Att upptäcka onormalt beteende till sjöss för sjöövervakningsbehov - Ämnesbeskrivning



Relevanta dokument
Validering av data för energimätning

Ansiktsigenkänning. Anna Ericsson Linköpings Universitet Linköping

Sjökort i 3D 3D-GIS som beslutsstödsystem ombord

FÖRBÄTTRA DIN PREDIKTIVA MODELLERING MED MACHINE LEARNING I SAS ENTERPRISE MINER OSKAR ERIKSSON - ANALYSKONSULT

AI-Tekniker. För domänspecifika problemområden i StarCraft 2. Mattias Tiger Fredrik Präntare

Akademiska anställningar och tjänster

Att hitta projekt. Björn Victor. måndag 19 mars 12

Registerforskning Oktober 2018, Stockholm City Conference Centre. Möjligheter med Artificiell Intelligens inom registerforskningen

Statistisk mönsterigenkänning

Akademiska anställningar och tjänster

Akademiska anställningar och tjänster

Ämnesområden. Examensarbete inom datavetenskap (1DV41E) Martin Fredriksson

Twitter från ett informetriskt perspektiv

IRIS Integrerat Dynamiskt Prognostiserande Underhållsstöd

Shakey s värld med HTNplanering

Fuzzy Logic: Den oskarpa skarpheten

Vad är Artificiell Intelligens (AI) Olika typer av AI och deras användningsområden Innovation med hjälp av AI Framtiden och etiska frågeställningar

Assessing GIS effects on professionals collaboration processes in an emergency response task

Artificiell Intelligens Lektion 7

Information Big Data Stores Machine Learning Intelligence Management and Analytics Dashboards & Visualizations

Kandidatuppsats. Jämförelse mellan neurala nätverk baserad AI och state-of-the-art AI i racing spel. Simon Karlsson, Christopher Jensen

Matcha rätt hjärta till rätt patient med AI. Dennis Medved

DRIVE SWEDEN SYSTEMS AND SERVICES FOR MOBILITY (WP2) NOBINA & TELIA

Publications FOI

Föreläsning 3: Mer om utvärdering, Inspektionsmetoder kan man utvärdera utan användare?

Sri Lanka Association for Artificial Intelligence

Analysera strömmande data med Event Stream Processing

Hyper Threading Intels implementation av SMT. Datorarkitekturer med operativsystem - EITF60. Felix Danielsson IDA2

FRÅN DUM TILL SMART WEBBKARTANS HISTORIA. Cecilia Jansson

Perception och Maskininärning i Interaktiva Autonoma System. Michael Felsberg Institutionen för systemteknik Linköpings universitet

Akademiska anställningar och tjänster. Högre utbildning och examina. Akademiska meriter. Göran Falkman Född 6 januari 1968 i Linköping

Prediktions- och scenariobaserad trafikledning (POST)

Publikationer Vetenskapliga artiklar

Förord. Implementering och utvärdering av en bildbaserad autentiseringsmetod

FFI - Learning Fleet. Transporteffektivitetsdagen Hans.Deragarden@Volvo.com

V-Met IaaS VM [3] [6] IDS [2] IDS IDS [8] [7] [15] [12] [13] IDS. V-Met Xen 4.4. IaaS VM VM IDS IDS IDS IDS IDS IDS IDS IDS

Migrating Intelligent interfaces

Solcellsanläggningar i världsklass en workshop om prestanda och tillförlitlighet

openbim Stockholm 22 april 2013 Kraven på BIM är här

Rapportskrivning Användarcentrerad Design. Anders Lindgren

Slutrapport: Filtering Techniques for Sensor Fusion

Konsumentorienterade IoT produkter & tjänster Jan Markendahl Docent Kommunikationssystem Kungliga Tekniska Högskolan

Spekulativ exekvering i CPU pipelining

Att avgöra prediktionsprecision av ett verktyg. 12 M aking process predictions. Uppskattning av kostnad och arbetsinsats för ett projekt

Emil Kristiansson Kurs: EDT621 Delmoment: Rapport. En introduktion till Smart cache

TSFS 2015:71. beslutade den 24 november 2015.

FÖRÄLDRASTÖD I GRUPP INOM PRIMÄRVÅRDEN FÖR BLIVANDE OCH NYBLIVNA FÖRÄLDRAR

Examensarbete i matematik på grundnivå med inriktning mot optimeringslära och systemteori

Support for Artist Residencies

AIS Teknik och nätverk

Self-Organizing Maps

Artificiell intelligens

Review of Malmö University s Quality Assurance Processes 2018

Programvaruintensiva system

Statistik för Facebook- sidan har hundratals läsare och den har kompletterats med besök i skolor.

