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A PROLOG BASED INTELLIGENT PATH FINDER 1 : TOWARDS AN OPEN SOURCE MANAGEMENT SYSTEM OF A DIGITAL METROPOLIS A.Faro, D.Giordano, C.Spampinato Dipartimento di Ingegneria Informatica e Telecomunicazioni Facoltà di Ingegneria, Università di Catania Italy (afaro, dgiordan, cspampin)@diit.unict.iy 1 The system will be demonstrated by an implementation carried out, with the support of G.Serri, G.Tafuri, and F.Tramontana, within the Project entitled “Catania, City of Excellence in ICT” supported by the Sicily Region and the Catania Municipality.

A.Faro, D.Giordano, C.Spampinato...Dipartimento di Ingegneria Informatica e Telecomunicazioni Facoltà di Ingegneria, Università di Catania Italy (afaro, dgiordan, cspampin)@diit.unict.iy

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A PROLOG BASED INTELLIGENT PATH FINDER1: TOWARDS AN OPEN SOURCE MANAGEMENT

SYSTEM OF A DIGITAL METROPOLIS

A.Faro, D.Giordano, C.Spampinato

Dipartimento di Ingegneria Informatica e Telecomunicazioni Facoltà di Ingegneria, Università di Catania Italy

(afaro, dgiordan, cspampin)@diit.unict.iy

1 The system will be demonstrated by an implementation carried out, with the support of G.Serri, G.Tafuri, and F.Tramontana, within the Project entitled“Catania, City of Excellence in ICT” supported by the Sicily Region and the Catania Municipality.

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OVERVIEW• The General Framework: towards a digital Metropolis• Aim of the project and technology adopted• Info Mobility

– User services– management center

• Intelligent Path Finder (IPF)• Traffic Model• Monitoring System

– Traffic Human Perceptions;– Webcam Image Processing;

• IPF System Architecture• Implementation and Some use cases• Conclusions and future works

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The General Framework:Digital Metropolis

z

K- GovernmentE-Culture

E-Commerce

E-Banking

BrainIntensiveServices

Physical City : People and Goods

Digital City:Bits ed Avatars

Computing IntensiveServices

InfoMobility in the large and for lastmile

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Some Infrastructures of the Physical City

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The General Framework:Digital Metropolis

z

K- GovernmentE-Culture

E-Commerce

E-Banking

BrainIntensiveServices

Physical City : People and Goods

Digital City:Bits ed Avatars

Computing IntensiveServices

InfoMobility in the large and for the last mile

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Project and Technologies• The aim of the project is to

implement an open-sourceinfomobility system forCatania Metropolitan Area and the South-East SicilyLogistics Platform;

• A WiMax backbone, interconnecting WiFi nodes, to manage e-mobility, e-logistics and e-security byusing :– Machine Vision– Fuzzy Logic– Logic programming– GIS– Mobile Systems

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Info Mobility : User Services

Server

Wimax

WimaxWimax

Geode Geode

Geode

Wi-Fi

Wi-Fi

Wi-Fi

Wi-Fi

Wi-FiWi-Fi

Wi-Fi

Wi-Fi

Wi-Fi

Stazione Wi-Max

Wi-Fi

Wi-Fi

Computer

portatile di bordo

PARKING

R-FID

Access Control and

Delivery

EMERGENCY

POLLUTION

PUBLIC TRANSPORTATION

VIDEO-SURVEILLANCE

MUSEUM

HOTEL

MINIMUM DRIVING

TIME AND PATH

NEAREST TO ME

BUSINESS

TELECOMMUTING

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Info Mobility : Management Center

E-GovernanceK-Governance

EnvironmentMonitoring

Access Control

Parking Traffic Lights

TLC Center

EmergencyCivil

Protection

Municipalityand private

Fleets

TelecommutingE-Business

E-Security

E-Pollution

Traffic Lights, Intersectionsand Parking Management

VariableMessages

Public Transport.

Eco-Telematics

Fleets

Logistics

CleansingFleet

Delivery fleets and Last Mile

CleansingDepartment

InfoMobilityCenter

WiMax networkRete Radio

Smart Card

GSM/GPRS

Telecamere

RFID

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Intelligent Path Finder (IPF)

This system provides, taking into account the current traffic condition, the Minimum Driving Time and Path on the metropolitannetwork for the following main services:

• to reach a destination starting from a source node specified by the user or detected by GPS;

• to pass throught a set of nodes specifiedby the user

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Traffic ModelMacroscopic and microscopic approaches have been proposed to study the traffic systems:� Macroscopic � to control the traffic of an urban

network in real time;� Microscopic � off-line optimization and planning of

a limited number of intesections;

Intelligent Path Finder uses the Measurements of the main traffic parameters to provide the user with suitable traffic

forecasts derived from a macroscopic model

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� The main parameters, to be measured, are the car flows (λ), density (δ) and speed(ν), related as follows:

