Titulo Estágio
Otimização de energia/viagens em ambiente ferroviário
Áreas de especialidade
Sistemas Inteligentes
Engenharia de Software
Local do Estágio
Misto (remoto e presencial – Porto)
Enquadramento
A Nomad Tech, como spin-off tecnológico da empresa Comboios de Portugal, tem como objetivo principal a combinação das áreas da digitalização e gestão de obsolescência no sentido de disponibilizar ao mercado ferroviário soluções que permitem uma otimização relevante do custo do ciclo de vida do material circulante.
Desde 2013, ano em que a empresa foi criada, que a Nomad Tech conta com diversas soluções ferroviárias quer nas vertentes de eficiência energética, com alterações nos sistemas de energia do material circulante, quer na gestão dos ativos, com a introdução de equipamentos de telemetria nalgumas frotas de operadores nacionais, como a CP, e internacionais, como é o caso da DB (Alemanha), RENFE (Espanha), MTM (Austrália), entre outros.
Nos últimos anos, e agora com uma maior relevância atendendo ao facto do ano de 2021 ser o Ano Europeu da Ferrovia e com o sucesso de diversos Programas Operacionais de Financiamento, têm sido feitos esforços para se conseguir uma maior redução nas emissões de CO2. Nesse sentido, a Nomad Tech tem vindo a estudar formas de conseguir introduzir esses esforços na ferrovia. Para tal, tem sido desenvolvido, ao longo dos anos, um sistema de apoio à condução (DAS – Driver Advisory System) que permite, entre outras coisas, calcular a curva ótima de velocidade para cada ponto quilométrico do trajeto, com base nas informações de telemetria do comboio, caraterísticas do trajeto e horário previsto. Mais recentemente, e com os avanços tecnológicos, tem vindo a apostar-se numa vertente “conectada” onde, para além da informação do próprio comboio, também tem informações provenientes da infraestrutura e de outros comboios. Esta nova tecnologia, denominada Connected-DAS (C-DAS), vem então adicionar uma nova camada aos sistemas DAS onde se pretende ligar a infraestrutura ao veículo e o veículo a outros veículos. Assim, pretende-se a integração de Inteligência Artificial (IA) para previsão de tempos de chegada a determinados pontos do trajeto, otimização das viagens quer a nível de consumo energético quer a nível temporal, e melhoria de uma aplicação Android.
Objetivo
O objetivo do estágio consiste em três partes distintas: (1) a introdução de Inteligência Artificial para prever tempos de chegada a determinados pontos de um serviço comercial, (2) otimização da energia/tempo de viagem, e (3) melhoria de uma aplicação Android já existente e afinação de comunicações.
No que toca ao ponto (1), espera-se que o sistema que venha a ser desenvolvido preveja uma viagem completa de um determinado serviço ou, caso o serviço já se encontre a decorrer, possa determinar as horas de chegada a estações subsequentes tendo em conta o atual atraso do serviço. Assim, serão integrados dados provenientes quer do próprio comboio quer da infraestrutura. Os resultados da integração destas duas fontes de dados serão apresentados numa aplicação Android já existente, que será modificada consoante os desenvolvimentos do aluno neste tópico.
No ponto (2), os trabalhos feitos pela Nomad Tech poderão servir como ponto de partida no sentido de melhorar o algoritmo já existente, seja através da sua validação com dados reais, seja com o teste de novos algoritmos estudados no estado da arte. A solução já existente poderá ser utilizada para dar início aos trabalhos nesta área, bem como perceber quais as vantagens da utilização de um sistema DAS como apoio ao maquinista. Para isso, o trabalho também irá incidir em algoritmos já existentes (em C++ e/ou MatLab) que, com a ajuda de uma equipa da Nomad Tech, serão analisados e otimizados com o objetivo de melhorar os resultados obtidos.
Relativamente ao ponto (3), e conforme referido acima, já existe uma aplicação Android que foi testada e validada no terreno. Porém, espera-se que a nível de interface possa ser melhorada para acomodar as novas necessidades da IA (este trabalho será feito em conjunto com uma equipa da Nomad Tech), assim como sejam integradas as otimizações feitas ao algoritmo existente, bem como sejam otimizados os módulos de comunicação já existente no sentido de tornar as ligações ao comboio e à infraestrutura mais resilientes.
Relativamente ao desempenho do aluno, espera-se que tenha autonomia e capacidade crítica face aos desafios propostos, bem como vontade em aprender mais sobre a ferrovia. A metodologia ideal para o desenvolvimento desta proposta seria Agile/Kanban, com utilização do Trello, ou similar, para maior apoio da Nomad Tech ao aluno.
