Tóm tắt luận án Tiến sĩ Hệ thống thông tin: Nhận dạng hành vi của người tham gia giao thông dựa trên cảm biến điện thoại

34 85 0
Tóm tắt luận án Tiến sĩ Hệ thống thông tin: Nhận dạng hành vi của người tham gia giao thông dựa trên cảm biến điện thoại

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

Mục tiêu chính của Luận án tập trung vào phân tích dữ liệu cảm biến thu được từ điện thoại của người tham gia giao thông nhằm nhận dạng được các hành vi giao thông bất thường. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ LỮ ĐĂNG NHẠC NHẬN DẠNG HÀNH VI CỦA NGƯỜI THAM GIA GIAO  THƠNG DỰA TRÊN CẢM BIẾN ĐIỆN THOẠI Chun ngành: Hệ thống Thơng tin Mã số: 9480401.01 TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ CƠNG NGHỆ THƠNG TIN MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của luận án Trong hệ  thống giao thơng đơ thị, có nhiều yếu tố  tác động đến  vấn đề  quản lý và an tồn giao thơng. Trong đó, thái độ  và hành vi của  người tham gia giao thơng có tác động trực tiếp hệ  thống. Do đó, việc  nhận dạng hành vi của người tham gia giao thơng bao gồm cả  nhận  dạng các hành động và hành vi bất thường có một ý nghĩa rất lớn trong   việc xây dựng giải pháp, ứng dụng hỗ trợ người tham gia giao thơng  Vì  vậy, chủ  đề  này đã và đang thu hút được sự  quan tâm nghiên cứu của  nhiều nhà khoa học, các phòng thí nghiệm trên thế  giới. Hơn thế  nữa,  những thơng tin về hành vi của người tham gia giao thơng sẽ rất hữu ích  cho những nhà quản lý trong việc quy hoạch hệ  thống và xây dựng   chính sách quản lý giao thơng và các chính sách an sinh xã hội khác.  Ngồi ra, mơ hình nhận dạng hành vi người tham gia giao thơng còn trợ  giúp đánh giá mức độ  rủi ro trong các lĩnh vực bảo hiểm cũng như  có  thể ước tính mức độ tiêu thụ năng lượng và ơ nhiễm mơi trường của hệ  thống giao thơng Để xây dựng được mơ hình nhận dạng hành vi của người tham gia  giao thơng các thơng tin, dữ liệu của người tham gia được thu thập bằng   nhiều cách khác nhau. Thí nghiệm ban đầu đã thu thập dữ liệu bằng các  thiết bị cảm biến cố định trên đối tượng nghiên cứu. Nhờ sự phát triển   của cơng nghệ  phần cứng, nhiều loại cảm biến khác nhau được tích   hợp đã cho phép điện thoại thơng minh trở thành cơng cụ hữu ích trong  việc thu thập dữ liệu từ người dùng. Chính vì vậy, trong thời gian gần  đây, nhiều cơng trình nghiên cứu về nhận dạng hành vi người dùng bao  gồm cả  hành vi cử  chỉ  và hành vi trong giao thơng dựa trên cảm biến   điện thoại thơng minh được cơng bố. Tuy nhiên, để  đảm bảo độ  chính  xác cao trong kết quả  của mơ hình nhận dạng thì hầu hết các nghiên  cứu được thực hiện với vị trí điện thoại cố  định trên phương tiện giao   thơng hoặc sử  dụng tập thuộc tính đặc trưng có số  lượng lớn nhằm  trích xuất dữ  liệu từ  nhiều nguồn cảm biến khác nhau của điện thoại.  Điều này làm cho mơ hình xây dựng giảm tính tiện dụng  cũng như giảm  khả năng ứng dụng trong thực tế. Điều này dẫn đến hướng nghiên cứu   nhận dạng hành vi của người dùng khi vị  trí điện thoại người dùng  khơng cố định trong q trình tham gia giao thơng Ngồi ra, những nghiên cứu đã cơng bố về nhận dạng hành vi giao  thơng được thực hiện trong các điều kiện hồn cảnh khác nhau. Trong  đó, có sự khác nhau về yếu tố khu vực địa lý, hạ tầng giao thơng và văn  hóa so với các điều kiện và mơi trường giao thơng tại Việt Nam. Do   vậy, những mơ hình nhận dạng đã được xây dựng gặp nhiều khó khăn   khi phát triển và áp dụng trong điều kiện cụ thể của Việt Nam. Sự khác  biệt này xuất phát từ  một số  yếu tố  quan trọng bao gồm cả  yếu tố  khách quan và yếu tố  chủ  quan. Thứ  nhất, đó là các nghiên cứu về  bài  tốn nhận dạng thường tập trung vào các phương tiện giao thơng phổ  biến tại các nước phát triển với đa số  phương tiện sử  dụng cho thực   nghiệm     xe   ô  tô,   xe   buýt   và  tàu   điện   ngầm   mà       xét   đến   các  phương tiện thơ sơ. Trong khi đó, hệ  thống giao thơng đơ thị  tại các   nước đang phát triển hoặc chậm phát triển, trong đó có Việt nam, các  phương tiện giao thơng được người dân sử dụng chủ yếu vẫn là xe máy  và xe đạp cùng một số phương tiện cơng cộng khác. Hơn thế nữa, phần  lớn các nghiên cứu trước đây thực hiện trong điều kiện hạ  tầng giao   thơng ổn định hơn so với tính đa dạng điều kiện giao thơng như ở Việt  Nam. Thứ hai, về yếu tố chủ quan đó là văn hóa và thói quen di chuyển   của người dân khi tham gia giao thơng. Với những phương tiện như ơ tơ  hay xe bt trong các nghiên cứu, dữ liệu cảm biến được thu thập trong  điều kiện phương tiện di chuyển trên các làn đường riêng, hoặc hay  đường chạy xác định trước. Điều kiện này khơng thể  thực hiện được  với hiện trạng giao thơng đơ thị của Việt Nam. Tất cả những yếu tố cơ  bản kể  trên là những lý do giải thích tại sao cần có các nghiên cứu mơ   hình nhận dạng hành vi giao thơng phù hợp với tính chất đặc thù tại  Việt Nam.  