Den svenska bloggosfären i ett ögonkast Slutrapport

Inbyggda System. med start Inbyggda System,

Informasjon som redder liv. Stefan Ohlsson Healthcare Industry leader, Nordic

Frågetekniker. Föreläsning 3, Utvärderingstekniker MDI, Lena Palmquist 1. Än en gång: JEdit (Py Kollberg) Loggning. Tolkande dataanalys

Rosetta. Ido Peled. A Digital Preservation System. December Rosetta Product Manager

AI FÖR JÄRNVÄG. JVTC Quality Hotel, Luleå

729G11 Artificiell Intelligens Marcus Johansson Marjo581. Fuzzy logic. Marcus Johansson Marjo581

Presentationen försöker besvara dessa frågor med hjälp av Incites, framförallt med den nya versionen av Incites

Projekt och beskrivning

Adaptiva system Metoder och processer

Big Data för Fordon och Transport! Vår Digitala Framtid, Trafikverket!! Björn Bjurling, SICS Swedish ICT, !

Vad omfattar begreppet skyddad plats och MAS? Helsingborg Tomas Åström, Transportstyrelsen

Testbed Railway - VAD

AI, musik & PLCGalgoritmen

Föreläsning 2: Datainsamling - Observation, enkät, intervju. Att läsa: Kapitel 7 i Rogers et al.: Interaction design

DD2387 Programsystemkonstruktion med C++ Tentamen 1 Tisdagen den 28 oktober 2014, 08:00-12:00

Verifieringsmetoder för aktiva säkerhetsfunktioner

b) NY KURS (Ange kursnamn, årskurs, önskad läsperiod, schemablocksplacering. Bifoga utkast till kursplan.)

Intensiv nederbörd och hydrologisk risk: mot högupplösta flödesprognoser Jonas Olsson

Omtentamen i OOSU2, 21 augusti 2014

Matematikundervisning med digitala verktyg* Översikt över modulstrukturen

TDP023 Projekt: Agil systemutveckling

Intrångstester SIG Security, 28 oktober 2014

Hantering av hazards i pipelines

1IK430 Brukarorienterad design

Performance culture in policing. Författare: Tevfik Refik Altonchi (Ph.d)

Designkoncept och gränssnittsmetaforer

BAE Systems. FXM Seminar Future Markets European Land Defence Industries approach. BAE Systems

CASE FOREST-PEDAGOGIK

Alva ordnar loppis Lärarmaterial

Mönster. Ulf Cederling Växjö University Slide 1

- ett statistiskt fråga-svarsystem

Kursplanering Utveckling av webbapplikationer

Kodning av ansiktstextur med oberoende komponenter

Transportstyrelsens föreskrifter om bevakning ombord på svenskt fartyg;

Beräkning med ord. -hur en dator hanterar perception. Linköpings universitet Artificiell intelligens Erik Claesson

Copyright 2003, SAS Institute Inc. All rights reserved.

Frågeoptimering. Frågeoptimering kapitel 14

Inför projektuppgiften. Markus Buschle,

Data Driven Modeling for Uptime

De interaktiva kuddarna Textil som kommunikationsredskap

Online klustring. UMEÅ UNIVERSITET 9 december 2003 Institutionen för Datavetenskap. Namn E-post

Copernicus. -och nya satelliter och sensorer i Sentinelprogrammet

Artificiell Intelligens Tekniker: Styrkor och Fallgropar

F12: Användarna i fokus

Transkript:

Att upptäcka onormalt beteende till sjöss för sjöövervakningsbehov - Ämnesbeskrivning Markus Koivisto 1 februari 2010 Sammanfattning I övervakningssammanhang är man i allmänhet intresserat av det som kam klassas till onormalt beteende. Det är dock väldigt svårt även för en erfaren operator att kunna märka onormala händelserna inom ett tätt informationsflöde. Det finns flera metoder för att upptäcka onormalt beteende. Denna avhandling presenterar och jämför de olika metoderna, och presenterar ett nytt sätt för att upptäcka onormalt beteende. Innehåll 1 Introduktion 3 1.1 Typer av onormalt beteende................ 3 2 Expert-system 3 2.1 Tidsbaserade resonemang................. 4 3 Statistiska och probabilistiska metoder 4 3.1 Modeller utan historia................... 4 3.1.1 Tvådimensionell basmodell............. 4 3.1.2 GMM/EM..................... 4 3.1.3 ARTMAP och Fuzzy ARTMAP.......... 4 3.1.4 SOM/GMM..................... 4 3.1.5 GMM med träd................... 5 3.2 Modeller med historia................... 5 3.2.1 Körbansklusterering................ 5 3.2.2 Area-kodad körbansklusterering.......... 5 3.2.3 Prediktiv körbansklusterering........... 5 3.3 Domän-specifika modeller................. 5 3.4 Modeller för fartygsinteraktion.............. 5 1

