環 境 制 約 を いた 旅 者 GPS 軌 跡 からの オンライン 移 動 モード 推 定 手 法 笠 原 秀, 飯 山 雅 之, 美 濃 導 彦 京 都 大 学 学 術 情 報 メディアセンター 1
オンライン 移 動 モード 推 定 への 拡 張 オフライン 移 動 モード 推 定 筆 者 らは, 緯 度 経 度 の 時 系 列 データである 旅 者 の GPS 移 動 軌 跡 を とし, 列 や 路 線 バスが 時 的 減 速 を う 駅 やバス 停 といった 場 所 を 環 境 制 約 とし て 利 することで, 旅 者 の 移 動 モードを 推 定 する 手 法 [1]を 提 案 した. 本 研 究 では,オフライン 移 動 モード 推 定 手 法 の オンラインへの 拡 張 を 試 みる. オンラインでは 未 来 の 情 報 が 未 知 [1] 笠 原 秀 一, 森 幹 彦, 椋 木 雅 之, 美 濃 導 彦. (2015). 環 境 制 約 を 用 いたGPS 移 動 軌 跡 からの 旅 行 者 状 態 推 定, 2015 年 度 人 工 知 能 学 会 全 国 大 会 論 文 集 2
オンライン 推 定 の 必 要 性 旅 者 の 移 動 モードのオフライン 推 定 は, 交 通 センサス など 統 計 調 査 の 代 替 として 意 味 がある. 旅 者 の 現 在 の 移 動 モードをオンライン 推 定 できれば, 携 帯 情 報 端 末 上 で 動 作 する 観 光 ガイドやナビゲーション アプリにおいて, 現 在 位 置 と 移 動 モードに 合 った 観 光 情 報 を 旅 者 に 知 らせることができる. 本 研 究 では GPS 移 動 軌 跡 に 環 境 制 約 を 用 いることで 移 動 モードをオンライン 推 定 することを 目 的 とする. 3
環 境 制 約 物 理 空 間 移 動 には 環 境 に 存 在 する 要 因 によって 生 じる 制 約 がある 速 度 制 約 : 場 所 や 時 間 によって 移 動 モード が 取 り 得 る 速 度 には 制 約 がある. 経 路 制 約 : 移 動 モード によっては 移 動 できる 経 路 に 制 約 がある. 環 境 制 約 は 地 理 空 間 上 の 点 線 として 存 在 しており, 観 測 点 に 属 性 を 与 える. 属 性 を 用 いて, 観 測 点 毎 に 移 動 モードを 推 定 する. 移 動 モ ー ド 速 度 と 属 性 の 組 み 合 わせによる 移 動 モードの 解 釈 属 性 点 線 面 交 差 点 道 路 線 路 歩 道 自 転 車 道 駅 バス 停 路 線 バス それ 以 外 経 路 観 光 地 駐 車 場 徒 歩 低 速 低 速 低 速 低 速 低 速 低 速 低 速 自 転 車 低 ~ 中 速 低 ~ 中 速 低 ~ 中 速 低 ~ 中 速 低 ~ 中 速 低 速 バイク 高 速 低 ~ 高 速 高 速 高 速 低 速 路 線 バス 低 速 低 ~ 高 速 高 速 高 速 タクシー 高 速 低 ~ 高 速 高 速 高 速 低 速 列 車 低 速 高 速 4
環 境 制 約 を 用 いない 場 合 速 度 帯 別 観 測 点 閣 寺 妙 心 寺 観 測 点 の 速 度 や 加 速 度 では, 減 速 時 の 両 や 列 と 徒 歩 を 区 別 するのは 難 しい 二 条 城 : 時 速 1 km 以 下 緑 : 時 速 1-10km : 時 速 10-60km 赤 : 時 速 60km 超 京 都 駅 JR 東 海 道 線 神 -( 鉄 道 )- 京 都 駅 -(バス/ 徒 歩 )- 妙 心 寺 - (バス)- 閣 寺 ー(バス)- 京 都 駅 と 移 動 5
移 動 モード 推 定 の 既 存 研 究 観 測 対 象 に 属 する 特 徴 量 を いる 法 速 度 や 加 速 度 を 特 徴 量 とした 機 械 学 習 が われている. 駅 やバス 停, 渋 滞 で 一 時 的 な 減 速 が 生 じると 誤 りやすい. 減 速 が 生 じる 地 点 は 既 知 であり,これを 環 境 制 約 として 用 いれば 正 しく 推 定 できる. 環 境 に 属 する 特 徴 量 を いる 法 Stennethらは 域 内 全 てのバス 位 置, 線 路 バス 停 の 位 置, 速 度, 加 速 度, 向 変 化,GPS 精 度 をランダムフォレスト の 特 徴 量 として 移 動 モードを 推 定 している. 特 徴 量 選 択 の 理 由 が 不 明 確. リアルタイムのバス 位 置 情 報 を 利 しており, 全 ての 路 線 バ スの 位 置 が 分 かれば, 対 象 者 が 乗 している 路 線 バスを い 確 率 で 判 定 できるが,そうした 特 性 を 活 していない. 6