Để hỗ trợ  được người tham gia giao thơng, một trong những mục   đích quan trọng, cấp thiết của mơ hình phát hiện hành vi đó là khả năng  phát hiện được các hành vi giao thơng bất thường. Các nghiên cứu về  vấn đề này thường tập trung vào phương tiện ơ tơ; các phương tiện có  những thiết kế, đặc tính khác nhau nên rất khó có một mơ hình phù hợp  với tất cả  các loại phương tiện khác nhau. Các nghiên cứu này cũng  thường sử  dụng hướng tiếp cận kết hợp nhiều loại cảm biến để  thu  thập, phân tích dữ liệu cho q trình nhận dạng. Bên cạnh các cảm biến   chuyển động thì các cảm biến khác như  GPS, camera hình ảnh và cảm   biến âm thanh cũng có thể  được sử  dụng nhằm nâng cao độ  chính xác  trong nhận dạng các hành vi bất thường khi lái xe. Việc sử  dụng đồng  thời nhiều dữ liệu cảm biến cùng một thời điểm dẫn đến tiêu tốn nhiều  năng lượng của điện thoại thơng minh và khó có thể áp dụng trong thực  tế   Hướng  tiếp   cận   lựa   chọn  thu   thập,   phân   tích     liệu   cảm   biến  chuyển động như cảm biến gia tốc sẽ có mức tiêu tốn năng lượng thấp  nhất nhưng cần phải xây dựng một mơ hình phù hợp để  đảm bảo độ  chính xác nhận dạng trên các loại phương tiện giao thơng khác nhau.  Một trong những giải pháp căn cốt cho vấn đề  này đó là cần xác định,   lựa chọn được tập thuộc tính đặc trưng phù hợp cho các loại phương  tiện, thể  hiện rõ đặc trưng của hành vi sao cho nhận dạng, phát hiện  khơng làm tăng độ phức tạp tính tốn của mơ hình mà vẫn đảm bảo kết  quả phát hiện hành động, hành vi bất thường Với mong muốn xây dựng mơ hình phát hiện và đốn nhận hành vi  bất thường sử dụng cảm biết gia tốc của điện thoại thơng minh, chúng  tơi chọn đề tài: “Nhận dạng hành vi của người tham gia giao thơng dựa   trên cảm biến điện thoại” làm đề  tài nghiên cứu trong khn khổ  luận  án tiến sĩ chun ngành Hệ  thống  Thơng tin nhằm giải quyết một số  vấn đề đã đặt ra.  Mục tiêu của luận án Mục tiêu chính của Luận án tập trung vào phân tích dữ  liệu cảm   biến thu được từ điện thoại của người tham gia giao thơng nhằm nhận   dạng được các hành vi giao thơng bất thường Để giải quyết được mục tiêu của Luận án, chúng tơi tập trung vào  giải quyết các vấn đề chính sau:  Khảo sát các kỹ  thuật phân tích dữ  liệu trong và ngồi nước. Tìm  hiểu các kỹ thuật thu thập và biến đổi dữ liệu áp dụng cho các loại cảm  biến khác nhau, trong đó tập trung vào cảm biến gia tốc có mức tiêu thụ  năng lượng thấp nhằm tìm ra tập thuộc tính đặc trưng phù hợp cho hệ  thống nhận dạng hành động và hành vi Xây dựng hệ  thống nhận dạng hành động giao thơng cơ  bản (đi  thẳng, dừng, rẽ  trái, rẽ  phải) của người điều khiển phương tiện dựa   trên dữ liệu cảm biến gia tốc được biến đổi từ tập thuộc tính lựa chọn Dựa trên hệ thống nhận dạng hành động, nghiên cứu, đề xuất giải   pháp phát hiện hành vi giao thơng bất thường, chủ  yếu là với phương   tiện xe máy. Trong một thời gian ngắn tương ứng với một hành động cơ  bản xảy ra, nếu phát hiện thấy có các hành động sai khác xảy ra thì xác   định là một hành vi bất thường. Sự bất thường được đánh giá bằng việc  phân đoạn cửa sổ hành động giao thơng cơ bản thành các cửa sổ dữ liệu  có kích thước nhỏ hơn rồi so sánh nhãn hành động nhận dạng được của   các cửa sổ này so với nhãn của hành động giao thơng cơ bản đó để  xác  định sự bất thường hay bình thường dựa trên việc so sánh tỉ  lệ  sai khác  với một tỉ lệ cho trước Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của Luận án là phân tích, nhận dạng hành  vi, hành vi giao thơng  bất thường của người  điều khiển phương tiện.  