Bachelor's Thesis

Sleep detection using machine learning and wearable sensors

Final Thesis 3.55 MB

Author of thesis: Josef Caha

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Martin Rosa

Reviewer: Ing. Anzhelika Mezina, Ph.D.

Abstract:

The growing interest in non-invasive sleep monitoring has supported the development of methods for processing actigraphic data from wearable sensors using machine learning. The aim of this thesis is to detect sleep in the form of binary sleep/wake classification. Attention is given to the selection of a suitable dataset, the design of data preprocessing procedures, and the implementation of classification models. Three classical machine learning models and five neural models, including two custom architectures, DG-SleepNet and OAM-TCN, were trained and evaluated using selected quality metrics. The results show that OAM-TCN achieved the highest overall accuracy (accuracy = 84.9%), the random forest model best maintained the balance between correct detection of sleep and wake states (BACC = 80.4%, MCC = 61.4%), and DG-SleepNet showed the best ability to distinguish between these classes across decision thresholds (ROC AUC = 87.2%). The proposed methods achieved results comparable to current state-of-the-art approaches and confirm the usability of a single accelerometer sensor for automated sleep detection.

Keywords:

actigraphy, machine learning, binary classification, wearable sensor, sleep detection.

Date of defence

16.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Process of defence

Student prezentoval výsledky své práce a komise byla seznámena s posudky. Student obhájil bakalářskou práci a odpověděl na otázky členů komise a oponenta. Otázky: 1) Ako by sa zmenil navrh modelu v prípade, že by vstupom boli 2 signály, napríklad z chrbta a zo stehna. 2) Možu mať demografické údaje človeka vplyv na výsledkú predikciu. 3) Ako by boli spojené rozdielne výsledky v prípade klasifikácie na 2 miestach naraz.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Telecommunication and Information Systems (BPC-TLI)

Composition of Committee

prof. Ing. Dan Komosný, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. David Kubánek, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Pavel Vajsar, Ph.D. (člen)
Ing. Michal Kohoutek, Ph.D. (člen)
Ing. Ondřej Mokrý, Ph.D. (člen)
Ing. Lukáš Benešl, Ph.D. (člen)
Ing. Ondřej Klíčník (člen)

Supervisor’s report
Ing. Martin Rosa

Študent Josef Caha vypracoval bakalársku prácu na tému Detekcia spánku pomocou strojového učenia a nositeľných senzorov. Študent pracoval usilovne, sám prichádzal s riešeniami a prácu pravidelne konzultoval. Študent preukázal dobrú orientáciu v problematike, o čom svedčí dobre spracovaná rešerš a teoretická časť. V praktickej časti študent trénoval rozličné modely strojového učenia na vybranej dátovej sade. Následne navrhol 2 vlastné architektúry a taktiež ich natrénoval. Študent tu preukázal dobrú praktickú znalosť strojového učenia. Vlastné architektúry boli porovnané s ostatnými modelmi, čím sa zistilo, že dosahujú výsledky podobné súčasnému stavu vedy a techniky – čo považujem za dobrý prínos. Po formálnej stránke je práca dobre napísaná, dodržuje štandardnú štruktúru a rozsahovo je tiež v poriadku. Vytkol by som iba drobné typografické a gramatické chyby a občasné používanie neformálneho jazyka.
Celkovo prácu hodnotím veľmi dobre a navrhujem ju na obhajobu s hodnotením 95 b – A. Points proposed by supervisor: 95

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Anzhelika Mezina, Ph.D.

Student Bc. Josef Caha se v rámci diplomové práce zabýval problematikou detekce spánku s využitím metod umělé inteligence. Celkově je práce zpracována na dobré úrovni, nicméně mám několik připomínek.

Obrázky v teoretické části nejsou v textu dostatečně odkazovány a jejich kvalita je poměrně nízká. Bylo by vhodné použít vektorovou podobu schémat. Text dále obsahuje typografické chyby a několik překlepů. Teoretická část však poskytuje přehled o dané problematice i o aktuálně používaných metodách.

Praktická část detailně popisuje vybrané metody a neuronové sítě, avšak chybí přehledné znázornění celého experimentu. Pozitivně hodnotím návrh vlastních komplexních architektur a využití aktuálního datasetu. Výsledky a diskuze jsou zpracovány kvalitně.

S ohledem na uvedené připomínky hodnotím práci známkou B. Topics for thesis defence:
  1. Jak by se změnil návrh modelu v případě, že by vstupem byly dva signály, například ze zad a ze stehna?
  2. Mohou mít demografické údaje člověka vliv na výslednou predikci? Pokud ano, jak byste jejich vliv zohlednil?
Points proposed by reviewer: 86

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová