خمس طالبات من جامعة الإمام يبتكرن نظاماً آلياً للتعرف على إش

عبر كاميرات تحسسية وإصدار أصوات تحذيرية للسائق..



تمثل الحوادث المرورية هاجسا كبيرا للمجتمع وتؤرق بال الكثير من المهتمين لما تحدثه من مخاطر وعوائق جسيمة بشرية ومادية فهي عبء على الدولة والمجتمع بشكل عام. إن كثيرا من هذه الحوادث ناجمة عن تجاوز الإشارة المرورية الحمراء نتيجة للاستعجال وعدم التريث وعدم الانتباه واللامبالاة، والتي من ضمن أسبابها أيضا غفلة السائق وانشغاله عن القيادة. فالدولة ولله الحمد تولي هذا الجانب عناية كبير حيث تم تشكيل لجنة وطنية لسلامة المرور والتي من ضمن مهامها تشجيع ودعم البحوث التطبيقية ذات العلاقة بالنواحي المرورية،




لذلك فإن هناك محاولات بحثية مستمرة لإضافة أنظمة آلية ذكية في السيارة تعطي حلولا للسلامة المرورية ومساعدة السائق على أداء بعض المهام الروتينية، وقد تمكنت خمس طالبات من كلية علوم الحاسب والمعلومات بجامعة الإمام محمد بن سعود الإسلامية في المستوى الثامن من ابتكار نظام آلي للتعرف على إشارة المرور وقد قامت الطالبات وهن: أمل النمي، فاتن العمر، نجاح السبيعي، ندى البدر، وجدان السعيدان. بتطوير نظام آلي ذكي يقوم بالتعرف على إشارة المرور في أنظمة المرور السعودية ليتم تنبيه السائق بما يعطي حلولا للسلامة و يساعد في تقليل حوادث السير بإشراف أستاذ علوم الحاسب الدكتور خالد بن عبد العزيز الشلفان. ويعنى هذا النظام بتنبيه قائد المركبة للتوقف عند الإشارة المرورية الحمراء.





وتحدثت الطالبات ل "الرياض" حول بداية فكرة المشروع وأهدافه ونتائجه بالقول: كنا أول دفعة من المنتظر تخرجها من هذا القسم بجامعه الإمام لدرجة الماجستير وكان من المقرر لنا مشروع تخرج نبدأ فيه من المستوى السابع إلى المستوى الثامن عن طريق اختيار مشاريع معروضة من القسم أو اقتراح مشاريع أخرى، ولكن جميع المشاريع المقترحة من قبل أستاذات القسم لم تنل إعجاب الفريق وعندها قدمنا للقسم اقتراحات لمشاريع لكن صادفتها عقبات حتى استقر الأمر على أن يتم اختيار أحد المشاريع المقترحة من قبل هيئة التدريس فكان إن وقع اختيارنا على عدة مشاريع من ضمنها هذا الموضوع لما فيه من غرابة الفكرة و قد تقبلنا المشرف على هذا المشروع الدكتور خالد مشكورا وضمَّنا له في مشروعه في حين أن أكثر من دكتور رفضوا الإشراف علينا لما فيه من صعوبة الاتصال بنا.

وقد تم تنفيذ النظام بحمد الله وتوفيقه بواسطة الفريق وباشراف الدكتور خالد الشلفان.





وتضيف الطالبة امل العمر: يهدف المشروع إلى تطوير نظام آلي ذكي يقوم بالتعرف على إشارات المرور في السعودية، ليتم تنبيه السائق حتى تتوفر حلول السلامة المرورية أو يتم عن طريق النظام التحكم الآلي في المركبة حيث أن هناك محاولات مستمرة لإضافة أنظمة آلية في المركبات الذكية Intelligent vehicles لتصبح قادرة على قيادة نفسها. و المركبات الذكية Intelligent vehicles عبارة عن مركبات تقاد عن طريق مجموعة من الحساسات sensors، أنظمة المعلومات information system و المتحكمات controllers. وللمركبات الذكية العديد من التطبيقات الهامة في حقول المواصلات كالقطارات الآلية، الروبوتات وكمساعد للسائق أثناء القيادة، كذلك يستخدم في حقل الصناعة لزيادة السرعة والكفاءة والتقليل من تأثير البيئة على الإنسان. ...الخ.

