نحو مصاعد ذكية – تجربة كليمان

مع أربعة ابتكارات: اكتشاف طوارئ الركاب (PED)، وقياس العمود الإلكتروني (ESM)، ونظام مساعدة المصعد G-Braille للأشخاص ضعاف البصر، ومعلومات عن البيئة الآمنة (ISE)

بقلم الدكتور جيورجوس جورجياديس

تم تقديم هذه الورقة في الندوة الدولية للمصاعد والسلالم المتحركة لعام 2023 في إدنبرة، اسكتلندا.

تتبنى الصناعات العمليات الذكية بسبب المزايا التي لا مثيل لها التي تقدمها. أنها توفر بيئة تشغيلية أكثر مرونة واستجابة وتفاعلية مع المستخدم.

المصعد هو قطعة حيوية من المعدات في حياة الناس اليومية. بالنسبة لصناعة المصاعد، يعد دمج التكنولوجيا الذكية ضرورة - وليس خيارًا - نظرًا لأهميتها في الحياة اليومية.

تستكشف هذه الورقة أربع وظائف/منتجات مبتكرة وذكية للمصاعد التي تعزز سلامة الركاب والبناء وإمكانية الوصول والراحة. هذه الوظائف هي:

1. نظام الكشف عن طوارئ الركاب (PED)
2. نظام قياس العمود الإلكتروني (ESM)
3. نظام جي برايل
4. معلومات عن نظام البيئة الآمنة (ISE)

1. PED، نظام الكشف عن طوارئ الركاب

يهدف نظام PED إلى الكشف تلقائيًا عن الحالات الصحية الطارئة (مثل النوبة القلبية أو الإغماء) للمسافرين غير القادرين على الاستجابة خلال هذه الحالة الطارئة. ومن خلال استخدام كاميرات العمق وخوارزميات الذكاء الاصطناعي، يكتشف النظام فقدان الراكب للوعي داخل المقصورة ويثير رد فعل فوري من خلال المصعد. فهو يبدأ سلسلة من الإجراءات، مثل الاتصال تلقائيًا بخدمات الطوارئ، ونقل المصعد إلى الطابق الأرضي، وفتح الأبواب، وإخطار المستشفيات القريبة من خلال إنترنت الأشياء (IoT).

النظام يستخدم الكاميرات وخوارزميات الذكاء الاصطناعي المتقدمة^[1] يتعرف على وجود الأشخاص داخل المصعد. يستخدم نظام PED تقنية كاميرات العمق، والتي لا تسجل البيانات الشخصية، لذا فهي لا تندرج تحت اللوائح العامة لحماية البيانات. تتكون منهجية الكشف عن الحوادث من ثلاث خطوات:

1. كشف وتتبع العناصر المتحركة
2. استخراج معالم الحدث التي تدل على حالة العناصر
3. طريقة نموذج ماركوف المخفي (HMM) التي تتعرف على الأحداث التي تحدث بناءً على ميزات الحدث

يتم استخدام نموذج ماركوف ثلاثي الحالات (الشكل 1) الذي يأخذ في الاعتبار الحدث أعلاه لتحقيق اكتشاف السقوط.

تشير الحالة الأولى (S1) إلى حالة عدم السقوط، على سبيل المثال، وقوف الإنسان أو حركة طفيفة.

تمثل الحالة الثانية (S2) السقوط الفعلي، الذي يتميز بانخفاض كبير في السرعة العمودية (عندما ينخفض ​​الارتفاع، تأخذ السرعة قيمًا سالبة) وزيادة تباين المساحة.

الحالة الثالثة (S3) تعني انتهاء السقوط وتعلن اكتشاف الحادثة.

تعتمد احتمالات الانتقال على ميزات الحدث ويتم تحديدها في المصفوفة التالية:

الاحتمال F،

تشكل دالة سينية تفضل القيم العالية القريبة من 1، والحالات ذات السرعة الرأسية العالية (السلبية) والتباين المشترك للمساحة العالية، أي الحالات التي تتوافق مع حالة السقوط. حيث T هو ثابت محدد بالتدريب.

