(Luận văn thạc sĩ) Nội suy thời gian đến tại một trạm của xe buýt trên bản đồ không gian – thời gian

(Luận văn thạc sĩ) Nội suy thời gian đến tại một trạm của xe buýt trên bản đồ không gian – thời gian(Luận văn thạc sĩ) Nội suy thời gian đến tại một trạm của xe buýt trên bản đồ không gian – thời gian(Luận văn thạc sĩ) Nội suy thời gian đến tại một trạm của xe buýt trên bản đồ không gian – thời gian(Luận văn thạc sĩ) Nội suy thời gian đến tại một trạm của xe buýt trên bản đồ không gian – thời gian(Luận văn thạc sĩ) Nội suy thời gian đến tại một trạm của xe buýt trên bản đồ không gian – thời gian(Luận văn thạc sĩ) Nội suy thời gian đến tại một trạm của xe buýt trên bản đồ không gian – thời gian(Luận văn thạc sĩ) Nội suy thời gian đến tại một trạm của xe buýt trên bản đồ không gian – thời gian(Luận văn thạc sĩ) Nội suy thời gian đến tại một trạm của xe buýt trên bản đồ không gian – thời gian(Luận văn thạc sĩ) Nội suy thời gian đến tại một trạm của xe buýt trên bản đồ không gian – thời gian(Luận văn thạc sĩ) Nội suy thời gian đến tại một trạm của xe buýt trên bản đồ không gian – thời gian(Luận văn thạc sĩ) Nội suy thời gian đến tại một trạm của xe buýt trên bản đồ không gian – thời gian(Luận văn thạc sĩ) Nội suy thời gian đến tại một trạm của xe buýt trên bản đồ không gian – thời gian(Luận văn thạc sĩ) Nội suy thời gian đến tại một trạm của xe buýt trên bản đồ không gian – thời gian(Luận văn thạc sĩ) Nội suy thời gian đến tại một trạm của xe buýt trên bản đồ không gian – thời gian(Luận văn thạc sĩ) Nội suy thời gian đến tại một trạm của xe buýt trên bản đồ không gian – thời gian(Luận văn thạc sĩ) Nội suy thời gian đến tại một trạm của xe buýt trên bản đồ không gian – thời gian(Luận văn thạc sĩ) Nội suy thời gian đến tại một trạm của xe buýt trên bản đồ không gian – thời gian(Luận văn thạc sĩ) Nội suy thời gian đến tại một trạm của xe buýt trên bản đồ không gian – thời gian(Luận văn thạc sĩ) Nội suy thời gian đến tại một trạm của xe buýt trên bản đồ không gian – thời gian(Luận văn thạc sĩ) Nội suy thời gian đến tại một trạm của xe buýt trên bản đồ không gian – thời gian(Luận văn thạc sĩ) Nội suy thời gian đến tại một trạm của xe buýt trên bản đồ không gian – thời gian(Luận văn thạc sĩ) Nội suy thời gian đến tại một trạm của xe buýt trên bản đồ không gian – thời gian(Luận văn thạc sĩ) Nội suy thời gian đến tại một trạm của xe buýt trên bản đồ không gian – thời gian(Luận văn thạc sĩ) Nội suy thời gian đến tại một trạm của xe buýt trên bản đồ không gian – thời gian(Luận văn thạc sĩ) Nội suy thời gian đến tại một trạm của xe buýt trên bản đồ không gian – thời gian(Luận văn thạc sĩ) Nội suy thời gian đến tại một trạm của xe buýt trên bản đồ không gian – thời gian(Luận văn thạc sĩ) Nội suy thời gian đến tại một trạm của xe buýt trên bản đồ không gian – thời gian

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH BÌNH DƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT ĐẶNG NHƯ PHÚ NỘI SUY THỜI GIAN ĐẾN TẠI MỘT TRẠM CỦA XE BUÝT TRÊN BẢN ĐỒ KHÔNG GIAN – THỜI GIAN CHUYÊN NGÀNH: HỆ THỐNG THÔNG TIN MÃ SỐ: 8480104 LUẬN VĂN THẠC SỸ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS TRẦN VĨNH PHƯỚC BÌNH DƯƠNG - 2019 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi hướng dẫn khoa học Thầy PGS TS Trần Vĩnh Phước Các nội dung nghiên cứu, kết đề tài trung thực chưa công bố hình thức từ trước đến Những số liệu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá tác giả thu thập trình thực nghiệm