بحث حول كشف النعاس لدى مشغلي الطائرات بدون طيار بناءً على طريقة الغابة العشوائية للقرار

لماذا يهم إبقاء طياري الطائرات بدون طيار مستيقظين

مع تولي الطائرات بدون طيار مزيدًا من المهام — من تفقد خطوط الكهرباء إلى دعم مهام الإنقاذ — يجب أن يظل الأشخاص الذين يقودونها من الأرض في حالة تركيز تام. ومع ذلك، يمكن أن تدفع المهام الطويلة والشاشات المتكررة ونوبات العمل الليلية المشغلين بهدوء نحو النعاس، مما يزيد من خطر ارتكاب أخطاء مكلفة أو حتى مميتة. يستعرض هذا البحث كيف يمكن لنظام قائم على الكاميرا أن يراقب وجه المشغل في الوقت الفعلي ويستخدم أسلوب تعلّم آلي شفاف لتحديد متى يصبح الشخص نعسانًا جدًا بحيث لا يمكنه الطيران بأمان.

ثلاث طرق لاكتشاف مشغل نعسان

يبدأ المؤلفون بتوضيح ثلاث مجموعات رئيسية من أساليب كشف النعاس. تنظر إحدى الطرق في سلوك المركبة: التمايل داخل المسار، والانحراف عن المسار، أو ازدياد أخطاء التحكم. تراقب أخرى إشارات من الجسم والدماغ، مثل موجات الدماغ، وإيقاع القلب، والتنفس، أو موصلية الجلد. قد تكون هذه الأساليب دقيقة لكنها غالبًا ما تتطلب ارتداء مجسات من قبل الأشخاص، وهو ما قد يكون غير مريح وغير عملي في غرف التحكم الحقيقية. تراقب المجموعة الثالثة السلوك الظاهر: مدى تكرر الومض، ومدة إغلاق العينين، وما إذا كان الشخص يتثاءب، وكيف يميل الرأس. وبما أن الكاميرات قادرة على التقاط هذه المعلومات دون ملامسة المشغل، فإن الأساليب السلوكية تبدو جذابة بشكل خاص لمراكز التحكم بالطائرات بدون طيار.

قراءة العلامات من الوجه

يركز النظام المطوَّر في هذه الدراسة على عدد من دلائل الوجه التي تربطها الأبحاث السابقة بالنعاس. يتتبع مكتبة رؤية حاسوبية نقاطًا ثلاثية الأبعاد على وجه المشغل في تغذية فيديو مباشرة. من هذه المعالم، يحسب البرنامج «نسبة شكل العين» لقياس مدى انفتاح العينين، ونسبة الوقت الذي تبقى فيه العينان مغلقتين إلى حد كبير خلال دقيقة (مقياس معروف باسم PERCLOS)، ومدى اتساع الفم، ومقدار ميل الرأس للأمام أو للخلف أو جانبًا. يعمل البرنامج بسرعة كافية على أجهزة المستهلكين لتقديم تغذية راجعة تقارب الوقت الحقيقي، كما يسجل كافة القياسات لتحليلات لاحقة.

قاعدة بسيطة مع دعم ذكي

لتقرير ما إذا كان الطيار نعسانًا، يجمع المؤلفون بين قاعدة موثوقة ونموذج أكثر مرونة. يعمل PERCLOS، الذي يحظى بدعم قوي في أبحاث النوم والسلامة، كحاجز أساسي: القيم المنخفضة جدًا تشير إلى اليقظة، والقيم المرتفعة جدًا تشير إلى النعاس. عندما يقع PERCLOS في نطاق وسط، يلجأ النظام إلى مصنف الغابة العشوائية الذي ينظر معًا إلى اتساع العين، واتساع الفم، وميل الرأس. الغابة العشوائية تتكون من مجموعة من أشجار القرار الصغيرة، كل منها يصوت بشأن الحالة؛ ويحدد التصويت المجمع النتيجة. كما يقوم النظام بتنعيم القرارات على نافذة زمنية قصيرة، بحيث لا يؤدي إطار واحد غريب إلى إطلاق إنذار غير ضروري.

رؤية داخل تفكير النموذج

على عكس العديد من أنظمة التعلم العميق التي تعمل كـ«صناديق سوداء» غامضة، يمكن فحص الغابة العشوائية لكشف كيفية توصلها إلى قراراتها. درّب المؤلفون نموذجهم على مجموعة فيديو شائعة الاستخدام لكشف النعاس أثناء القيادة واختبروه على أفراد محتفظ بهم من تلك المجموعة وعلى قاعدة بيانات منفصلة. كانت الأداءات جيدة، مع ميل النظام لإثارة إنذار خاطئ أكثر من تفويت مشغل نعسان فعليًا — وهو مقايضة أكثر أمانًا في الطيران. من خلال رسم كيف يتغير الخطر المتنبأ به مع تباين كل ميزة، يُظهرون، على سبيل المثال، أن فتحات العين الصغيرة جدًا تدفع النموذج بقوة نحو حكم بالنعاس، بينما تصبح ميولات الرأس الشديدة مريبة فقط بعد زاوية معينة. يؤكد تحليل أهمية الميزات أن انفتاح العين يهيمن على حكم النموذج، بينما يلعب اتساع الفم وميل الرأس أدوارًا داعمة.

ما يعنيه هذا لرحلات طائرات دون طيار أكثر أمانًا

تخلص الدراسة إلى أن نظام مراقبة الوجوه القابل للتفسير، المرتكز على مقياس إغلاق الجفون المصادق عليه جيدًا والمدعوم بغابة عشوائية، يمكنه التعرّف بثقة على النعاس لدى مشغلي الطائرات بدون طيار دون ربطهم بأجهزة طبية. وفي الوقت نفسه، يكشف النموذج الشفاف عن تحيُّزات ونواقص في بيانات التدريب، مما يوجّه كيفية تحسين الأنظمة المستقبلية — على سبيل المثال، بإضافة مواضيع متنوعة أكثر، وظروف إضاءة مختلفة، وإشارات إضافية من الطائرة نفسها. بعبارة بسيطة، يُظهر هذا العمل مسارًا نحو مراقبة السلامة على غرار قمرة القيادة للطيارين البعيدين تكون عملية للنشر وقابلة للفحص، مما يساعد المنظمات على الوثوق بالتكنولوجيا التي تراقب فرَقها وتحسينها.

الاستشهاد: Wojtowicz, K., Wojciechowski, P. & Panasiewicz, A. Research on drowsiness detection in UAV operators based on the random decision forest method. Sci Rep 16, 9726 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39195-y

الكلمات المفتاحية: كشف النعاس, مشغلو الطائرات بدون طيار, مراقبة الوجه, الغابة العشوائية, سلامة الطيران