وظيفة ش,

تعلن أن الحالة S3 التي تشير إلى اكتشاف السقوط لا يمكن الوصول إليها إذا لم يكن الشخص الذي سقط أقل من عتبة فضفاضة HT.

في التخطيطي التالي (الشكل 2)، يظهر وصف للنظام.

سوف تتعرف كاميرا العمق والخوارزمية على الشكل البشري. سيتم مراقبة الميزات المحددة بواسطة النظام. الميزة الأولى هي السرعة الرأسية لأعلى نقطة للشخص الذي يتم تعقبه، والتي سيتم قياسها عدة مرات في الثانية لفترة زمنية ثابتة. الميزة الثانية تشير إلى تباين المنطقة. عندما يسقط شخص ما، تزداد المساحة المقاسة. يتم قياس هذه الميزة بنفس التردد والنافذة الزمنية مثل السرعة. الميزة الأخيرة المستخدمة هي الارتفاع، وبصرف النظر عن أهميته لحساب السرعة العمودية، فإنه يسهل تجنب الإنذارات الكاذبة لأن الشخص الساقط لا يمكن أن يكون أعلى من متر واحد. كل هذه الميزات مستخرجة من كاميرا العمق. بعد تغذية رواية HMM للكشف عن السقوط بهذه الميزات الثلاث، يتم استخراج احتمالية السقوط كما هو موضح سابقًا.

عندما يستخرج HMM احتمالية سقوط عالية (الشكل 3)، سيتم بدء تشغيل عداد الوقت. إذا لم يتم التعافي بعد حد معين (10 ثوانٍ)، فسيتم بدء حالة الإنذار. كما ذكرنا سابقًا، سيتم اتخاذ سلسلة من الإجراءات، مثل الاتصال تلقائيًا بخدمات الطوارئ، ونقل المصعد إلى الطابق الأرضي، وفتح الأبواب، وضبط مروحة هواء المقصورة على الحد الأقصى من الإمداد وإخطار المستشفيات القريبة من خلال إنترنت الأشياء.

يعد PED نظامًا ثوريًا يضمن الاستجابة السريعة والفعالة للمواقف الحرجة على مدار 24 ساعة يوميًا، مما يحتمل أن ينقذ الأرواح.

2. ESM، نظام قياس العمود الإلكتروني

ESM (الشكل 4) هو نظام قادر على قياس أبعاد عمود المصعد تلقائيًا باستخدام أساليب الرؤية الحاسوبية وأجهزة الاستشعار البصرية دون تدخل بشري. يكتشف النظام الانحرافات في أبعاد البناء والانحرافات عن الاتجاه الرأسي النظري والأخطاء في أبعاد سطح الجدار. بالإضافة إلى ذلك، فإنه يحسب الحد الأقصى لحجم العمود المتاح لنظام المصعد. يضمن ESM قياسات دقيقة، مما يتيح تركيب وصيانة المصعد بدقة، وبالتالي تحسين الأداء والسلامة بشكل عام.

أداة ESM خفيفة (مع نظام تثبيت يزن أقل من 8 كجم)، ومحمولة وتعمل بالبطارية. يتم تركيبه في الطابق العلوي، ولا يحتاج إلى أي اختراق للحوائط.

يظهر الشكل 5 الرسم التخطيطي المعماري لنظام القياس المطور. وبشكل أكثر تحديدًا، يغذي بنك الطاقة المحمول الوحدة الحسابية المستخدمة بالتيار، مثل Jetson Nano، مما يوفر القدرة على إجراء عدة قياسات دون الحاجة إلى شحن.

