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Leveraging Graph and Deep Learning Uncertainties to Detect Anomalous Maritime Trajectories

Singh, Sandeep Kumar und Fowdur, Jaya Shradha und Gawlikowski, Jakob und Medina, Daniel (2022) Leveraging Graph and Deep Learning Uncertainties to Detect Anomalous Maritime Trajectories. IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems. IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers. doi: 10.1109/TITS.2022.3190834. ISSN 1524-9050.

[img] PDF - Nur DLR-intern zugänglich - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
11MB

Offizielle URL: https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/9839418

Kurzfassung

Understanding and representing traffic patterns are key to detecting anomalous trajectories in the transportation domain. However, some trajectories can exhibit heterogeneous maneuvering characteristics despite confining to normal patterns. Thus, we propose a novel graph-based trajectory representation and association scheme for extraction and confederation of traffic movement patterns, such that data patterns and uncertainty can be learned by deep learning (DL) models. This paper proposes the usage of a recurrent neural network (RNN)-based evidential regression model, which can predict trajectory at future timesteps as well as estimate the data and model uncertainties associated, to detect anomalous maritime trajectories, such as unusual vessel maneuvering, using automatic identification system (AIS) data. Furthermore, we utilize evidential deep learning classifiers to detect unusual turns of vessels and the loss of transmitted signal using predicted class probabilities with associated uncertainties. Our experimental results suggest that the graphical representation of traffic patterns improves the ability of the DL models, such as evidential and Monte Carlo dropout, to learn the temporal-spatial correlation of data and associated uncertainties. Using different datasets and experiments, we demonstrate that the estimated prediction uncertainty yields fundamental information for the detection of traffic anomalies in the maritime and, possibly in other domains.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/187933/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Leveraging Graph and Deep Learning Uncertainties to Detect Anomalous Maritime Trajectories
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Singh, Sandeep KumarSandeep.Singh (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Fowdur, Jaya ShradhaJaya.Fowdur (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Gawlikowski, JakobJakob.Gawlikowski (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Medina, DanielDaniel.AriasMedina (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-1586-3269NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:Juli 2022
Erschienen in:IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1109/TITS.2022.3190834
Verlag:IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers
ISSN:1524-9050
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Anomaly Detection; Evidential Deep Learning; Regression; Classification; Clustering; Graph; Uncertainty
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Verkehr
HGF - Programmthema:Verkehrssystem
DLR - Schwerpunkt:Verkehr
DLR - Forschungsgebiet:V VS - Verkehrssystem
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):V - FuturePorts
Standort: Neustrelitz
Institute & Einrichtungen:Institut für Kommunikation und Navigation > Nautische Systeme
Hinterlegt von: Medina, Daniel
Hinterlegt am:23 Aug 2022 13:35
Letzte Änderung:26 Aug 2022 10:40

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