Dựa trên cảm biến gia tốc thu được từ  điện thoại thơng minh của các   đối tượng sử  dụng phương tiện  để  đưa ra giải pháp  nhận dạng  hành  động cơ bản làm cơ sở cho nhận dạng hành vi giao thông bất thường ở  đô thị của Việt Nam Phương pháp nghiên cứu Luận án sử  dụng các phương pháp khảo sát, tổng hợp, phân tích  thơng tin cần thiết; tham khảo, đánh giá các nghiên cứu liên quan để  từ  đó tìm ra hướng giải quyết vấn đề. Xác định rõ đối tượng và phạm vi  nghiên cứu để từ đó xây dựng mơ hình nhận dạng hành động và hành vi  giao thơng Khảo sát các kỹ thuật thu thập, xử lý dữ liệu cảm biến, phân tích  các đặc điểm của phương tiện, hành động giao thơng để từ  đó đề xuất   giải pháp nhận dạng hành động, hành vi giao thơng bất thường dựa trên  cảm biến thu được. Phương pháp phân tích sử dụng lý thuyết và chứng  minh bằng thực nghiệm được áp dụng để  thực hiện u cầu bài tốn  đặt ra Đóng góp của luận án Đóng góp thứ  nhất của luận  án: là đề  xuất tập thuộc tính đặc  trưng dựa trên miền thời gian và miền tần số  nhằm biến đổi dữ  liệu   cảm biến thành dữ liệu đặc trưng phục vụ cho nhận dạng hành động và  hành vi bất thường. Kết quả  đọ  đo phân lớp dữ  liệu được sử  dụng để  đánh giá, lựa chọn tập thuộc tính. Trong đó, sử dụng tham số Hjorth cho  các đại lượng khác nhau nhằm thu được các thuộc tính phù hợp để biến  đổi dữ liệu cảm biến thành dữ liệu đặc trưng. Tập thuộc tính đặc trưng  phù hợp sẽ  sử dụng làm cơ  sở  cho việc xây dựng hệ  thống nhận dạng  bằng phương pháp phân lớp [CT2], [CT4] Khảo sát, lựa chọn kích thước cửa sổ  và tỉ  lệ  chồng dữ  liệu để  phân tích tìm ra các giá trị  tương  ứng, phù hợp với các hành động. Qua   đó, hỗ  trợ  hệ  thống nhận dạng các hành động giao thơng có hiệu quả  hơn [CT1], [CT2], [CT4]. Kết quả  nhận dạng bằng hệ thống đề  xuất  cao hơn so với một số nghiên cứu đã được cơng bố đã có [CT4] Đóng góp thứ hai của luận án: đề xuất giải pháp phát hiện hành vi  giao thơng bất thường theo một hướng tiếp cận mới, hướng tiếp cận   này dựa trên kết quả  nhận dạng hành động cơ  bản. Trong thời gian  ngắn mà một hành động cơ bản xảy ra, nếu hệ thống nhận dạng được  chuỗi các hành động bất thường thì xác định đây là hành vi bất thường.  Các giải pháp, kết quả  thu được của luận án được trình bày trong 4   cơng trình đã được cơng bố. Trong đó có 1 bài báo quốc tế  có chỉ  số  SCIE; 3 bài báo hội nghị  quốc tế  có phản biện và có chỉ  số   Scopus  được thể hiện ở các cơng trình [CT1], [CT2], [CT3] và [CT4] Bố cục của luận án Ngồi phần mở đầu, mục lục, kết luận và tài liệu tham khảo, nội  dung chính của luận án được chia thành 3 chương, cụ thể như sau: Chương 1: Giới thiệu một số  khái niệm  cơ  bản  về  hành động,  hành vi giao thơng và bài tốn nhận dạng hành vi giao sử  dụng dữ liệu  cảm biến Chương 2: Xây dựng hệ thống nhận dạng hành động giao thơng cơ  bản dựa trên cảm biến điện thoại Chương 3: Dựa trên kết quả  của hệ thống nhận dạng hành động,  đề xuất giải pháp nhận dạng hành vi giao thơng, hành vi bất thường.  TỔNG QUAN VỀ PHÂN TÍCH HÀNH VI 1.1 Giới thiệu Cảm biến thu được từ điện thoại được dùng phân tích trong nhiều  bài tốn khác nhau. Trong đó có bài tốn nhận dạng hành vi   Vì điện  thoại thơng minh được sử  dụng cho nhiều mục đích cá nhân khác nhau  cũng như  có giới hạn về  năng lượng, sự  đa dạng về  chủng loại, chất  lượng của thiết bị  phần cứng dẫn đến u cầu cần phải xây dựng hệ  thống, giải pháp phân tích, phát hiện hành động, hành vi sao cho phù hợp  là một bài tốn đặt ra cần được giải quyết 1.2 Một số khái niệm cơ bản 1.2.1 Hành động giao thơng Hành động giao thơng là việc người điều khiển thay đổi trạng thái  của phương tiện trong q trình tham gia giao thơng[10] 1.2.2 Hành vi giao thơng Hành vi giao thơng là sự biểu hiện thay đổi trạng thái của phương  tiện theo những cách thức, mức độ, tính chất khác nhau trong q trình  lưu thơng [10][11][12] [13].   1.3 Sử dụng dữ liệu cảm biến để phân tích hành vi Cảm biến điện thoại thơng minh hiện nay ngày càng đa dạng. Khi  sử  dụng kết hợp nhiều cảm biến sẽ  làm tiêu hao năng lượng nên lựa  chọn cảm biến gia tốc có ưu điểm tốn ít tài ngun của thiết bị để xây  dựng hệ thống là một trong hướng tiếp cận phù hợp đáp ứng được u  cầu của bài tốn phân tích, nhận dạng hành vi giao thơng dựa trên điện  thoại thơng minh  của người điều khiển phương tiện mang theo  trong  điều kiện, mơi trường giao thơng đơ thị Việt Nam 1.4 Một số nghiên cứu liên quan Các nghiên cứu cơng bố  gần đây đã chỉ  ra hiệu quả  của việc kết  hợp nhiều loại cảm biến khác nhau trong bài tốn phân tích hành vi. Tuy  nhiên, việc chỉ  sử  dụng dữ  liệu cảm biến gia tốc sẽ  phù hợp với các  điện thoại phổ biến và ít tiêu hao năng lượng. Cũng như hướng tiếp cận  sử dụng tập đặc trưng và phương pháp phân lớp cho dạng bài tốn này 1.5 Phương pháp nhận dạng hành vi giao thơng dựa trên cảm biến  Từ  những vấn đề  trên chúng tơi đề  xuất phương phân tích, pháp  nhận dạng hành vi giao thơng bất thường dựa trên cảm biến gia tốc như  Hình  1  dưới đây: Hình  1. Hệ thống phân tích hành vi bất thường 1.6 Kết luận Trong chương này, chúng tơi đã tìm hiểu, khảo sát các nghiên cứu  liên quan đến bài tốn nhận dạng hành vi. Làm rõ một số khái niệm cơ      hành   động,   hành   vi,   hành   vi   bất   thường     lĩnh   vực   giao  thơng.  