فيما يتعلق بوحدة القياس وأجهزة الاستشعار التطبيقية، هناك ثلاثة أجهزة مختلفة متصلة مباشرة بحاسوب NVIDIA Jetson^[2] وهو المسؤول عن اتصالات أجهزة الاستشعار، وكذلك عن تنفيذ خوارزميات رؤية الكمبيوتر، كما هو موضح في الشكل 6. الأول هو LiDAR عالي الدقة مع 11 دورة في الثانية والذي يوفر الإحداثيات الأفقية للعمود . بينما المستشعر الثاني هو ليزر مسافة الارتفاع الذي يحسب ارتفاع الجهاز ممثلاً الإحداثيات الرأسية. والثالث هو حساس الالتقاط المغناطيسي (MPU)، وهو المسؤول عن فحص مدار الترتيب التجريبي لقياس زوايا الميل والالتفاف، والتي يمكن تغييرها بسبب تيارات هوائية صغيرة داخل العمود المقاس. وفيما يتعلق بحساب زاوية الانعراج، يتم تطبيق منهجيات الرؤية الحاسوبية.

لتجنب النتائج غير الدقيقة الناتجة عن الدوران الذي لا يمكن التحكم فيه للوحدة بسبب تيارات الهواء التي تتطور داخل العمود، تم دمج مستشعر MPU. أولاً، يتم حساب انحرافات الميل والتدحرج ويتم تصحيح القيم الملتقطة من LiDAR (قيم X وY) وفقًا لذلك. في الحالات التي تكون فيها قيم الانحدار والالتفاف أعلى من 3 درجات لأكثر من 10 ثوانٍ متتالية، تظهر رسالة للمستخدم تبلغه بالحالة، وتقترح تكرار العملية لضمان قياس موثوق. في الشكل 7، يتم توضيح انحراف درجة الصوت بشكل تخطيطي، إلى جانب القيم المحسوبة والفعلية للمحاور X وY وZ.

سيتم تركيب النظام في الطابق العلوي، كما هو موضح سابقًا، وسيبدأ في النزول بمساعدة محرك كهربائي صغير بسرعة 45 ملم/ثانية تقريبًا. الخوارزمية^[3] يأخذ البيانات من LiDAR. ثم يتم حساب ميل الميل والانعراج والميل. يتم حساب زاوية الانعراج باستخدام تقنيات الرؤية الحاسوبية، في حين يتم استخلاص درجة الميل والالتفاف من مستشعر MPU. يتم تطبيق خوارزمية لتسجيل سحابة النقطة. في الخطوة التالية، يتم تطبيق طريقة قياس أقصى مستطيل داخل السحابة. ومن ثم، يتم استخراج انحرافات العمود مقارنة بالعمود النظري، بالإضافة إلى الحد الأقصى لعمود المصعد (المتوفر للتركيب) والميل الفعلي للعمود، كما هو موضح في الشكل 8.

علاوة على ذلك، تم توفير عدة وحدات، مثل أداة معالجة نقطة السحابة في الفضاء ثلاثي الأبعاد لفحص العمود بدقة وأداة قياس تحسب المسافة بين نقطتين محددتين من السحابة، كما هو موضح في الشكل 3.

مع الأخذ في الاعتبار دقة نتائج الحساب وواجهة المستخدم الرسومية السهلة للتطبيق، يمكن للمستخدم بسهولة تحديد أبعاد العمود الذي تم فحصه، مما يوفر ساعات من القياس اليدوي للجزء الداخلي من العمود، وبالتالي الوصول إلى معايير جديدة وعالية في صناعة الرفع الصعبة.

