كيفية التعرف على حالة إرهاق السائق في تحديد قيادة إرهاق السيارة ونظام الإنذار المبكر？
يشير تعب القيادة إلى انخفاض قدرة السائق على رد الفعل بسبب قلة النوم أو القيادة المستمرة لفترة طويلة. ويتجلى هذا التراجع في نعاس السائق أو النعاس أو القيادة الخاطئة أو الفقدان الكامل للقدرة على القيادة.
وينعكس تعب القيادة في الجوانب الفسيولوجية والنفسية، بما في ذلك وظيفة الجهاز العصبي وتغيرات الدم والعين؛ يشمل رد الفعل النفسي وقت رد الفعل المطول، والتشتت، والعمل غير المنسق. وجدت التحقيقات والأبحاث حول أسباب حوادث المرور التي أجرتها جامعة إنديانا في الولايات المتحدة أن 85% من الحوادث مرتبطة بالسائقين، و15% فقط هي عوامل المركبات والبيئة.
سلوكيات السائق وأخطائه قبل وقوع الحادث مباشرة تؤدي إلى وقوع الحادث مباشرة. وتشمل هذه السلوكيات التأخر الإدراكي واتخاذ القرارات الخاطئة بشأن البيئة والتعامل غير السليم مع المواقف الخطرة وما إلى ذلك. من بين جميع أخطاء السائق، الأكثر شيوعًا هو التأخير الإدراكي وأخطاء اتخاذ القرار. ستؤدي هذه الأخطاء إلى عدم الانتباه والتفكير البطيء والتشغيل غير السليم وما إلى ذلك. السبب الجذري لهذه الأخطاء هو الإرهاق. وبسبب إرهاق السائقين أثناء القيادة، تنخفض درجة اليقظة، مما يؤدي إلى زيادة الحوادث المرورية، التي أصبحت بؤرة اهتمام عام في المجتمع.
إذا كان السائق متعبا، فإن قدرته على الملاحظة والتعرف والتحكم في السيارة ستنخفض بشكل كبير، مما سيهدد سلامته وحياة الآخرين بشكل خطير. مع تطور صناعة النقل، أصبحت حوادث المرور مشكلة خطيرة تواجهها جميع البلدان.
طرق المراقبة الرئيسية لتعب السائق
لقد حظيت تكنولوجيا المراقبة والإنذار المبكر لإرهاق السائق وتشتيته بتقدير كبير من قبل العديد من البلدان بسبب آفاق تطورها في الوقاية من الحوادث المرورية. أجرى الباحثون أبحاثًا مختلفة وفقًا للخصائص الفسيولوجية والتشغيلية لإرهاق السائق. وقد شكلت بعض نتائج الأبحاث منتجات وبدأت في دخول السوق.
يمكن تقسيم طرق الكشف عن حالة إرهاق السائق تقريبًا إلى طرق اكتشاف بناءً على الإشارة الفسيولوجية للسائق، وخصائص الاستجابة الفسيولوجية للسائق، وسلوك تشغيل السائق، ومعلومات حالة السيارة.
1. طريقة الكشف تعتمد على الإشارة الفسيولوجية للسائق
بدأ البحث عن التعب في علم وظائف الأعضاء. تظهر الأبحاث ذات الصلة أن المؤشرات الفسيولوجية للسائقين في حالة التعب سوف تنحرف عن مؤشرات الحالة الطبيعية. لذلك، يمكن الحكم على ما إذا كان السائق يدخل في حالة التعب من خلال المؤشرات الفسيولوجية للسائق. في الوقت الحاضر، تتضمن طرق الكشف الأكثر نضجًا قياس تخطيط كهربية الدماغ (EEG) وتخطيط كهربية القلب (ECG) للسائقين.
