خودروهایی که حواس راننده را می‌فهمند

سیستم پایش راننده DMS چگونه خستگی و حواس‌پرتی را تشخیص می‌دهد؟

تصور کنید پشت فرمان نشسته‌اید و خودرو علاوه بر جاده، خود شما را هم زیر نظر دارد.

اگر چشم‌هایتان برای مدت غیرعادی بسته بماند، سرتان پایین بیفتد یا برای چند ثانیه نگاهتان از جاده منحرف شود، خودرو می‌تواند این وضعیت را تشخیص دهد و به شما هشدار بدهد.

این فناوری که به نام سیستم پایش راننده یا DMS (Driver Monitoring System) شناخته می‌شود، دیگر یک ایده علمی‌تخیلی نیست. امروز در خودروهای جدید استفاده می‌شود و حتی نمونه‌هایی از آن برای نصب روی خودروهای موجود نیز ارائه شده است.

اما DMS دقیقاً چگونه کار می‌کند؟ آیا فقط خواب‌آلودگی را تشخیص می‌دهد؟ و مهم‌تر از همه، آیا می‌توانیم یک سیستم پایش راننده را روی خودرویی که از کارخانه چنین امکانی ندارد نصب کنیم؟

سیستم پایش راننده دقیقاً چیست؟

DMS  را می‌توان ترکیبی از دوربین، پردازنده و نرم‌افزار هوش مصنوعی دانست که وضعیت راننده را در لحظه بررسی می‌کند.

دوربین معمولاً داخل کابین و در موقعیتی قرار می‌گیرد که بتواند صورت و سر راننده را ببیند.

سپس نرم‌افزار مواردی مانند:

• جهت نگاه
• حرکت چشم‌ها
• باز و بسته بودن پلک‌ها
• حرکت سر
• وضعیت صورت
• مدت زمان نگاه نکردن به مسیر
• و در بعضی سیستم‌ها رفتارهایی مانند استفاده از تلفن همراه

را بررسی می‌کند. سیستم‌های تجاری پیشرفته‌تر حتی می‌توانند رفتارهایی مانند خوردن، نوشیدن یا سیگار کشیدن را نیز تشخیص دهند.

در واقع مسیر اصلی چنین سیستمی را می‌توان این‌گونه تصور کرد:

راننده ← دوربین ← پردازش تصویر ← هوش مصنوعی ← تشخیص وضعیت ← هشدار

خودرو چگونه خستگی را تشخیص می‌دهد؟

فرض کنید راننده در یک مسیر طولانی شبانه در حال رانندگی است.

چشم‌ها به‌تدریج بیشتر بسته می‌شوند، مدت پلک زدن تغییر می‌کند و سر برای لحظاتی به سمت پایین می‌رود.

DMS  این رفتارها را به‌صورت لحظه‌ای و در طول زمان تحلیل می‌کند.

اگر مجموعه این نشانه‌ها از حد مشخصی عبور کند، سیستم می‌تواند هشدار بدهد: " لطفاً استراحت کنید."

نکته مهم این است که سیستم معمولاً نباید بر اساس یک پلک زدن یا یک نگاه کوتاه تصمیم بگیرد. سیستم‌های حرفه‌ای رفتار راننده را در طول زمان و با مجموعه‌ای از شاخص‌ها ارزیابی می‌کنند.

حواس‌پرتی فقط خواب‌آلودگی نیست

یکی از جذاب‌ترین ویژگی‌های DMS این است که موضوع فقط خواب نیست.

فرض کنید راننده هنگام حرکت، تلفن همراهش را بردارد و چند ثانیه به صفحه آن نگاه کند.

یا برای مدت طولانی به سمت صندلی کنار خود نگاه کند.

یا مرتب سر خود را از مسیر روبه‌رو منحرف کند.

DMS می‌تواند این رفتارها را به‌عنوان حواس‌پرتی راننده شناسایی کند و هشدار بدهد.

در استانداردها و آزمون‌های جدید Euro NCAP نیز موضوعاتی مانند حواس‌پرتی طولانی، حواس‌پرتی کوتاه، استفاده از تلفن، خواب‌آلودگی، خواب و حتی وضعیت غیرپاسخ‌گو بودن راننده مورد توجه قرار گرفته است.

DMS  با ADAS چه تفاوتی دارد؟

این دو فناوری گاهی با یکدیگر اشتباه گرفته می‌شوند.

 ADAS بیشتر به محیط بیرون خودرو نگاه می‌کند مانند:

• خودروهای دیگر
• عابر پیاده
• خطوط جاده
• موانع
• فاصله با خودرو جلویی

اما:

 DMS  به داخل خودرو نگاه می‌کند.

یعنی وضعیت راننده را بررسی می‌کند.

به همین دلیل در خودروهای پیشرفته، این دو فناوری می‌توانند مکمل یکدیگر باشند.

تصور کنید:

دوربین جلو ← وضعیت جاده را بررسی می‌کند

دوربین کابین ← وضعیت راننده را بررسی می‌کند

و اطلاعات هر دو سیستم در کنار هم قرار می‌گیرند.