Tìm hiểu phương pháp, kỹ  thuật phân tích, nhận dạng  hành vi,  đặc biệt là hướng tiếp cận sử dụng dữ liệu cảm biến điện thoại thơng  minh thu được của người điều khiển phương tiện 2.6 Kết luận Trong chương này chúng tôi đề xuất hệ thống nhận dạng để thực  hiện nhận dạng hành động giao thông cơ  bản là {Dừng, Đi thẳng, Rẽ  trái, Rẽ  phải} dựa trên cảm biến gia tốc thu được từ  điện thoại thông  minh của người sử  dụng phương tiện    vị  trí  điện thoại  khơng cố  định. Lựa chọn được tập thuộc tính TFH2 và thuật tốn RF cho nhận  dạng hành động. Thực nghiệm với hệ thống đề  xuất cũng cho kết quả  cao hơn so với một số cơng bố đã có trên cùng một tập dữ liệu NHẬN DẠNG HÀNH VI BẤT THƯỜNG 3.1 Giới thiệu Luận án đã tìm hiểu, khảo sát các kỹ  thuật phân tích dữ  liệu cảm  biến sử dụng cho bài tốn nhận dạng hành vi. Từ đó, đề xuất giải pháp  nhận dạng ra hành vi bất thường dựa trên hệ  thống nhận dạng hành  động đã được trình bày trong chương 2,  3.2 Bài tốn nhận dạng hành vi bất thường 3.2.1 Nhận dạng bất thường 3.2.1.1 Dữ liệu bình thường và bất thường Một dữ  liệu bất thường là  một  dạng  mẫu  mà nó khác với định  nghĩa của mẫu dữ liệu bình thường. Tuy nhiên, trong thực tế  việc định  nghĩa một mẫu bất thường khó hơn  rất nhiều so  với việc định nghĩa  mẫu bình thường. Do đó, một trong những hướng tiếp cận và định nghĩa  một mẫu bất thường phổ  biến đó là dựa vào định nghĩa của mẫu bình  thường 3.2.1.2 Một số kỹ thuật gán nhãn bất thường Nhãn của dữ  liệu thường được gán bởi các chun gia trong lĩnh  vực đó. Gán nhãn bất thường khó hơn rất nhiều so với việc gán nhãn  bình thường. Do nhãn bất thường ln thay đổi và phát sinh nên rất khó  gán nhãn từ  tập  dữ  liệu  huấn luyện  Một số  kỹ  thuật  nhận dạng  bất  thường cơ  bản sử dụng phương pháp gán nhãn được chia thành 3 dạng   bản đó là[58][59]:  Dạng 1: Phát hiện bởi phương pháp có giám sát.  Dạng 2: Phát hiện bất thường sử dụng phương pháp bán giám sát. Dạng  3: Sử dụng phương pháp phát hiện bất thường khơng giám sát 3.2.1.3 Phương pháp đánh giá nhận dạng bất thường Do sự khó khăn về xác định tính chất bất thường và tính chất bình  thường cũng như áp dụng các phương pháp gán nhãn bất thường cho dữ  liệu. Việc đánh giá hệ  thống phát hiện bất thường được thiết kế  cho   từng miền, lĩnh vực khác nhau và phổ biến ở hai dạng sau[58]: Đánh giá  dựa vào kỹ thuật cho điểm và đánh giá dựa vào kỹ thuật gán nhãn 3.2.2 Sử dụng cảm biến điện thoại để nhận dạng hành vi bất thường  Các đối tượng tham gia giao thông chịu  nhiều tác động  từ  chính  yếu tố  tâm lý cá nhân cũng như  các yếu tố  bên ngồi như hạ  tầng giao  thơng, yếu tố  mơi trường, đặc tính của phương tiện và cả  hiện trạng  giao thơng trong từng thời điểm  Hướng tiếp cận sử  dụng cảm biến  điện thoại để  nhận dạng hành vi bất thường đang được cộng đồng các  nhà nghiên cứu quan tâm. Tuy nhiên, sử dụng chỉ mình cảm biến gia tốc   để  nhận dạng hành vi được chúng tơi lựa chọn thực hiện trong đề  tài   nghiên cứu này. Với giải pháp nhận dạng hành vi bất thường là: Nếu  chuỗi hành động xảy ra trong khoảng một thời gian ngắn có sự sai khác  so với thời gian một hành động cơ  bản tương  ứng xảy ra thì xác định   đây là một hành vi bất thường 3.3 Một số nghiên cứu liên quan Các phương pháp, kỹ thuật phát hiện hành vi bất thường trong các  nghiên cứu trên gặp phải vấn đề  khó khăn đó là làm thế  nào để  xác  định, thu thập các mẫu dữ liệu bất thường, trong khi dữ liệu cảm biến   gia tốc có nhiều nhiễu từ thiết bị cũng như vị trí điện thoại. Do vậy,  để  vượt qua được việc phụ  thuộc vào mẫu dữ  liệu bất thường, chúng tơi  đề  xuất hướng tiếp cận mới để  có thể  xác định hành vi giao thơng bất  thường dựa trên phân tích chuỗi các hành động trong