لقد وجد الباحثون منذ فترة طويلة أن تخطيط كهربية الدماغ (EEG) يمكن أن يعكس بشكل مباشر نشاط الدماغ. وقد وجد أنه عند الدخول في حالة التعب، فإن أنشطة موجة دلتا وموجة ثيتا في مخطط كهربية الدماغ ستزداد بشكل ملحوظ، بينما ستزداد أنشطة موجة ألفا قليلاً. وفي دراسة أخرى [6]، تم رصد إشارات تخطيط كهربية الدماغ (EEG) في أجهزة محاكاة ومركبات حقيقية. تظهر نتائج الاختبار أن مخطط كهربية الدماغ (EEG) هو وسيلة فعالة لمراقبة تعب السائق. ووجد الباحثون أيضًا أن خصائص إشارة تخطيط أمواج الدماغ (EEG) لها اختلافات شخصية كبيرة، مثل الجنس والشخصية، كما أنها ترتبط ارتباطًا وثيقًا بالأنشطة النفسية للأشخاص.
يستخدم تخطيط كهربية القلب (ECG) بشكل أساسي في القياس الفسيولوجي لعبء القيادة. تظهر الأبحاث أن تخطيط القلب سينخفض بشكل واضح ومنتظم عندما يكون السائقون متعبين، وهناك علاقة محتملة بين HRV (تغير معدل ضربات القلب) وتغير درجة التعب أثناء القيادة.
تتميز طريقة الكشف المستندة إلى الإشارة الفسيولوجية للسائق بدقة عالية في الحكم على التعب، ولكن الإشارة الفسيولوجية تحتاج إلى قياسها عن طريق الاتصال، وهي تعتمد بشكل كبير على الأفراد. لديها العديد من القيود عند استخدامها فعليًا في مراقبة تعب السائق. لذلك، يتم استخدامه بشكل رئيسي في المرحلة التجريبية كمعلمة تحكم للتجربة.
2. طريقة الكشف تعتمد على خصائص الاستجابة الفسيولوجية للسائق
تشير طريقة الكشف المعتمدة على خصائص الاستجابة الفسيولوجية للسائق إلى استنتاج حالة تعب السائق باستخدام خصائص حركة عين السائق وخصائص حركة الرأس.
تعتبر حركة عين السائق ومعلومات وميض العين من الخصائص المهمة التي تعكس التعب. يمكن استخدام سعة الوميض وتردد الوميض ومتوسط وقت الإغلاق مباشرة للكشف عن التعب. في الوقت الحاضر، هناك العديد من الخوارزميات لدراسة التعب أثناء القيادة بناءً على آلية حركة العين. تشمل الخوارزميات المستخدمة على نطاق واسع PERCLOS، والتي تأخذ النسبة المئوية لوقت إغلاق الجفن في فترة زمنية كمؤشر قياس التعب الفسيولوجي.
باستخدام تقنية التعرف على الوجه لتحديد مواضع العينين وطرف الأنف وزاوية الفم، والجمع بين مواضع العينين وطرف الأنف وزاوية الفم، وبعد ذلك وفقًا لتتبع العينين، يمكننا الحصول على اتجاه انتباه السائق والحكم على ما إذا كان السائق يصرف الانتباه.
يتم استخدام مستشعر موضع الرأس للكشف عن حركة رأس السائق. يتم إخراج موضع رأس السائق من كل مستشعر من خلال مجموعة أجهزة الاستشعار السعوية، والتي يمكنها تتبع موضع الرأس في الوقت الفعلي وتحديد ما إذا كان السائق نائمًا وفقًا لقانون تغيير موضع الرأس. وجدت هذه الدراسة أن هناك علاقة جيدة جدًا بين الإيماء والنعاس.
تعتمد طريقة الكشف المستندة إلى خصائص الاستجابة الفسيولوجية للسائق بشكل عام على قياس عدم الاتصال، والذي يتميز بدقة التعرف الجيدة والتطبيق العملي.
