PI 2 Entrega Final

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SENAC
Kilson Djaine Guimarães Silva
Leonardo Marioto
Luis Felipe Godinho Cardoso
Pedro Beraldin
Pedro Henrique Schunck Cayres
Thaiza Rodrigues de Brito
Projeto Integrador
Semáforos Inteligentes
São Paulo
2021
Kilson Djaine Guimarães Silva
Leonardo Marioto
Luis Felipe Godinho Cardoso
Pedro Beraldin
Pedro Henrique Schunck Cayres
Thaiza Rodrigues de Brito
Projeto Integrador
Semáforos Inteligentes
Projeto Integrador apresentado ao
Senac pelo curso de Análise e
Desenvolvimento de Sistemas
São Paulo
2021
SUMÁRIO
1.0 - Descrever o cenário e segmento de mercado que o produto se insere: 8
1.1 e 1.2 - Descrever o que o produto busca melhorar ou aperfeiçoar e o objetivo que o
produto visa alcançar: 9
1.3 - Apresentar qual é o escopo do produto e principalmente o que está fora do escopo
10
2.1 - Apresentar detalhamento sobre a complexidade de desenvolvimento na esfera
técnica e econômica: 10
2.1.2 - Complexidade Econômica 11
2.2 Apresentar metodologia utilizada para medição do esforço para o desenvolvimento:
12
2.3 Apresentar riscos para implementação do produto e alternativas para
contingenciamento de risco: 15
3 Análise de Sistemas
3.1 Processo de elicitação de requisitos 17
3.2 Requisitos Extraídos 17
3.2.1 Requisitos Funcionais 17
3.2.2 Requisitos Não-Funcionais 18
3.2.3 Fluxos alternativos 19
4 Modelo de Dados 21
4.1 Elicitações de Entidades 21
4.2 Diagrama Entidade Relacionamento (DER) 22
5 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 23
1.0 - Descrever o cenário e segmento de mercado que o produto se insere:
Semáforos inteligentes estão sendo cada vez mais implementados para um melhor
fluxo e segurança aos motoristas.
Na contramão disso, notícia do G1 aponta que “Assaltos na Avenida do Estado
aumentam em 2017 e motoristas furam semáforo para se proteger” em São Paulo. Na
reportagem, em 2017, de janeiro a outubro, houveram 2.773 casos somente nesta avenida.
Muitas pessoas diminuem a velocidade até que o sinal verde abra.
Em outra notícia, do Jornal Diário do Grande ABC, em agosto de 2021, os assaltos
continuam nessa mesma via: “Ataque relâmpago cresce 39% e roubo com Pix dispara”.
Entretanto, desde 2011, está em vigor o Projeto de lei, no Estado de São Paulo, que
proíbe a aplicação de multas por infração de trânsito ao avançar o sinal vermelho entre os
horários das 22h às 6h, exceto nos casos em que a velocidade do veículo seja igual ou
inferior a 20km/h:
“Proíbe a aplicação de multas por infração de trânsito por avançar ao
semáforo com indicação de sinal vermelho entre as 22 e 6h, em velocidades
iguais ou inferiores a 20 quilômetros por hora.” Assembléia Legislativa do
Estado de São Paulo - 12.12.08
Isso ocorre devido à criminalidade urbana que tem se estendido cada vez mais e em
toda a região brasileira. Entretanto, por vias judiciais, têm se ganhado força que no horário
da madrugada o fluxo é menor tendo em vista a preservação à vida do motorista que se
coloca frente ao perigo ao realizar tal manobra, por ficar parado ou circular em baixa
velocidade em áreas de risco. Na grande São Paulo, por exemplo, houve uma queda no total
de latrocínios (roubo seguido de morte) entre 2020 a 2021 de 183 para 142 casos, até o
momento.
Implantar semáforos tem impactos positivos e negativos, instalados de maneira
correta pode-se obter um menor número de acidentes graves, controlar o fluxo de veículos e
pedestres e evitar assaltos, entretanto, instalá-los em locais sem uma base geométrica pode
colaborar com a violência.