khoảng thời gian  ngắn tương ứng một hành động cơ bản diễn ra 3.4 Giải pháp nhận dạng hành vi bất thường dựa trên hệ thống  nhận dạng hành động 3.4.1 Một số kỹ thuật nhận dạng hành vi bất thường 3.4.1.1 Kỹ thuật so khớp DTW Kỹ thuật so khớp thường sử dụng để  tìm sự  tương đồng giữa hai  chuỗi  Chúng tơi sử  dụng phương pháp này để  phát hiện hành vi bất  thường dựa trên cảm biến gia tốc được mơ tả như Hình 3  dưới đây: Hình 3. Sử dụng DTW để phát hiện hành vi bất thường 3.4.1.2 Phân lớp dữ liệu với RF và kỹ thuật học sâu Thuật tốn RF và kỹ  thuật học sâu được phát triển dựa trên ANN  đang được nhiều sự quan tâm của cộng đồng nghiên cứu. Do vậy, chúng  tơi sử  dụng bộ  phân lớp Dl4jMlpClassifier được tích hợp trong gói học  sâu WekaDeeplearning4J để nhận dạng hành vi của người tham gia giao  thơng   với  tập     liệu   huấn   luyện     gán   nhãn   bình   thường/   bất  thường. Phương pháp này được thực hiện như mơ tả của hình dưới đây:  Hình 3. Phát hiện bất thường sử dụng  3.4.2 Giải pháp đề  xuất nhận dạng hành vi bất thường dựa trên hệ  thống nhận dạng hành động Các kỹ  thuật trên gặp sự  khó khăn chung đó là sự  phụ  thuộc vào  cách xác định và thu thập mẫu dữ  liệu  hành vi  bất thường.  Do vậy,  chúng tơi đề xuất giải pháp nhận dạng hành vi như hình dưới đây: Hình 3.Sơ đồ hệ thống phát hiện hành vi bất thường Trong hệ thống nhận dạng hành vi này gồm hai pha: pha thứ nhất  là pha huấn luyện, pha thứ  hai là pha nhận dạng hành vi bất thường.  Trong pha huấn luyện được thực hiện dựa trên dữ  liệu huấn luyện với  mục đích tìm ra bộ  tham số  cho kết quả  nhận dạng hành vi tốt nhất:  tương  ứng với ; và n là số  các bộ  giá trị   tham gia thực hiện trong pha   huấn luyện.  ­ Trong Pha nhận dạng, sử dụng các tham số   đã nhận được từ Pha  huấn luyện để  thực hiện các bước thực hiện nhận dạng hành vi được   mơ tả như trong Hình 3  sau đây: Hình 3. Phát hiện hành vi bất thường dựa trên hành động giao thơng cơ bản 3.5 Thực nghiệm và đánh giá 3.5.1 Mơi trường thực nghiệm Chương trình thu dữ  liệu cảm biến được xây dựng và thực hiện  trên hệ  điều hành Android phiên bản 4.5 đến 6.0. Ngơn ngữ  Java được  sử  dụng để  xây dựng hệ thống, thực hiện quy trình tiền xử lý dữ liệu,  các mơ hình phân lớp trong Bộ  cơng cụ  WEKA được sử  dụng để  phát  hiện, nhận dạng phương tiện, hành động hành vi như trong chương 2 3.5.2 Dữ liệu thực nghiệm Thực nghiệm thực hiện với phương tiện đặc thù, phổ  thơng là xe  máy. Hành vi bất thường được xác định nhận dạng trong thực nghiệm  đó là “hành vi lạng lách”. Hành vi này liên quan đến thay đổi hướng điều   khiển   phương   tiện       khoảng   thời   gian   ngắn   Thực   nghiệm   được tiến hành trên 8 đối tượng là các cán bộ, nhân viên văn phòng và  sinh viên. Dữ  liệu mẫu về  hành vi bất thường thực hiện   các cung  đường vắng, theo cảnh huống giả  định của hành vi bất thường đặt ra   cùng với các hành vi bình thường. Vị trí của điện thoại khi thu dữ  liệu  thể hiện ở Bảng 3  sau: Hành động Số lượng  Thời gian Vị trí của điện thoại Bình  thường 15 phút Cầm tay khi lái xe, cầm tay ngồi sau Bất thường 10  phút   Cầm tay khi lái xe, cầm tay ngồi sau, bỏ  túi Bảng 3. Thực nghiệm thu dữ liệu nhận dạng hành vi bất thường Hành vi  bất thường – “lạng lách” và hành vi bình thường – “đi  thẳng” xảy ra khi người điều khiển phương tiện rẽ trái và rẽ  phải liên   tục theo dạng mẫu biểu diễn ở Hình 3  sau: (b) (a) Hình 3. Mẫu dữ liệu cảm biến gia tốc của hành vi bất thường (lạng lách): (a); Hành vi  bình thường  Trong mẫu dữ liệu cảm biến gia tốc về “hành vi lạng lách”, người  điều khiển phương tiện thực hiện đồng thời chuỗi sáu hành động rẽ trái  ký hiệu là “L” và hành động rẽ phải “R” lần lượt là: “L, R, R, L, L, R”    Hình 3    (a). Bên cạnh đó, chúng tơi giả  định một “hành vi bình  thường” gồm 6 hành động di chuyển thẳng. Dữ liệu mẫu cảm biến gia  tốc của hành vi này có dạng như Hình 3  (b). Trong đó, các ký hiệu “G”  mơ tả một hành động phương tiện di chuyển thẳng theo hướng chuyển   động Dữ  liệu cảm biến gia tốc của các hành vi thu thập được sử  dụng  với các kỹ thuật nhận dạng (DTW, kỹ thuật học sâu, Kỹ thuật đề xuất)  nhằm khảo sát, đánh giá tìm ra phương pháp nhận dạng hành vi giao  thơng phù hợp. Tập mẫu dữ  liệu cảm biến gia tốc về  hai loại hành vi  bình thường và bất thường thu được sử  dụng cho thực nghiệm theo  từng kích