interfaces descritas e os demais componentes do modelo atravs de certificados digitais.

38

Figura 11: Emprego da tcnica POI nos pontos de origem e destino das viagens.

Fonte: Elaborado pelo autor.

Adicionalmente, a Carrier Station Interface realiza o controle de acesso dos Carrier Stations

atravs de uma tabela Hash. A tabela contm todos os cdigos IMEI criptografados com o

algortmo SHA-1 de todos os dispositivos mveis cadastrados no sistema. Sempre que um

Carrier Station envia informaes para o SafeTrack Server a Carrier Station Interface verifica

se o cdigo SHA-1 recebido est na tabela Hash. Caso verdadeiro, encaminha as informaes

para a Logic Layer, caso contrrio descarta a informao.

Abaixo da camada de servios encontra-se a Logical Layer. Essa camada responde pelo

processamento e tratamento das informaes oriundas dos demais componentes do modelo.

A Logical Layer contm algoritmos para clculos de posio, cerca eletrnica, inicializao e

fechamento de viagens, gerenciamento de mercadorias, assim como tomadas de deciso para

envio de alertas em casos de inconsistncias no fluxo de mercadorias, desvios de rotas e oti-

mizaes para entregas de carregamentos. A Logical Layer tambm realiza a autenticao dos

componentes do modelo, permitindo acesso a quem est devidamente cadastrado. Esta camada

composta por quatro mdulos: Travel Manager, Goods Manager, Delivery Optimizer e Geo-

fencing Checker.

O mdulo Travel Manager realiza o gerenciamento de viagens, inicializando e fechando

viagens de forma automtica. Uma viagem pode assumir os seguintes estados: (1) "em aberto",

(2) "em andamento", (3) "cancelada"e (4) "finalizada". O Travel Manager utiliza conceitos de

39

cerca eletrnica para identificar se uma viagem deve ser inicializada ou finalizada. O Travel

Manager utiliza a tcnica POI (RECLUS; DROUARD, 2009), tendo como pontos de interesse

a origem e o destino final da viagem. Com isso, so criadas duas circunferncias de raio r e

centro em A e B respectivamente, como pode ser visto na Figura 11. O tamanho de r pode

ser configurado atravs do Website Monitoring and Management. A cada posio recebida, o

Travel Manager verifica se ela est dentro de uma rea de inicializao ou fechamento, em caso

afirmativo, confere o estado atual da viagem alterando-o se necessrio. Caso o estado esteja

"em aberto"e o Carrier Station estiver dentro de uma rea de origem, a viagem inicializada,

alterando seu estado para "em andamento". Caso o estado esteja "em andamento"e o Carrier

Station estiver dentro de uma rea de destino, a viagem finalizada, alterando seu estado para

"finalizada".

O mdulo Goods Manager realiza o controle e gerenciamento de cargas durante a cadeia

logstica. Ele possibilita o envio de alertas automticos ao ocorrerem inconformidades no fluxo

de carregamentos, como por exemplo, cargas entregues em lugares errados ou retiradas fora

de pontos permitidos. Alm disso, realiza a inicializao e fechamento de remessas de forma

automtica.

Figura 12: Emprego da tcnica POI nos pontos de entrega e coleta de cargas.

Fonte: Elaborado pelo autor.

O Goods Manager utiliza a tcnica POI e adiciona um ponto de interesse a cada Depot Sta-

40

tion a ser visitado pelo Carrier Station. Na Figura 12 possvel observar duas circunferncias

verdes delimitando os pontos onde o Carrier Station deve realizar coletas ou entregas. A inici-

alizao ou fechamento de remessas realizada caso sejam satisfeitas as seguintes condies:

o Carrier Station entrar na rea de coleta ou entrega de remessas;

o Depot Station detectar a chegada do veculo.

Para todo evento de entrada de carga no Carrier Station, o Goods Manager verifica na

Database se o carregamento pertence a uma remessa a ser transportada pelo veculo. Aps

verificar que todas as cargas da remessa foram coletadas pelo Carrier Station, o Goods Manager

inicializa a remessa.

O fechamento de remessas realizado de maneira similar. Para todo evento de sada de

carregamento do Carrier Station, o Goods Manager verifica na Database se o carregamento

pertence a uma remessa a ser entregue no Depot Station. Aps verificar que todos os car-

regamentos da remessa foram descarregados do Carrier Station, o Goods Manager realiza o

fechamento da remessa.

Alm disso, o Goods Manager detecta a ocorrncia de erros durante o fluxo logstico, os

quais so listados a seguir:

entrega de um carregamento em um Depot Station que no corresponde ao seu destino;

retirada de um carregamento fora de um Depot Station;

carregamento coletado por um Carrier Station no autorizado;

falta de carregamentos na entrega de uma remessa.

Aps detectada a ocorrncia de erro, o Goods Manager armazena um alerta na Database

atravs da Data Access Layer para que o responsvel pelo monitoramento possa visualiz-lo

pelo Website Monitoring and Management. Alm disso, retorna um cdigo de aviso ao Carrier

Station para que o SafeTrack Mobile possa enviar alertas ao responsvel pelo carregamento.

O mdulo Delivery Optimizer responsvel por realizar a otimizao na entrega de remes-

sas. A soluo ideal seria calcular a otimizao assim que ocorresse a entrada de uma nova

remessa, atravs do Delivery Provider, criando uma nova rota para o Carrier Station que esti-

vesse mais prximo do ponto de origem da remessa. No entanto, isso no se aplica na prtica,

pois a alterao de rotas em curso pode no ser vivel, pois nem sempre possvel restabelecer

novos cursos durante a viagem, devido a problemas estruturais, tais como vias de mo nica,

dificuldades para realizar o retorno pelo tamanho do veculo, entre outros. Alm disso, uma

informao inesperada pode tirar a ateno do motorista enquanto est dirigindo. Para que es-

ses problemas no ocorram, optou-se por uma abordagem que realiza a otimizao de entregas

atravs de dois modos: criando rotas timas para entregas das remessas e verificando se existe

41

alguma nova remessa a ser entregue dentro da rota planejada sempre que entrar em um Depot

Station.