trạm xe buýt thành phố Hồ Chí Minh Ngồi ra, luận văn cịn sử dụng báo tác giả nghiên cứu trước để phục vụ cho việc nghiên cứu ứng dụng nhằm xử lý vấn đề nêu luận văn Các nội dung, nhận xét, đánh giá, hình ảnh số liệu tác giả khác nêu luận văn có trích dẫn thích nguồn gốc Nếu phát có gian lận tơi xin hồn toàn chịu trách nhiệm nội dung luận văn Trường đại học Thủ Dầu Một giáo viên hướng dẫn không liên quan đến vi phạm tác quyền, quyền tơi gây q trình thực (nếu có) Bình Dương, ngày 01 tháng năm 2019 Tác giả Đặng Như Phú ii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn này, em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến Trường đại học Thủ Dầu Một Cảm ơn Ban Giám hiệu Nhà trường tạo điều kiện tốt để em thực tốt luận văn Cảm ơn Phòng Sau đại học giúp đỡ hướng dẫn em cách trình bày luận văn theo quy định em cảm ơn quý Thầy Cô Khoa Kỹ thuật - công nghệ dạy cho em kiến thức tảng, thực tế để em tự tin làm tốt luận văn Cảm ơn bạn lớp cao học CH16TH01 – Chuyên ngành Hệ thống thông tin động viên, chia sẻ kinh nghiệm cho em Đặc biệt, em xin cảm ơn giảng viên hướng dẫn PGS TS Trần Vĩnh Phước tận tâm truyền đạt kiến thức lĩnh vực Trực quan hóa liệu tài liệu bổ ích mà Thầy dày cơng nghiên cứu để em khai sáng tri thức Thầy tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em hết lòng từ bắt đầu thực đề tài hồn thành Em xin ghi khắc cơng ơn Từ đáy lịng mình, em xin biết ơn vơ hạn tới gia đình thân u, cơng sinh thành, ni dưỡng động viên bố mẹ cho em động lực để nghiên cứu hoàn thiện luận văn Cám ơn người bạn thân thiết chăm sóc, khích lệ em q trình nghiên cứu Em xin kính chúc q Thầy Cơ bạn thật nhiều sức khỏe, niềm vui thành công cơng việc sống iii TĨM TẮT LUẬN VĂN Bản đồ khơng gian - thời gian hình khối khơng gian – thời gian, hành trình xe buýt qua trạm trực quan hóa đồ Với tuyến, hành trình xe buýt qua tất trạm dừng biểu diễn đồ không gian - thời gian đường cong liên tục nối điểm không gian - thời gian Trong thực tế, hầu hết xe buýt đến trạm không theo thời gian quy định (sớm muộn) Do đó, để hỗ trợ hành khách đánh giá thời gian đến trạm xe buýt hỗ trợ chuyên giá dựa vào để đánh giá tình hình giao thơng thành phố, lý thuyết tập mờ đề xuất nhằm mờ hóa thời gian đến thực tế xe buýt trạm dừng thông qua cặp (T i, mi) với i=[1,5], mi xác xuất đến trạm thuộc khoảng thời gian Ti thống kê khoảng thời gian 30 ngày trước Phương pháp cho phép người dùng xem xét tình hình đến trạm xe buýt ngày trước để đưa nhận định thời gian đến trạm xem buýt thời điểm Do đó, để hỗ trợ người dùng dự đoán thời gian đến trạm xe buýt thời điểm quan sát, phương pháp nội suy sai phân tiến Newton (Newton’s forward difference interpolation) sử dụng để nội suy thời gian đến trạm xe buýt, sau sử dụng mạng LSTM Networks điều chỉnh độ sai lệch thời gian thực tế thời gian nội suy Khi đó, thời gian đến dự kiến biểu diễn đồ không gian thời gian (t’, p), t’ thời gian dự đốn xe bt đến trạm, p độ xác (%) Việc biểu diễn thời gian đến đồ không gian-thời gian giúp cho hành khách đón xe buýt hiệu nhà quản lý xe buýt xem xét đánh giá mức độ tắc đường hành trình khả lái xe tài xế iv MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN II LỜI CẢM ƠN III TÓM TẮT LUẬN VĂN IV MỤC LỤC V DANH MỤC BẢNG BIỂU VII DANH MỤC HÌNH, ĐỒ THỊ VIII DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT IX CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .1 1.2 PHÁT BIỂU VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .2 1.3 MỤC TIÊU 1.4 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU .3 1.4.1 Đối tượng nghiên cứu 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu .4 1.