Nhận dạng hành vi của người tham gia giao thông dựa trên cảm biến điện thoại

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Lữ Đăng Nhạc NHẬN DẠNG HÀNH VI CỦA NGƯỜI THAM GIA GIAO THÔNG DỰA TRÊN CẢM BIẾN ĐIỆN THOẠI LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN HÀ NỘI – 2019 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Lữ Đăng Nhạc NHẬN DẠNG HÀNH VI CỦA NGƯỜI THAM GIA GIAO THÔNG DỰA TRÊN CẢM BIẾN ĐIỆN THOẠI Chuyên ngành: Hệ thống Thông tin Mã số: 9480401.01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS NGUYỄN HÀ NAM PGS TS PHAN XUÂN HIẾU Hà Nội – 2019 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu tơi thực hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Hà Nam PGS.TS Phan Xuân Hiếu Bộ môn Hệ thống Thông tin, Khoa Công nghệ Thông tin, Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội Các số liệu kết trình bày luận án trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tác giả Lữ Đăng Nhạc LỜI CẢM ƠN Luận án thực Bộ môn Hệ thống Thông tin-Khoa CNTT-Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội, hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Hà Nam PGS.TS Phan Xuân Hiếu Trước tiên, xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn Hà Nam PGS.TS Phan Xuân Hiếu Những người Thầy tận tụy dạy, giúp đỡ giải vấn đề khó khăn nghiên cứu khoa học sống Tôi xin gửi lời cảm ơn tới tập thể Thầy, Cô giáo, Nhà khoa học khoa CNTT truyền đạt kiến thức quý báu tạo điều kiện thuận lợi cho q trình học tập nghiên cứu Để có liệu phục vụ cho nghiên cứu, xin gửi lời cảm ơn tới Nhóm nghiên cứu PGS.TS Nguyễn Hà Nam giúp thu thập liệu tiến hành số thực nghiệm liên quan đến Luận án Tôi gửi lời tri ân tới bạn bè, đồng nghiệp, người thân giúp đỡ hỗ trợ tơi suốt q trình nghiên cứu Cuối cùng, tơi vơ biết ơn gia đình, bố mẹ, anh chị em, đặc biệt vợ hai nhỏ tôi, người động viên, giành điều kiện tốt để tơi hồn thành chương trình nghiên cứu Lữ Đăng Nhạc Hà Nội, 2019 ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN I LỜI CẢM ƠN .II MỤC LỤC III DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT V DANH MỤC HÌNH ẢNH VII DANH MỤC BẢNG BIỂU IX MỞ ĐẦU Tính cấp thiết luận án Mục tiêu luận án .3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Đóng góp luận án Bố cục luận án CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ NHẬN DẠNG HÀNH VI 1.1 Giới thiệu .7 1.2 Một số khái niệm 1.2.1 Hành động giao thông 1.2.2 Hành vi giao thông .9 1.3 Sử dụng liệu cảm biến để phân tích hành vi 10 1.4 Một số nghiên cứu liên quan 13 1.5 20 Phương pháp nhận dạng hành vi giao thông dựa cảm biến 1.6 Kết luận 24 CHƯƠNG NHẬN DẠNG HÀNH ĐỘNG GIAO THÔNG 25 2.1 Giới thiệu 25 2.2 25 Sử dụng liệu cảm biến để nhận dạng hành động giao thông 2.3 Một số nghiên cứu liên quan 26 2.4 Hệ thống nhận dạng hành động sử dụng cảm biến gia tốc 30 2.4.1 Một số kiến thức sở 30 2.4.2 Tập thuộc tính đặc trưng 50 2.4.3 2.5 2.6 Đề xuất hệ thống nhận dạng hành động 52 Thực nghiệm đánh giá 57 2.5.1 Môi trường thực nghiệm 57 2.5.2 Dữ liệu thực nghiệm 58 2.5.3 Lựa chọn tập thuộc tính 61 2.5.4 Khảo sát thuật toán phân lớp 64 2.5.5 Xây dựng liệu huấn luyện 65 2.5.6 Đánh giá hệ thống đề xuất so với số nghiên cứu tại[CT4] 70 Kết luận 72 CHƯƠNG NHẬN DẠNG HÀNH VI BẤT THƯỜNG 73 3.1 Giới thiệu 73 3.2 Bài toán nhận dạng hành vi bất thường 73 3.2.1 Nhận dạng bất thường 73 3.2.2 Sử dụng cảm biến điện thoại để nhận dạng hành vi bất thường 77 3.3 Một số nghiên cứu liên quan 78 3.4 Giải pháp nhận dạng hành vi bất thường dựa hệ thống nhận dạng hành động 81 3.4.1 Một số kỹ thuật nhận dạng hành vi bất thường 81 3.4.2 Giải pháp