Este trabalho no visa apresentar uma nova soluo para criao de roteiros de entregas,

pois esse problema representa um dos grandes desafios na otimizao combinatria para a rea

de Pesquisa Operacional e Inteligncia Artificial. Logo, diversas solues j foram propostas,

as quais destacam-se (YEFU; ZAIYUE, 2010), (DIAO; HECHING, 2011), (SHIRAZI et al.,

2009), por obterem solues timas e possurem um baixo custo computacional. Esses algorit-

mos calculam o melhor roteiro a ser percorrido pelo veculo dispondo das seguintes informa-

es:

peso e volume suportados pelo veculo;

local de coleta e entrega da remessa;

janelas de tempo;

peso e volume da remessa.

Atravs do Website Monitoring and Management, o planejador logstico pode criar rotei-

ros de entregas automticos ou planej-los manualmente. Ao optar pela criao automtica, o

Website Monitoring and Management requisita o SafeTrack Server que delega a tarefa para o

mdulo Delivery Optimizer. Esse, por sua vez, requisita Database as informaes necessrias

para a gerao do roteiro, calcula e retorna ao Website Monitoring and Management a rota a ser

percorrida.

O Delivery Optimizer tambm pode ser executado com uma viagem em curso com o objetivo

de verificar se existe uma nova remessa que pode ser entregue dentro da rota planejada do

veculo. Sempre que um Carrier Station entra em um Depot Station para realizar uma coleta

ou entrega, o Depot Station realiza uma chamada ao SafeTrack Server que delega ao Delivery

Optimizer a tarefa de verificar na Database se existe uma nova remessa que pode ser entregue

pelo veculo dentro de sua rota planejada, levando em considerao, tambm, os limites de peso

e volume suportados pelo caminho. Caso exista, o SafeTrack Server retorna para o Depot

Station o cdigo da remessa. Com isso, o operador do Depot Station e o motorista podem

confirmar se a atribuio da remessa vivel ou no.

O ltimo mdulo da Logical Layer o Geofencing Checker. Ele analisa se os veculos esto

seguindo a rota planejada, utilizando conceitos de cerca eletrnica. O Geofencing Checker

emprega a tcnica Route Adherence (RECLUS; DROUARD, 2009), pois pode ser diretamente

aplicado ao rastreamento e monitoramento de veculos. Sendo assim, este mdulo visa resolver

o seguinte problema: dispondo de uma coordenada geogrfica (ponto atual do veculo), um

conjunto de pontos interligados (rota planejada) e a distncia mxima que o veculo pode se

afastar da rota, possvel determinar se o veculo est dentro da rota?

Duas solues foram elaboradas para resolver esse problema. Uma delas baseada em

lgebra vetorial, e utiliza como base a projeo vetorial para o clculo da menor distncia entre

42

Figura 13: Soluo baseada em projeo Vetorial.

Fonte: Elaborado pelo autor.

o ponto atual e a rota planejada. Considere A a posio atual, P o conjunto de pontos da rota

planejada e Pi para cada um dos pontos, onde 0 i < n. Para todo 0 < i < n, os pontos Pi1e Pi so adjacentes no trajeto, como mostra a Figura 13. Para cada par de pontos adjacentes

criam-se dois vetores, onde Vi o vetor formado pelos pontos Pi1 e Pi e Ai o vetor formado

pelos pontos Pi1 e A. Sendo assim, para cada segmento, a distncia de A at o segmento

dada pela projeo do vetor Ai no vetor Vi. A menor distncia de A para a rota ento dada

pela distncia mnima entre A e todos os segmentos da rota, representado na figura como dmin.

A outra soluo baseada em mtodos numricos. Ela calcula a menor distncia entre

o ponto atual e a rota planejada utilizando interpolao linear e busca ternria. Essa soluo

percorre todos os pontos da rota planejada e para cada par de pontos adjacentes aplica a busca

ternria, exemplificada pela Figura 14. O algoritmo da busca ternria consiste em encontrar,

iterativamente, um ponto de mnimo local atravs da tcnica de diviso e conquista. Para cada

par de pontos adjacentes, o algoritmo realiza diversas iteraes nesse intervalo, removendo 13

do tamanho restante do segmento em cada iterao. A interpolao utilizada para calcular

os pontos adjacentes de cada subintervalo, representados na Figura 14 por now1 e now2. Este

mtodo de interpolao retorna o ponto exato em cada subintervalo e pode ser representado

atravs da frmula a seguir:

y = (1 x) a+ x b

onde:

- a e b so os valores a serem interpolados, inicialmente P1 e P2;

- x o valor de interpolao (0 x 1), para a busca ternria. Os nicos valores de

43

Figura 14: Soluo baseada em busca ternria.

Fonte: Elaborado pelo autor.

x utilizados so 13

e 23, os quais so os pontos que dividem o intervalo, considerando que o

intervalo tem tamanho 1.

Com um nmero suficientemente grande de iteraes, o algoritmo converge para o ponto

de menor distncia do segmento original. Sendo assim, possvel descobrir a distncia entre o

ponto atual e o ponto de menor distncia do segmento atravs de um algoritmo que calcula a

distncia entre pontos considerando a circunferncia da terra.

4.3.2 Carrier Station

Os Carrier Stations representam os veculos responsveis pelo transporte das cargas. O

SafeTrack foi projetado para permitir inmero