Semi-Supervised Federated Learning for Travel Mode Identification From GPS Trajectories

全球定位系统 鉴定(生物学) 计算机科学 模式(计算机接口) 智能交通系统 监督学习 人工智能 机器学习 人机交互 运输工程 工程类 电信 人工神经网络 植物 生物
作者
Yuanshao Zhu,Yi Liu,James J. Q. Yu,Xingliang Yuan
出处
期刊:IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:23 (3): 2380-2391 被引量:55
标识
DOI:10.1109/tits.2021.3092015
摘要

GPS trajectories serve as a significant data source for travel mode identification along with the development of various GPS-enabled smart devices. However, such data directly integrate user private information, thus hindering users from sharing data with third parties. On the other hand, existing identification methods heavily depend on the respective manual travel mode annotations, whose production is economically inefficient and error-prone. In this paper, we propose a Semi-supervised Federated Learning (SSFL) framework that can accurately identify travel modes without using users' raw trajectories data or relying on notable data labels. Specifically, we propose a new identification model named convolutional neural network-gated recurrent unit model in SSFL to accurately infer travel modes from GPS trajectories. Second, we design a pseudo-labeling method for the clients to set pseudo-labels on their local unlabeled dataset by using a small public dataset at the server. Furthermore, we adopt a grouping-based aggregation scheme and a data flipping augmentation scheme, which can boost the convergence and performance of the proposed framework. Comprehensive evaluations on a real-world dataset show that SSFL outperforms centralized semi-supervised baselines and is robust to the non-independent and identically distributed data commonly seen in practice.

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