引 言

校車是用于運送學(xué)生往返學(xué)校的交通工具。但近年來， 國內(nèi)校車的安全事故頻發(fā)，如幼兒園校車重大交通事故、校車墜江重大事故、幼兒遺忘在校車被悶死事故等，校車安全事故造成的學(xué)生重大傷亡事件給家庭和社會帶來了巨大的不良影響。校車事故的頻繁發(fā)生正向社會敲響了生命的警鐘，也引發(fā)了社會各界對“校車安全”的廣泛關(guān)注。如何有效的對學(xué)校的校車進行安全管理，規(guī)范校車的使用和操作，減少校車安全事故已經(jīng)成為當前社會迫切需要解決的問題。政府近來為保障校車運行安全而出臺了一系列政策法規(guī)。但總體來看，政府部門從制度和政策層面探討的比較多，規(guī)則制度屬于“軟約束”，在執(zhí)行時容易違背。在科技飛速發(fā)展的今天，我們應(yīng)采用先進的技術(shù)手段等“硬約束”為校車的安全管理提供強有力的保障。

物聯(lián)網(wǎng)是指將物體通過RFID、GPS 及各種傳感器等現(xiàn)代通信技術(shù)，按照約定的通信協(xié)議及接口，實現(xiàn)設(shè)備的全面互聯(lián)，從而實現(xiàn)智能識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。因此利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的RFID 技術(shù)、GPS 或北斗定位系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、先進的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可實現(xiàn)對現(xiàn)有運行校車的機械性能、電氣性能，行駛路線、乘車學(xué)生信息等實施實時監(jiān)控， 從而為校車的安全管理提供及時準確的基礎(chǔ)信息。為校車的緊急救援、安全預(yù)警、及時調(diào)度提供可靠的技術(shù)保障。因此可以有效減少和避免校車事故的發(fā)生，保證乘車學(xué)生的安全。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析

從上世紀 70 年代初開始，一些發(fā)達國家就開始研究穩(wěn)定可靠的校車監(jiān)控系統(tǒng)。隨著技術(shù)的發(fā)展，特別是計算機技術(shù)、全球定位系統(tǒng)、現(xiàn)代通信技術(shù)的快速發(fā)展，校車監(jiān)控系統(tǒng)近年來取得了極大的進步，尤其是當GPS 和嵌入式微型芯片應(yīng)用到車輛監(jiān)控系統(tǒng)時，使車輛監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)了前所未有的變化。比較有代表性的包括美國 Wi-Sys 通信公司的WS8161 監(jiān)控系統(tǒng)，這套監(jiān)控系統(tǒng)可以實現(xiàn)自動開啟緊急警報、自動生成校車運行狀態(tài)報告、實時監(jiān)控校車中學(xué)生的各種狀態(tài)、實時記錄校車的各種狀態(tài)等功能。

我國校車監(jiān)控系統(tǒng)的研究起步比較晚，但近年來，我國校車監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展迅速。里唯、海格、大華等企業(yè)開發(fā)了相應(yīng)的校車監(jiān)控系統(tǒng)。這些校車監(jiān)控系統(tǒng)大概可以分為以下幾類：

(1) 利用 GSM和GPS技術(shù)的車載監(jiān)控系統(tǒng)；

(2) 利用GPRS技術(shù)的監(jiān)控系統(tǒng)解決方案；

(3) 開發(fā)基于 3G/4G通信網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控系統(tǒng)。

這些監(jiān)控方案主要以視頻監(jiān)控和車輛定位為主，缺少很多保證校車安全的信息收集，并不能對校車的運行狀態(tài)進行較全面的監(jiān)控。相比較而言，本系統(tǒng)以校車車載信息監(jiān)控與服務(wù)為切入點，利用現(xiàn)有的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將校車與后臺監(jiān)控系統(tǒng)進行實時連接，因此實現(xiàn)了在監(jiān)控平臺對校車各種電氣機械信息以及車內(nèi)靜、動態(tài)信息的實時提取和充分利用。依靠現(xiàn)有的GPS 或者北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的定位功能，監(jiān)控管理系統(tǒng)可在地圖上隨時獲知車輛所在位置和車輛的行車路線 ；通過 3G、WiFi 網(wǎng)絡(luò)，可實現(xiàn)遠程監(jiān)控等遠程管理 ；通過監(jiān)控系統(tǒng)，能夠?qū)崟r掌握校車運行的地理位置信息、運行狀態(tài)信息，給學(xué)生提供更安全更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，有效杜絕了校車運行中存在的安全隱患，強化了校車的監(jiān)管。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計