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.6 CÂU HỎI NGHIÊN CỨU ĐẶT RA ĐỂ GIẢI QUYẾT BÀI TOÁN 1.7 CẤU TRÚC LUẬN VĂN .5 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CÁC NGHIÊN CỨU ĐƯỢC LIÊN QUAN .7 2.1 GIỚI THIỆU 2.2 CÁC KHÁI NIỆM ĐƯỢC LIÊN QUAN 2.3 TRỰC QUAN HÓA .8 2.3.1 Tổng quan .8 2.3.2 Trực quan hóa liệu 11 2.4 BẢN ĐỒ KHÔNG GIAN – THỜI GIAN 11 2.5 NỘI SUY SAI PHÂN TIẾN NEWTƠN 13 2.6 MẠNG LSTM 14 2.6.1 Tổng quan 14 2.6.2 Mơ hình mạng LSTM 15 2.6.3 Ý tưởng mạng LSTM 16 2.6.3.1 Trạng thái tế bào (Cell State) 16 2.6.3.2 Cấu trúc cổng (Gates) 17 2.6.4 Một số biến thể mạng LSTM 19 CHƯƠNG 3: NỘI SUY THỜI GIAN ĐẾN TẠI MỘT TRẠM CỦA XE BUÝT 21 v 3.1 QUY TRÌNH TỔNG QUÁT 21 3.2 XÂY DỰNG HÀM NỘI SUY SAI PHÂN TIẾN NEWTƠN 23 3.2.1 Chuẩn hóa liệu thời gian thu thập 23 3.2.2 Lựa chọn bậc sai phân 23 3.2.3 Tổng kết 26 3.3 SỬ DỤNG MẠNG LSTM ĐỂ DỰ ĐOÁN ĐỘ SAI LỆCH THỜI GIAN 27 3.3.1 Xây dựng liệu huấn luyện kiểm tra 27 3.3.2 Mơ hình mạng LSTM áp dụng để huấn luyện dự đoán 30 3.3.2 Đánh giá hiệu việc huấn luyện mơ hình mạng LSTM 30 3.3.4 Các bước thực 31 3.4 BIỂU DIỄN GIÁ TRỊ NỘI SUY TRÊN BẢN ĐỒ KHÔNG GIAN – THỜI GIAN 32 3.5 CÁC GIẢI THUẬT ÁP DỤNG 35 3.5.1 Giải thuật tổng quát 35 3.5.2 Giải thuật chuẩn hóa liệu 36 3.5.3 Giải thuật lựa chọn bậc sai phân 37 3.5.4 Giải thuật huấn luyện liệu 38 3.6 KẾT LUẬN 39 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 41 4.1 DỮ LIỆU THU THẬP 41 4.2 CHUẨN HÓA DỮ LIỆU 43 4.3 LỰA CHỌN BẬC SAI PHÂN 44 4.4 ÁP DỤNG MƠ HÌNH LSTM ĐỂ HUẤN LUYỆN VÀ DỰ ĐOÁN KẾT QUẢ 48 4.5 ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 50 4.5.1 Phương pháp nội suy sai phân tiến Newtơn 50 4.5.1 Phương pháp mạng LSTM 51 4.6 MÔ PHỎNG TRÊN ĐIỆN THOẠI 52 4.7 KẾT LUẬN 54 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN 55 5.1 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 55 5.2 HƯỚNG NGHIÊN CỨU 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO 57 vi DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Bảng tính sai phân tiến cấp n 14 Bảng 3.1: Bảng chuyển đổi thời gian có dạng hh:mm:ss sang dạng giây 23 Bảng 3.2: Bảng giá trị t’i , Δk,i ứng với bậc sai phân k 25 Bảng 3.3: Bảng tính độ sai lệch thời gian trung bình Δk,avg theo bậc sai phân k 26 Bảng 3.4: Bảng sai phân bậc kselect với mốc có giá trị t0, t1, t2,…, tkselect 28 Bảng 3.5: Bảng sai phân bậc kselect tổng quát 29 Bảng 3.6: Thời gian nội suy độ sai lệch tương ứng, với s=n-kselect 29 Bảng 4.1: Số liệu thời gian xe buýt đến trạm dừng thực tế 42 Bảng 4.2: Số liệu thời gian đến trạm dừng xe buýt chuẩn hóa 44 Bảng 4.3: Giá trị nội suy trạm theo bậc sai phân từ đến 46 Bảng 4.4: Độ sai lệch thời gian nội suy với thời gian thực tế trạm theo bậc sai phân k = 2,3,4,5 47 Bảng 4.5: Trung bình cộng độ sai lệch thời gian thời gian nội suy với thời gian thực tế theo bậc sai phân từ đến trạm dừng xe buýt 48 Bảng 4.6: Thời gian dự đoán đến trạm xe buýt trạm 49 Bảng 4.7: Thời gian dự kiến mà xe buýt đến trạm 49 vii DANH MỤC HÌNH, ĐỒ THỊ Hình 2.1: Mơ hình trực quan hóa thơng tin biểu diễn dân số nước Mỹ năm1999 Hình 2.2: Mơ hình trực quan hóa liệu để biểu diễn sơ yếu lý lịch 10 Hình 2.3: Bản đồ hành quân Napoleon rút quân khỏi Mowcow (18121813) 10 Hình 2.4: Biểu diễn di chuyển xe buýt hình khối không gian-thời gian 12 Hình 2.5: Mơ hình biểu diễn mơdun với lớp mạng RNN chuẩn 15 Hình 