Trajetórias de objetos Trajetórias de objetos móveis: móveis: você já pensou você já pensou que pode estar sendo que pode estar sendo monitoriado ?monitoriado ?

Vania Bogornyvania@inf.ufsc.br

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Roteiro

O que são Trajetórias de Objetos Móveis?O que são Trajetórias de Objetos Móveis? Para que servem Trajetórias? Pesquisa em Trajetórias

Bancos de Dados de Trajetórias Modelagem de Trajetórias e a Importância dos Aspectos

Semânticos Mineração de Trajetórias

3

A Explosão da Rede Sem Fio

Você utiliza algum desses dispositivos ?

Você alguma vez já se sentiu monitorado?

4

A Explosão da Rede Sem Fio

4

Dispositivos móveis deixam traços digitais que podem ser coletados como trajetórias, descrevendo a mobilidade de seus usuários

Geram um novo tipo de dado, chamado “ Trajetorias de Objetos Moveis”

5

Monitoramento de 100 mil usuários

Resultados podem ajudar epidemiologistas a prever como um virus pode

se espalhar e os administradores urbanos a alocar os recursos

Pessoas seguem caminhos regulares com poucos destinos, como casa e

trabalho, e viagens longas ocasionais (férias)

A distancia percorrida varia entre a população, mas todas seguem um

padrão semelhante: “percorrem distâncias curtas no dia a dia”

A importância deste novo tipo de dado

6

Exemplos de Trajetórias de GPS: Barcos de Pesca de Atum

7

Exemplos de Trajetórias de GPS: Barcos de Pesca

8

Exemplos de Trajetórias de GPS: Veículos

9

Exemplos de Trajetórias de GPS: Veículos

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Trajetórias Geradas por Telefone Celular

= célula (abrangência de uma antena de telefonia celular)

11

Como é um dado de trajetória computacionalmente falando?

11

Trajetórias brutas:

<(x1,y1,t1), (x2,y2,t2), (x3,y3,t3),... (xn,yn,tn)>

12

Exemplo de uma tabela com trajetórias reais

TID X Y DATA HORAA 680271,8508 7462623,6403 07 09 04 20 59 28A 680272,0240 7462623,8229 07 09 04 20 59 29A 680271,8575 7462624,1940 07 09 04 20 59 30A 680271,5200 7462624,5672 07 09 04 20 59 31A 680271,0138 7462625,1270 07 09 04 20 59 32A 680270,0036 7462626,4312 07 09 04 20 59 34A 680269,6661 7462626,8044 07 09 04 20 59 35B 680269,6705 7462627,1735 07 09 04 15 59 36B 680269,6772 7462627,7272 07 09 04 16 05 37

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Bancos de Dados de Trajetórias Modelagem de Trajetórias e a Importância dos Aspectos

Semânticos Mineração de Trajetórias

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Para que servem trajetórias?

Análise de: Como as pessoas se movem na cidade

Durante o dia, semana, final de semana, etc

Movimentos típicos? Como os hábitos de movimento têm alterado na última

década-ano-mês-dia? Relações de movimento entre 2 areas?

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Aplicações

Rastreamento de VeículosRastreamento de Veículos Transportadoras monitoram seus caminhões Seguradoras instalam GPS para monitoriar veículos segurados

SegurançaSegurança Localizar uma chamada 190

TrânsitoTrânsito Alertar pessoas sobre uma área de congestionamento, acidente, etc

Comportamento de AnimaisComportamento de Animais Quais as trajetórias de determinado tipo de pássaro migratório? Onde

eles param? Por quanto tempo? ...

Controle de Barcos de PescaControle de Barcos de Pesca Os barcos estão pescando em áreas onde realmente deveriam pescar?

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Serviços de Localização (Passado)

Limitados a sinais de tráfego fixos

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Serviços de Localização (Hoje)

TráfegoTráfego Quantos carros estão na Estrada X? Qual é o tempo estimado para chegar ao destino?

Busca baseada em localização:Busca baseada em localização: Quais são os restaurantes no raio de 5KM da

minha posição atual? Onde está a churrascaria mais próxima?

