"""
海事 AI 值守疲劳监控系统
参考: Seafy 2026, Orca AI, Ideagen 2026

核心功能：
1. 持续生理监测（摄像头+心率传感器）
2. 疲劳风险评估（AI 模型分级绿/黄/红）
3. STCW 合规监测（工作/休息时间记录）
4. 预测性调度（基于疲劳周期）
5. COLREGS 辅助（碰撞风险+值守状态联动）

与汽车 DMS 的技术迁移：
- 摄像头疲劳检测 → 直接复用
- PERCLOS → 直接复用
- 分级警告 → 类似触觉/听觉方案
- 多人监控 → 从单人到多人扩展
"""

import numpy as np
from dataclasses import dataclass
from typing import List, Optional
from datetime import datetime, timedelta

@dataclass
class MaritimeWatchConfig:
    """海事值守配置"""
    # STCW 工作时间
    max_work_hours: int = 14  # 24小时内最长工作时间
    min_rest_hours: int = 10  # 24小时内最短休息时间
    min_rest_block: int = 6   # 最短连续休息时段
    
    # AI 值守参数
    camera_fps: int = 15  # 海事场景帧率较低
    alert_green_threshold: float = 0.3  # 疲劳分数<0.3=绿
    alert_amber_threshold: float = 0.6  # 0.3-0.6=黄
    alert_red_threshold: float = 0.8    # >0.8=红
    
    # BNWAS 复位间隔（传统）
    bnwas_interval_min: int = 15  # 每15分钟复位一次


class MaritimeAIWatchSystem:
    """
    海事 AI 值守系统
    
    三级警报（参考 Seafy 2026）：
    - 🟢 GREEN: 正常值守，疲劳分数 <0.3
    - 🟡 AMBER: 轻度疲劳，疲劳分数 0.3-0.6
    - 🔴 RED: 严重疲劳，疲劳分数 >0.6
    
    系统组件：
    1. 桥楼摄像头阵列（2-4个固定摄像头）
    2. 心率传感器（可选穿戴式）
    3. AI 边缘处理器（NPU加速）
    4. STCW 合规记录器
    5. 船舶运动传感器（IMU补偿）
    """
    
    def __init__(self, config: MaritimeWatchConfig):
        self.config = config
        self.fatigue_score = 0.0
        self.alert_level = 'GREEN'
        self.work_hours_today = 0.0
        self.rest_hours_today = 0.0
        self.last_rest_block = None
        
    def assess_fatigue(self, perclos: float, 
                        blink_duration_ms: float,
                        head_nod_count: int,
                        reaction_time_ms: int,
                        work_duration_hours: float) -> dict:
        """
        综合疲劳评估
        
        海事场景特殊因素：
        - 船舶摇摆（影响头部运动判断）
        - 长时间夜班（6/6轮班）
        - 孤独/隔离（心理疲劳）
        - 噪声/振动（船舱环境）
        
        Returns:
            assessment: {fatigue_score, alert_level, recommendation}
        """
        # 1. PERCLOS 贡献
        perclos_score = min(1.0, perclos / 20.0)
        
        # 2. 眨眼时长贡献
        blink_score = min(1.0, (blink_duration_ms - 200) / 300.0)
        blink_score = max(0, blink_score)
        
        # 3. 头部点头贡献
        nod_score = min(1.0, head_nod_count / 10.0)  # 10分钟内10次
        
        # 4. 反应时贡献
        reaction_baseline = 500  # ms
        reaction_score = min(1.0, (reaction_time_ms - reaction_baseline) / 500.0)
        reaction_score = max(0, reaction_score)
        
        # 5. 工作时长贡献（STCW 合规）
        work_score = 0
        if work_duration_hours > 8:
            work_score = (work_duration_hours - 8) / 6.0
            work_score = min(1.0, work_score)
        
        # 综合疲劳分数
        self.fatigue_score = (
            0.30 * perclos_score +
            0.20 * blink_score +
            0.15 * nod_score +
            0.15 * reaction_score +
            0.20 * work_score
        )
        
        # 三级警报
        if self.fatigue_score >= self.config.alert_red_threshold:
            self.alert_level = 'RED'
            recommendation = '立即换班+休息'
        elif self.fatigue_score >= self.config.alert_amber_threshold:
            self.alert_level = 'AMBER'
            recommendation = '准备换班+加强监控'
        else:
            self.alert_level = 'GREEN'
            recommendation = '正常值守'
        
        return {
            'fatigue_score': self.fatigue_score,
            'alert_level': self.alert_level,
            'recommendation': recommendation,
            'component_scores': {
                'perclos': perclos_score,
                'blink': blink_score,
                'head_nod': nod_score,
                'reaction': reaction_score,
                'work_duration': work_score,
            },
            'stcw_compliant': work_duration_hours <= self.config.max_work_hours,
            'work_hours': work_duration_hours,
            'rest_needed_hours': max(0, self.config.min_rest_hours - self.rest_hours_today),
        }
    
    def check_stcw_compliance(self, work_log: List[dict]) -> dict:
        """
        STCW 2025 疲劳管理合规检查
        
        要求：
        - 24小时内休息≥10小时
        - 休息可分为2段，最短6小时
        - 任何24小时内工作不超过14小时
        """
        if len(work_log) < 24:
            return {'compliant': True, 'note': '数据不足'}
        
        last_24 = work_log[-24:]  # 最近24小时
        
        work_hours = sum(1 for h in last_24 if h.get('status') == 'work')
        rest_hours = sum(1 for h in last_24 if h.get('status') == 'rest')
        
        violations = []
        
