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Scalable clustering of segmented trajectories within a continuous time framework. Application to maritime traffic data

Authors :
Chloé Friguet
Romain Tavenard
Laetitia Chapel
Pierre Gloaguen
Mathématiques et Informatique Appliquées (MIA Paris-Saclay)
AgroParisTech-Université Paris-Saclay-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)
Observation de l’environnement par imagerie complexe (OBELIX)
SIGNAUX ET IMAGES NUMÉRIQUES, ROBOTIQUE (IRISA-D5)
Institut de Recherche en Informatique et Systèmes Aléatoires (IRISA)
Université de Rennes (UR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Bretagne Sud (UBS)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-IMT Atlantique (IMT Atlantique)
Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Université de Rennes (UR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes)
Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut de Recherche en Informatique et Systèmes Aléatoires (IRISA)
Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)
Littoral, Environnement, Télédétection, Géomatique (LETG - Rennes)
Littoral, Environnement, Télédétection, Géomatique UMR 6554 (LETG)
Université de Caen Normandie (UNICAEN)
Normandie Université (NU)-Normandie Université (NU)-Université d'Angers (UA)-École Pratique des Hautes Études (EPHE)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Brest (UBO)-Université de Rennes 2 (UR2)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Géographie et d'Aménagement Régional de l'Université de Nantes (IGARUN)
Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN)-Université de Caen Normandie (UNICAEN)
Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN)
ANR-16-ASTR-0026,SESAME,geStion et Exploitation des flux de Données SAtellitaires AIS & Sentinel pour la surveillance du trafic MaritimE(2016)
ANR-18-CE23-0006,MATS,Apprentissage Statistique pour les Séries Temporelles Environnementales(2018)
Mathématiques et Informatique Appliquées (MIA-Paris)
AgroParisTech-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)
Environment observation with complex imagery (OBELIX)
Université de Bretagne Sud (UBS)-SIGNAUX ET IMAGES NUMÉRIQUES, ROBOTIQUE (IRISA-D5)
Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université de Bretagne Sud (UBS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Télécom Bretagne-Université de Rennes 1 (UR1)
Université de Rennes (UNIV-RENNES)-CentraleSupélec-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes)
Université de Rennes (UNIV-RENNES)-CentraleSupélec-Institut de Recherche en Informatique et Systèmes Aléatoires (IRISA)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Télécom Bretagne-Université de Rennes 1 (UR1)
Université de Rennes (UNIV-RENNES)-CentraleSupélec
Normandie Université (NU)-Normandie Université (NU)-Université d'Angers (UA)-Université de Nantes (UN)-École pratique des hautes études (EPHE)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Brest (UBO)-Université de Rennes 2 (UR2)
Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Caen Normandie (UNICAEN)
Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-IMT Atlantique Bretagne-Pays de la Loire (IMT Atlantique)
Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Université de Bretagne Sud (UBS)-Université de Rennes 1 (UR1)
Université de Rennes (UNIV-RENNES)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes)
Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut de Recherche en Informatique et Systèmes Aléatoires (IRISA)
Université de Rennes (UNIV-RENNES)
Université de Bretagne Sud (UBS)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Rennes 1 (UR1)
Université de Rennes (UNIV-RENNES)-CentraleSupélec-IMT Atlantique Bretagne-Pays de la Loire (IMT Atlantique)
Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Université de Bretagne Sud (UBS)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes)
Normandie Université (NU)-Normandie Université (NU)-Université d'Angers (UA)-École pratique des hautes études (EPHE)
Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Géographie et d'Aménagement Régional de l'Université de Nantes (IGARUN)
Tavenard, Romain
geStion et Exploitation des flux de Données SAtellitaires AIS & Sentinel pour la surveillance du trafic MaritimE - - SESAME2016 - ANR-16-ASTR-0026 - ASTRID - VALID
APPEL À PROJETS GÉNÉRIQUE 2018 - Apprentissage Statistique pour les Séries Temporelles Environnementales - - MATS2018 - ANR-18-CE23-0006 - AAPG2018 - VALID
Source :
Machine Learning, Machine Learning, 2021, Machine Learning, Springer Verlag, 2021
Publication Year :
2021
Publisher :
HAL CCSD, 2021.

Abstract

International audience; In the context of the surveillance of the maritime traffic, a major challenge is the automatic identification of traffic flows from a set of observed trajectories, in order to derive good management measures or to detect abnormal or illegal behaviours for example. In this paper, we propose a new modelling framework to cluster sequences of a large amount of trajectories recorded at potentially irregular frequencies. The model is specified within a continuous time framework, being robust to irregular sampling in records and accounting for possible heterogeneous movement patterns within a single trajectory. It partitions a trajectory into sub-trajectories, or movement modes, allowing a clustering of both individuals' movement patterns and trajectories. The clustering is performed using non parametric Bayesian methods, namely the hierarchical Dirichlet process, and considers a stochastic variational inference to estimate the model's parameters, hence providing a scalable method in an easy-to-distribute framework. Performance is assessed on both simulated data and on our motivational large trajectory dataset from the Automatic Identification System (AIS), used to monitor the world maritime traffic: the clusters represent significant, atomic motion-patterns, making the model informative for stakeholders.

Details

Language :
English
ISSN :
08856125 and 15730565
Database :
OpenAIRE
Journal :
Machine Learning, Machine Learning, 2021, Machine Learning, Springer Verlag, 2021
Accession number :
edsair.doi.dedup.....2335ca00e3322b583b2ef8b0de32f891