オフライン 推 定 手 法 の 概 要 観 測 点 の 時 系 列 集 合 である 旅 者 のGPS 移 動 軌 跡 を とし, 複 数 の 移 動 モードの 系 列 として 出 する. GPS 移 動 軌 跡 軌 跡 の 平 滑 化 ( 測 定 誤 差 除 去 ) 観 測 点 毎 に 仮 ラベリング カルマンフィルタによる 測 定 誤 差 除 去 速 度 算 出 観 測 点 に 属 性 を 付 与 属 性 と 速 度 からモードを 仮 ラベリング セグメンテーション コンテキストに 基 づいたラベル 修 正 セグメントの 移 動 モードとして 出 同 一 移 動 モードの 連 続 した 観 測 点 を 統 合 して セグメンテーション 前 後 セグメントの 連 結 性 と 環 境 制 約 を 用 いて 移 動 モードを 修 正 繰 り 返 し 7
測 定 誤 差 除 去 (,, ) 観 測 点 毎 に 仮 ラベリング セグメンテーションと コンテクストに 基 づいた 修 正 観 測 点 単 位 で 出 (,,, ) (,,,,, ) (,,,,, ) (,,, ) セグメント 単 位 で 出 (,, ) 提 案 手 法 の 概 要 GPS 観 測 点 をオンラインで し, 観 測 点 単 位 で 移 動 モードをオンライン 推 定 出 する オンライン 推 定 GPS 移 動 軌 跡 の 観 測 点 測 定 誤 差 除 去 と 速 度 計 算 観 測 点 への 速 度 帯 付 与 環 境 制 約 から 属 性 付 与 速 度 と 属 性 からモードを 仮 にラベリング 始 点 から 現 在 位 置 まで セグメンテーション 環 境 制 約 と 直 前 セグメント の 移 動 モードを 用 いて 修 正 全 観 測 点 を 推 定 後, セグメントの 移 動 モード として 出 オフライン 推 定 GPS 移 動 軌 跡 軌 跡 全 体 前 後 セグメントの 連 結 性 と 経 路 制 約 繰 り 返 し 8
誤 差 除 去 と 速 度 計 算 GPSは 電 磁 波 の 伝 搬 速 度, 電 離 層 の 影 響, 気 圏 の 影 響 といった 要 因 によって 測 定 誤 差 を 生 じる. 速 度 計 算 や 位 置 情 報 に 基 づいた 環 境 制 約 の 適 に 不 都 合 が 生 じる. カルマンフィルタを 用 い, 測 定 誤 差 を 除 去 する. 地 下 などの 要 因 によって じた 異 常 値 は 削 除 する. 観 測 点 毎 に 速 度 を 算 出 する. 9
観 測 点 毎 の 仮 ラベリング 観 測 点 に 対 して 環 境 制 約 の 属 性 を 付 与 する. 速 度 と 属 性 から, 全 ての 移 動 モード の 存 在 確 率 を 算 出 する. 存 在 確 率 は, 人 間 が 移 動 モードをラベルづけしたデータ を 訓 練 データとして 算 出 する. 路 線 バス 経 路 速 度 帯 において が 最 大 と なる 移 動 モードを 観 測 点 の 移 動 モード とし, 仮 にラベリングする. 鉄 道 経 路 歩 者 専 地 域 存 在 確 率 の 算 出 : 速 度 帯 : 属 性 : 移 動 モード M: 全 移 動 モード, : に 属 する 移 動 モードmの 観 測 点 数 10
コンテキストに 基 づいたラベル 修 正 観 測 点 の 速 度 と 属 性 で 仮 ラベリングした 移 動 モードを, 軌 跡 のコンテキストを 用 いて 修 正 する. 点 の 環 境 制 約 周 辺 ( 交 差 点 やバス 停 )では 複 数 の 移 動 モードが 一 時 的 に 減 速 するので, 一 意 に 推 定 できない. 観 測 点 の 仮 ラベル : 徒 歩 :バス :タクシー 路 線 バスやタクシーは 速 度 が 類 似 しているので, 一 意 に 推 定 できない. 同 じ 移 動 モードが 連 続 する 観 測 点 の 集 合 をセグメント と 定 義 する. 前 セグメントの 移 動 モードとの 関 係 と 環 境 制 約 により, セグメントごとに 仮 ラベルを 修 正 する. 11