thước cửa sổ  dữ  liệu được biểu diễn như    trong  Bảng 3    dưới đây:   4 giây 5 giây 6 giây Mẫu DL bình  Mẫu DL bất thường thường Tổng số mẫu 433 830 1263 326 660 986 260 546 806 Bảng 3. Số lượng các mẫu dữ liệu thực nghiệm Tùy vào các kỹ  thuật nhận dạng hành vi khác nhau, thực nghiệm  sẽ sử dụng các định dạng dữ liệu cảm biến gia tốc thô hoặc đã biến đổi   để phù hợp với đặc điểm và yêu cầu đặt ra 3.5.3 Kết quả thực nghiệm với DTW 3.5.3.1 Dữ liệu thực nghiệm Kỹ thuật so khớp DTW dựa trên độ đo khoảng cách để đánh giá sự  tương tự  giữa hai chuỗi dữ liệu. Do vậy, dữ  liệu cảm biến gia tốc thô  thường được sử  dụng để  nhận dạng các hành động, hành vi. Tập dữ  liệu được chia thành 70% cho thực nghiệm và 30% cho huấn luyện Kết quả  thực nghiệm với tập dữ  liệu huấn luyện sử  dụng kích   thước của sổ  lần lượt là 5 giây, 6 giây và 7 giây. Các giá trị  ngưỡng   được khảo sát và lựa chọn từ việc đánh giá kết quả tương  ứng với các  giá trị  ngưỡng. Kết quả  nhận dạng thu  được trên tập dữ  liệu huấn  luyện cao nhất với kích thước cửa sổ 6 giây, giá trị ngưỡng. Và trên tập  dữ liệu kiểm tra thu được kết quả tỉ lệ phát hiện chính xác là 59,6% 3.5.4 Kết quả thực nghiệm với RF và Dl4jMlpClassifier 3.5.4.1 Dữ liệu thực nghiệm Dữ liệu huấn luyện sử dụng xây dựng mơ hình phân lớp được thu  thập là dữ  liệu cảm biến gia tốc với hai nhãn  lớp  bất thường “lạng  lách” và bình thường “đi thẳng” trên tần số  50Hz. Sau khi tiền xử  lý,  biến đổi thu được dữ  liệu đặc trưng dựa trên tập thuộc tính đặc trưng  TFH2 được lựa chọn  để  nhận dạng hành động  như  trong Chương 2.  Thực nghiệm thực hiện với 3 tập dữ  liệu thu được từ  các kích thước   cửa sổ 4 giây, 5 giây và 6 giây bằng thuật tốn RF và kỹ thuật học sâu,  sử dụng đánh giá với CV10 3.5.4.2 Kết quả thực nghiệm ­ Thực nghiệm phân lớp dữ  liệu với thuật tốn RF và bộ  phân lớp  Dl4jMlpClassifier  với  phương pháp kiểm chứng chéo  CV10  thu được  kết quả phân lớp với độ đo Accuracy như Bảng 3  dưới đây:  Kích thước cửa sổ RF Dl4jMlpClassifier 81,19% 89,33% 4 giây 5 giây 81,12% 86,57% 6 giây 80,97% 89,13% Bảng 3. Kết quả nhận dạng sử dụng CV10 Từ  kết quả  thu được khi sử  dụng phương pháp phân lớp trên tập   liệu kiểm tra cho kết quả  phân lớp tốt nhất   kích thước cửa sổ  4  giây. Với tập dữ liệu hành vi có nhãn bình thường/ bất thường. Kỹ thuật  học sâu cho kết quả cao hơn so với RF là 8,14%  3.5.5 Kết quả thực nghiệm với giải pháp đề xuất 3.5.5.1 Dữ liệu thực nghiệm Phương pháp nhận dạng hành vi bất thường đề  xuất với hướng  tiếp cận đánh giá hành vi bất thường dựa trên hệ thống nhận dạng hành  động cơ bản được trình bày ở Chương 2. Tập dữ liệu cảm biến gia tốc  thu được chia thành hai phần với 70% là dữ  liệu huấn luyện, phần còn   lại sử dụng làm dữ liệu để kiểm tra 3.5.5.2 Kết quả thực nghiệm Với   kết     thu       thực   nghiệm     tập     liệu   huấn   luyện cho bộ  tham số  kích thước cửa sổ  W = 6 giây, W’ = 2 giây và   ngưỡng giá trị  là phù hợp cho nhận dạng hành vi. Kết quả thực nghiệm  trên tập kiểm tra với các tham số  này cho kết quả  thu được tỉ  lệ  nhận  dạng hành vi bất thường như trong Bảng 3  dưới đây:  S(W,  ε ) S(6, 5) S(6, 6) S(6, 7) HV bất thường 90,86% 80,00% 66,28% HV bình thường 90,00% 90,81% 95,90% Trung bình 90.43% 85.41% 81.09% Bảng 3. Kết quả phát hiện hành vi của giải pháp đề xuất trên tập dữ liệu kiểm tra Từ kết quả trong Bảng 3  ta thấy, với kích thước 6 giây và giá trị  ngưỡng cho kết quả là 90,43%; kết quả này cũng cao hơn phương pháp  sử  dụng DTW và   phương pháp phân lớp sử  dụng  Dl4jMlpClassifier  được trình bày trong Bảng 3  dưới đây:  RF Phương pháp đề xuất Dl4jMlpClassifier 81.19% Tỉ lệ phát hiện 90,43% 59,6% 89,33% Bảng 3. Kết quả phát hiện hành vi của các phương pháp khác nhau Phương pháp DTW Giải pháp đề xuất nhận dạng hành vi bất thường dựa vào đánh giá  một số hành động thay đổi bất thường trong khoảng thời gian ngắn bởi  hệ  thống nhận dạng hành động sẽ  ít lệ  thuộc vào việc xác định mẫu  hành vi bất thường khi nhận dạng nên cho kết quả cao hơn 3.6 Kết luận Trong chương này, luận án tập trung nghiên cứu, khảo sát các kỹ  thuật, phương pháp xác định tính bình thường và bất thường của hành vi  giao thơng. Từ  đó đề  xuất giải pháp nhận dạng hành vi giao thơng bất   thường dựa trên hệ  thống nhận dạng.  