2.6: Mơ hình biểu diễn mô-đun mạng LSTM với tầng tương tác 15 Hình 2.7: Các ký hiệu mạng LSTM 16 Hình 2.8: Trạng thái tế bào (Cell State) 16 Hình 2.9: Cấu trúc cổng (Gates) 17 Hình 2.10: Mơ hình hoạt động cổng (Gates): Sigmoid 17 Hình 2.11: Mơ hình xác định thông tin cần đưa vào: 18 Hình 2.12: Mơ hình cập nhật trạng thái tế bào cũ vào trạng thái tế bào 18 Hình 2.13: Mơ hình định cổng việc đưa thơng tin đầu 19 Hình 2.14: Mạng LSTM thêm đường kết nối “peephole connections” 20 Hình 2.15: Mơ hình mạng LSTM với hai cổng loại trừ đầu vào nối với 20 Hình 2.16: Mơ hình mạng LSTM đề xuất Cho cộng năm 2014 20 Hình 3.1: Quy trình thực 22 Hình 3.2: Quá trình nội suy thời gian đến trạm xe buýt 24 Hình 3.3: Mơ hình mạng LSTM áp dụng để dự đốn độ sai lệch thời gian 30 Hình 3.4: Biểu diễn hành trình đồ khơng gian-thời gian 33 Hình 3.5: Biểu diễn điểm không gian-thời gian giá trị thời gian đồ không gian-thời gian 34 Hình 4.1: Mơ hình hiển thị tuyến xe buýt trạm dừng 53 Hình 4.2: Mơ hình hiển thị thời gian dự kiến mà xe buýt đến trạm dừng 54 viii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt LSTM LSTM Networks Mô tả Long short-term memory: Bộ nhớ dài-ngắn Mạng nhớ dài-ngắn RNN Recurrent Neural Network: Mạng Nơron hồi quy MSE Mean Square Error: Sai số toàn phương trung bình RMSE Root Mean Square Error: Sai số tồn phương trung bình gốc ix Chương GIỚI THIỆU 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Phương tiện công cộng giải pháp hàng đầu áp dụng thành phố lớn Việt Nam để hạn chế tình trạng ùn tắc giao thơng, nhiễm mơi trường, tai nạn giao thông,… Qua khảo sát thực nghiệm thành phố Hồ Chí Minh, lượng dân cư tập trung đúc nên có nhiều phương tiện di chuyển nên tượng ùn tắc giao thông thường xuyên xảy Đây lý mà hầu hết xe buýt thường đến trạm không theo thời gian quy định vấn đề giao thông thành phố Hồ Chí Minh như: tình trạng kẹt xe, ách tắc giao thông,… Để hỗ trợ hành khách xác định thời gian mà xe buýt đến trạm giúp chun gia đánh giá tình hình giao thơng thành phố lý thuyết tập mờ đề xuất nhằm biểu diễn thời gian khơng chắn hình khối không gian – thời gian Tuy nhiên, liệu biểu diễn hình khối thống kê 30 ngày trước đó, việc dự đốn thời gian xe buýt đến trạm chưa xác Vấn đề đặt xây dựng mơ hình nội suy nhằm dự đốn thời gian đến trạm xe buýt để hỗ trợ hành khách chủ động thời gian để đón xe buýt kịp khơng bị lãng phí thời gian chờ xe buýt Nội suy phương pháp ước tính giá trị điểm liệu chưa biết phạm vi tập hữu hạn rời rạc giá trị thông qua hàm số Từ liệu thời gian thực tế mà xe buýt đến trạm dừng, tiến hành áp dụng phương pháp nội suy để ước lượng thời gian mà xe buýt đến trạm Bản đồ không gian – thời gian đề xuất nhằm biểu diễn trực quan đồ xe buýt thành phố phương pháp giúp hành khách nhà nghiên cứu có nhìn trực quan tình hình xe bt đến trạm ngày Dự báo thời gian xe buýt đến trạm giúp cho hành khách định lượng ... với thời gian thực tế t mà xe buýt đến trạm, giá trị tính bằng: Δt = t’ – t Thời gian đến thời gian thực tế mà xe buýt đến trạm dừng xe buýt Thời gian thực tế t thời gian mà xe buýt đến trạm. .. phẳng đồ Các đối tượng không gian trạm dừng xe buýt lộ trình mà xe buýt qua trạm cố định mặt phẳng đồ; thời gian đến trạm xe buýt biểu diễn trục thời gian Điểm không gian – thời gian đồ không gian. .. tế thời gian nội suy Khi đó, thời gian đến dự kiến biểu diễn đồ không gian thời gian (t’, p), t’ thời gian dự đoán xe buýt đến trạm, p độ xác (%) Việc biểu diễn thời gian đến đồ không gian- thời