نظام كشف النعاس/الإرهاق (Driver Drowsiness Detection System)

نظام كشف النعاس/الإرهاق (Driver Drowsiness Detection System)

1. المقدمة ونظرة عامة

يعتبر نعاس السائق أحد الأسباب الرئيسية للحوادث المرورية الخطيرة حول العالم. تقدر منظمة الصحة العالمية أن نحو 20% من الحوادث المرورية ناتجة عن إرهاق السائقين. يعمل نظام كشف النعاس على:

أنواع تقنيات الكشف:

1. النظم القائمة على مراقبة السائق:

   • تتبع العين والجفون

   • تحليل تعبيرات الوجه

   • مراقبة وضعية الرأس

2. النظم القائمة على مراقبة أداء القيادة:

   • تحليل حركة عجلة القيادة

   • مراقبة انحرافات المسار

   • تحليل استخدام دواسات الوقود والفرامل

3. النظم القائمة على المقاييس الحيوية:

   • قياس معدل ضربات القلب

   • تحليل التعرق

   • مراقبة نشاط الدماغ

2. المكونات الأساسية للنظام

أ. وحدات الاستشعار

1. الكاميرات الداخلية:

   • كاميرات الأشعة تحت الحمراء (IR) ذات دقة 640x480 بكسل على الأقل

   • معدل أخذ العينات: 30 إطارًا في الثانية

   • زاوية رؤية: 90 درجة على الأقل

2. حساسات عجلة القيادة:

   • مقاييس زاوية الدوران

   • حساسات عزم الدوران

   • معدل أخذ العينات: 100 هرتز

3. أنظمة المراقبة الحيوية:

   • حساسات معدل ضربات القلب في المقعد أو عجلة القيادة

   • مستشعرات التعرق في مقبض الباب

ب. وحدة المعالجة المركزية

1. مواصفات الأجهزة:

   • معالج ARM Cortex-A9 أو أعلى

   • ذاكرة وصول عشوائي 2GB على الأقل

   • وحدة معالجة الرسومات المدمجة

2. البرمجيات والخوارزميات:

   • خوارزميات رؤية حاسوبية للكشف عن العين

   • نماذج التعلم العميق لتحليل تعبيرات الوجه

   • خوارزميات تحليل السلوك الزمني

3. آلية العمل التفصيلية

أ. مرحلة جمع البيانات

1. جمع البيانات البصرية:

   • تتبع 68 نقطة مميزة على الوجه

   • قياس فتحة العين (بالبكسل)

   • حساب معدل رمش العينين

2. جمع بيانات القيادة:

   • تسجيل زوايا انحراف عجلة القيادة

   • تحليل نمط الضغط على الدواسات

   • مراقبة انحرافات المسار عبر نظام الكاميرا الأمامية

ب. مرحلة تحليل البيانات

1. مؤشرات النعاس الأساسية:

   • PERCLOS (نسبة إغلاق الجفون)

   • معدل الرمش (عادة 8-21 مرة/دقيقة)

   • زاوية ميل الرأس (أكثر من 20 درجة لمدة 3 ثوان)

2. التحليل الزمني:

   • حساب درجات النعاس على مقياس من 0-100

   • تحليل الاتجاهات عبر فترات زمنية (15-30 دقيقة)

ج. مرحلة التحذير والتنبيه

1. أنواع التحذيرات:

   • تحذيرات بصرية (أيقونات، رسائل)

   • تنبيهات سمعية (نغمات، رسائل صوتية)

   • تحذيرات اهتزازية (عجلة قيادة، مقعد)

2. تدرج الاستجابة:

   • تحذير أولي عند درجة نعاس 60%

   • تحذير قوي عند درجة نعاس 80%

   • اقتراح أخذ استراحة عند درجة نعاس 90%

4. المتطلبات الفنية والتشريعية

أ. المواصفات الفنية

المكون	المواصفات الفنية
الكاميرا	- دقة 640x480 على الأقل - حساسية ضوئية 0.1 لكس - معدل أطر 30fps
المعالج	- قدرة معالجة 1.5 TOPS - زمن استجابة <50ms
الخوارزميات	- دقة كشف >95% - معدل إنذارات خاطئة <5%

ب. المتطلبات التشريعية

• معايير Euro NCAP: منح 2 نقطة إضافية للأنظمة المتكاملة

• معايير NHTSA: إرشادات لتطوير الأنظمة منذ 2013

• معايير ISO: ISO 26262 للمتطلبات الوظيفية

5. التحديات والحلول

أ. التحديات الرئيسية

1. الظروف البيئية:

   • تغيرات الإضاءة الداخلية

   • ارتداء النظارات الشمسية

2. الاختلافات الفردية:

   • اختلاف شكل العيون بين الأعراق

   • أنماط رمش مختلفة بين الأفراد

ب. الحلول التقنية

1. التكامل متعدد المستشعرات:

   • دمج البيانات البصرية مع بيانات القيادة

   • استخدام الأشعة تحت الحمراء في جميع الظروف

2. الذكاء الاصطناعي المتقدم:

   • شبكات عصبية متخصصة للتعرف على الوجوه

   • نماذج تعلم آلي مخصصة لكل سائق

6. التطبيقات العملية والتطورات المستقبلية

أ. أمثلة حالية

1. مرسيدس-بنز (Attention Assist):

   • يراقب 70 معيارًا مختلفًا

   • يعمل عند السرعات فوق 80 كم/ساعة

2. فولفو (Driver Alert Control):

   • يركز على تحليل مسار القيادة

   • يقترح نقاط استراحة على الطرق السريعة

ب. التطورات المستقبلية

1. التكامل مع أنظمة القيادة الذاتية:

   • تفعيل وضع القيادة الآلية عند اكتشاف النعاس

2. المراقبة الصحية المتكاملة:

   • قياس مستويات الأكسجين في الدم

   • اكتشاف أعراض نقص السكر

3. أنظمة الوقاية المتقدمة:

   • إيقاف السيارة بأمان في حالات النعاس الشديد

   • الاتصال تلقائيًا بخدمات الطوارئ

   •