Thực nghiệm phát hiện hành vi  bất thường với giải phát đề  xuất cho thấy kết quả  thu được cao hơn   phương   pháp  sử   dụng  Dl4jMlpClassifier    1.1%     so   với   DTW   là  30,83%. Phương pháp này có thể thực hiện nhận dạng cho một số hành  vi bất thường khác  KẾT LUẬN Luận án đã tiến hành tìm hiểu, thu thập, khảo sát tính chất của dữ  liệu cảm biến, các kỹ thuật phân tích dữ  liệu áp dụng cho loại dữ liệu   đặc thù này. Qua đó, xây dựng hệ thống nhận dạng và đề xuất giải pháp  nhận dạng hành vi dựa trên hệ thống nhận dạng này Luận án đã thu được một số kết quả như sau: Xây dựng được tập  thuộc tính đặc trưng phù hợp gồm 59 thuộc tính trên các miền thời gian,   tần số  cũng như  thuộc tính Hjorth. Đề  xuất giải pháp nhận dạng hành  động  giao  thơng   bản.  Đề   xuất  giải  pháp  nhận dạng  hành  vi  bất  thường dựa trên các hành động cơ bản đã được xây dựng ở chương 2.  Bên cạnh một số  kết quả  đã thu được, vẫn còn một số  nội dung  mà Luận án chưa thực hiện được, bao gồm: Xây dựng hệ thống hiển thị  và và giám sát giao thơng. Từ  đó, có thể  nghiên cứu phân tích các tình  huống giao thơng khác nhau. Đối với hành vi bất thường, Luận án mới  chỉ dừng ở việc xây dựng mơ hình nhận dạng hành vi bất thường, thực  hiện khảo sát với loại hành vi lạng lách của phương tiện xe máy mà  chưa có điều kiện thu thập, phân tích nhiều dạng hành vi bất thường   khác nhau, đối với các loại phương tiện khác nhau trong hệ  thống giao   thông.  Số lượng các mẫu hành vi cũng chưa được thu thập đa dạng, đủ  lớn từ  nhiều đối tượng thực nghiệm, phủ  hết các cảnh huống, điều  kiện và trên các loại phương tiện khác nhau.  Trong thời gian tới, chúng tôi sẽ  tiếp tục hồn thiện nghiên cứu      theo     số   cách   tiếp   cận   khác     như:  Áp   dụng   các  phương pháp lọc, đánh giá tập thuộc tính đặc trưng với mong muốn  nâng cao hiệu quả  của mơ hình phát hiện, nhận dạng, phát hiện hành  động và hành vi bất thường.  Tiến hành thực nghiệm, đánh giá trên các  loại   phương   tiện   khác     ô   tô,   xe   buýt,   xe   đạp         số  phương tiện phổ thông khác ở đô thị của Việt nam  Xây dựng ứng dụng  với dữ liệu theo thời gian thực. Mở rộng nghiên cứu xây dựng hệ thống  mô phỏng, giám sát giao thông trực tuyến. Đây cũng là cơ  sở  để  xây   dựng các giải pháp quản trị  giao thông thông minh cũng như  hỗ  trợ  người dân đơ thị khi tham gia giao thơng DANH MỤC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN  ĐẾN LUẬN ÁN [CT1]. Lu DN., Nguyen TT., Ngo TTT., Nguyen TH., Nguyen HN. (2016)  Mobile Online Activity Recognition System Based on Smartphone  Sensors   In:   Advances   in   Information   and   Communication  Technology   ICTA   2016   Advances   in   Intelligent   Systems   and  Computing, vol 538. Springer, Cham. (SCOPUS) [CT2].           Lu DN    ., Ngo TTT., Nguyen DN., Nguyen TH., Nguyen HN.  (2017) A Novel Mobile Online Vehicle Status Awareness Method  Using   Smartphone   Sensors   In:   Information   Science   and  Applications   2017   ICISA   2017   Lecture   Notes   in   Electrical  Engineering, vol 424. Springer, Singapore. (SCOPUS) [CT3].  Lu DN., Tran TB., Nguyen DN., Nguyen TH., Nguyen HN. (2018)  Abnormal   Behavior   Detection   Based   on   Smartphone   Sensors   In:  Context­Aware   Systems   and   Applications,   and   Nature   of  Computation   and   Communication   ICCASA   2017,   ICTCC   2017.  Lecture   Notes   of   the   Institute   for   Computer   Sciences,   Social  Informatics and Telecommunications Engineering, vol 217. Springer,  Cham.(SCOPUS) [CT4].Lu, D.­N.; Nguyen, D.­N.; Nguyen, T.­H.; Nguyen, H.­N. Vehicle  Mode and Driving Activity Detection Based on Analyzing Sensor  Data of Smartphones. Sensors 2018, 18, 1036. (SCIE) ...  về hành động,  hành vi giao thơng và bài tốn nhận dạng hành vi giao sử  dụng dữ liệu  cảm biến Chương 2: Xây dựng hệ thống nhận dạng hành động giao thơng cơ  bản dựa trên cảm biến điện thoại. .. Với mong muốn xây dựng mơ hình phát hiện và đốn nhận hành vi bất thường sử dụng cảm biết gia tốc của điện thoại thơng minh, chúng  tơi chọn đề tài:  Nhận dạng hành vi của người tham gia giao thơng dựa   trên cảm biến điện thoại  làm đề... Chương 3: Dựa trên kết quả của hệ thống nhận dạng hành động,  đề xuất giải pháp nhận dạng hành vi giao thơng, hành vi bất thường.  TỔNG QUAN VỀ PHÂN TÍCH HÀNH VI 1.1 Giới thiệu Cảm biến thu được từ điện thoại được dùng phân tích trong nhiều 