وهناك أبحاث تجري في بلدان عدة لإضافة الأنظمة الآلية للمركبات لتأمين السلامة أو لاستخدام المركبات بلا سائق. ففكرة النظام تخدم المجتمع ويدخل ضمن مجال بحث جديد لم يسبق للفريق العمل فيه فتحققت فيه الإثارة واكتشاف المجهول ليتم تنفيذه.

والبرنامج الذي تم تنفيذه يبدأ بالتقاط الصور بواسطة كاميرا موصله بالنظام ثم يقوم البرنامج بالعمل على الصور التي تصل إليه لاستخلاص صورة كل فترة من الزمن تقدر بثانية ومن ثم يتم اختبار كل صورة إن كانت تحتوي إشارة المرور أم لا. وقد تم تنفيذ العمل بطريقتين كلتاهما أثبتت فعاليتها.

الطريقة الأولى:

مبنية على استخراج بعض الخصائص من الصورة ثم يتم إدخالها على المصنف "Classifier" وظيفته بناءً على معلومات مزود بها مسبقا تحديد ما إذا كانت الصورة تحتوي الجسم محل البحث عن طريق بعض الخصائص.

إن إحدى الخصائص المميزة للإشارات شكلها ولذلك اعتمدنا عليها كخاصية يتم التعرف على الإشارة من خلالها. فعندما يتم مسح الصور يقوم النظام باستخراج الحدود من الصورة عن طريق بعض الخوارزميات ثم يتم إدخالها على مصنف الشكل و يستعمل المصنف الشبكات العصبية neural networks لهذا الغرض. هذه الشبكات يدخل لها نمط الحدود بهيئة رقمية ثم تقوم بالتعرف عن ما إذا كان الشكل المدخل إشارة أم لا حتى إذا ما وجد النظام الإشارة يتم ترحيل الصورة إلى مصنف الألوان الذي يشكل دعامة لمصنف الشكل حيث يتأكد من وجود اللون الأحمر في الصورة المختارة فإن وجدت أصدر النظام تنبيها بذلك.

الطريقة الثانية:

وهي مبنية على مطابقة وحدات الصورة بحيث يحتفظ النظام بقوالب معدة مسبقاً لإشارات تم جمعها من مدينة الرياض. تتم العملية بالشكل التالي: أثناء فحص الصور الملتقطة، يقوم النظام بقطع نوافذ من الصورة ويبدأ بالبحث في كل نافذة. عملية البحث تتم باستخدام أبعاد الإشارة بحيث يتم تحديد أربع زوايا ومعرفة الأبعاد بينها واختبارها. إذا كانت نتيجة الاختبار أن هناك مستطيلاً بأبعاد مساوية لأبعاد الإشارة فإن النظام يقوم بعملية المقارنة بين النافذة والقالب للتأكد من النتيجة.والمرحلة النهائية هي عملية التعرف على لون الإشارة كما ذكر في الطريقة الأولى.

وقد تمت برمجة النظام باستخدام لغة ال c++ ، و OpenCV للتعامل مع الصور والفيديو وذلك لمناسبتها للتطبيقات اللحظية real-time application

ويرجو الفريق أن يتم تطوير المشروع بحيث تعمل الطريقتان بطريقة مكملة إحداهما للأخرى ويأمل كذلك أن يتم تطبيقه على المركبة فعليا بحيث تعمل المركبة بشكل آلي وهذه الخطوة تحتاج إلى دعم مادي ضخم وداعم حقيقي.

وحول العقبات التي واجهت المشروع تقول:

العقبات تكمن في البداية حيث كانت المشكلة في الوصول إلى معرفة مفتاح اللغز وريثما حصلنا عليه بدأت الأبواب تنفتح أمامنا بسهولة ولله الحمد، وكانت مرحلة حصر وجمع الأشكال المحتملة لإشارة المرور من أصعب المراحل وأرهقها وأطولها زمنا حيث أخذت من الفريق وقتا وجهدا وكانت تحتاج إلى عمل ميداني لكن الحمد لله الذي يسر لنا ذلك... وقد وجهت الطالبات الشكرلله سبحانه وتعالى أولا وأخيرا على أن سهل لهن إتمام هذا المشروع بالوجه الذي يرتضينه ..كما قدمن الشكر إلى الدكتور: خالد الشلفان مشرف المشروع وإلى كافة أعضاء الفريق الذي كان غاية في التعاون والتفاني والإخلاص.

وفي لقاء مع "الرياض" يصف مشرف المشروع الدكتور خالد الشلفان هذا النظام بالناجح ويقول:

ان هذا النظام الآلي يساعد في التقليل من حوادث سير المركبات على الطرق العامة وذلك من خلال تنبيه السائق بحالة إشارة المرور عندما تضيء اللون الأحمر ليتم إيقاف المركبة عند الإشارة وعدم تجاوزها،فكثير من الحوادث ناجمة عن تجاوز الإشارة المرورية الحمراء نتيجة للاستعجال وعدم الانتباه واللامبالاة، وغفلة السائق وانشغاله.

ان الجيل الجديد من السيارات حيث تحتوي على أنظمة رقمية ذكية تساند قائد المركبة في السيطرة على السيارة بحيث يكفل سلامة السيارة والمركبات الأخرى على الطريق. إن أنظمة الذكاء الاصطناعي أخذت تتطور بشكل مذهل في العقد الأخير حيث تعمل بكفاءة عالية، لذا تحاول شركات السيارات أن تدمج تقنيات الذكاء الصناعي في السيارات الحديثة الحالية للتقليل من وقوع حوادث السير. نعتقد أن وجود أنظمة إنذار وإرشاد داخل السيارة ربما يساعد بإذن الله في التقليل من هذا العدد الهائل من الوفيات بشكل كبير.

ويشير د. الشلفان الى ان: طبيعة هذا المشروع تقتضي أن يكون هناك عدة تجارب لجميع الطرق العلمية المستخدمة فيه وذلك في عدة مواقع من المدينة وفي أوقات مختلفة حيث تمت تجربة هذا المشروع بعد تجهيزه على سيارة في عدد من إشارات مدينة الرياض وفي حالات متباينة لوضع السيارة بالنسبة لإشارة المرور وبوجود عدد من السيارة مضاءة أنوارها الخلفية أمام الكاميرا مما قد يشكل شبهة لدى النظام بأن تكون إشارة مرورية حيث اثبت النظام فعلية جيدة تصل أحيانا إلى كثر من 80% .

ويرى د. الشلفان ان اكتمال التجهيزات في جامعة الامام ساهم في هذا النجاح ويواصل الحديث بالقول:

في الواقع لا يخلو العمل في مثل هذه المشاريع التي تحتاج جهد مضاعف من بعض الإشكاليات حيث إن من أهم المشاكل التي واجهت الطالبات هو الحصول على المراجع ذات العلاقة بطبيعة المشروع بالإضافة إلى إجراء التجارب الفاعلة والحصول على البرامج والتجهيزات التي تحتاجها مثل هذه المشاريع المتقدمة، لكن بتوفيق من الله ثم بتضافر الجهود تم التغلب على معظم المعوقات التي واجهت هذا المشروع البحثي حتى ظهر بالشكل الذي ترونه. وبالمناسبة أود التنويه هنا بأن كثيراً من الذين لم يعايشوا تجربة الجامعة في تعليم الطالبات والإشراف على مشاريعهن يعتقدون أن انجاز مثل هذه المشاريع من قبل الطالبات والإشراف عليهن يصاحبه بعض النقص والصعوبات، لكن الواقع يقول خلاف ذلك فالكلية مجهزة بأحدث الاستوديوهات التي تربط الأستاذ بالطالبات عن بعد بواسطة قناتين ذات اتجاهين هما الصوت والعرض سواء على الحاسب الآلي أو على شاشة العرض وأخرى ثالثة ذات اتجاه واحد، بالإضافة إلى التواصل المستمر عن طريق الايميل، لذلك لم يكن هناك نقص مخل بالعملية الإشرافية.