Com o avanço da tecnologia os semáforos ganharam temporizador e atualmente
podemos ver até mesmo o chamado Semáforos Inteligentes, que são sistemas capazes de
compreender o fluxo de veículos, podendo aumentar ou diminuir o tempo entre cada sinal,
fazendo um ajuste em tempo real para saber quando abrir ou fechar o sinal (esse tempo é
definido por cada empresa de cada Estado.) podendo ser ajustado a longa distância caso
haja algum imprevisto no trânsito
Em São José dos Campos localizada em São Paulo, por exemplo, a implantação
começou em março deste ano (2021):
“Os semáforos inteligentes são implantados principalmente em cruzamentos
movimentados e por serem controlados por um software inteligente que age em
tempo real, recebem alterações em todos os ciclos, mantendo o sincronismo e “onda
verde” das vias.”
revista nova urbana/19.03.21
O principal objetivo é diminuir o risco da região pressupondo a agilização do fluxo
e através do reconhecimento de placas.
1.1 e 1.2 - Descrever o que o produto busca melhorar ou aperfeiçoar e o
objetivo que o produto visa alcançar:
Conforme explicitado acima, existe um problema enfrentado pelos motoristas das
cidades, principalmente dos grandes centros urbanos, relacionado ao fluxo e à segurança no
trânsito no período da madrugada.
Apesar de algumas cidades estudarem estratégias diversas, como aponta o Projeto
de Lei Nº 108/2021, na cidade de Piracicaba, que “estabelece que os semáforos do
Município de Piracicaba funcionarão com sinal de alerta amarelo intermitente, das 00:00
horas às 4:00 hora”, nosso projeto trará ainda mais segurança e eficiência ao processo.
Por meio de sensores e técnicas já consolidadas em aplicativos de locomoção, como
Waze e Google Maps, que serão mais detalhadas a seguir, o produto em questão busca
melhorar não somente a sensação de segurança àqueles que trafegam nos horários
apontados, mas, sobretudo, a diminuição real da violência nos semáforos.
1.3 - Apresentar qual é o escopo do produto e principalmente o que está fora do
escopo
Primeiramente, é importante dizer que a utilização de nosso produto não é focada
em cidades pequenas, por exemplo, com menos de 50 mil habitantes, pois, até o momento,
encontramos maior incidência de assaltos em semáforos nas cidades grandes, como
apontamos acima.
Também importa ressaltar que a tecnologia não é exclusiva para o 5G. Certamente,
ela será bem melhor utilizada e aprimorada com o futuro da quinta geração de redes móveis
e banda larga. Entretanto, o projeto já poderá ser colocado em prática com as conexões
presentes.
Utilizaremos também tecnologias de aplicativos de locomoção já existentes,
portanto não criaremos a nossa própria rede de tráfego, mas sim, trabalharemos com a
utilização inteligente desses dados que já são gerados.
O produto a ser oferecido trata-se, unicamente, de software e hardware, com
inteligência artificial, que será instalado em semáforos prontos. Ou seja, outras empresas
deverão disponibilizar os recursos necessários para o funcionamento mínimo do semáforo.
2.1 - Apresentar detalhamento sobre a complexidade de desenvolvimento na
esfera técnica e econômica:
Um sistema inteligente implantado nas vias públicas através de semáforos a fim de
melhorar o trânsito e a segurança para automóveis e pedestres tem suas complexidades e
dificuldades para total realização. Estudos mostram diversas formas de ter um trânsito mais
ágil e seguro em áreas de alto congestionamentos e riscos, entre diversas técnicas,
atualmente é mais utilizada a “Onda Verde”, que consiste em um cálculo utilizando a
velocidade da via e todos os semáforos existentes nela, chegando em um algoritmo para
que todos os veículos possam cruzar a via sem se deparar com semáforos vermelhos, e
assim diminuindo o desgaste do veículo, a emissão de poluentes na atmosfera e
principalmente o tempo de travessia da via, fato esse estudado e relatado pelo Instituto de
Engenharia.
