A MOBILE AND ONLINE OUTLIER DETECTION OVER MULTIPLE DATA STREAMS: A COMPLEX EVENT PROCESSING APPROACH FOR DRIVING BEHAVIOR DETECTION

Autor: IGOR OLIVEIRA VASCONCELOS
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2017
Zdroj: Repositório Institucional da PUC_RIOPontifícia Universidade Católica do Rio de JaneiroPUC_RIO.
Druh dokumentu: Doctoral Thesis
Popis: PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO DE JANEIRO
COORDENAÇÃO DE APERFEIÇOAMENTO DO PESSOAL DE ENSINO SUPERIOR
CONSELHO NACIONAL DE DESENVOLVIMENTO CIENTÍFICO E TECNOLÓGICO
PROGRAMA DE EXCELENCIA ACADEMICA
Dirigir é uma tarefa diária que permite uma locomoção mais rápida e mais confortável, no entanto, mais da metade dos acidentes fatais estão relacionados à imprudência. Manobras imprudentes podem ser detectadas com boa precisão, analisando dados relativos à interação motorista-veículo, por exemplo, curvas, aceleração e desaceleração abruptas. Embora existam algoritmos para detecção online de anomalias, estes normalmente são projetados para serem executados em computadores com grande poder computacional. Além disso, geralmente visam escala através da computação paralela, computação em grid ou computação em nuvem. Esta tese apresenta uma abordagem baseada em complex event processing para a detecção online de anomalias e classificação do comportamento de condução. Além disso, objetivamos identificar se dispositivos móveis com poder computacional limitado, como os smartphones, podem ser usados para uma detecção online do comportamento de condução. Para isso, modelamos e avaliamos três algoritmos de detecção online de anomalia no paradigma de processamento de fluxos de dados, que recebem os dados dos sensores do smartphone e dos sensores à bordo do veículo como entrada. As vantagens que o processamento de fluxos de dados proporciona reside no fato de que este reduz a quantidade de dados transmitidos do dispositivo móvel para servidores/nuvem, bem como se reduz o consumo de energia/bateria devido à transmissão de dados dos sensores e possibilidade de operação mesmo se o dispositivo móvel estiver desconectado. Para classificar os motoristas, um mecanismo estatístico utilizado na mineração de documentos que avalia a importância de uma palavra em uma coleção de documentos, denominada frequência de documento inversa, foi adaptado para identificar a importância de uma anomalia em um fluxo de dados, e avaliar quantitativamente o grau de prudência ou imprudência das manobras dos motoristas. Finalmente, uma avaliação da abordagem (usando o algoritmo que obteve melhor resultado na primeira etapa) foi realizada através de um estudo de caso do comportamento de condução de 25 motoristas em cenário real. Os resultados mostram uma acurácia de classificação de 84 por cento e um tempo médio de processamento de 100 milissegundos.
Driving is a daily task that allows individuals to travel faster and more comfortably, however, more than half of fatal crashes are related to recklessness driving behaviors. Reckless maneuvers can be detected with accuracy by analyzing data related to driver-vehicle interactions, abrupt turns, acceleration, and deceleration, for instance. Although there are algorithms for online anomaly detection, they are usually designed to run on computers with high computational power. In addition, they typically target scale through parallel computing, grid computing, or cloud computing. This thesis presents an online anomaly detection approach based on complex event processing to enable driving behavior classification. In addition, we investigate if mobile devices with limited computational power, such as smartphones, can be used for online detection of driving behavior. To do so, we first model and evaluate three online anomaly detection algorithms in the data stream processing paradigm, which receive data from the smartphone and the in-vehicle embedded sensors as input. The advantages that stream processing provides lies in the fact that reduce the amount of data transmitted from the mobile device to servers/the cloud, as well as reduce the energy/battery usage due to transmission of sensor data and possibility to operate even if the mobile device is disconnected. To classify the drivers, a statistical mechanism used in document mining that evaluates the importance of a word in a collection of documents, called inverse document frequency, has been adapted to identify the importance of an anomaly in a data stream, and then quantitatively evaluate how cautious or reckless drivers maneuvers are. Finally, an evaluation of the approach (using the algorithm that achieved better result in the first step) was carried out through a case study of the 25 drivers driving behavior. The results show an accuracy of 84 percent and an average processing time of 100 milliseconds.
Databáze: Networked Digital Library of Theses & Dissertations
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