一 時 的 減 速 の 場 合 のラベル 修 正 点 の 環 境 制 約 は, 近 傍 の 比 較 的 少 数 の 観 測 点 の 速 度 を 制 約 する. 移 動 モードが 変 化 せずに 速 度 だけが 変 化 する 場 合 移 動 モードが 実 際 に 変 化 する 場 合 仮 ラベル 両 者 の 差 異 はセグメント の 経 過 時 間. 経 過 時 間 は 観 測 点 数 で 置 換 できる. 速 度 帯 観 測 点 数 の 分 布 をχ2 分 布 と 仮 定, 減 速 が 環 境 制 約 で 生 じたかを 判 定 する. 観 測 点 数 の 分 布 は 訓 練 データから 得 る. 負 の 対 数 尤 度 を 異 常 値 と 定 義 する. 12
セグメント 継 続 時 間 の 分 布 が 列 とラベル 付 けしたデータにおける 2m/s 以 下 の 連 続 観 測 点 数 13
速 度 が 類 似 するモードの 区 別 速 度 が 類 似 している 移 動 モードの 区 別 には, 点 の 環 境 制 約 での 速 度 変 化 と 経 路 制 約 を いる. 路 線 バスやタクシーは, 括 して つのモードとして 仮 にラ ベリングする. 停 留 所 での 停 と 路 線 バス 経 路 を 利 して 路 線 バスとタク シーを 区 別 する. 本 研 究 では, 観 測 点 が 路 線 バス 経 路 上 にあれば 路 線 バスモード とみなした. 14
実 験 概 要 提 案 法 を 評 価 するために, 実 際 の 旅 者 のGPS 移 動 軌 跡 を 対 象 に 移 動 モードを 推 定 する 実 験 を った. 対 象 者 16 名 ( 班 別 動 中 の 修 学 旅 班 / 旅 代 理 店 スタッフ) 対 象 者 にGPS 携 帯 情 報 端 末 を 携 帯 して 一 日 移 動 して 貰 い, 動 を 携 帯 情 報 端 末 にインストールしたGPSロガーアプリケーション (ETSS)で 収 集 した. 実 験 データは 前 処 理 前 で288,400. 前 処 理 後 で287,389の 観 測 点 を 含 む. Leave-one-out 法 15
実 験 に 用 いた 環 境 制 約 駅, 鉄 道 経 路, 路 線 バス 経 路, 動 専 道, 歩 者 専 地 域 を いた 正 確 な 位 置 情 報 が 得 られなかったので,バス 停 は 訓 練 データから 推 定 した. 歩 者 専 地 域 路 線 バス 経 路 駅 線 路 動 専 道 16
オンライン 実 験 結 果 提 案 手 法 による 推 定 結 果 ( 再 現 率 75.1%) 正 解 路 線 バス (n=18,768) タクシー (n=41,218) 列 (n=33,682) 徒 歩 (n=193,721) 総 計 (n=287,389) 路 線 バス 68.0% 30.8% 13.8% 2.1% 推 定 結 果 タクシー 0.0% 17.4% 34.1% 3.3% 列 17.4% 27.3% 43.1% 1.0% 徒 歩 14.6% 24.5% 9.0% 93.6% セグメント 数 979( 正 解 212) 17
オフライン 実 験 結 果 提 案 手 法 による 推 定 結 果 ( 再 現 率 91.5%) 正 解 路 線 バス (n=18,768) タクシー (n=41,218) 列 (n=33,682) 徒 歩 (n=193,721) 総 計 (n=287,389) 路 線 バス 66.8% 4.8% 0.0% 0.1% 推 定 結 果 タクシー 21.2% 78.1% 3.2% 2.7% 列 0.7% 2.7% 89.9% 0.2% 徒 歩 11.3% 14.4% 6.8% 97.0% セグメント 数 491( 正 解 212) )JSAI2015 手 法 を 改 善 した 手 法 で 実 験 18
まとめ オフライン 移 動 モード 推 定 手 法 では, 同 じデータセットに 対 して 91.5%の 推 定 率 を 得 ているのに 対 し,オンライン 推 定 では75.1% に 留 まった. オンライン 処 理 では 未 来 情 報 が 利 できないため, 観 測 点 が 属 す るセグメントの 始 めと 終 わりが 確 定 しないため, 直 前 セグメント の 移 動 モードと 現 セグメントの 経 過 時 間 の 関 係 を 用 いて 一 時 的 減 速 か 否 かを 判 定 することで, 仮 ラベルを 修 正 した. この 法 により, 時 的 減 速 の 場 合 はある 程 度 正 しく 移 動 モード を 修 正 できたが,セグメントが 確 定 しないため, 経 路 制 約 をセグ メント 単 位 で いることが 出 来 ない.そのため, 列 やタクシー の 推 定 率 が 低 い. バス 停 の 正 確 な 位 置 情 報 は 入 手 が 難 しい 19