Outra técnica válida é a do engenheiro eletrônico Bruno Serno Mugnela (nomeada
de Genpolis), que em seu mestrado da faculdade Escola Politécnica da USP fez um estudo
prático relacionado ao tema, no qual implantou um sistema inteligente de ajuste e
sincronização de semáforos de tempo fixo em um local movimentado da cidade, o bairro do
Brooklyn, zona sul de São Paulo. O resultado foi claro, cerca de 30% do tempo de espera
foi reduzido, resultando em menos tempo parado no trânsito para os motoristas paulistas.
2.1.2 - Complexidade EconômicaEconomicamente falando, há diversas maneiras de tornar os semáforos eficientes e
inteligentes, certas técnicas exigem uma verba maior do que outras. O exemplo de uma
técnica que requer um menor investimento seria a de Bruno Serno Mugnela, conhecida como
"Genpolis", que consiste na manipulação fixa e simples do algoritmo semafórico resultando
numa melhor gestão do tráfego, ajudando a diminuir congestionamentos e possibilitando vir
resultados e um retorno econômico a um prazo curto se comparado a outras. Uma outra opção
seria a manipulação via fluxo de dados em tempo real, e iria necessitar de conexão via
internet para poder funcionar, remodelando o software de funcionamento e adicionando o
hardware para se encaixar nesse padrão. Haveria um requerimento maior de verba e tempo
para a implementação de tal técnica, tendo em vista um retorno de médio prazo na sociedade.
Uma das mais sofisticadas técnicas seria a reformulação e implementação de semáforos
totalmente inteligentes e independentes, que pudessem geram uma análise própria adequada
para cada situação específica do cotidiano, com o auxílio de sensores, câmeras e
disponibilidade para novas tecnologias futuras a serem acrescentadas, mudando assim todo o
seu software para funcionamento, podendo implementar até mesmo a inteligência artificial
num futuro próximo. Esse método seria viabilizado e voltado para o longo prazo, para haver
uma adaptação e aceitação social do mesmo.
2.2 Apresentar metodologia utilizada para medição do esforço para o
desenvolvimento:
Devido à popularidade do tema e grande quantidade de trabalhos desenvolvidos sobre
semáforo inteligente, a metodologia escolhida para medir a estimativa de esforço foi a
abordagem comparativa. A abordagem comparativa consiste em estimar o esforço com
base na análise de outros projetos desenvolvidos, sendo utilizado o trabalho de Baroni
(2018)
intitulado “Metodologia para controle de semáforos utilizando processamento de imagens
para reconhecimento da quantidade de carros”, Silva et al (2019) intitulado “Simulação de
controle de semáforos inteligentes utilizando agentes com comunicação direta” e
Cavalheiro (2021) intitulado “O uso de semáforos inteligentes como instrumento no
combate à crise de mobilidade urbana: uma análise da cidade de São Paulo”.
Para isso, foi realizada a análise dos requisitos deste projeto e posteriormente a
análise dos trabalhos já desenvolvidos. Os requisitos propostos a este projeto partem do
objetivo anteriormente explicitado, sendo iniciado pela análise da área com o estudo de
tráfego da área, levantamento de dados do Google e Waze e levantamento de dados das
câmeras de monitoramento, nesta área será considerada a via principal escolhida e as vias
secundárias que têm ligação com a principal.
Nesta etapa de análise da área foi considerada pela equipe uma análise e
acompanhamento durante 4 semanas para percepção do tráfego e posterior triangulação dos
dados para melhor aprofundamento nas necessidades e tráfego da área, indicado por
Cavalheiro (2021) como fundamental para implementação eficaz de um semáforo
inteligente na cidade de São Paulo.
Posterior à análise, considera-se a simulação do semáforo inteligente em
programas disponibilizados, Silva et al (2019) e Baroni (2018) apresentam a simulação no
SUMO, que possibilita, segundo os autores, a simulação eficaz e gratuita. Observa-se nas
Figuras 1 e 2 o fluxograma apresentado por Baroni (2018) das etapas da simulação e na
Figura 3 o fluxograma de Silva et al (2019) que exemplifica a interação com os detectores.
