《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的校車(chē)安全管理系統(tǒng)
來(lái)源：中國(guó)教育裝備采購(gòu)網(wǎng)
摘要： 我國(guó)校車(chē)安全事故頻發(fā)，保證校車(chē)安全行駛意義重大。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是全球正在大力發(fā)展的一項(xiàng)新技術(shù)，在車(chē)輛安全管理中有著成熟的應(yīng)用。主要從技術(shù)手段的角度，提供了一種解決校車(chē)安全問(wèn)題的新思路。介紹利用射頻識(shí)別、全球定位、地理信息系統(tǒng)等技術(shù)來(lái)提高校車(chē)的安全管理水平。對(duì)校車(chē)安全管理系統(tǒng)進(jìn)行了功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，劃分了車(chē)載平臺(tái)、管理平臺(tái)和監(jiān)管平臺(tái)，列出了各子系統(tǒng)的主要功能，使得校車(chē)安全管理系統(tǒng)的建設(shè)具有較強(qiáng)的可行性。
Abstract：
Key words :

　　近年來(lái)，我國(guó)校車(chē)安全事故頻發(fā)，如幼兒園校車(chē)重大交通事故、幼兒遺忘在校車(chē)被悶死事件等。校車(chē)安全事故造成未成年人重大傷亡，給家庭和社會(huì)帶來(lái)了巨大的不良影響。尤其是2011 年11 月16 日，甘肅省正寧縣榆林子鎮(zhèn)小博士民辦幼兒園校車(chē)嚴(yán)重超載，與東風(fēng)牌自卸貨車(chē)迎面相撞，死亡累計(jì)人數(shù)達(dá)到21人。這次校車(chē)交通事故引起全國(guó)震驚，社會(huì)各界反響激烈，也促使各級(jí)政府部門(mén)認(rèn)真思索。國(guó)務(wù)院很快制定了《校車(chē)安全條例》，工信部也在2012 年1 月公布了《校車(chē)安全標(biāo)準(zhǔn)》。政府財(cái)政部門(mén)加大了對(duì)校車(chē)的資金投入，購(gòu)置安全性能更好的車(chē)輛作為校車(chē)。交通管理部門(mén)推出"校車(chē)優(yōu)先通行"等管理措施。這些手段無(wú)疑都會(huì)促使我國(guó)校車(chē)安全水平提高?？傮w來(lái)看，加強(qiáng)校車(chē)安全管理，當(dāng)前從制度層面探討的較多，在科技飛躍發(fā)展的今天，我們還應(yīng)該采用先進(jìn)的技術(shù)手段為校車(chē)的安全管理提供強(qiáng)有力的保障。

1 校車(chē)安全管理的主要內(nèi)容

在我國(guó)，校車(chē)主要是指幼兒園、小學(xué)、中學(xué)階段的未成年學(xué)生專(zhuān)門(mén)乘坐的交通工具。由于幼兒、小學(xué)生等普遍缺乏安全意識(shí)，自我保護(hù)能力非常弱，因此校車(chē)安全幾乎完全依賴(lài)于學(xué)校、政府等方面的約束、監(jiān)管。校車(chē)安全最主要的是交通安全。交通安全隱患有超載、超速、駕駛員違章行駛、疲勞駕駛等，以及同在公路上行駛的其他車(chē)輛對(duì)校車(chē)的潛在侵害。其次，校車(chē)安全還包括校車(chē)行駛中學(xué)生在車(chē)輛內(nèi)部的人身安全、車(chē)輛機(jī)械電氣安全等。
要保證校車(chē)安全，首先需要政府從宏觀層面制定嚴(yán)格的管理制度和安全法規(guī)，加大資金投入，鼓勵(lì)企業(yè)投入。政府相關(guān)部門(mén)應(yīng)該起到主導(dǎo)、協(xié)調(diào)、監(jiān)督、服務(wù)、保障的作用。其次，學(xué)校要加強(qiáng)對(duì)校車(chē)和駕駛員的日常管理。然后就是采用有效的技術(shù)手段來(lái)約束和保障校車(chē)的安全行駛。規(guī)章制度屬于"軟約束",人執(zhí)行時(shí)容易違背。技術(shù)手段具有"硬約束"的特點(diǎn)，往往不因人的主觀因素而發(fā)生偏差。在校車(chē)安全管理系統(tǒng)可以采用的技術(shù)中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)具有較大的優(yōu)勢(shì)。
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)集傳感、遠(yuǎn)程通信、網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)等技術(shù)于一體。利用處于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)核心的射頻識(shí)別、全球衛(wèi)星定位、地理信息系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，能實(shí)現(xiàn)對(duì)校車(chē)機(jī)械電氣安全、行駛安全、駕駛員安全、乘車(chē)學(xué)生安全等進(jìn)行全面的實(shí)時(shí)監(jiān)控，為校車(chē)安全管理提供最及時(shí)準(zhǔn)確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。并且物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在交通安全中已經(jīng)有成熟。
 