• The traveling time (T) for each street is:

where Tinserection is the time to cross the inteserctionat the end of the street and depends on λ and δ

• To forecast the traveling time for a long period the Intelligent Path Finder uses the Origin-Destination matrix

Traffic Model : Analysis and Forecast

ν ν ν ν = λλλλ / δ δ δ δ

T = L*(λ/ δλ/ δλ/ δλ/ δ) + Tintersection (λλλλ, δ, δ, δ, δ)

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Monitoring System

� Two methods are proposed to measure λ λ λ λ and δ:δ:δ:δ:� Traffic Human Perceptions based on the

Computing with words theory (L. Zadeh);� Webcam Image Processing based on the

Cellular Neural Network Processing (L.O.Chua);

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Traffic Human Perceptions

To estabilish the mean velocity in the considered sectionwe have to define the memberships for the car flow (µ) and density car (δ)

MediumLow High

Density ( δδδδ)δδδδmax/5 2δ2δ2δ2δmax/5 3δ3δ3δ3δmax/5 4δ4δ4δ4δmax/5 δδδδmax

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Traffic Human Perceptions

Adverbs such as few/most/quite always/ sometimes/ More or Less are useful to further qualify the perceptions

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Fuzzy Engine forHuman Perceptions

Most High means:MediumLow High

δδδδmax/5 2δ2δ2δ2δmax/5 3δ3δ3δ3δmax/5 4δ4δ4δ4δmax/5 δδδδmax

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Few High

Fuzzy Engine forHuman Perceptions

• To obtainthe crispvalue forthe density it’s necessaryto defuzzify(e.g., usingcentroidmethod)

δδδδ1

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Few High

Fuzzy Engine forHuman Perceptions

To obtainthe crispvalue forthe density it’s necessaryto defuzzify(e.g., usingcentroidmethod)

δδδδ1

More or Less High

δδδδ2

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Few High

Fuzzy Engine forHuman Perceptions

To obtainthe crispvalue forthe density it’s necessaryto defuzzify(e.g., usingcentroidmethod)

δδδδ1

More or Less High

δδδδ2

Most High

δδδδ3

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Fuzzy Engine forHuman Perceptions

• Density : Most High means 85,1 cars /KmUsing 100 as max of the density;

• Flow : Most Low means 250.2 cars / hourusing 1800 as max of the flow;

• The mean velocity is given by flow/density, i.e.,:

2.94 Km/h

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Traffic Human Perceptions:Web PDA Interface

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Webcam Image Processing

The system developed to evaluate the traffic conditions from web-cam images consists of two parallel algorithms:– The first algorithm makes use of a small

window (coil) superimposed to the images detected by the webcams to detect the car flow;

– The second algorithm counts the number of car contained in a given window, greater than the previous one, to detect the density

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Webcam Image Processing

Coil tocomputethe carflow

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Webcam Image Processing

Window tocomputethe cardensity

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WEBCAM TRAFFIC PROCESSING

Image Processing using Cellular neural

Network.The estimated mean

velocity is:3,66 Km/h

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IPF System Architecture

Perceptions

Traffic Monitoring

City Informations

Minimum Path

Corda Server

Video sequencesProcessing

Chart withMinimum

Path

SQL database

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IPF System ArchitectureUpdating the Driving Time in Real Time

Perceptions

Traffic Monitoring

Video sequencesProcessing

SQL database

The field information modifies the cost of the nodes (e.g., traveling

time)

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IPF System ArchitectureMinimum Source-Destination Path

Source – Destination inserted by the user from desktop or PDA

User Desktop

PDA User

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IPF Server ArchitectureMinimum Path Computing

Server

Source - Destination

Desk User

PDA User

SQL database

Prolog Engine (Traffic.exe)

interacts with the information

stored in the SQL DB

Minimum Path

All possible pathsbetween Source and

Destination

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IPF Server ArchitectureMinimum Path Drawing

Minimum Path foundby the Prolog Engine

Server

Minimum PathFile Parsing

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IPF Server ArchitectureMinimum Path Drawing

Corda Server

Python passes the Pathfound by the PrologEngine to the Corda

Server for visualization

Server

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IPF Server ArchitectureMinimum Path Computing

Desk User

PDA User

Visualization of the Minimum Path

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Real Time Minimum PathMap produced by the system supposing the userwish to go from stazione to europa under the assumption that the traffic is smoothly flowing

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Real Time Minimum Path

Supposing that in the sectionRaffineria-Galatea the humanperceptions changeas follows: Flow Most LowDensity Most High

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Real Time Minimum Path

The new path will be the following:

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Final remarks

The main advantages of the IPF system are:

– Open Source;– Real Time;– Modular and Versatile;– Localization by GPS;– PDA and Pen-Tablet oriented;– Easy Map Manipulation (zoom, scrolling, etc..)

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Future works

• Full integration of all the envisagedservices (parking, delivery, etc …) into the package;

• Extending the IPF system to manageturistic and cultural aspects;

• Testing and improvements of the forecastmodel.