Figura 1 - Fluxograma de procedimento
Fonte: Baroni (2018)
Figura 2 - Funcionamento do detector do SUMO
Fonte: Baroni (2018)
Figura 3 - Exemplo de interação do TraCI com os
detectores
Fonte: Silva et al (2019)
Com base nas figuras e análise dos trabalhos dos autores considera-se a
simulação uma aplicação simples, podendo ser realizada em até 1 semana, com as devidas
análises e correções. Após a simulação chega-se ao desenvolvimento do projeto para
implementação, sendo realizado na linguagem Java e, ainda considerando os trabalhos dos
autores supramencionados, considera-se um projeto complexo, porém de fácil
implementação e com código pequeno, enfatizando que os recursos de funcionamento do
semáforo serão de responsabilidade de outras empresas, desta forma, pondera-se a
realização no tempo entre uma a duas semanas.
2.3 Apresentar riscos para implementação do produto e alternativas
para contingenciamento de risco:
Com base nos estudos feitos pelo grupo, identificamos os seguintes riscos
para implementação dos semáforos inteligentes:
● Invasão de pessoas não autorizadas na gestão do sistema de controle de tráfego.
● Alto volume de dados para serem distribuídos, gerando uma grande
necessidade de infraestrutura de armazenamento sempre atualizados e com
tráfego veloz.
● A eficácia tende a ficar comprometida se não houver sincronismo entre
semáforos, os algoritmos corretos e a parametrização. Uma instalação pontual e
isolada pode ser mais prejudicial do que vantajosa.
● Com a implementação da tecnologia 5G, em um futuro muito próximo, carros
autônomos e semáforos inteligentes irão “conversar” entre si. Com isso, se ocorrer algum
erro grave no sistema ou queda de energia, a probabilidade de acidentes acontecerem é alta.
● Quedas de energia causadas por temporais ou acidentes na via, poderiam
ocasionar desligamento dos aparelhos e afetar a programação do sistema
operacional.
Conforme destacado no estudo, é sempre muito importante que todos os riscos
sejam observados no planejamento, para que, no momento da implementação, a
possibilidade de acontecer algo inesperado seja muito menor.
A seguir, elaboramos um plano de contingência focado nos riscos observados pelo
grupo.
Baseado nos dados expostos acima, elaboramos um plano de contingência para agir
em cima dos riscos e tentar saná-los no projeto, antes da implementação física dos
semáforos. Segue plano de contingência focado na eliminação dos riscos:
● Criar um sistema anti - hacking para evitar acesso de pessoas não
autorizadas. A segurança dos dados e a privacidade são também aspectos que
merecem atenção, já que no contexto de uma arquitetura de TI totalmente conectada
e integrada (desde sensores, semáforos, câmeras de monitoramento, redes de
energia, etc), o sistema de controle da mobilidade urbana desenvolvido para uma
cidade está sujeito a ataques de hackers. Assim, é preciso projetar sistemas de
segurança e desenvolver novas tecnologias que sejam mais robustas para estas redes,
que garantam, por exemplo, que um ataque não interfira no monitoramento e
controle de trânsito, a fim de evitar acidentes e congestionamentos gigantescos, que
poderão gerar um caos urbano.
● Utilizar uma infraestrutura (softwares e hardwares) que suportem o enorme volume
de dados gerados, juntamente de pessoas totalmente capacitadas para administrar os
sistemas.
● Garantir o sincronismo dos semáforos inteligentes interligando os sistemas de
imagem (câmeras de monitoramento) e sensores no asfalto, instalando nas regiões onde se
tem o maior fluxo de pedestres e veículos.
● Utilizar softwares que mandem informações precisas de planejamento de
rotas em tempo real para todos os veículos que possuírem a tecnologia. Sendo
assim, no caso de falhas do sistema, acidentes ou veículos quebrados na rota, o GPS
indicará o melhor caminho a se fazer.