2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)簡(jiǎn)介
 
物聯(lián)網(wǎng)（The Internet of Things）是指將物體通過(guò)射頻識(shí)別（ RFID）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等傳感設(shè)備，利用通信手段，按約定的協(xié)議，實(shí)現(xiàn)全面互聯(lián)，包括物與物之間的互聯(lián)互通，也包括人與物之間的互聯(lián)互通，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。
其中RFID 是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的主要載體。物聯(lián)網(wǎng)是繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)通信之后引發(fā)新一輪信息產(chǎn)業(yè)浪潮的核心領(lǐng)域。我國(guó)"十二五"規(guī)劃將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的推廣和應(yīng)用列為發(fā)展的重要內(nèi)容。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在物流管理、遠(yuǎn)程監(jiān)控、智能交通、環(huán)境監(jiān)測(cè)、公共安全等方面有著廣泛的應(yīng)用。
射頻識(shí)別（Radio Frequency IdentificatiON） 縮寫(xiě)RFID,又稱(chēng)電子標(biāo)簽、無(wú)線(xiàn)射頻識(shí)別，它是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的核心和基礎(chǔ)技術(shù)。射頻識(shí)別技術(shù)利用射頻信號(hào)通過(guò)空間耦合實(shí)現(xiàn)信息傳遞、數(shù)據(jù)讀寫(xiě)，從而達(dá)到識(shí)別目的。其最大的優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸的信息傳遞。
RFID 技術(shù)在校車(chē)安全管理系統(tǒng)中主要用于身份識(shí)別。
全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System） 縮寫(xiě)GPS,是指利用衛(wèi)星在全球范圍內(nèi)實(shí)時(shí)進(jìn)行定位、導(dǎo)航的系統(tǒng)。全球應(yīng)用最廣的是美國(guó)的GPS 定位系統(tǒng)，其次是俄羅斯的GLONASS（格洛納斯）系統(tǒng)。我國(guó)自主開(kāi)發(fā)的"北斗定位系統(tǒng)"也已投入應(yīng)用。GPS 技術(shù)在校車(chē)安全管理系統(tǒng)中主要用于校車(chē)測(cè)速、定位和軌跡跟蹤。
地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System） 縮寫(xiě)GIS,它是以地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，在計(jì)算機(jī)軟硬件的支持下，運(yùn)用系統(tǒng)工程和信息科學(xué)的理論，科學(xué)管理和綜合分析具有空間內(nèi)涵的地理數(shù)據(jù)，為管理、決策等提供地理信息支持。GIS 在校車(chē)安全管理中，可以通過(guò)圖形的形式描述車(chē)輛行駛軌跡、顯示道路通行狀況、定位事故點(diǎn)、調(diào)度應(yīng)急救援，以及提供交通指揮方案等。
 
3 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
 
校車(chē)安全管理系統(tǒng)總體分為三個(gè)子系統(tǒng)，對(duì)應(yīng)三個(gè)集成的工作平臺(tái)，即校車(chē)車(chē)載子系統(tǒng)（車(chē)載平臺(tái)），校車(chē)學(xué)校管理子系統(tǒng)（日常管理平臺(tái)），政府部門(mén)校車(chē)監(jiān)管子系統(tǒng)（監(jiān)管平臺(tái)）。
校車(chē)安全管理系統(tǒng)各平臺(tái)內(nèi)部以及平臺(tái)間的主要數(shù)據(jù)有：（1）車(chē)輛的GPS 數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上可算出車(chē)速、運(yùn)行軌跡； （2）人員RFID 信息，在此基礎(chǔ)上可得到的實(shí)時(shí)的乘車(chē)人數(shù)、每個(gè)乘車(chē)學(xué)生的基本信息；（3）車(chē)輛運(yùn)行時(shí)的機(jī)械和電氣數(shù)據(jù)，可以將此數(shù)據(jù)和正常的車(chē)輛參數(shù)進(jìn)行比對(duì)，判斷校車(chē)的安全狀況，對(duì)異常情況預(yù)警； （4）車(chē)內(nèi)視頻信息，包括實(shí)時(shí)車(chē)內(nèi)情況，駕駛員、隨車(chē)?yán)蠋煹墓ぷ髑闆r，學(xué)生上下車(chē)和家長(zhǎng)接送情況等；（5）地理信息、交通狀況、文本信息（如天氣信息、特殊通知等）、監(jiān)管指令等?，F(xiàn)給出各子系統(tǒng)通信和數(shù)據(jù)傳輸與接收示意圖，如圖1.
圖1 校車(chē)安全管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸示意圖
 
