Time-Critical Digital Twin Infrastructure: A Data Model and Synchronization Analysis Toward Vulnerable Road Users Safety in Road Intersections
Nome: VICTOR MANUEL GARCIA MARTINEZ
Data de publicação: 16/12/2025
Banca:
Nome |
Papel |
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| CELSO JOSE MUNARO | Examinador Interno |
| DIVANILSON RODRIGO CAMPELO | Coorientador |
| FLÁVIO GERALDO COELHO ROCHA | Examinador Externo |
| JEAN - MARIE BONNIN | Examinador Externo |
| JULIANO ARAUJO WICKBOLDT | Examinador Externo |
Páginas
Resumo: A crescente complexidade da mobilidade urbana e a vulnerabilidade cada vez maior dos usuários não motorizados das vias intensificaram a necessidade de soluções de segurança inteligentes e com tempo crítico em cruzamentos rodoviários. Esta tese investiga se as tecnologias atuais de Gêmeos Digitais (DT) e as infraestruturas de suporte conseguem atender aos rigorosos requisitos de tempo de aplicações críticas para a segurança em Sistemas Inteligentes de Transporte (ITS), com foco específico na proteção de Usuários Vulneráveis (VRUs). Para tanto, propõe-se uma estrutura funcional baseada inteiramente em ferramentas de
código aberto, composta por uma arquitetura de referência replicável, um modelo de dados semântico baseado em estados de risco discretos e uma metodologia para avaliar as restrições de tempo no pior caso. A tese contribui com uma ontologia específica do domínio, que formaliza os elementos estáticos e dinâmicos de cruzamentos viários, e introduz um modelo de classificação de risco leve que permite inferência em tempo real em ambientes de execução determinísticos. Uma contribuição analítica complementar estabelece um modelo de tempo de rede no pior caso, usando o cálculo de redes determinístico, e avalia fluxos de sincronização em infraestruturas tradicionais e habilitadas para Redes Sensíveis ao Tempo (TSN). A validação experimental foi conduzida por meio de uma implementação híbrida de DT baseada em FIWARE e CARLA, implantada em uma plataforma edge-cloud aprimorada com StarlingX. Os resultados demonstram que o conceito de DT-RI é funcionalmente viável; entretanto, as atuais infraestruturas de comunicação e computação não determinísticas oferecem pouca margem para o processamento de operações críticas à segurança. Constatou-se que as redes tradicionais são incapazes de manter de forma confiável as garantias de latência à medida que o sistema escala com o número de interseções ou a densidade de sensores. Em
contraste, as configurações baseadas em TSN preservam consistentemente a latência ultrabaixa, mesmo sob demandas operacionais crescentes. A execução na borda demonstrou uma responsividade média aceitável; entretanto, atrasos ocasionais foram suficientemente significativos para comprometer o tempo restante disponível para a inferência de risco, tornando as abordagens de processamento baseadas em nuvem inadequadas para ciclos de decisão críticos para a segurança. Essas descobertas confirmam que o comportamento de latência no pior caso, em vez do desempenho médio, deve ser utilizado em tais operações críticas em tempo real. Portanto, a tese conclui que os futuros sistemas DT-ITS devem incorporar mecanismos de comunicação determinísticos e executar a lógica de decisão na borda para garantir uma reação oportuna. O texto discute ainda que métodos preditivos leves são mais adequados do que modelos de IA de alta complexidade quando se opera sob restrições temporais rigorosas, reforçando o princípio de que cumprir os prazos de decisão é mais crítico do que maximizar a sofisticação preditiva.