● Utilização de Nobreaks em cada equipamento instalado, para que, em situações de
queda de energia não afetem o funcionamento dos aparelhos e interfiram no trânsito.
Por fim, nos parágrafos acima, identificamos e destacamos os riscos mais
evidentes que poderiam ocasionar um atraso no processo de implementação e
funcionamento dos semáforos inteligentes. Baseado nisso, criamos um plano de
contingência para evitar falhas e retrabalhos desnecessários.
3 Análise de Sistemas
3.1 Processo de elicitação de requisitos
Inicialmente, foi precisoidentificar e entender qual é o real problema, que é a mobilidade
urbana nas grandes cidades, para assim conceber uma solução que atenda as necessidades de
melhorias através de funcionalidades de um sistema.
Baseado na ideia principal do projeto de semáforos inteligentes, foi definido que a técnica de
extração de requisitos será através de brainstorming. A técnica consiste em uma ou várias
reuniões que permitem que as pessoas sugiram e explorem ideias.
As ideias exploradas no brainstorming consistem em quais as melhores tecnologias a serem
utilizadas no processo de desenvolvimento do software, definição de metas de entregas,
levantamento de dados do trânsito, resolução de problemas.
Tecnologias:
- Serão utilizados softwares de gestão de dados que captam informações de vias urbanas,
dados de tráfegos, passagem de pedestres, horários de pico, como forma de aprimoramento do
sistema operacional.
Foi estipulado um sistema teste, para captar as informações e disponibiliza-las em um banco
de dados compartilhado para os desenvolvedores. As informações captadas serão a base para
o desenvolvimento da operação e processamento dos dados.
Com base nos dados obtidos, o software funcionará da seguinte forma:
Em vias de tráfego mais intenso, o software irá processar os dados e será capaz de diminuir
ou aumentar o tempo de espera na sinaleira para veículos e pedestres.
Baseado nos dados expostos, o sistema será capaz de tomar decisões de acordo com os dados
extraídos da base de dados, contribuindo e melhorando o fluxo das vias urbanas nas cidades
implementadas.
3.2 Requisitos Extraídos
3.2.1 Requisitos Funcionais
Primeiramente, segundo SOMMERVILLE (2018), os denominados requisitos
funcionais são as funcionalidades que deverão estar disponíveis a cada usuário ao acessar o
sistema. Em outras palavras, esses requisitos são as tarefas que deverá ser capaz de realizar.
1. Cadastro de usuários: disponibilização de uma área para cadastro de usuários com
perfil de Administrador e Assistente;
2. Redefinição de senha: o sistema deve ter a capacidade de enviar um link por e-mail
para redefinição de senha do administrador, caso este a esqueça;
3. Login: o sistema deverá viabilizar uma tela com campos de login e senha para acesso
do administrador e assistente;
4. Cadastro de via principais e secundárias: o sistema deve disponibilizar um campo
específico para cadastro das vias principais e secundárias;
5. Cadastro de mapas e localização: o sistema deverá ter uma área para atualização e
cadastro de mapas que possam identificar, em tempo real, o trânsito da região, sentido
do tráfego de veículos e nível do tráfego local;
6. Alerta: o sistema deverá ser capaz de emitir um alerta vindo do sensor/câmera aos
seus respectivos semáforos.
3.2.2 Requisitos Não-Funcionais
Ainda sobre os requisitos, o sistema conterá os chamados requisitos não-funcionais.
De acordo com SOMMERVILLE (2018), esses requisitos não possuem relação direta com as
funções e atividades listadas acima, mas sim, tratam de limites impostos para elas.
1. Incompatibilidade com dispositivos móveis: o acesso ao sistema não será possível via
dispositivos móveis, sendo de uso exclusivo por computadores desktops e notebooks;
2. Inclusão de dados: o sistema não permitirá a edição dos dados pelo perfil de
Assistente, mas somente Administrador. O perfil de Assistente terá somente a
capacidade de leitura dos dados.
