Reconnaissance et prédiction d'activités dans la maison connectée

par Julien Cumin

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de James L Crowley.

Le président du jury était Gaëlle Calvary.

Le jury était composé de James L Crowley, Grégoire Lefebvre, Fano Ramparany, Daniel Roggen, Jean-Yves Tigli.

Les rapporteurs étaient Albrecht Schmidt, Patrick Brézillon.


  • Résumé

    Comprendre le contexte ambiant d'une maison est essentiel pour pouvoir proposer à ses occupants des services adaptés à leurs situations de vie, et qui répondent donc à leurs besoins. Un exemple de tel service est un assistant de communication, qui pourrait par exemple informer les personnes hors de la maison à propos de la disponibilité des habitants de celle-ci pour communiquer. Pour implémenter un tel service, il est en effet nécessaire que la maison prenne en compte les situations de ses occupants, pour ensuite en déduire leurs disponibilités.Dans cette thèse, nous nous intéressons dans un premier temps à définir ce qu'est le contexte dans une maison. Nous défendons que l'activité des occupants est l'une des dimensions principales du contexte d'une maison, nécessaire à la mise en œuvre de systèmes sensibles au contexte. C'est pourquoi nous étudions dans un second temps le problème de la reconnaissance automatique d'activités humaines, à partir des données de capteurs ambiants installés dans la maison. Nous proposons une nouvelle approche d'apprentissage automatique supervisé basée sur les lieux de la maison, qui améliore à la fois les performances de reconnaissance correcte d'activités ainsi que les temps de calcul nécessaires, par rapport aux approches de l'état de l'art.Par ailleurs, ces services sensibles au contexte auront probablement besoin de pouvoir anticiper les situations futures de la maison. En particulier, ils doivent pouvoir anticiper les activités futures réalisées par les occupants. C'est pourquoi nous proposons un nouveau modèle de prédiction supervisée d'activités, basé sur des modèles de l'état de l'art. Nous introduisons un certain nombre d'extensions à ce modèle afin d'améliorer les performances de prédiction, en se basant sur des spécificités des environnements de maisons instrumentées.Enfin, nous nous intéressons à l'estimation de la disponibilité des occupants à communiquer, afin d'illustrer la faisabilité de notre exemple de service d'assistance à la communication. Nous suggérons que la disponibilité peut être inférée à partir des dimensions primaires du contexte, comme le lieu et l'activité (que l'on peut reconnaitre et prédire à l'aide de nos contributions précédentes), mais en prenant également en compte le correspondant initiant la communication, ainsi que la modalité utilisée. Nous discutons de l'impact de l'étape de reconnaissance d'activités sur l'estimation de la disponibilité.Nous évaluons expérimentalement ces contributions sur différents jeux de données de l'état de l'art, ainsi que sur un nouveau jeu de données d'activités et de disponibilités dans la maison que nous avons spécifiquement construit durant cette thèse : Orange4Home. À travers nos contributions à ces trois problèmes, nous démontrons l'implémentabilité d'un service d'assistance à la communication, pouvant conseiller des correspondants extérieurs sur les futures disponibilités des occupants de la maison. De manière plus générale, nous montrons comment des dimensions secondaires du contexte, comme la disponibilité, peuvent être inférées d'autres dimensions du contexte, comme l'activité. Il est donc essentiel pour qu'une maison devienne sensible au contexte, que celle-ci dispose de systèmes de reconnaissance et de prédiction d'activités les plus fiables possibles.

  • Titre traduit

    Recognizing and predicting activities in smart homes


  • Résumé

    Understanding the context of a home is essential in order to provide services to occupants that fit their situations and thus fulfil their needs. One example of service that such a context-aware smart home could provide is that of a communication assistant, which can for example advise correspondents outside the home on the availability for communication of occupants. In order to implement such a service, it is indeed required that the home understands the situations of occupants, in order to derive their availability.In this thesis, we first propose a definition of context in homes. We argue that one of the primary context dimensions necessary for a system to be context-aware is the activity of occupants. As such, we then study the problem of recognizing activities, from ambient smart home sensors. We propose a new supervised place-based approach which both improves activity recognition accuracy as well as computing times compared to standard approaches.Smart home services, such as our communication assistance example, may often need to anticipate future situations. In particular, they need to anticipate future activities of occupants. Therefore, we design a new supervised activity prediction model, based on previous state-of-the-art work. We propose a number of extensions to improve prediction accuracy based on the specificities of smart home environments.Finally, we study the problem of inferring the availability of occupants for communication, in order to illustrate the feasibility of our communication assistant example. We argue that availability can be inferred from primary context dimensions such as place and activity (which can be recognized or predicted using our previous contributions), and by taking into consideration the correspondent initiating the communication as well as the modality of communication used. We discuss the impact of the activity recognition step on availability inference.We evaluate those contributions on various state-of-the-art datasets, as well as on a new dataset of activities and availabilities in homes which we constructed specifically for the purposes of this thesis: Orange4Home. Through our contributions to these 3 problems, we demonstrate the way in which an example context-aware communication assistance service can be implemented, which can advise on future availability for communication of occupants. More generally, we show how secondary context dimensions such as availability can be inferred from other context dimensions, in particular from activity. Highly accurate activity recognition and prediction are thus mandatory for a smart home to achieve context awareness.


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