AvisosAvisos:: Envie cupons a todos os clientes num raio de 4 KM

da minha loja

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Bancos de Dados de TrajetóriasBancos de Dados de Trajetórias Modelagem de Trajetórias e a Importância dos Aspectos

Semânticos Mineração de Trajetórias

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O poder de BD de Objetos Móveis (Wolfson 1999)

MOD

Restrição: Aeronaves devem voar a uma distância mínima de 2km entre si.

Futuro: Quais caminhões chegarão ao seu destino nos próximos 20

minutos?PresentePresente: Onde estão os táxis a menos de 1 KM de onde estou?: Onde estão os táxis a menos de 1 KM de onde estou?

Passado: Durante o ultimo ano, quantas vezes o ônibus 435 atrasou mais de 10 minutos ao

passar pela parada 215?

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Protótipos de Bancos de Dados de Objetos Móveis

SECONDO – Ralph Guting (Alemanha)

HERMES – Yannis Theodoridis and Nikos Pelekis (Grécia)

Secondo

University of Hagen

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Data Types (Guting 1999)

Data Types: mpoint e mregion são mapeamentos do tempo para o espaço mpoint = ponto no tempo mregion = região no tempo

Exemplos: vôo (id: string, origem: string, destino: string, rota: mpoint) tempestade (id: string, tipo: string, area: mregion)

Moving Point (mpoint)

Moving Region (mregion)

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Operadores Espaço-Temporais

Exemplos de Operadores: Intersection (mpoint, mregion) → mpoint

distance (mpoint, mpoint) → mreal

trajectory (mpoint) → line

deftime(mpoint) → period

length (line) → real

(Guting 1999)

t1t2 t3

t4

t5

t2 t3t4 t5t1

t0 tn

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Consultas Espaço-Temporais vôo (id: string, origem: string, destino: string, rota: mpoint)

Consulta 1: “Encontre os vôos de São Paulo que voaram mais de 4000 km.”SELECT *FROM vooWHERE origem = ’SP’ AND length (trajectory (rota) ) > 4000

Consulta 2: “Encontre os pares de aviões que durante seus vôos se aproximaram em menos de 2000 metros!”

SELECT f.id, g.idFROM voo f, voo gWHERE f.id <> g.id AND min (distance (f.rota, g.rota) ) < 2000

t1t2 t3

t4

t2 t3t4 t5t1

Hermes

University of Pireaus

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Hermes

Dimensão espacial e temporal (tipo de dado PONTO) HERMES Moving Data Cartridge (MDC)

Implementado como um novo módulo, similar ao Oracle Spatial Data Cartridge

Implementa diversos operadores espaco-temporais para relacionamentos espaço-temporais e similaridade: Trajetórias individuais Grupos de trajetórias

(Theodoridis and Peleikis 2007)

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HERMES (Arquitetura)(Theodoridis and Peleikis 2007)

TemporalDimension Spatial

DimensionHermes

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Operações

Gera um poligono ao redor um timestamp f_buffer

Calcula a distância entre dois pontos (tempo) de 2 objetos móveis f_distance

Verifica se um objeto está a frente de um ponto em um certo instante de tempo f_front

Verifica se um objeto está a atrás de um ponto em um certo instante de tempo f_behind

.....rico grupo de operações espaciais

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Roteiro

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Bancos de Dados de Trajetórias Modelagem de Trajetórias e a Importância dos Modelagem de Trajetórias e a Importância dos

Aspectos SemânticosAspectos Semânticos Mineração de Trajetórias

Modelagem Conceitual

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Trajetória Metafórica (Spaccapietra 2008)

institution

Time

position

(Assistant, Paris VI, 1966-1972)

(Lecturer, Paris VI, 1972-1983)

(Professor, Dijon, 1983-1988)

(Professor, EPFL, 1988-2010)

begin

end

3232

Modelagem Conceitual (EPFL, Suíça)

Primeiro modelo conceitual para trajetórias:

STOP: parte importante de uma trajetória do ponto de vista de uma aplicação, considerando as seguintes restrições:

durante um stop o objeto móvel é considerado parado

O stop tem uma duração (tf - ti > 0)