3. G-Braille، نظام مساعدة الأشخاص ذوي الإعاقة البصرية

يسهل نظام G-Braille (الشكل 10) استخدام المصعد للأفراد ضعاف البصر. وهو يتألف من جهاز إرسال صغير ومدمج مزود بأزرار تمثل نظام برايل المكون من 6 نقاط والذي يقترن بوحدة التحكم في المصعد. بمجرد الاقتران، يمكن للشخص ضعيف البصر اختيار الأرضية المطلوبة عن طريق الضغط على الأزرار الموجودة في G-Braille وفقًا لتشفير برايل المكون من 6 نقاط. باستخدام هذه الطريقة الجديدة، "يقرأ" المصعد من جهاز إرسال G-Braille الطابق المطلوب دون تحميل الشخص ضعيف البصر "القراءة" عن طريق لمس جميع الأزرار الموجودة على لوحة تشغيل المقصورة (COP). يعزز هذا النظام المبتكر إمكانية الوصول والاستقلالية للركاب ضعاف البصر.

يتكون الإعداد من جهاز تحكم عن بعد لكل مستخدم يسمى "G-Braille"، ووحدة أرضية موضوعة داخل كل لوحة تشغيل هبوط لتركيب المصعد، وأخيرًا، عقدة بوابة موضوعة داخل كابينة المصعد تسمى "بوابة G-Braille". تم تجهيز جميع الأجهزة بوحدة تحكم دقيقة قادرة على الاتصال ببروتوكول Bluetooth منخفض الطاقة (BLE). عندما يتم تشغيل جهاز التحكم عن بعد، فإنه يقوم بالبحث بشكل نشط عن خصائص خدمة Bluetooth التي تبدأها الوحدة الأرضية وبوابة برايل. تتمثل وظيفة الوحدات الأرضية في الإعلان عن خاصية خدمة Bluetooth التي تكون الأجهزة البعيدة على مقربة منها ويمكن الاتصال بها والاشتراك فيها. بعد إنشاء الاتصال لفترة معينة من الوقت، تقوم وحدة الأرضية بتنشيط صندوق الضغط الموجود بالأرضية، وبالتالي استدعاء المصعد إلى الطابق المعني. بعد إجراء اتصال ناجح بالمصعد بين جهاز التحكم عن بعد والوحدة الأرضية، تنهي الأخيرة جلسة البلوتوث ليتصل جهاز التحكم عن بعد ببوابة G-Braille بمجرد وصول الكابينة.

يتصل جهاز التحكم عن بعد ببوابة G-Braille من خلال إجراء الاقتران، ويتم إنشاء رابط مشفر. تعمل بوابة G-Braille بمثابة عقدة في شبكة حافلات CAN الخاصة بالمصعد. يمكن للمستخدم إدخال الأوامر المتعلقة بتفضيل الطابق الخاص به من خلال رمز برايل الموجود على وحدة G-Braille للتحكم عن بعد إلى البوابة، والتي تترجم الأوامر المستلمة إلى الطوابق المحددة.

يعد المحرك الهزاز ومكبر الصوت الجرس في وحدة G-Braille مسؤولين عن إخطار الشخص ضعيف البصر بما إذا كانت مقصورة المصعد قد وصلت أو تم كتابة أمر برايل بنجاح. يمكن لبوابة G-Braille أن تدعم ما يصل إلى ستة اتصالات متزامنة للتحكم عن بعد. يتم ربط الأجهزة البعيدة التي يتم توصيلها بنجاح لأول مرة بالبوابة، ويكون كل اتصال لاحق تلقائيًا دون الحاجة إلى عملية الاقتران. علاوة على ذلك، فهو يدعم الاحتفاظ ببيانات تفضيلات الطابق الخاصة بالمستخدم، بحيث يمكن نقل المستخدم إلى طابق محدد مسبقًا في المستقبل دون التفاعل مع جهاز التحكم عن بعد. ويبين الشكل 11 تسلسل الأحداث كما هو موضح في الفقرات السابقة.

يوضح الشكل 12 شكلاً آخر لنظام G-Braille حيث يتم توصيل الوحدة بشكل دائم بـ COP. في هذه الحالة، سيحاول المستخدم تحديد موقع محدد المواقع بأربعة أصابع ثم يستخدم الإبهام للضغط على أزرار G-Braille واختيار الأرضية. 

