NGHIÊN CỨU THUẬT TOÁN HỌC MÁY ÁP DỤNG CHO HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ NHẬN DẠNG HÀNH VI TRÊN BÒ (Luận văn thạc sĩ)NGHIÊN CỨU THUẬT TOÁN HỌC MÁY ÁP DỤNG CHO HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ NHẬN DẠNG HÀNH VI TRÊN BÒ (Luận văn thạc sĩ)NGHIÊN CỨU THUẬT TOÁN HỌC MÁY ÁP DỤNG CHO HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ NHẬN DẠNG HÀNH VI TRÊN BÒ (Luận văn thạc sĩ)NGHIÊN CỨU THUẬT TOÁN HỌC MÁY ÁP DỤNG CHO HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ NHẬN DẠNG HÀNH VI TRÊN BÒ (Luận văn thạc sĩ)NGHIÊN CỨU THUẬT TOÁN HỌC MÁY ÁP DỤNG CHO HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ NHẬN DẠNG HÀNH VI TRÊN BÒ (Luận văn thạc sĩ)NGHIÊN CỨU THUẬT TOÁN HỌC MÁY ÁP DỤNG CHO HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ NHẬN DẠNG HÀNH VI TRÊN BÒ (Luận văn thạc sĩ)NGHIÊN CỨU THUẬT TOÁN HỌC MÁY ÁP DỤNG CHO HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ NHẬN DẠNG HÀNH VI TRÊN BÒ (Luận văn thạc sĩ)NGHIÊN CỨU THUẬT TOÁN HỌC MÁY ÁP DỤNG CHO HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ NHẬN DẠNG HÀNH VI TRÊN BÒ (Luận văn thạc sĩ)NGHIÊN CỨU THUẬT TOÁN HỌC MÁY ÁP DỤNG CHO HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ NHẬN DẠNG HÀNH VI TRÊN BÒ (Luận văn thạc sĩ)
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGUYỄN ĐÌNH CHINH NGHIÊN CỨU THUẬT TỐN HỌC MÁY ÁP DỤNG CHO HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ NHẬN DẠNG HÀNH VI TRÊN BỊ LUẬN VĂN THẠC SĨ: NGÀNH CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ, TRUYỀN THÔNG Hà Nội – 2017 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ NGUYỄN ĐÌNH CHINH NGHIÊN CỨU THUẬT TỐN HỌC MÁY ÁP DỤNG CHO HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ NHẬN DẠNG HÀNH VI TRÊN BỊ Ngành: Cơng nghệ Kỹ thuật Điện tử, Truyền thông Chuyên Ngành: Kỹ thuật Điện tử Mã Số: 60 52 02 03 LUẬN VĂN THẠC SĨ: NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ, TRUYỀN THÔNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS LÊ VŨ HÀ PGS TS TRẦN ĐỨC TÂN Hà Nội - 2017 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn tốt nghiệp: “Nghiên cứu thuật toán học máy áp dụng cho hệ thống giám sát nhận dạng hành vi bò” cơng trình nghiên cứu riêng tác giả Các số liệu, kết trình bày luận văn hồn tồn trung thực, chưa công bố cơng trình khác Trong luận văn có dùng số tài liệu tham khảo nêu phần tài liệu tham khảo Tác giả luận văn Nguyễn Đình Chinh LỜI CẢM ƠN Để hồn thành luận văn tốt nghiệp này, trước tiên, xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc tình cảm đặc biệt tới người Thầy PGS TS Trần Đức Tân Thầy người theo sát tơi, tận tình bảo, góp ý hướng dẫn, định hướng cho tơi suốt q trình làm luận văn Khoa Điện tử Viễn thông, Trường Đại học Công nghệ Tôi không học Thầy phương pháp luận nghiên cứu khoa học, tơi tích lũy nhiều học quý báu cách làm việc chuyên nghiệp, lối tư đánh giá việc, kinh nghiệm làm việc quan trọng cho công việc sau Em cảm ơn Thầy nhiều! Tôi xin cảm ơn đến thầy TS Lê Vũ Hà cung cấp cho kiến thức tảng lĩnh vực học máy, người đồng hướng dẫn luận văn Tôi xin cảm ơn thầy, anh đồng nghiệp môn Vi điện tử vi hệ thống – trường Đại học Cộng nghệ, họ gương nghiên