ذكاء اصطناعي

وردا على سؤال ل الرياض عن وجود تجارب مماثلة وتقنيات مشابهة اوضح مشرف المشروع: إن الذكاء الصناعي ينقصه الكثير من التطوير، فأنظمة التحسس الحاسوبية التي تستخدم الكاميرات عالية الدقة High definition camera تستطيع التمييز بين الأجسام الموجودة في الطريق كما يمكنها أن تكتشف أيها يتحرك وأيها ثابت ويجب تفاديه، لكن أبحاث أنظمة الذكاء الصناعي ذهبت إلى ابعد من ذلك حيث تسعى إلى معرفة السلوك المعتاد للأجسام المتحركة وإيجاد أسلوب فاعل للتعامل مع كل جسم متحرك تتناسب مع إيقاع وتصرفات هذه الأجسام. في الحقيقة هناك محاولات بحثية مستمرة لإضافة أنظمة آلية ذكية Artificial Intelligent Systems في المركبات تعطي حلولا للسلامة المرورية ومساعدة السائق على أداء بعض المهام الروتينية نجم عنها تقنيات مرورية كان لها دور بارز في تيسير قيادة المركبة، من ذلك تقنيات التعرف على العلامات المرورية والتعرف على المنعطفات وتقنيات تنبيه السائق عند انحرافة عن مساره وكذلك تقنيات تنبيه السائق عندما يصاب بالنعاس أثناء القيادة وهذا المشروع ما هو إلا إحدى هذه المحاولات.

وينظر د. خالد الشلفان للجهات المعنية بالمشجعة والداعمة حيث يقول:

الدولة ولله الحمد تولي هذا الجانب، اقصد السلامة المرورية، عناية كبيرة حيث تم تشكيل لجنة وطنية للسلامة المرورية والتي من ضمن مهامها تشجيع ودعم البحوث التطبيقية ذات العلاقة بالنواحي المرورية، كما أن مدينة الملك عبد العزيز للعلوم والتقنية والتي تضم هذه اللجنة تقول بدعم مثل هذه البحوث التطبيقية التطويرية، كذلك فان الإدارة العامة للمرور المعنية بمثل هذه التطبيقات التقنية تشجع مثل هذه المحاولات.

ومثل هذه التقنية سوف ترونها مصاحبة للمركبات في يوم من الأيام مثلها مثل التقنية الالكترونية التي نجدها كل سنة تضاف إلى المركبات الحديثة، حيث انه بإمكان الشركات المصنعة إضافة كاميرا صغيرة مثل ما هو مجود في الجوالات توضع في مقدمة المركبة تكون موصلة بنظام التعرف على الإشارات المرورية.

وعن مستوى الابداع لدى الطلاب والطالبات يرى انهم يملكون قدرات ممتازة لا تقل بأي حال من الأحوال عن قرنائهم الآخرين في أي دولة أخرى ومن ذلك سرعة إلمامهم بتقنية المعلومات حيث نسمع عن تميز بعضهم في هذا المجال بعد ما أولوه عناية جيدة وأحسنوا تنظيم العمل والوقت. ويهيب بكل من له دور في تربية وتعليم الشباب أن يحسنوا توجيههم والعناية بالمتميزين منهم لتستفيد البلاد من قدراتهم فهم بأمس الحاجة إلى إعطائهم ثقة اكبر في أنفسهم والعناية بهم لصقل مهارتهم وتوفير البيئة المناسبة لهم.