3. طريقة الكشف تعتمد على سلوك تشغيل السائق
تشير تقنية التعرف على حالة تعب السائق بناءً على سلوك تشغيل السائق إلى استنتاج حالة تعب السائق من خلال سلوك تشغيل السائق، مثل تشغيل عجلة القيادة.
من خلال معالجة بيانات تشغيل عجلة القيادة للسائق، تكشف نتائج البحث عن العلاقة بين تشغيل عجلة القيادة للسائق والتعب إلى حد ما. يشار إلى أن تشغيل عجلة القيادة يعد وسيلة فعالة للحكم على إرهاق القيادة.
بشكل عام، هناك عدد قليل من نتائج الأبحاث المتعمقة حول تحديد التعب باستخدام سلوك تشغيل السائق. بالإضافة إلى حالة التعب، يتأثر تشغيل السائق أيضًا بالعادات الشخصية وسرعة القيادة وبيئة الطريق ومهارات التشغيل. وترتبط حالة قيادة السيارة أيضًا بالعديد من العوامل البيئية مثل خصائص السيارة والطرق. لذلك، فإن كيفية تحسين دقة التنبؤ بحالة السائق هي المشكلة الرئيسية لهذا النوع من تكنولوجيا القياس غير المباشرة.
4. طريقة الكشف على أساس مسار المركبة
يمكن أيضًا استنتاج حالة التعب لدى السائقين باستخدام معلومات قيادة السيارة مثل تغيير مسار السيارة ومغادرة المسار. مثل تقنية التعرف على حالة التعب بناءً على سلوك تشغيل السائق، تعتمد هذه الطريقة على الأجهزة الموجودة في السيارة، ولا تحتاج إلى إضافة الكثير من معدات الأجهزة، ولن تتداخل مع القيادة العادية للسائق، لذلك فهي عملية للغاية قيمة.
نظام التعرف على القيادة بالتعب يعتمد على تقنية الفيديو
في أبريل 1999، اقترحت الإدارة الفيدرالية للطرق السريعة لأول مرة نظام PERCLOS كوسيلة ممكنة للتنبؤ بإرهاق قيادة السيارات لدى سائقي السيارات. بعد سنوات من التطوير، تم الاعتراف بطريقة PERCLOS باعتبارها الطريقة الأكثر فعالية لتقييم إجهاد القيادة على متن السيارة وفي الوقت الفعلي. PERCLOS هو اختصار النسبة المئوية لإغلاق العين خلال زمن حدقة العين، وهو ما يعني النسبة المئوية لوقت إغلاق العين في وحدة الزمن.
مبدأ PERCLOS هو حساب النسبة الزمنية لإغلاق العين في فترة زمنية معينة. معيار التقييم المعتمد في نظامنا هو perclos80، مما يعني أن العين تعتبر مغلقة عندما تتجاوز مساحة الجفن التي تغطي الحدقة 80%.
مبدأ قياس بيركلوس
يمكن حساب قيمة PERCLOS عن طريق قياس T1-T4:
حيث تمثل f النسبة المئوية لوقت إغلاق العين، أي قيمة PERCLOS.
مخطط النظام وسير العمل لنظام التعرف على القيادة أثناء التعب بناءً على تقنية الفيديو
يحصل نظام مراقبة تعب السائق على صورة السائق في الوقت الفعلي من خلال معدات الحصول على الفيديو، ويقوم تلقائيًا بتحليل وضعية رأس السائق وقانون حركة العين وملامح الوجه لتحديد الحالة العقلية للسائق، ويعطي موجه الإنذار المبكر المقابل. يظهر البحث أنه بالمقارنة مع قانون حركة الوجه أو الرأس، فإن قانون نشاط العين، مثل تردد الرمش وسرعة الرمش ومدى فتح العين واتجاه نظر العين، يمكن أن يعكس بشكل أفضل الحالة العقلية للأشخاص في الوقت الحالي.