cứu khoa học người sát cánh, động viên tinh thần giúp đỡ nghiên cứu Cảm ơn anh Phùng Công Phi Khanh – Nghiên cứu sinh môn, người nghiên cứu này, cảm ơn bạn sinh viên nhóm nghiên cứu, em hỗ trợ để tơi hồn thành nghiên cứu Tiếp theo, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Thầy, Cô anh chị em Khoa sẵn sàng giúp đỡ tạo điều kiện tốt cho tơi q trình làm luận văn Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn chân thành yêu thương tới bố mẹ tôi, người luôn ủng hộ, động viên vật chất lẫn tinh thần để tơi hoàn thành luận văn tốt Con cảm ơn bố mẹ thật nhiều! Mặc dù có nhiều cố gắng, song thời gian thực luận văn có hạn, nên luận văn nhiều hạn chế Tơi mong nhận nhiều góp ý, bảo thầy, để hồn thiện luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày … tháng 04 năm 2017 Học viên Nguyễn Đình Chinh TĨM TẮT Ngành chăn nuôi, sản xuất sữa thực phẩm ngành kinh tế quan trọng phát triển kinh tế xã hội an ninh lương thực giới Để bảo đảm phát triển bền vững ngành việc giám sát chăm sóc sức khỏe gia súc có vai trò quan trọng nhu cầu thiết yếu ngành chăn ni Tại Việt Nam, có số cơng ty sữa lớn TH Truemilk, VINAMILK, để nâng cao suất chất lượng sản phẩm, họ quan tâm đến vấn đề sức khoẻ bò Vì vậy, họ có nhu cầu giám sát thể chất sinh lý đàn bò thường xuyên tốt Phát sinh từ chất khó khăn liên quan đến việc quản lý trang trại với khu chăn thả lớn, nhà chăn ni ln ln có nhu cầu "giám sát" động vật họ cách tự động tiết kiệm chi phí Cơng nghệ mạng cảm biến không dây giải pháp khả thi cho vấn đề Trong thông tin cần cho việc chăn sóc sức khỏe gia súc hành vi sở quan trọng nhạy cảm Việc giám sát hành vi bò thực tế thường tiến hành theo hướng quan sát chuyển động cổ bò chuyển động chân bò Dữ liệu từ thiết bị quan sát lưu lại thiết bị để xử lý sau truyền thông không dây thiết bị trung tâm để xử lý Tuy nhiên, việc thực thi kỹ thuật chưa đáp ứng việc giám sát thời gian thực hay quy mô chăn thả lớn, nhiều hệ thống xác định hai hành vi trạng thái động vật thời điểm nhiều hành vi độ xác thấp Trong hệ thống này, cảm biến gia tốc sử dụng phổ biến để theo dõi hành vi tình trạng sức khoẻ động vật Luận văn đề suất giám sát tình trạng hành vi gia súc thơng qua mạng cảm biến khơng dây Trong đó, nút mạng kết hợp hai thiết bị giám sát hành vi cổ bò chân bò, chúng kết nối không dây với phát triển dựa cảm biến gia tốc trục (cảm biến MPU6050) giúp xác định tình trạng xác Báo cáo hồn thiện mơ hình hệ thống giám sát thực thi thực tế Một số phương pháp gần đề xuất để phân loại hành vi tự động động vật chủ yếu dựa thuật toán học máy khác định, k-means, SVM HMM Luận văn sử dụng 02 thuật toán học máy: thuật toán định thuật toán SVM để phân loại hành vi bò dựa liệu cảm biến gia tốc ba trục từ cổ chân bò truyền đến máy chủ thơng qua mơ hình mạng cảm biến khơng dây Zigbee Tại máy chủ, thuật tốn giúp xử lý phân loại hành vi áp dụng nhằm đưa trạng thái xác Kết nghiên cứu khả phân biệt trạng thái hành vi bò vượt trội kết sử dụng thuật toán SVM so với định kết hợp thông số gia tốc chân cổ bò để đưa đánh giá xác hành vi so với việc dùng thông số gia tốc cổ Nghiên cứu khả phân biệt 05 hành vi: đi, đứng, nằm, ăn uống nước bò Từ khóa: Giám sát, Phân loại hành