MOVE: parte da trajetória entre 2 stops consecutivos ou entre um stop e o início/fim da trajetória

33

Traveler

location

Has

Trajectory

hasStops

Stop

Place

IsIn

0:N list

1:1

2:N list

1:1

0:N

0:N

Move ƒ(T)

To

From

0:11:1

1:10:1

Modelo de Stops e Moves

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Dados GeográficosTrajetórias Brutas (x,y,t)

Principal Problema: Falta de semântica

Geografia + Trajetória Bruta =Trajetória Semântica

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A importância de considerar a semântica

T1

T2T3

T4 T1

T2T3

T4

H

H

H

Hotel

RR

R Restaurant

CC

C Cinema

Padrão SEMÂNTICO

(a) Hotel p/ Restaurante, passando por SC(b) Cinema, passando por SC

Padrão Geométrico

SC

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Adicionando semântica às trajetórias: usando STOPS

Aeroporto[08:00 – 08:30]

Ibis Hotel[10:00-12:00]] Museu Louvre

[13:00 – 17:00]Torre Eifel[17:30 – 18:00]

1

2

3Congestionamento[09:00 – 09:15]

Rótula[08:40 – 08:45]

Aeroporto[08:00 – 08:30]

Cruzamento[12:15 – 12:22]

STOPS são dependentes da aplicação

37

Métodos para Adicionar Semântica

1) IB-SMoT (baseado na intersecção)

2) CB-SMoT (baseado na velocidade)

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Método Baseado em Interseção

Usa a noção de stops e moves O usuário define os tipos de objetos geográficos de

interesse (depende da aplicação) – candidate stops Analisa cada trajetória separadamente

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O método IB-SMoT

Entrada: Trajetórias Brutas

Objetos Geográficos de interesse da aplicação (candidate stops)

Saída:

Método:

S // Stops

M // Moves

Louvre 09-12

Torre Eifel16-17

IbisH. 13-14

40

Método baseado em velocidade

• Também usa a noção de stops e moves

• Clusterização de trajetórias individuais• baseado na velocidade: velocidade baixa local importante (stop)

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Passo 1: encontra os clusters

Passo 2: Adiciona semântica a cada cluster (testa interseção com os candidate stops)

2.1: Se intercectar pelo tempo mínimo é um STOP

Louvre 09-12

Torre Eifel16-17

IbisH. 13-14

Unknown stop

2.2: Se não houver intersecção durante durante o tempo mínimo unknown stop

O método CB-SMoT

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Unkown Stops

T1

T2

mesmo unknown stop

outro unknown stop

43

Resultados obtidos com os Métodos que Agregam Semântica - Trajetórias de Carros

44

Resultados obtidos com os Métodos que Agregam Semântica – Trajetórias de Barcos de Pesca

45

Resultados obtidos com os Metodos que Agregam Semântica – Trajetórias de Barcos de Pesca

46

Roteiro

O que são Trajetórias de Objetos Móveis? Para que servem Trajetórias? Pesquisa em Trajetórias

Bancos de Dados de Trajetórias Modelagem de Trajetórias e a Importância dos Aspectos

Semânticos Mineração de TrajetóriasMineração de Trajetórias

47

De dados para padrões

Porto

Alegre

Santa

Maria

48

Mineração de Trajetórias : Clustering

Agrupar trajetórias similares Gerar um resumo para cada grupo

= célula

49

Descoberta de caminhos percorridos com frequência

Mineração de Trajetórias : Padrões Sequenciais

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Extração de regras de comportamento ao longo do tempo Usar essas regras para prever o comportamento de

usuários no futuro

60%

7%

8%

5%

20%

?

Mineração de Trajetórias : Classificação

51

Mineração de Trajetórias: Resumo

90% dos trabalhos são na área de clustering de trajetórias, usando medidas de similaridade

Poucos pesquisadores trabalham com contexto e semântica em trajetórias

Os métodos desenvolvidos para trabalhar com trajetórias podem ser utilizados em diversos domínios de aplicação