Phần này sẽ trình bày quá trình tiền xử lý dữ liệu. Dữ liệu được ghi lại bởi thiết bị Android cĩ tích hợp cảm biến gia tốc kế, từ trường kế và cảm biến trọng lực. Các tín hiệu mẫu được lấy ở chế độ nhanh nhất theo từng thiết bị Android, tần số lấy mẫu là 50Hz.
Hình 3.8: Hệ trục tọa độ điện thoại và Hệ trục tọa độ Trái Đất
Trên điện thoại cĩ một hệ tọa trục tọa độ XYZ, nếu để điện thoại nằm ngang trên bàn phẳng và hướng mặt lên bầu trời thì trục X hướng sang phải, trục Y hướng lên trên và trục Z hướng thẳng lên bầu trời. Trên Trái Đất cũng cĩ một hệ trục tọa độ X’Y’Z’ với trục X hướng sang phía Đơng, trục Y hướng theo phía Bắc và trục Z hướng thẳng lên bầu trời.
Nhiều nghiên cứu trước đĩ, thiết bị được sử dụng để thu dữ liệu được gắn cố định ơ tơ để giảm nhiễu và tăng độ chính xác phát hiện hành vi. Tuy nhiên trong trường hợp khơng cố định điện thoại, ví dụ khi điện thoại bị xoay, lật thì các trục điện thoại bị thay đổi nên giá trị gia tốc kế thay đổi dẫn đến tính tốn các thơng số đặc trưng cho bài tốn phát hiện hành vi sai và khơng phát hiện đúng hành vi được.
Hình 3.10: Sự khác nhau giữa đổi trục và khơng đổi trục
Ba trục XYZ của thiết bị luơn gắn cố định trên thiết bị (Hình 3.10), khi thay đổi trạng thái của thiết bị trong khơng gian thì giá trị gia tốc thu được trên 3 trục này khơng đồng nhất với nhau vì chúng khơng cùng một hệ quy chiếu. Do vậy ta phải quy đổi chúng về cùng một hệ tọa độ duy nhất là hệ trục tọa độ Trái Đất.
Hình 3.10 b khi xoay thiết bị một gĩc beta=-90 độ thì trục y thành trục z và trục z thành trục –y, cịn như hình 3.10 c khi xoay thiết bị một gĩc gamma=90 độ thì trục x thành trục z, trục z thành trục –x.
Cĩ rất nhiều trạng thái xoay điện thoại trong khơng gian dẫn đến các trục của điện thoại cũng bị thay đổi làm cho giá trị gia tốc kế thu được với 3 trục điện thoại khơng cịn chính xác, trong khi đĩ hệ trục của Trái Đất luơn luơn cố đinh nên ta cĩ thể xử lý trường hợp này bằng cách đổi dữ liệu gia tốc kế từ hệ trục tọa độ điện thoại XYZ về hệ trục tọa độ Trái Đất cố định .
(x, y, z) là giá trị gia tốc 3 trục theo hệ tọa độ điện thoại và (x’, y’, z’) là giá trị gia tốc 3 trục theo hệ tọa độ Trái Đất thì ta cĩ liên hệ sau:
𝑥′ 𝑦′ 𝑧′ = R 𝑥𝑦 𝑧 (3.3)
với R là ma trận chuyển hệ tọa độ.
Hình 3.11 Chuyển từ trục điện thoại về trục Trái Đất
Tính ma trận chuyển R:
Trên hệ tọa độ Trái Đất(hình 3.13) ta cĩ +) Trục x chỉ về hướng Đơng
+) Trục y chỉ về hướng Bắc
+) Trục z hướng thẳng lên bầu trời
- A đại diện cho vectơ trọng lực, trùng với z. A={Ax, Ay, Az}
y M z x M E M A M M M H M Hình 3.1 Hệ tọa độ khơng gian
- E đại diện cho vectơ từ trường, thì E thuộc mặt phẳng (y, z). E = {Ex, Ey, Ez}
- H=AxE vuơng gĩc với cả A và E trùng với trục y hệ trục Trái Đất H = {Hx, Hy, Hz}
- Trực chuẩn hĩa A và H ta được : A = ( 𝑨𝑥 𝑨𝑥2+𝑨𝑦2+𝑨𝑧2 , 𝑨𝑦 𝑨𝑥2+𝑨𝑦2+𝑨𝑧2 , 𝑨𝑧 𝑨𝑥2+𝑨𝑦2+𝑨𝑧2 ) H = ( 𝑯𝑥 𝑯𝑥2+𝑯𝑦2+𝑯𝑧2 , 𝑯𝑦 𝑯𝑥2+𝑯𝑦2+𝑯𝑧2 , 𝑯𝑧 𝑯𝑥2+𝑯𝑦2+𝑯𝑧2 ) - M=AxH, thì M trùng với trục y - H = {Hx, Hy, Hz}
- Ta cĩ M, A, H đơi một trực giao, độ dài bằng 1 và ma trận R chuyển một vectơ gia tốc từ hệ trục tọa độ điện thoại sang hệ trục tọa độ Trái Đất là:
𝑹 𝟎 = 𝑯𝒙 𝑹[𝟏] = 𝑯𝒚 𝑹 𝟐 = 𝑯𝒛
𝑹[𝟑] = 𝑴𝒙 𝑹[𝟒] = 𝑴𝒚 𝑹 𝟓 = 𝑴𝒛
𝑹 𝟔 = 𝑨𝒙 𝑹 𝟕 = 𝑨𝒙 𝑹 𝟖 = 𝑨𝒙
(3.4)
Tuy nhiên trọng hệ điều hành Android hỗ trợ hàm tính trực tiếp ma trận R[9] trên
SensorManager.getRotationMatrix(R, I, grav, mag).
Với I(3x3) là ma trận đơn vi, chuyển vectơ từ trường kế về cùng hệ trục tọa độ với vec tơ trọng lực(hệ trục tọa độ Trái Đất)
[0 0 g] = R * gravity (g = độ lớn của trọng lực)
[0 m 0] = I * R * geomagnetic (m = độ lớn của từ trường).
- Khi đĩ ma trận chuyển R’ vectơ gia tốc từ Trái Đất về điện thoại sẽ là nghịch đảo của ma trận R, ta gọi hàm invertM của thư viện openGL để tính R’
- android.opengl.Matrix.invertM(R’, 0, R, 0)
- Nhân ma trận R’ với vectơ gia tốc kế theo 3 trục điện thoại ta sẽ thu được giá trị gia tốc kế theo 3 trục của Trái Đất.
android.opengl.Matrix.multiplyMV(acc_Earth_coordinates, 0, R’, 0, acc, 0);
Hành vi tham gia giao thơng được ghi nhận trong thời gian tương đối dài (khoảng 5 phút) với tỷ lệ lấy mẫu 50Hz. Bên cạnh đĩ một mẫu trên một khoảng thời gian cụ thể khơng cung cấp đủ thơng tin để mơ tả hành vi. Vì vậy hành vi cần được phát hiện trong khung thời gian nhất định (Window size). Vậy “Làm thế nào để chúng
ta so sánh hai khung thời gian nhất định?”. Gần như khơng thể cĩ được các tín hiệu giống hệt nhau ngay cả khi nĩ được tạo ra từ cùng một đối tượng và thực hiện cùng một hành vi. Đĩ chính là động lực cho việc áp dụng phương pháp trích chọn đặc trưng cho mỗi khung thời gian: Lọc thơng tin liên quan và cĩ được các biện pháp định lượng cho phép so sánh các tín hiệu.