لذلك، إذا كان من الممكن الحصول على حجم العين ومعلومات الموضع والحركة في كل إطار من الصورة، فيمكن حساب قانون نشاط عين السائق لفترة من الوقت، ويمكن تقييم حالة تعب السائق بالاشتراك مع تحليل حالة التعب فِهرِس. يظهر تدفق النظام في الشكل أدناه:
المعالجة المسبقة للصورة
في بيئة القيادة، ستتأثر الصورة المجمعة من خلال دفق الفيديو بالعديد من العوامل، بما في ذلك معلومات الضوضاء، مثل الدقة وضوضاء النظام والخلفية المفاجئة وما إلى ذلك، والتي ستتداخل مع عملية الصورة التالية. لذلك، نقوم بمعالجة الصورة المصدر مسبقًا عن طريق معادلة الرسم البياني لإزالة الضوضاء وتحسين تباين الصورة وإبراز تفاصيل الصورة وتحسين جودة الصورة.
قبل وبعد التعادل
الرسم البياني قبل التعادل الرسم البياني بعد التعادل
الكشف عن الوجه
يعد اكتشاف الوجه خطوة مهمة قبل تحديد موقع العين. يعتمد النظام خوارزمية AdaBoost ويستخدم نماذج التدريب والكشف المتوفرة. أولا، يتم جمع العينات ويتم تدريب المصنف من العينات المجمعة. يمكن للمصنف التمييز بين الوجه البشري والوجه غير البشري بشكل جيد؛ في رابط الكشف، قم بتحميل إطار الصورة المراد اختباره في المصنف، وقم بمسح بكسلات الصورة للعثور على الوجه الموجود في الصورة ومعايرة المنطقة. سيتم تنفيذ العمليات اللاحقة في منطقة الوجه المعايرة لتقليل مساحة الحساب وإزالة تداخل العوامل غير الوجهية، مما يحسن بشكل كبير معدل تشغيل النظام.
موقع العين
يتضمن هذا الرابط مرحلتين: تحديد الموقع التقريبي للعين البشرية وتحديد الموقع الدقيق للعين البشرية. أولاً، وفقًا للمعرفة المسبقة بالفناءات الثلاثة والعيون الخمس الصينية التقليدية، يجب أن تكون هناك مساحة تقريبية للعيون البشرية في وضع تقريبي. قد تحتوي هذه المنطقة على تداخلات مثل الحواجب وزوايا الشعر في نفس الوقت، ولكنها تزيد من تقليل مساحة الحساب؛ بعد ذلك، يتم تحويل المنطقة الخشنة للعين البشرية إلى صورة ثنائية من خلال عتبة معينة، ومن ثم يتم إجراء إسقاط اللون الرمادي في الاتجاه الرأسي للحصول على الرسم البياني. نظرًا لوجود فرق كبير بين اللون الرمادي للعين البشرية والجلد المحيط بها، يمكن تحديد إحداثيات Y للحواف العلوية والسفلية للعين البشرية من القمم والقيعان في الرسم البياني، ومن ثم يمكن تحديد العيون بدقة تقع.
حكم حالة العين
من خلال طريقة التباين الأقصى بين الفئات (Otsu)، يتم تحديد المنطقة الدقيقة للعين البشرية بعتبات مختلفة تحت أشعة ضوئية مختلفة للحصول على أفضل شكل للعين عندما تكون عيون الإنسان مفتوحة ومغلقة. من خلال مقارنة الإطارات n المستمرة، يمكن الحكم على أن برنامج التشغيل حاليًا في الحالة المغلقة عندما تكون مساحة قيمة البكسل الأسود هي الأصغر، وفي حالات أخرى، يكون في الحالة المفتوحة أو شبه المفتوحة.