4 Kombination av modeller via halv-övervakad upplärning 6 5 Kombinering av statistiska metoder med expert-system 6 6 Metodologi 6 7 Experimentell evaluering 6 7.1 Allmänn prestanda..................... 6 7.2 Prestanda vid förbestämda typfall............ 6 Referenser 7 2

1 Introduktion Introduktionen kartlägger vad sjöövervakning går ut på, hur ett modernt sjöövervakningssystem ser ut, och varför det är önskvärt att automatiskt upptäcka onormalt beteende. OODA-cykeln och JDL-modellen presenteras. 1.1 Typer av onormalt beteende Genom att intervjya erfarna operatorer, kan man identifiera vilken typ av onormalt beteende är av särskilt intresse. Från trygghetssynpunkt är följande typer av särskilt intresse Fartyg som rör sig för snabbt / för långsamt Fartyg som rör sig åt fel håll inom trafikdelningsområden Fartyg som avviker från en etablerad rutt Fartyg som korsar trafikdelningsområden med en för liten vinkel Fartyg som ligger i kollisionsfara Fartyg som är i fara för att åka på grund Från en säkerhetssynpunkt är följande intressanta: Fartyg som potentiellt är inblandade i smugglingsoperationer Fartyg som har fel identifikationer Fartyg som beter sig på oväntade sätt Fartyg som genskjuter andra fartyg Fartyg som närmar sig vissa mål utan tidigare tillstånd 2 Expert-system Expert-system använder statiska regler, och avfyrar varningar då reglerna bryts. Expertsystem är enkla att implementera - deras svaghet är att det ofta är väldigt svårt att formulera vettiga regler. Dessutom är de oflexibla. Intervjuer med experter kan användas för att skapa nya regler. 3

2.1 Tidsbaserade resonemang Tidsbaserade regler (avfyra en varning då ett fartyg brytit mot en regel för 5 min) är också populära, och mera flexibla en rent statiska regler. De lider dock till en stor del av samma problem. 3 Statistiska och probabilistiska metoder Statitiska metoder utgår från antagandet onormalt beteende är det som är icke-normalt. Genom att via statistiska klustererings-metoder etablera en modell för normalt beteende, kan man jämföra nya observationer mot modellen, och på så sätt utan förkunskap märka onormalt beteende. 3.1 Modeller utan historia Modell utan historia har ingen kunskap om det som skett tidigare - de evaluerar all beteende i nuet. 3.1.1 Tvådimensionell basmodell Basmodeller tar endast u-v -komponenterna i beaktan. Kartan indelas i rutor, och ett medeltal samt standardavvikelse mäts på basen av träningsdata. De som ligger utanför n sigma anses vara ornormala. 3.1.2 GMM/EM Modellen ovan tas vidare via en gaussisk mixture, som tillåter en kombination av flera kluster. Modellen utvidgas vidare till en fyrdimensionell [ ] x y u v -modell. 3.1.3 ARTMAP och Fuzzy ARTMAP ARTMAP är en modell som använder sig av neurala nätverk för att hitta onormalt beteende. 3.1.4 SOM/GMM SOM eller Kohonen Maps används för att bygga upp ett träd. GMM används för att hitta mått på hur onormalt nytt beteende är. 4

3.1.5 GMM med träd En ny metod presenterad på NATO-konferens i höst. GMM-kluster placeras i ett träd via en online-metod. Trädet upprätthålls och beskärs vid behov. 3.2 Modeller med historia Modeller med historia tar i beaktan tidigare kunskap av fartygets beteende. 3.2.1 Körbansklusterering Vi delar upp fartygets körbana i segment. Fartyg som har en onormal kombination av segment (u-sväng etc.) anses vara onormala. 3.2.2 Area-kodad körbansklusterering Körbanorna delas upp i bitar på basen av vilka kartrutor/övriga areor de korsat. (AABBCD kan vara t.ex. Hamnen, Hamnen, Ärstan, Ärstan, etc). De som visar avvikande kodning anses vara onormala 3.2.3 Prediktiv körbansklusterering Fartygets körbana används för att förutspå vart fartyget åker till nästa. Om prediktionen och observationen inte stämmer överens, anses fartyget bete sig onormalt. 3.3 Domän-specifika modeller Vi går nu upp längs med JDL-modellen och tar i beaktan fartygsidentifikation etc. Vi kan märka att olika typer av fartyg beter sig annorlunda - t.ex. beter sig passegerarfartyg och nöjesfartyg på olika sätt - likväl oljetankers och lastfartyg. Genom att använda oss av denna kunskap, kan vi märka fartyg som beter sig normalt i allmänhet, men onormalt för just den fartygstypen. 3.4 Modeller för fartygsinteraktion Vi går upp längs med JDL-modellen igen till nästa nivå, och försöker ta i beaktan interaktion mellan fartyg. 5

