Design and evaluation of a real-time, energy-aware wireless pedestrian counting sensor using passive and active technologies

Abstract

Pedestrian flow monitoring is important for urban planning, transportation management, and smart city or tourism applications. Moreover, real-time monitoring may be essential in critical environments with low pedestrian volumes and limited infrastructure, including the absence of power supply and unreliable connectivity. Examples include birdwatching observatories, wildlife conservation areas, and open-air heritage sites, where conventional sensing solutions are impractical. This dissertation presents a cost-effective and energy-efficient pedestrian real-time counting system designed for such conditions. The system integrates two pairs of active infrared detectors to register crossings and determine movement direction and counting, while passive infrared detectors activate both the AIR detectors and the Internet of Things processing unit. This strategy reduces energy consumption by enabling operation only when motion is detected. For communication, the system dynamically selects between Wi-Fi and LoRaWAN, depending on local connectivity, thus ensuring flexible deployment. The architecture combines open-source software and off-the-shelf hardware, enhancing reproducibility and affordability. A comparative study of multiple active infrared detectors was conducted, evaluating power consumption, detection accuracy, susceptibility to interference, and horizontal beam angle. This analysis addresses the lack of systematic evaluations of active infrared technologies for pedestrian monitoring and provides guidelines for component selection in similar systems. The results demonstrate that the proposed system enhances both accuracy and energy efficiency, achieving up to 97% precision and a fivefold improvement in operational autonomy relative to conventional AIR-only solutions, thereby enabling reliable, real-time, and non-intrusive pedestrian monitoring.

A monitorização do fluxo de pedestres é essencial para o planeamento urbano, a gestão do transporte e as aplicações de cidades inteligentes. Em muitos contextos, deve ser realizada em ambientes com restrições espaciais, baixo volume de pedestres e infraestrutura limitada, incluindo ausência de energia e conetividade instável. Exemplos incluem observatórios de aves, áreas de conservação e locais históricos ao ar livre, onde soluções convencionais são impraticáveis. Esta dissertação apresenta um sistema de contagem de pedestres economicamente e energeticamente eficiente, projetado para tais condições. O sistema integra dois pares de detectores infravermelhos ativos para registrar travessias e determinar a direção do movimento, enquanto sensores infravermelhos passivos ativam os detectores ativos e a unidade de processamento IoT. Esta estratégia reduz o consumo energético, operando apenas quando é detetado movimento. Para comunicação, o sistema seleciona dinamicamente entre Wi-Fi e LoRaWAN, garantindo flexibilidade de instalação. A arquitetura combina software de código aberto e uso corrente, aumentando a reprodutibilidade e acessibilidade. Foi realizado um estudo comparativo de vários detectores AIR, avaliando consumo energético, precisão, suscetibilidade à interferência e ângulo de feixe horizontal. Esta análise aborda a falta de avaliações sistemáticas de tecnologias de infravermelhos ativos para contagem de pedestres e fornece diretrizes para seleção de componentes em sistemas semelhantes. Os resultados demonstram que o sistema proposto melhora a precisão e a eficiência energética, alcançando até 97% de precisão e um aumento de cinco vezes na autonomia operacional em relação às soluções convencionais com AIR, permitindo uma monitorização pedonal fiável, em tempo real e não intrusiva.