تحليل التعب
يختار النظام مؤشر تقييم التعب المعترف به والفعال حاليًا، أي أنه يتم تحليل حالة التعب من خلال النسبة الزمنية للإطارات المغلقة في إطارات n متتالية. يتم تسجيل إطارات العين المفتوحة كقيمة "1" ويتم تسجيل إطارات العين المغلقة كقيمة "0". وبهذه الطريقة، بعد إطارات n متتالية، يمكن الحصول على التسلسل المتدرج لـ "1" و"0"، ويمكن وصف تحليل حالة التعب بنسبة القيمة "0" في التسلسل. وعندما تكون النسبة أعلى من نسبة تجريبية معينة، يمكن اعتبار أن السائق قد يكون متعباً.
من خلال تشغيل ومعالجة الخطوات الخمس المذكورة أعلاه، يمكن للنظام تحليل ما إذا كان السائق الحالي في حالة التعب ودرجة التعب من دفق الفيديو الذي تم الحصول عليه بواسطة معدات الاستحواذ، وإعطاء درجات مختلفة من التذكير والإنذار، وذلك لتحقيق هدف النظام.
حكم شامل لدرجة التعب
سوف يتأثر الحكم على إرهاق السائق سلبًا من خلال فحص الأخطاء. من خلال حساب PERCLOS، ووقت إغلاق العين، وتكرار وميض العين، ودرجة فتح الفم وحركة الرأس، يمكن إجراء الحكم الشامل على تعب السائق بدقة وفعالية.
بيركلوس
يشير PERCLOS إلى النسبة المئوية لوقت إغلاق العين في وقت محدد. تشتمل طريقة PERCLOS على ثلاثة معايير: p70 وp80 وem. يظهر البحث أن p80 لديه أفضل ارتباط مع درجة التعب.
فتح الفم
عادة ما تكون هناك ثلاث حالات للفم: الإغلاق والتحدث والتثاؤب. في حالة التعب، يتثاءب الأشخاص كثيرًا، وسيتبين أن هناك قاعًا في منحنى الإسقاط الرمادي الأفقي للنصف السفلي من المنطقة، أي الموضع بين الشفاه. قم بتضمين الجزء السفلي من الوجه، واحسب قيمة البكسل للمنطقة المتصلة (المنطقة المتصلة يمكن أن تمنع فتحات الأنف والشعيرات من التأثير على الحساب) من الشفاه لأعلى ولأسفل للحصول على درجة فتح الفم.
ارتفاع العين وتعويض ارتفاع الفم
عندما تكون المسافة العمودية من الجفن العلوي إلى الجفن السفلي والمسافة العمودية من الشفة العليا إلى الشفة السفلية، لأن رأس السائق يتحرك بالنسبة لمعدات الكشف، من أجل تحقيق الحساب الدقيق لارتفاع عين السائق وفمه الارتفاع، فمن الضروري تصحيح التغييرات الناجمة عن التغيرات النسبية في المسافة بين العينين والفم وأجهزة الكشف.
وقت إغلاق العين
يتم التعبير عن وقت إغلاق العين عمومًا بالوقت من إغلاق العين إلى فتحها. عندما يكون الشخص في حالة يقظة طبيعية، تكون مدة إغلاق عينيه قصيرة جدًا وسيفتح عينيه بسرعة. في حالة التعب، سيكون وقت إغلاق العين أطول بكثير، وبالتالي فإن وقت إغلاق العين يمكن أن يعكس بشكل مباشر الحالة العقلية للسائق. من خلال حساب الحد الأقصى لعدد الإطارات من إغلاق العين إلى الفتح، كلما زاد عدد الإطارات، زاد وقت الإغلاق، وأصبح التعب أكثر خطورة.
تومض العيون بشكل أقل تواترا. يتم تنفيذ الإسقاط الرمادي الأفقي على النصف السفلي من الوجه، ويتم ملاحظة منحنيات الإسقاط الرمادية الأفقية لصور مختلفة لشخص واحد،
يرمش الناس بشكل متكرر عندما يكونون متعبين أكثر من كونهم مستيقظين. تأخذها هذه الورقة أيضًا كمعلمة كأساس لحكم التعب. وميض مرة واحدة عندما تكون العيون مغلقة لفتحها. يتم تجميع عدد الومضات في فترة زمنية كمعامل لحكم التعب.