Ngày đăng: 17/06/2020, 15:36

Từ khóa liên quan

Mục lục

  • Tính cấp thiết của luận án

  • Mục tiêu của luận án

  • Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

  • Phương pháp nghiên cứu

  • Đóng góp của luận án

  • Bố cục của luận án

  • 1. TỔNG QUAN VỀ PHÂN TÍCH HÀNH VI

    • 1.1 Giới thiệu

    • 1.2 Một số khái niệm cơ bản

      • 1.2.1 Hành động giao thông

      • 1.2.2 Hành vi giao thông

      • 1.3 Sử dụng dữ liệu cảm biến để phân tích hành vi

      • 1.4 Một số nghiên cứu liên quan

      • 1.5 Phương pháp nhận dạng hành vi giao thông dựa trên cảm biến

      • 1.6 Kết luận

      • 2. NHẬN DẠNG HÀNH ĐỘNG GIAO THÔNG

        • 2.1 Giới thiệu

        • 2.2 Sử dụng dữ liệu cảm biến để nhận dạng hành động giao thông

        • 2.3 Một số nghiên cứu liên quan

        • 2.4 Hệ thống nhận dạng hành động sử dụng cảm biến gia tốc

          • 2.4.1 Một số kiến thức cơ sở

            • 2.4.1.1 Tiền xử lý dữ liệu

            • 2.4.1.2 Cửa sổ dữ liệu

            • 2.4.1.3 Biến đổ hệ tọa độ

            • 2.4.1.4 Biến đổi dữ liệu đặc trưng

Tài liệu cùng người dùng

Tài liệu liên quan