đề xuất nhận dạng hành vi bất thường dựa hệ thống nhận dạng hành động 85 3.5 3.6 Thực nghiệm đánh giá 89 3.5.1 Môi trường thực nghiệm 89 3.5.2 Dữ liệu thực nghiệm 89 3.5.3 Kết thực nghiệm với DTW 93 3.5.4 Kết thực nghiệm với RF Dl4jMlpClassifier 95 3.5.5 Kết thực nghiệm với giải pháp đề xuất 97 Kết luận 101 KẾT LUẬN 103 DANH MỤC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 105 TÀI LIỆU THAM KHẢO 106 DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT T Ừ V A C A cc A N N A U C V 10 D T W F F F N F P G P S G yr J4 kN N M ag N B TI T ẾN VIỆT A Đ cc ộ A Cả cc m Ar tif M ici ạn al Ar gDi ea ện Cr Ph os ươ s ng V D ph K yn ỹ a th mi Bi uậ Fa st ến  Fa m ls tín e D h Fa ươ ls ng eGl tín ob H al ệ Po th G Cả yr m Là m J4 ột th uậ Th k uậ N t ea M to Cả ag m N Th aï uậ v R R R F an ừn R R ec Đ O ei ặc C ve Su tín S pp Vé V or cM t tơ  T Tr m N ue tín N hD ươ T Tr ng P ue tín Po h sit Tỷ Z Ze C ro lệ D D Bả T ec ng vi DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1-1 Hướng nghiên cứu tổng thể toán nhận dạng hành vi 23 Hình 1-2 Hệ thống phân tích hành vi bất thường 24 Hình 2-1 Một số kỹ thuật chuẩn bị liệu [37] 31 Hình 2-2 Phân đoạn chuỗi tín hiệu thành cửa sổ liệu 34 Hình 2-3 (a) Hướng điện thoại xác định hệ tọa độ (X, Y, Z) (b) Hướng di chuyển phương tiện theo hệ tọa độ trái đất (X’, Y’, Z’) 35 Hình 2-4 Kết hợp biểu diễn thơng tin miền thời gian tần số [46] 36 Hình 2-5 Hệ tọa độ trục quay điện thoại thông minh[48] 42 Hình 2-6 Độ đo AUC[50] 48 Hình 2-7 Hệ thống nhận dạng hành động giao thơng 53 Hình 2-8 Thuật tốn lựa chọn kích thước cửa sổ chồng liệu theo AUC 54 Hình 2-9 Nhận dạng hành động với kích thước cửa sổ lựa chọn 56 Hình 2-10 Hành động dừng hành động thẳng 58 Hình 2-11 (a): Hành động rẽ phải; (b): Hành động rẽ trái 59 Hình 2-12 Mơ tả tín hiệu cảm biến gia tốc hành động (a): “Dừng”; (b): “Đi thẳng”; (c):”Rẽ trái”; (d): “Rẽ phải” 59 Hình 2-13 Tập liệu đặc trưng sử dụng cho nhận dạng hành động giao thông 60 Hình 2-14 Phân bổ tập liệu đặc trưng biến đổi với 59 thuộc tính 60 Hình 2-15 Kết phân lớp sử dụng tập thuộc tính H2, T2, F2, TH2, TF2, TFH2 62 Hình 2-16 Kết so sánh liệu thơ liệu biến đổi hệ tọa độ 63 Hình 2-17 Kết độ đo thực nghiệm với thuật toán phân lớp 64 vii Hình 2-18 Chu kỳ thay đổi độ đo AUC tương ứng với hai kích thước cửa sổ liền hành động với: (a) Dừng; (b) Đi thẳng; (c) Rẽ trái; (d) Rẽ phải 67 Hình 2-19 Kết phân lớp với kích thước cửa sổ lựa chọn tập TF2 TFH2 70 Hình 3-1 Khái niệm liệu bất thường[58] 74 Hình 3-2 Độ đo DTW 82 Hình 3-3 Sử dụng DTW để phát hành vi bất thường 83 Hình 3-4 Nhận dạng hành vi bất thường dựa hành động 84 Hình 3-5.Sơ đồ hệ thống phát hành vi bất thường 86 Hình 3-6 Phát hành vi bất thường dựa hành động giao thơng 88 Hình 3-7 Mẫu liệu cảm biến gia tốc hành vi bất thường – “lạng lách” 91 Hình 3-8 Mẫu liệu cảm biến gia tốc hành vi bình thường (đi thẳng) 92 Hình 3-9 Kết so khớp với giá trị ngưỡng khác 94 Hình 3-10 Kết nhận dạng hành vi bình thường bất thường 100 ` ... ích vi c thu thập liệu từ người dùng Chính vậy, thời gian gần đây, nhiều cơng trình nghiên cứu nhận dạng hành vi người dùng bao gồm hành vi cử hành vi giao thông dựa cảm biến điện thoại thông. .. phù hợp để nhận dạng hiệu hành vi giao thông từ liệu cảm biến gia tốc thu điện thoại người điều khiển phương tiện mang theo Tiếp đến, xây dựng hệ thống nhận dạng hành động, hành vi giao thông phù... Lữ Đăng Nhạc NHẬN DẠNG HÀNH VI CỦA NGƯỜI THAM GIA GIAO THÔNG DỰA TRÊN CẢM BIẾN ĐIỆN THOẠI Chuyên ngành: Hệ thống Thông tin Mã số: 9480401.01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGƯỜI HƯỚNG DẪN