3.2.3 Fluxos alternativos
Tendo em vista a otimização das rotinas, as regas de negócio são padrões que
condicionam o funcionamento do negócio, aplicadas no que diz respeito ao software, auxilia
na tomada de decisões de forma rápida e segura. Um dos principais pontos a ser trabalhado é
otimização de tempo/espaço para que os semáforos atuem de forma eficiente ao detectar a
aproximação dos veículos, para assim saber quando deverá fechar (ao apresentar o sinal
vermelho) ou abri (ao apresentar o sinal verde), como mostrados nas imagens abaixo:
Essas regras consistem às necessidades das empresas ao iniciar um projeto, desenvolver o
software e aplicar as técnicas e métodos voltadas ao projeto.
Fluxos alternativos são funcionalidades executadas as partir da tomada de decisão do
usuário, no caso aqui, a do motorista. Suponha que o motorista esteja em sua rota numa via já
integrada ao sistema de semáforos inteligentes, mas em horário que ele corra riscos (violência
urbana ou até acidente), então avança o sinal que se apresenta fechado (vermelho), o sistema
logo detectará essa informação e mudara o sinal dos semáforos a frente. Devido a decisão
inicial do condutor do veículo o software precisou fazer alterações para evitar qualquer tipo
de congestionamento. Por isso é de suma importância que o sistema esteja totalmente
sincronizado.
4 Modelo de Dados
4.1 Elicitações de Entidades
Segundo Dantas, Cordula e Araújo (2016, p. 54), “o modelo de entidade relacionamento
(MER) tem por base a descrição de algo do mundo real realizada através de um conjunto de
objetos chamados “entidades” e pelo conjunto de “relacionamentos” entre esses objetos”. As
entidades apresentam coisas do mundo real que estejam relacionadas e interfiram e/ou
participem do sistema a ser desenvolvido.
As entidades ainda possuem atributos, sendo estes a descrição das suas propriedades
particulares, “os valores assumidos por cada atributo descrevem as entidades e formam o
conjunto de dados armazenados na base de dados” (ELMASRI; NAVATHE, 2005, p. 39 apud
Dantas, Cordula e Araújo, 2016, p. 54).
Dentre as entidades deste projeto, relativo à um Semáforo Inteligente, foram elicitados os
semáforos das vias principais e secundárias selecionadas, câmeras, sensores no pavimento e
os veículos transitantes nas vias. Em relação ao semáforo, os atributos considerados seriam o
seu código de identificação, a sua localização principal, sendo este o endereço onde o
semáforo está localizado, a sua localização secundária, o endereço da via secundária ou ponto
de referência da localização e o sentido do tráfego de veículos.
As câmeras e sensores de pavimento, sendo aqueles que verificam a velocidade dos veículos,
seriam correlacionados e as informações seriam convergentes, os atributos de ambos são o
código de identificação, localização principal e secundária, sentido do tráfego de veículos e
percepção da presença ou ausência de tráfego de veículos no local.
Em relação ao veículo, será uma entidade percebida também em outras entidades (a câmera e
sensores do pavimento), relativa à entidade em si, serão considerados os atributos de
localização principal e secundária e sentido do tráfego.
Em suma, a pretensão do projeto é que na via principal tenha o semáforo aberto em um
sentido em um determinado momento. Quando o sensor e câmera localizarem um ou mais
veículos no outro sentido, informará ao semáforo que deve dar um tempo para o fluxo da
outra via. Os sensores de pavimento e câmera passarão esse alerta quando avistarem os
veículos.
4.2 Diagrama Entidade Relacionamento (DER)
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Acesso em: 29 dezembro, 2021.
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https://www.dgabc.com.br/Noticia/3753156/ataque-relampago-cresce-39-e-roubo-com-pix-
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de Janeiro, 31 dez. 1940.
http://www.dgabc.com.br/Noticia/3753156/ataque-relampago-cresce-39-e-roubo-com-pix-di
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