Analyse et fouille de données de trajectoires d'objets mobiles

Analysis and data mining of moving object trajectories

• Auteur / Autrice : Mohamed Khalil El Mahrsi
• Direction : Fabrice Rossi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique et Réseaux
• Date : Soutenance le 30/09/2013
• Etablissement(s) : Paris, ENST
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Informatique, télécommunications et électronique de Paris (1992-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Traitement et communication de l'information (Paris ; 2003-....)
• Jury : Président / Présidente : Talel Abdessalem
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Talel Abdessalem, Etienne Côme, Ludovic Denoyer, Cédric Du Mouza, Pierre Borgnat
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Barbara Hammer, Karine Bennis-Zeitouni

Mots clés

Mots clés contrôlés

Circulation

Classification

Échantillonnage

Exploration de données

Mots clés libres

Fouille de données

Data mining

Résumé

Dans un premier temps, nous étudions l'échantillonnage de flux de trajectoires. Garder l'intégralité des trajectoires capturées par les terminaux de géo-localisation modernes peut s'avérer coûteux en espace de stockage et en temps de calcul. L'élaboration de techniques d'échantillonnage adaptées devient primordiale afin de réduire la taille des données en supprimant certaines positions tout en veillant à préserver le maximum des caractéristiques spatiotemporelles des trajectoires originales. Dans le contexte de flux de données, ces techniques doivent en plus être exécutées "à la volée" et s'adapter au caractère continu et éphémère des données. A cet effet, nous proposons l'algorithme STSS (spatiotemporal stream sampling) qui bénéficie d'une faible complexité temporelle et qui garantit une borne supérieure pour les erreurs d’échantillonnage. Nous montrons les performances de notre proposition en la comparant à d'autres approches existantes. Nous étudions également le problème de la classification non supervisée de trajectoires contraintes par un réseau routier. Nous proposons trois approches pour traiter ce cas. La première approche se focalise sur la découverte de groupes de trajectoires ayant parcouru les mêmes parties du réseau routier. La deuxième approche vise à grouper des segments routiers visités très fréquemment par les mêmes trajectoires. La troisième approche combine les deux aspects afin d'effectuer un co-clustering simultané des trajectoires et des segments. Nous démontrons comment ces approches peuvent servir à caractériser le trafic et les dynamiques de mouvement dans le réseau routier et réalisons des études expérimentales afin d'évaluer leurs performances.

In this thesis, we explore two problems related to managing and mining moving object trajectories. First, we study the problem of sampling trajectory data streams. Storing the entirety of the trajectories provided by modern location-aware devices can entail severe storage and processing overheads. Therefore, adapted sampling techniques are necessary in order to discard unneeded positions and reduce the size of the trajectories while still preserving their key spatiotemporal features. In streaming environments, this process needs to be conducted "on-the-fly" since the data are transient and arrive continuously. To this end, we introduce a new sampling algorithm called spatiotemporal stream sampling (STSS). This algorithm is computationally-efficient and guarantees an upper bound for the approximation error introduced during the sampling process. Experimental results show that stss achieves good performances and can compete with more sophisticated and costly approaches. The second problem we study is clustering trajectory data in road network environments. We present three approaches to clustering such data: the first approach discovers clusters of trajectories that traveled along the same parts of the road network; the second approach is segment-oriented and aims to group together road segments based on trajectories that they have in common; the third approach combines both aspects and simultaneously clusters trajectories and road segments. We show how these approaches can be used to reveal useful knowledge about flow dynamics and characterize traffic in road networks. We also provide experimental results where we evaluate the performances of our propositions.