4 各子系統(tǒng)主要功能
 
校車(chē)安全管理系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖如圖2 所示：
圖2 校車(chē)安全管理各子系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖
 
4.1 校車(chē)車(chē)載子系統(tǒng)
 
校車(chē)車(chē)載子系統(tǒng)主要包括RFID 讀取器、GPS 接收設(shè)備、視頻監(jiān)控設(shè)施、報(bào)警裝置和無(wú)線(xiàn)通信裝置。
高性能校車(chē)可以加裝車(chē)輛機(jī)械和電氣性能傳感設(shè)備。
車(chē)載子系統(tǒng)是校車(chē)安全管理系統(tǒng)中的最基礎(chǔ)組成部分，它既傳輸重要的實(shí)時(shí)原始數(shù)據(jù)，又接受管理平臺(tái)的控制信息。為保障車(chē)載子系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行、操作方便，應(yīng)將車(chē)載子系統(tǒng)集成為一個(gè)整體操作平臺(tái)。車(chē)載平臺(tái)主要集成以下設(shè)施：
（1） RFID 設(shè)備：車(chē)載RFID 讀取器通過(guò)學(xué)生佩戴的電子腕帶自動(dòng)獲得準(zhǔn)確的上下車(chē)人數(shù)； 讀取駕駛員和隨車(chē)護(hù)送老師的身份RIFD.家長(zhǎng)接送孩子時(shí)，讀取家長(zhǎng)持有的遠(yuǎn)距離識(shí)別RFID 卡，通過(guò)語(yǔ)音方式讓駕駛員、老師獲取家長(zhǎng)信息，避免假冒和錯(cuò)接。車(chē)內(nèi)的實(shí)際載人數(shù)用醒目的數(shù)字顯示在適當(dāng)位置，避免出現(xiàn)校車(chē)停駛時(shí)遺留孩子在車(chē)上的意外情況。
（2） 視頻監(jiān)控設(shè)備：通過(guò)安裝在車(chē)內(nèi)各個(gè)關(guān)鍵位置的攝像頭完成視頻的采集、存儲(chǔ)，并通過(guò)3G 高速無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)將視頻數(shù)據(jù)發(fā)送到學(xué)校管理中心。
（3） GPS 設(shè)備：得到校車(chē)運(yùn)行的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)空間坐標(biāo)信息，并傳輸給系統(tǒng)進(jìn)行處理和計(jì)算。
（4） 無(wú)線(xiàn)通信裝置：選擇3G 高速無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)，保證信號(hào)暢通和完成流量巨大的視頻數(shù)據(jù)傳輸。
（5） 報(bào)警系統(tǒng)：當(dāng)車(chē)輛機(jī)械、電氣故障時(shí)自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)制動(dòng)減速；火災(zāi)時(shí)報(bào)警并自動(dòng)啟動(dòng)滅火裝置；危險(xiǎn)情況時(shí)與110、120 等公共報(bào)警系統(tǒng)的自動(dòng)呼入；手動(dòng)報(bào)警按鈕，特殊情況時(shí)駕駛員向?qū)W校管理中心發(fā)送報(bào)警信號(hào)。
 
4.2 學(xué)校管理子系統(tǒng)
 