        # 检查1: 休息时间
        if rest_hours < self.config.min_rest_hours:
            violations.append(
                f"休息时间不足: {rest_hours}h < {self.config.min_rest_hours}h"
            )
        
        # 检查2: 工作时间
        if work_hours > self.config.max_work_hours:
            violations.append(
                f"工作时间超标: {work_hours}h > {self.config.max_work_hours}h"
            )
        
        # 检查3: 连续休息时段
        max_rest_block = 0
        current_block = 0
        for h in last_24:
            if h.get('status') == 'rest':
                current_block += 1
                max_rest_block = max(max_rest_block, current_block)
            else:
                current_block = 0
        
        if max_rest_block < self.config.min_rest_block:
            violations.append(
                f"连续休息不足: {max_rest_block}h < {self.config.min_rest_block}h"
            )
        
        return {
            'compliant': len(violations) == 0,
            'violations': violations,
            'work_hours': work_hours,
            'rest_hours': rest_hours,
            'max_rest_block': max_rest_block,
        }


# ==================== 测试 ====================
if __name__ == "__main__":
    config = MaritimeWatchConfig()
    system = MaritimeAIWatchSystem(config)
    
    print(f"=== 海事 AI 值守系统 ===")
    print(f"STCW: 24h内工作≤{config.max_work_hours}h, 休息≥{config.min_rest_hours}h")
    print(f"三级警报: 🟢<{config.alert_green_threshold} | "
          f"🟡{config.alert_amber_threshold} | 🔴>{config.alert_red_threshold}")
    
    # 模拟4小时值守
    print(f"\n=== 模拟4小时值守 ===")
    
    scenarios = [
        ('第1小时（清醒', {'perclos': 3, 'blink_ms': 200, 'nod': 1, 'rt': 450, 'hours': 1}),
        ('第2小时（轻度疲劳', {'perclos': 8, 'blink_ms': 280, 'nod': 3, 'rt': 500, 'hours': 2}),
        ('第3小时（中度疲劳', {'perclos': 12, 'blink_ms': 350, 'nod': 6, 'rt': 600, 'hours': 3}),
        ('第4小时（严重疲劳', {'perclos': 18, 'blink_ms': 420, 'nod': 9, 'rt': 750, 'hours': 4}),
        ('第5小时（超时', {'perclos': 22, 'blink_ms': 500, 'nod': 12, 'rt': 900, 'hours': 5}),
    ]
    
    for name, data in scenarios:
        result = system.assess_fatigue(
            perclos=data['perclos'],
            blink_duration_ms=data['blink_ms'],
            head_nod_count=data['nod'],
            reaction_time_ms=data['rt'],
            work_duration_hours=data['hours'],
        )
        
        level_emoji = {'GREEN': '🟢', 'AMBER': '🟡', 'RED': '🔴'}
        print(f"\n{name})")
        print(f"  疲劳分数: {result['fatigue_score']:.3f} "
              f"{level_emoji.get(result['alert_level'], '⚪')} {result['alert_level']}")
        print(f"  建议: {result['recommendation']}")
        print(f"  STCW合规: {'是' if result['stcw_compliant'] else '否'} "
              f"(工作{result['work_hours']}h)")
        
        # 组件得分
        components = result['component_scores']
        print(f"  PERCLOS={components['perclos']:.2f} "
              f"眨眼={components['blink']:.2f} "
              f"点头={components['head_nod']:.2f} "
              f"反应={components['reaction']:.2f} "
              f"工时={components['work_duration']:.2f}")
    
    # STCW 合规检查
    print(f"\n=== STCW 合规检查 ===")
    
    # 模拟24小时日志（违反STCW）
    work_log = []
    for h in range(24):
        if h < 2 or (h >= 6 and h < 8):
            work_log.append({'status': 'rest'})
        else:
            work_log.append({'status': 'work'})
    
    compliance = system.check_stcw_compliance(work_log)
    print(f"合规: {compliance['compliant']}")
    print(f"工作: {compliance['work_hours']}h, 休息: {compliance['rest_hours']}h")
    print(f"最长连续休息: {compliance['max_rest_block']}h")
    if compliance['violations']:
        for v in compliance['violations']:
            print(f"  ⚠️ {v}")
    
    # BNWAS vs AI 对比
    print(f"\n=== BNWAS vs AI 值守对比 ===")
    print(f"{'维度':<20} {'BNWAS':<30} {'AI 值守':<30}")
    print(f"{'检测方式':<20} {'定时按钮复位':<30} {'持续摄像头+AI':<30}")
    print(f"{'疲劳评估':<20} {'无':<30} {'多模态融合评分':<30}")
    print(f"{'预警':<20} {'事后警报':<30} {'三级预防性预警':<30}")
    print(f"{'伤亡降低':<20} {'74% (有BNWAS vs 无)':<30} {'预期进一步降低':<30}")
    print(f"{'STCW合规':<20} {'不监测':<30} {'自动记录+违规提醒':<30}")
    print(f"{'换班建议':<20} {'无':<30} {'基于疲劳周期预测':<30}")
    print(f"{'成本':<20} {'$500-2000/船':<30} {'$2000-5000/船':<30}")