Modeling and recognition of daily activities in a smart home : application to monitor elderly people

Les systèmes d'aide à la vie ambiante permettant le maintien à domicile des personnes âgées sont en pleine expansion de nos jours. Les nouvelles approches consistent à mettre en place un système automatisé de surveillance d'activités au sein d'une maison intelligente équipée de capteurs portables tels que les GPS, les bracelets électroniques ou les puces RFID. Ces capteurs malheureusement ont la contrainte d'être portés constamment. L'utilisation des capteurs binaires est une alternative de plus en plus proposée. Dans cette thèse, nous avons proposé la modélisation et la reconnaissance d'activités quotidiennes au sein d'une maison intelligente équipée de capteurs binaires. La première phase de l'architecture proposée concerne la modélisation d'activités. Les algorithmes de fouilles de séquences fréquentes déterministes et incertaines ont été utilisés. Ces algorithmes contiennent une phase de pré-traitement qui intègre la contrainte temporelle entre évènements. Les performances de ces algorithmes ont été évaluées sur la base de données MIT qui contient une collection d'activités humaines issues de deux appartements instrumentés respectivement de 77 et 84 capteurs. Ces expérimentations nous montrent que le nombre et la qualité des modèles issus de la phase de modélisation sont fortement liés au taux de confiance des capteurs. La seconde phase de l'architecture concerne la reconnaissance d'activités. Au cours de cette phase, deux approches sont proposées. La première approche consiste à coupler la méthode de forêt aléatoire avec l'algorithme de fouille déterministe de séquences fréquentes. Cette approche intègre une caractérisation temporelle des modèles d'activités découverts. Une expérimentation est effectuée sur la base de données MIT et les résultats en terme de reconnaissance d'activités sont de 98% pour le sujet 1 et 95% pour le sujet 2. Ces résultats sont comparés à ceux de la littérature pour rendre compte de la performance de l'approche proposée. La seconde approche utilise la méthode de reconnaissance par alignement de séquences basées sur la distance de Levenshtein couplée à la fouille incertaine de séquences fréquentes. A ce niveau, l'algorithme de fouille incertaine de séquences fréquentes, intègre à la fois la gestion des contraintes temporelles entre évènements et la gestion de l'incertitude des données issus des capteurs. Les performances de cette méthode ont été évaluées sur les bases de données MIT et CASAS. La base de données CASAS contient une collection de données issues de deux scénarios réalistes pour détecter les activités de la vie quotidiennes normales et entrelacées. Les résultats obtenus des expérimentations sur ses deux bases de données montrent que le taux de reconnaissances est une fonction croissante du taux de confiance des capteurs. Ces résultats sont de 100% et 94% respectivement pour les activités normales et entrelacées de la base CASAS puis 93% et 90% respectivement pour les activités des sujets 1 et 2 de la base MIT. Comparés avec ceux de la littérature, ces résultats mettent en évidence l'efficacité de notre méthode.The ADL systems for keeping seniors at home are expanding today. The new approaches involve setting up an automated activity monitoring system in a smart home equipped with wearable sensors such as Global Positioning System (GPS), electronics bracelets or RFID chips. These sensors unfortunately have the constraint to be worn constantly. The use of binary sensors is an increasingly common alternative. In this thesis we proposed modeling and recognition of daily activities within a smart home equipped with binary sensors. The first phase of the proposed architecture concerns activity modelling. Deterministic and uncertain sequential pattern mining algorithms were used. These algorothms contain a pre-processing phase that integrates the temporal constraint between events. The performance of these algorithms was evaluated on the MIT database, which contains a collection of human activities from two instruments of 77 and 84 sensors respectively. These experiments show that the number and quality of models from the modeling phase are strongly linked to the confidence rate of the sensors. The second phase of architecture involves the recognition of activities. During this phase, two approaches are proposed. The first approach is to pair the random forest method with the deterministic sequential pattern mining algorithm. This approach incorporates a temporal characterization of the activity models discovered. An experiment is carried out on the MIT database and the results in terms of activity recognition are 98% for the subject 1 and 95% for the subject 2. These results are compared with those in the literature to reflect the performance of the proposed approach. The second approach uses the sequence alignment recognition method based on the Levenshtein distance coupled with the uncertain sequential pattern mining. At this level, the uncertain sequential pattern mining algorithm integrates both the management of time constraints between events and the management of the uncertainty of data from the sensors. The performance of this method was evaluated on the MIT and CASAS databases. The CASAS database contains a collection of data from realistic scenarios to detect normal and intertwined daily activities. The results of the experiments on its two databases show that the recognition rate is an increasing function of the confidente rate of the sensors. These results are 100% and 94% respectively for the normal and interweave activities of the CASAS base and 93% and 90% respectively for the activities of subjects 1 and 2 of the MIT base. Compared with those in literature, these results highlight the effectiveness of our method