vi, cảm biến gia tốc, mạng cảm biến không dây, Cây định, Máy vector hỗ trợ (SVM) MỤC LỤC ANH MỤC HÌNH V ANH MỤC ẢNG I ANH MỤC VI T TẮT 10 ANH MỤC KÝ HIỆ 11 MỞ ĐẦ 12 Chương 14 TỔNG Q AN VỀ CÁC HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ NHẬN ẠNG HÀNH VI TRÊN BÒ 14 1.1 Giới thiệu 14 1.2 Giới thiệu hệ thống giám sát bò 15 1.3 Giới thiệu thuật toán học máy 16 1.3.1 Các loại học máy 17 1.3.2 Học máy theo đầu cụ thể 17 1.3.3 Các dạng học máy 18 1.4 Kết luận chương 20 Chương 21 TH ẬT TOÁN HỌC MÁY GIÚP NHẬN ẠNG HÀNH VI TRÊN Ò 21 2.1 Nhận diện hành vi bò 21 2.2 Thuật tốn học máy cho nhận dạng hành vi bò 22 2.2.1 Thuật toán định 22 2.2.2 Thuật toán SVM 24 2.3 Đánh giá hiệu thuật toán học máy 30 2.4 Kết luận chương 31 Chương 32 THI T K HỆ THỐNG, THỰC THI VÀ ĐÁNH GIÁ TH ẬT TOÁN 32 3.1 Thiết kế hệ thống 32 3.1.1 Thiết kế hệ thống thu thập liệu huấn luyện 32 3.1.2 Thiết kế hệ thống giám sát 34 3.2 Thực thi đánh giá thuật toán 42 3.2.1 Thuật toán định 42 3.2.2 Thuật toán SVM 47 3.2.3 Đánh giá hiệu 50 3.3 Kết luận chương 51 K T L ẬN 53 DANH SÁCH CÁC CÔNG Ố 53 TÀI LIỆ THAM KHẢO 54 ANH MỤC HÌNH V Hình 2.1: Xác định ngưỡng theo theo đặc trưng 23 Hình 2.2: Mơ hình định 23 Hình 2.3: Đường phân tách mềm thuật toán SVM 26 Hình 2.4: Thuật tốn SVM đối 30 Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý hệ thống thu liệu mẫu 32 Hình 3.2: Cảm biến gia tốc trục MPU6050 33 Hình 3.3: Module Bluetooth HC05 33 Hình 3.4: Bên thiết bị đo liệu mẫu 34 Hình 3.5: Giao diện phầm mềm thu liệu mẫu 34 Hình 3.6: Mơ hình hệ thống giám sát 35 Hình 3.7: Mơ hình mạng cảm biến 36 Hình 3.8: Sơ đồ nguyên lý thiết bị đo gia tốc chân 37 Hình 3.9: Thiết bị đo gia tốc chân 37 Hình 3.10: Sơ đồ nguyên lý thiết bị đo gia tốc cổ 39 Hình 3.11: Module Zigbee 39 Hình 3.12: Thiết bị đo gia tốc cổ 39 Hình 3.13: Sơ đồ truyền nhận liệu thiết bị đo gia tốc chân cổ bò 40 Hình 3.14: Thiết bị đeo bò 40 Hình 3.15: Raspberry Pi 41 Hình 3.16: Trung tâm điều phối 41 Hình 3.17: Sơ đồ thuật tốn định 43 Hình 3.18: Dữ liệu gia tốc trục cổ bò 44 Hình 3.19: Dữ liệu gia tốc trục chân bò 44 Hình 3.20: Biểu diễn giá trị VeDBA SCAY liệu huấn luyện 45 Hình 3.21: Biểu diễn phân bố liệu theo quan hệ gữi VeDBA SCAY liệu huấn luyện 45 Hình 3.22: Đường cong ROC để xác định Threshold A 46 Hình 3.23: Đường cong ROC để xác định Threshold B 46 Hình 3.24: Đường cong ROC để xác định Threshold C1 47 Hình 3.25: Đường cong ROC để xác định Threshold C2 47 Hình 3.26: Sơ đồ thực thi thuật tốn SVM 48 Hình 3.27: Đồ thị xác định CV thuật tốn SVM với liệu cổ 49 Hình 3.28: Đồ thị xác định CV thuật tốn SVM với liệu cổ chân 50 ... ẬT TOÁN HỌC MÁY GIÚP NHẬN ẠNG HÀNH VI TRÊN Ò 21 2.1 Nhận diện hành vi bò 21 2.2 Thuật toán học máy cho nhận dạng hành vi bò 22 2.2.1 Thuật toán định 22 2.2.2 Thuật. ..ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGUYỄN ĐÌNH CHINH NGHIÊN CỨU THUẬT TỐN HỌC MÁY ÁP DỤNG CHO HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ NHẬN DẠNG HÀNH VI TRÊN BỊ Ngành: Cơng nghệ Kỹ thuật Điện... cam đoan luận văn tốt nghiệp: Nghiên cứu thuật toán học máy áp dụng cho hệ thống giám sát nhận dạng hành vi bò cơng trình nghiên cứu riêng tác giả Các số liệu, kết trình bày luận văn hồn tồn