در نسل جدید سیستم‌های کمک‌راننده، این ارتباط اهمیت بیشتری پیدا کرده است. برای بالاترین سطوح ارزیابی، علاوه بر پایش مداوم چشم و سر راننده، ارتباط وضعیت راننده با عملکرد سیستم‌های کمک‌راننده را نیز مورد توجه قرار داده است.

آیا DMS همین حالا در خودروها استفاده می‌شود؟

بله.

این فناوری وارد خودروهای تولیدی شده است.

برای نمونه، Smart Eye  اعلام کرده نرم‌افزار DMS آن در میلیون‌ها خودرو در جاده استفاده شده و توسط خودروسازان مختلف انتخاب شده است. این سیستم‌ها برای تشخیص توجه، خستگی و حواس‌پرتی راننده طراحی شده‌اند  همچنین سیستم پایش راننده برای تشخیص خواب‌آلودگی، خواب، میکروسلیپ، حواس‌پرتی و استفاده از تلفن استفاده می‌شود.

پس DMS دیگر یک فناوری آزمایشگاهی نیست؛ بخشی از مسیر فعلی صنعت خودرو است.

آیا می‌توان DMS را جداگانه روی خودرو نصب کرد؟

اینجا پاسخ بسیار جالب است:

بله، چنین محصولاتی وجود دارند.

اما باید بین DMS کارخانه‌ای و DMS مستقل یا Aftermarket تفاوت بگذاریم.

برخی شرکت‌ها راهکارهایی ارائه کرده‌اند که می‌توانند روی خودروهای موجود، ناوگان، اتوبوس‌ها و کامیون‌ها نصب شوند.

برای مثال، Smart Eye  سیستم  AIS Driver Support System را به‌عنوان یک راهکار سخت‌افزاری و نرم‌افزاری برای نصب اصلی یا Aftermarket معرفی می‌کند و می‌گوید این سیستم برای خودروهای سواری، اتوبوس و کامیون قابل استفاده است.

 DMS مستقل ارائه می‌تواند با دوربین کابین، وضعیت سر و چشم راننده را بررسی کرده و در صورت تشخیص حواس‌پرتی یا خستگی، هشدار دیداری، صوتی یا لرزشی ارائه دهد. این سیستم برای نصب در کابین‌های مختلف خودرو طراحی شده است.

بنابراین از نظر فنی، ایده اضافه کردن چشم هوشمند به خودرویی که از ابتدا DMS نداشته است کاملاً واقعی است.

یک DMS مستقل چه اجزایی دارد؟

یک نمونه ساده می‌تواند شامل این قسمت‌ها باشد:

دوربین داخل کابین ← پردازنده ← الگوریتم هوش مصنوعی ← تشخیص خستگی/حواس‌پرتی ← هشدار

در مدل‌های پیشرفته‌تر، اجزای دیگری نیز اضافه می‌شوند:

دوربین ← پردازنده ← تحلیل راننده ← ارتباط با خودرو ← ثبت اطلاعات ← اپلیکیشن یا سامانه مدیریت

برخی محصولات تجاری نیز امکان اتصال به سامانه‌های مدیریت ناوگان را هم دارند.

آیا برای DMS باید ECU خودرو را تغییر داد؟

لزومی ندارد. این یکی از مهم‌ترین نکات این فناوری است. یک DMS مستقل می‌تواند فقط وظیفه تشخیص و هشدار را انجام دهد.

یعنی:

راننده ← دوربین ← تحلیل ← هشدار

بدون اینکه سیستم مجبور باشد به ECU فرمان بدهد.

این موضوع برای خودروهای قدیمی‌تر بسیار مهم است، چون می‌توان یک لایه هوشمند ایمنی به خودرو اضافه کرد، بدون اینکه در مرحله اول به سیستم‌های حیاتی خودرو دست زده شود.

البته اگر بخواهیم DMS با سیستم‌های کمک‌راننده خودرو ارتباط مستقیم داشته باشد، موضوع پیچیده‌تر می‌شود و نیازمند طراحی، آزمون، کالیبراسیون و الزامات ایمنی بیشتری خواهد بود.

پس هر دوربین داخل کابین لزوما  DMS نیست!

این نکته را باید جدی گرفت.

امروز دوربین‌های زیادی با عنوان‌هایی مانند:

دوربین هوشمند خودرو ؛ دوربین تشخیص خستگی یا دوربین AI عرضه می‌شوند.

اما وجود دوربین به‌تنهایی به معنی داشتن یک DMS حرفه‌ای نیست.

یک سیستم واقعی باید بتواند در شرایط مختلف، وضعیت راننده را با دقت قابل قبول تشخیص دهد و تعداد هشدارهای اشتباه را کاهش دهد.

بنابراین تفاوت اصلی یک محصول حرفه‌ای با یک دوربین ساده، در الگوریتم، داده آموزشی، پردازش و قابلیت اطمینان سیستم است.

نور، عینک و شرایط واقعی چه می‌شوند؟

این یکی از سخت‌ترین قسمت‌های طراحی DMS است.