4 Kombination av modeller via halv-övervakad upplärning Vi implementerar flera modeller, och använder oss av neuralt nätverk eller annat upplärningssystem för att lära oss vad som är onormalt beteende genom användarintervention vid gränsfal. Tänk på spam-klassifiering. 5 Kombinering av statistiska metoder med expertsystem Vi kombinerar dynamiska metoder med statiska metoder - fartyg som är suspekta har mindre utrymme för onormalt beteende. Fartyg som är t.ex. underhållsfartyg får mera utrymme för avvikande beteende. 6 Metodologi AIS- och radar-data från finskt övervakningsnät används för att lära upp modellerna. 7 Experimentell evaluering Modellerna evalueras i MATLAB. 7.1 Allmänn prestanda Vad är CFAR och övriga allmänna faktorer? 7.2 Prestanda vid förbestämda typfall Vi identifierar förbestämda olyckor / andra suspekta fall. Hur klarar sig modellerna då de jämförs mot dessa? 6

Referenser [1] Awm. Microsoft powerpoint - gmm14. pages 1 30, Nov 2004. [2] Neil A Bomberger, Bradley J Rhodes, M Seibert, and A Waxman. Associative learning of vessel motion patterns for maritime situation awareness. Proceedings of the 9th International Conference on..., Jan 2006. [3] Craig Carthel, Stefano Coraluppi, and P Grignan. Multisensor tracking and fusion for maritime surveillance. Information Fusion, Jan 2007. [4] A Dahlbom and L Niklasson. Trajectory clustering for coastal surveillance. Information Fusion, 2007 10th International Conference on, pages 1 8, 2007. [5] C Fraley and AE Raftery. How many clusters? which clustering method? answers via model-based cluster analysis. The Computer Journal, 41(8):578 588, 1998. [6] M Guerriero, Peter Willett, Stefano Coraluppi, and Craig Carthel. Radar/ais data fusion and sar tasking for maritime surveillance. Information Fusion, Jan 2008. [7] T Izo and WEL Grimson. Unsupervised modeling of object tracks for fast anomaly detection. IEEE International Conference on Image Processing, 2007. ICIP 2007, 4, 2007. [8] J Kraiman, S Arouh, and M Webb. Automated anomaly detection processor. Proceedings of SPIE, Jan 2002. [9] R Laxhammar. Anomaly detection for sea surveillance. Information Fusion, 2008 11th International Conference on, pages 1 8, 2008. [10] L Niklasson, Maria Riveiro, F Johansson, and A Dahlbom. Extending the scope of situation analysis. Information Fusion, Jan 2008. [11] M Nilsson, J van Laere, T Ziemke, and J Edlund. Extracting rules from expert operators to support situation awareness in maritime surveillance. Information Fusion, 2008 11th International Conference on, pages 1 8, 2008. [12] Bradley J Rhodes, Neil A Bomberger, M Seibert, and A Waxman. Maritime situation monitoring and awareness using learning mechanisms. IEEE Military Communications Conference, Jan 2005. 7

[13] B Ristic, B La Scala, M Morelande, and N Gordon. Statistical analysis of motion patterns in ais data: Anomaly detection and motion prediction. Information Fusion, Jan 2008. [14] Maria Riveiro. Final year projects: maritime anomaly detection. pages 1 3, Nov 2008. [15] Maria Riveiro, Göran Falkman, and T Ziemke. Improving maritime anomaly detection and situation awareness through interactive visualization. Information Fusion, 2008 11th International Conference on, pages 1 8, 2008. [16] Maria Riveiro, Göran Falkman, and T Ziemke. Visual analytics for the detection of anomalous maritime behavior. Information Visualisation, Jan 2008. [17] Maria Riveiro, F Johansson, Göran Falkman, and T Ziemke. Supporting maritime situation awareness using self organizing maps and gaussian mixture models. Tenth Scandinavian Conference on Artificial Intelligence:..., Jan 2008. [18] M Seibert, Bradley J Rhodes, Neil A Bomberger, and P Beane. Seecoast port surveillance. Proceedings of SPIE Vol. 6204: Photonics for Port and Harbor..., Jan 2006. [19] RR Sillito and RB Fisher. Semi-supervised learning for anomalous trajectory detection. [20] J Verbeek, N Vlassis, and B Krose. Efficient greedy learning of gaussian mixture models. Neural Computation, Jan 2003. 8