É esperado que, no fim do estágio, seja apresentada uma aplicação móvel melhorada, onde sejam consideradas as previsões de chegada dos serviços, em tempo-real, bem como a otimização das viagens.
Plano de Trabalhos - Semestre 1
No primeiro semestre, o estágio terá as etapas definidas abaixo. Os valores entre parêntesis representam o número de meses previstos para a realização das tarefas.
- Estudo do Estado da Arte e Definição dos Requisitos (M1 a M4) - como resultado, serão apresentadas a investigação feita até à data e os requisitos a considerar, nas áreas de IA e otimização de viagens. Será também nesta etapa que a Nomad Tech fará formação ao aluno para apresentação das soluções já existentes e onde o trabalho se centrará.
- Especificação Técnica da(s) solução(ões) a implementar (M3 a M5) - como resultado, serão apresentadas as soluções identificadas pelo aluno e a comparação com os Requisitos já definidos.
- Integração com dados provenientes do Material Circulante e da Infraestrutura (M4 a M6) - nesta fase, os trabalhos serão focados na integração das diversas fontes de dados e tratamento da informação necessária (e.g., converter para JSON, XML, etc, filtrar informação), bem como aumentar a robustez na comunicação destes dados (tendo em conta questões de qualidade – e.g., falhas na obtenção dos dados, análise de respostas HTTP, entre outros).
- Escrita da Proposta Intermédia (M1 a M6) - como resultado, será apresentada uma proposta intermédia que será a mesma a apresentar na defesa intermédia.
Plano de Trabalhos - Semestre 2
No segundo semestre, o estágio terá as etapas definidas abaixo. Os valores entre parêntesis representam o número de meses previstos para a realização das tarefas.
- Configuração do ambiente de desenvolvimento (M1) - será feito em conjunto com as equipas da Nomad Tech no sentido de haver suporte sempre que for necessário.
- Desenvolvimento e implementação da IA na aplicação (M1 a M5) - com o estudo feito no primeiro semestre, nesta tarefa é expectável que seja desenvolvida e implementada a IA na aplicação.
- Otimização de poupança de energia/tempo de viagem (M3 a M5) - Tendo em conta o estudo feito anteriormente e os atuais projetos da empresa, nesta tarefa é esperado que haja uma integração de possíveis soluções para otimização da viagem, quer a nível de energia quer de pontualidade.
- Implementação da nova versão da aplicação Android (M5 a M6) - com o apoio da equipa da Nomad Tech, será modificada a atual aplicação Android no sentido de incorporar as questões da IA e da otimização da viagem.
- Escrita da Proposta Final (M1 a M6) - como resultado, será apresentada uma proposta final que será a mesma a apresentar na defesa final.
Condições
Sendo o local de estágio “misto”, espera-se que o aluno possa desenvolver a proposta tanto de forma remota como presencial. No primeiro semestre ocorrerão reuniões semanais na sua maioria de forma remota (e.g., via Teams, Zoom). No segundo semestre as reuniões ocorrerão de forma presencial, com regularidade semanal. Também é esperado que, no segundo semestre, o aluno se desloque, em média, 2 vezes por semana aos escritórios da Nomad Tech (no Parque Oficinal de Guifões), para um melhor acompanhamento dos trabalhos.
O orientador e tutor nomeados pela empresa estarão disponíveis quer para questões de nível técnico quer para de nível científico. Os mesmos farão a ponte entre as equipas da Nomad Tech e o aluno, para o ajudar a evoluir no trabalho a desenvolver.
Para além de equipamento informático (i.e., computador e outros periféricos), o aluno terá também formação sobre a estrutura organizacional e funcionamento da empresa. Está prevista uma remuneração mínima de 300€ mensais, sendo esta uma ajuda para eventuais despesas, bem como a disponibilização de um valor aproximado de 50€ para formações online (e.g., Udemy).
Observações
A documentação e as Propostas resultantes do projeto poderão ser em inglês ou português, dando-se preferência à primeira.
O principal foco da proposta os mecanismos de IA para previsão das chegadas, esperando também que o resultado final, da aplicação Android (desenvolvida/modificada com o suporte de uma equipa da Nomad Tech), integre algoritmo(s) de otimização das viagens. Todos os dados necessários para o desenvolvimento ou testes dos algoritmos serão fornecidos pela empresa.
Orientador
Hélder Dinis Soares Ribeiro
helder.ribeiro@nomadtech.pt 📩