سیستم باید بتواند در شرایط مختلف کار کند مانند:

روز ← شب

نور شدید ← نور کم

راننده بدون عینک ← راننده با عینک

صورت کاملاً قابل مشاهده ← بخشی از صورت پوشیده

و حتی رانندگان با ویژگی‌های ظاهری متفاوت.

به همین دلیل ساختن یک نمونه آزمایشی ساده ممکن است نسبتاً آسان باشد؛ اما ساختن محصولی که بتوان به آن اعتماد ایمنی داشت، کار بسیار دشوارتری است.

حریم خصوصی؛ دوربین داخل خودرو یک سؤال مهم ایجاد می‌کند

وقتی دوربینی دائماً راننده را می‌بیند، یک سؤال مهم مطرح می‌شود:

تصاویر من کجا ذخیره می‌شوند؟

یک سیستم خوب باید تا حد امکان پردازش را در خود دستگاه انجام دهد و فقط اطلاعات ضروری را ذخیره یا منتقل کند.

برای مثال، ممکن است اصلاً نیازی نباشد تصویر ویدئویی راننده در سرور ذخیره شود و سیستم فقط نتیجه تحلیل را نگهداری و اعلام کند:

خستگی = تشخیص داده شد

حواس‌پرتی = تشخیص داده شد

زمان هشدار = ساعت مشخص

این رویکرد می‌تواند از نظر حریم خصوصی بسیار بهتر باشد.

آیا DMS برای خودروهای ایرانی کاربرد دارد؟

از نظر فنی، می‌تواند کاربرد زیادی داشته باشد.

مزیت مهم این است که نسخه اولیه آن می‌تواند مستقل از ECU کار کند.

برای مثال، یک نسخه اولیه می‌تواند فقط:

-          خستگی راننده را تشخیص دهد

-          حواس‌پرتی را تشخیص دهد

-          هشدار صوتی بدهد

-          زمان هشدارها را ثبت کند

و بعداً امکانات بیشتری به آن اضافه شود.

این مدل برای خودروهای قدیمی‌تر بسیار منطقی‌تر از این است که از همان ابتدا بخواهیم سیستم پیچیده‌ای طراحی کنیم که با ترمز، فرمان یا ECU خودرو درگیر شود.

یک قدم جلوتر؛ ترکیب DMS با OBD

اینجاست که داستان جذاب‌تر می‌شود.

اگر DMS را با یک سیستم دریافت اطلاعات خودرو مانند OBD-II  ترکیب کنیم، اطلاعات بیشتری برای تحلیل خواهیم داشت.

مثلاً:

وضعیت راننده ← سرعت خودرو ← مدت رانندگی ← زمان روز ← اطلاعات خودرو

با کنار هم قرار گرفتن این اطلاعات، می‌توان سیستم هوشمندتری ساخت.

فرض کنید سیستم تشخیص دهد:

راننده مدت زیادی رانندگی کرده، نشانه‌های خستگی افزایش یافته، سرعت خودرو بالاست و حواس‌پرتی نیز بیشتر شده است.

در این حالت می‌توان به جای یک هشدار ساده، سطح ریسک رانندگی را نیز تحلیل کرد.

آینده DMS فقط هشدار دادن نیست

نسل آینده این فناوری احتمالاً به‌دنبال پاسخ به سؤال‌های بیشتری خواهد بود.

مثلاً:

-          آیا راننده آماده استفاده از سیستم کمک‌راننده است؟

-          آیا راننده هنوز به جاده توجه دارد؟

-          آیا راننده قادر به ادامه رانندگی است؟

-          آیا باید سیستم کمک‌راننده حساس‌تر شود؟

در آینده حتی می‌توان تصور کرد اگر راننده کاملاً بی‌پاسخ شود، خودرو بتواند وارد یک حالت ایمنی خاص شود؛ البته چنین قابلیت‌هایی نیازمند سطح بسیار بالایی از ایمنی، اعتبارسنجی و یکپارچگی با خودرو هستند.

خودروی هوشمند الزاماً خودرویی نیست که خودش فرمان بدهد یا ترمز کند.

گاهی هوشمندی از یک کار ساده‌تر شروع می‌شو مثل شناختن وضعیت راننده.

امروز فناوری DMS از مرحله ایده عبور کرده است. خودروسازان از آن استفاده می‌کنند و راهکارهای مستقل Aftermarket نیز برای نصب روی خودروهای موجود و ناوگان ارائه شده‌اند.

اما بین یک دوربین ساده و یک سیستم پایش راننده حرفه‌ای فاصله زیادی وجود دارد.

سیستم واقعی باید بتواند در شرایط مختلف، خستگی و حواس‌پرتی را با دقت مناسب تشخیص دهد، هشدارهای اشتباه را کاهش دهد و حریم خصوصی راننده را نیز رعایت کند.

شاید در آینده برای هوشمند کردن یک خودروی قدیمی، لازم نباشد همه سیستم‌های آن را تغییر دهیم.

شاید کافی باشد خودرو را به چند «چشم و گوش» هوشمند مجهز کنیم:

دوربین + پردازنده + نرم‌افزار + سنسورها

و بعد خودرو کم‌کم شروع کند به:

دیدن ← فهمیدن ← تحلیل کردن و در نهایت  هشدار دادن