4. ISE، معلومات عن البيئة الآمنة

يركز نظام ISE (الشكل 13) على رفاهية الركاب من خلال توفير معلومات في الوقت الفعلي حول جودة الهواء داخل كابينة المصعد. وتستخدم كاميرا العمق (التي لا تسجل البيانات الشخصية) لجمع المعلومات عن أرقام الركاب داخل المقصورة. فهو يوفر معلومات مثل آخر مرة تم فيها استخدام المصعد (المصاعد)، وعدد الركاب أثناء الرحلة الأخيرة ومستوى نضارة الهواء (تبادل الهواء الكامل). بناءً على بيانات الأبحاث في عام 2019،^[4] مستخدمو المصعد يتمنون “رائحة طيبة في المقصورة وأجواء نظيفة في المصعد”. تحول هذا التفضيل إلى حاجة مطلقة خلال جائحة كوفيد-19.

تغطي وظيفة ISE هذه الحاجة. فهو يُعلم الأشخاص الذين ينتظرون دخول مقصورة المصعد، مع المعلمات المتعلقة بنوعية الهواء داخل السيارة، وعدد الركاب في الرحلة الأخيرة للمصعد وعدد الأشخاص داخل السيارة عندما يتحرك المصعد. فهو يمنح المستخدم تقديرًا للوقت اللازم لإعادة تدوير الهواء بالكامل في الغرفة، استنادًا إلى وظائف الارتباط من نظام تدوير الهواء في المقصورة. المستخدم الذي يرغب في استدعاء المصعد من محطة توقف (وليس من الطابق الأرضي) أثناء تحرك المصعد لديه معلومات حول عدد الركاب الموجودين في المقصورة. يمكن للمستخدم بعد ذلك أن يقرر ما إذا كان سيصعد إلى المصعد أم لا أو إذا كانت هناك حاجة إلى تدابير وقائية إضافية مثل الأقنعة. في الحالات التي يتم فيها استخدام نظام التحكم في الوجهة، يمكن تحديد الوضع الذي يرسل المقصورة بأعلى مستوى متاح من الهواء المعاد تدويره.

ويتوفر حل ISE أيضًا كتطبيق للهواتف المحمولة، كما هو موضح في الشكل 14.

يوفر نظام ISE أداة معلومات بسيطة ومريحة للمستخدم فيما يتعلق بجودة الهواء المتوقعة داخل المقصورة. بالإضافة إلى ذلك، فهو يساعد على زيادة الوعي لمجموعة الأشخاص الذين لديهم حساسية تجاه القضايا الصحية.  

مراجع حسابات

[1] كرينيديس، س.، ستافروبولوس، ج.، يوانيديس، د. وتزوفاراس، د. (2014). "نظام قوي وفي الوقت الحقيقي لاستخراج إشغال المساحات المتعددة يستغل أجهزة الاستشعار التي تحافظ على الخصوصية." ISCCSP.
[2] إس. كاس، "Nvidia تجعل من السهل تضمين الذكاء الاصطناعي: The Jetson Nano يحزم الكثير من قوة التعلم الآلي في مشاريع DIY،" [التدريب العملي] IEEE Spectrum، المجلد. 57، العدد 7، 2020، ص 14-16.
[3] فروتشيديس ألكسندروس، شارالامبوس باشاليس، ديميتريو نيكولاوس، كلادوفاسيلاكيس نيكولاوس وجورجياديس جورجيوس، "الفحص التلقائي لعمود المصعد باستخدام نظام قياس متعدد أجهزة الاستشعار وتقنيات الرؤية الحاسوبية."
[4] كليمان هيلاس، جامعة كابوديستريا الوطنية بأثينا، قسم علم النفس، 2019، "دراسة المواقف والتصورات حول السلامة ومخاوف ومطالب المستخدم فيما يتعلق بتشغيل المصاعد."