學(xué)校管理平臺(tái)主要完成對(duì)校車(chē)的日常管理工作和校車(chē)運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳給監(jiān)管平臺(tái)。校車(chē)學(xué)校管理子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采用3G 移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)+高速寬帶網(wǎng)（雙絞線(xiàn)或光纖高速星型以太網(wǎng)）的模式。利用無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)與移動(dòng)的校車(chē)車(chē)載平臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，通過(guò)高速寬帶網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)與政府相關(guān)部門(mén)的監(jiān)管系統(tǒng)的連接。學(xué)校管理子系統(tǒng)采用多臺(tái)計(jì)算機(jī)組成局域網(wǎng)，并行完成視頻監(jiān)控信息接收、GPS 跟蹤定位、人員和車(chē)輛信息實(shí)時(shí)接收等。學(xué)校管理平臺(tái)主要功能有：
（1） 車(chē)輛GPS 定位跟蹤
接收車(chē)載GPS 發(fā)送來(lái)的地理坐標(biāo)信息定位、跟蹤校車(chē)。有條件的學(xué)?？梢约优銰IS 地理信息系統(tǒng)，將定位信息自動(dòng)顯示在電子地圖上。管理員能夠獲得校車(chē)的準(zhǔn)確位置、速度、行駛路徑等。確保校車(chē)在正常時(shí)段和指定路線(xiàn)行駛，防止超速、擅自更改行駛線(xiàn)路等。
（2） 文本信息收發(fā)
可以對(duì)校車(chē)的異常行駛發(fā)送警告信息提醒駕駛員，還可以發(fā)送、接收臨時(shí)性的短消息、通知等文本信息，比如天氣、路況、異常情況等。
（3） RFID 信息管理
包括各種RFID 卡的發(fā)放、數(shù)據(jù)錄入、更新等。
此項(xiàng)功能是校車(chē)安全管理系統(tǒng)中最重要的功能，能很好地體現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在校車(chē)安全管理中應(yīng)用的好處。
系統(tǒng)需要的RFID 卡主要有駕駛員卡、教職工卡、學(xué)生乘車(chē)卡、家長(zhǎng)接送卡。其中駕駛員卡、教職工卡兩類(lèi)卡使用近距離識(shí)讀的RFID 卡。教職工卡可以細(xì)分為學(xué)校負(fù)責(zé)人、校車(chē)安全檢查值班員、隨車(chē)護(hù)送人員卡。教職工、駕駛員的RFID 卡還可以用作電子考勤、門(mén)禁、系統(tǒng)授權(quán)等。學(xué)生乘車(chē)卡采用電子腕帶，尤其是幼兒園孩子必須使用電子腕帶，便于佩戴和使用。學(xué)生RFID 卡包含其姓名、性別、年齡、班級(jí)、家庭住址、聯(lián)系方式、照片等。家長(zhǎng)卡采用遠(yuǎn)距離讀取的RFID 卡，以方便家長(zhǎng)不用上車(chē)就可以識(shí)別其身份。為確保孩子被安全、正確地送交到家長(zhǎng)手中，最好采用"雙卡匹配"安全機(jī)制，即家長(zhǎng)卡與孩子佩帶的學(xué)生卡信息一致時(shí)，才允許家長(zhǎng)接走孩子。由于有RFID 卡，因此學(xué)生上下車(chē)、家長(zhǎng)接送的詳細(xì)信息均能被系統(tǒng)自動(dòng)記錄下來(lái)。
此模塊還具有的一個(gè)重要功能就是動(dòng)態(tài)獲取車(chē)載實(shí)際人數(shù)，防止超載。同時(shí)通過(guò)和學(xué)校登記的學(xué)生乘車(chē)數(shù)據(jù)對(duì)比防止學(xué)生漏站、誤站，或被遺忘在車(chē)?yán)铩?/div>
（4） 家校聯(lián)系：主要是供學(xué)校/家長(zhǎng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)或短信、電話(huà)等方式發(fā)布/查詢(xún)校車(chē)運(yùn)行情況、學(xué)生乘車(chē)情況等。
（5） 系統(tǒng)維護(hù)：錄入基本信息、用戶(hù)權(quán)限管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、分析等功能。
 
4.3 安全監(jiān)管子系統(tǒng)
 
安全監(jiān)管子系統(tǒng)供政府監(jiān)管部門(mén)使用，比如教育主管部門(mén)、安監(jiān)、交通警察等。通過(guò)監(jiān)管平臺(tái)，監(jiān)管部門(mén)可以獲取本轄區(qū)內(nèi)所有校車(chē)運(yùn)行的實(shí)時(shí)乘車(chē)人數(shù)、視頻、車(chē)輛歸屬學(xué)校、車(chē)速等信息，向?qū)W校管理中心發(fā)出監(jiān)管意見(jiàn)； 借助行政區(qū)域GIS 電子地圖、交通管理與指揮信息系統(tǒng)，監(jiān)管部門(mén)還能查看區(qū)域內(nèi)校車(chē)的運(yùn)行路線(xiàn)，結(jié)合交通狀況進(jìn)行合理的交通指揮，為校車(chē)提供便利的通行條件。
 
5 結(jié)語(yǔ)
 
校車(chē)安全關(guān)系到千家萬(wàn)戶(hù)，影響家庭幸福和社會(huì)穩(wěn)定。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在交通運(yùn)輸、公共交通等與校車(chē)運(yùn)營(yíng)相近的領(lǐng)域有成熟的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，因此基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的校車(chē)安全管理系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用具有現(xiàn)實(shí)意義和可行性。利用先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以充分發(fā)揮技術(shù)手段剛性"無(wú)私"的特點(diǎn)，為校車(chē)安全筑起一道重要的科技防護(hù)墻。當(dāng)然，由于物聯(lián)網(wǎng)是綜合性很強(qiáng)的技術(shù)，現(xiàn)在還沒(méi)有統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，這也給物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在校車(chē)安全管理系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)施帶來(lái)了一定的障礙。另外，校車(chē)安全管理是個(gè)龐大復(fù)雜的系統(tǒng)工程，投入成本和實(shí)施難度較大。

 
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