معلمات التعب لحركة الرأس
عندما يكون السائق متعبًا، فإنه يومئ برأسه بشكل متكرر ويميل رأسه إلى الأمام. يتم الحصول على المواضع الأفقية لحدقة العين وزاوية الفم من خلال إسقاط أفقي رمادي متكامل. لنفترض أن D1 هي المسافة من الوضع الأفقي لحدقة العين إلى الحافة العلوية للصورة المجمعة، وD2 هي المسافة من الوضع الأفقي لزاوية الفم إلى الحافة السفلية للصورة المجمعة. عندما يومئ السائق برأسه بسبب التعب، يزداد D1 ويقلل D2. عندما يكون السائق متعبا ويميل رأسه إلى الأمام، يزداد D1 ويزداد D2. يمكن استخدام الإيماءة وميل الرأس للأمام كأساس مهم للحكم على التعب.
الوضع الحالي لتكنولوجيا مراقبة التعب أثناء القيادة
جهاز مراقبة تعب السائق الذي أطلقته تقنيات الانتباه (dd850) هو منتج لمراقبة تعب السائق والإنذار المبكر استنادًا إلى خصائص الاستجابة الفسيولوجية للسائق. يقوم المنتج بجمع معلومات عين السائق من خلال كاميرا الأشعة تحت الحمراء ويستخدم PERCLOS كمؤشر إنذار للتعب. يمكن تثبيته مباشرة على لوحة العدادات. يمكن تعديل حساسية التنبيه وصوت التنبيه. وفي الوقت الحاضر، تم تعميمها وتطبيقها، ولكنها فعالة فقط في الليل.
يستخدم جهاز إنذار التعب الشديد الذي طورته التركيبات الرقمية في الولايات المتحدة شريطًا مغناطيسيًا يوضع أسفل عجلة القيادة لاكتشاف زاوية عجلة القيادة. إذا لم يقم السائق بإجراء أي تصحيح لعجلة القيادة لفترة من الوقت، فإن النظام يستنتج أن السائق يدخل في حالة التعب ويطلق إنذارًا.
تستخدم شركة Safetrac التابعة لشركة تكنولوجيا البرامج المساعدة بالولايات المتحدة رأس الفيديو الأمامي لتحديد خط المسار وإعطاء إنذار عندما تبدأ السيارة في الانحراف عن المسار. يمكن للمنتج أيضًا الحكم على حالة إرهاق السائق من خلال الجمع بين حالة الثبات في المسار وخصائص تشغيل عجلة القيادة للسائق.
يأخذ جهاز astid الموجود في المملكة المتحدة في الاعتبار عوامل مختلفة بشكل شامل مثل معلومات نوم السائق، وطول ونوع القيادة المكتملة، وتشغيل عجلة القيادة للسائق للحكم على حالة تعب السائق. قبل أن يعمل الجهاز، يحتاج السائق إلى إدخال معلومات نومه خلال الـ 24 ساعة الماضية. عندما يصل الإنذار المرئي إلى مستوى معين، سيتم تشغيل إنذار مسموع، وينصح السائق بالتوقف والراحة. بعد فترة من الراحة، سوف يقوم المنبه المدمج بإيقاظ السائق وإعادة ضبط وقت القيادة.
وبالإضافة إلى هذه المنتجات، هناك أيضًا أساور إنذار للتعب تكتشف التعب من خلال حركة المعصم وأساور يمكن تعليقها على العينين والساقين
إذا كنت ترغب في تطوير منتجات أو علامات تجارية أو برامج خاصة بنظام مراقبة التعب؛ من فضلك لا تتردد في الاتصال [email protected] ، لن نخذلكم.