校車安全智能監(jiān)控系統(tǒng)是由車載終端子系統(tǒng)、校車安全監(jiān)控管理終端子系統(tǒng)兩部分組成。系統(tǒng)設(shè)計方案如圖 1 所示。

校車安全管理系統(tǒng)各平臺內(nèi)部以及平臺間的主要數(shù)據(jù)有：

(1) 車輛的 GPS數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上可算出車速、運行軌跡；

(2) 乘車人員的RFID信息，通過RFID信息管理可以實時了解校車內(nèi)的乘車人數(shù)，掌握每個乘車人員的基本信息；

(3) 校車運行時的各種機械及電氣信息，通過將這些數(shù)據(jù)和正常時的車輛參數(shù)進行對比，來判別校車的運行狀況， 并對異常情況及時提醒；

(4) 校車內(nèi)的視頻信息，主要包括車內(nèi)的人員狀態(tài)情況， 駕駛?cè)藛T及校車上工作人員的工作信息，學(xué)生在各站點的上下車信息以及家長接送小孩的信息等；

(5) 地理信息、交通狀況、文本信息、監(jiān)管指令等。

3 車載終端的硬件架構(gòu)設(shè)計

根據(jù)當前國內(nèi)外車載終端的現(xiàn)狀及不足，研究基于 CAN 網(wǎng)絡(luò)、GPS 定位模塊、2G/3G 通信模塊、RFID 無線射頻模塊、USB 視頻模塊、基于ARM 的高性能處理器的車載網(wǎng)絡(luò)信息終端，并在此基礎(chǔ)上開發(fā)校車安全智能監(jiān)控終端系統(tǒng)硬件整體架構(gòu)，車載終端硬件架構(gòu)如圖 2 所示。

4 校車車載終端子系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計

校車車載終端子系統(tǒng)主要包括 GPS 定位模塊設(shè)計、RFID 無線射頻識別模塊設(shè)計、音視頻模塊接口模塊設(shè)計、CAN 總線接口模塊、3G 無線傳輸接口模塊設(shè)計、存儲模塊設(shè)計、提醒及報警模塊設(shè)計、電源模塊設(shè)計以及基于 ARM9 的控制平臺等。本設(shè)計采用實時性高的ARM9 處理器芯片作為控制器的核心，可以滿足車載終端各個基本功能的需求。車載終端子系統(tǒng)是校車安全運行管理系統(tǒng)中的最基本部分，車載終端子系統(tǒng)既能傳輸重要的實時監(jiān)控信息，還可以實時接受后臺管理系統(tǒng)的控制。從而保障車載終端系統(tǒng)的可靠運行， 為了操作方便，將車載終端子系統(tǒng)集成為一個整體可操控平臺。車載平臺主要集成的設(shè)備如圖 3 所示。

(1) RFID無線射頻模塊 ：車載 RFID讀取器通過學(xué)生攜帶的身份識別卡自動獲得準確的上下車人數(shù) ；讀取駕駛員和校車工作人員的身份信息 ；家長在上學(xué)放學(xué)接送小孩時，系統(tǒng)可以遠距離讀取家長持有的RFID卡上的身份信息，通過該系統(tǒng)語音提示的方式讓駕駛員、工作人員獲得學(xué)生家長的基本信息，從而避免誤接誤送。校車內(nèi)的學(xué)生數(shù)量在顯示屏上進行實時顯示。

(2) GPS模塊 ：該模塊可以提供校車運行時的實時位置信息和路徑信息，并且可以實時傳送給后臺管理系統(tǒng)。

(3) 音視頻監(jiān)控模塊 ：該模塊利用裝在校車內(nèi)的多個高清攝像頭和拾音器進行視頻采集、存儲，采集的音視頻信息可以通過現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到后臺管理中心。

(4) 報警系統(tǒng) ：當校車存在各種機械故障、電氣故障時可以實時自動提醒 ；遇特殊情況如發(fā)生火災(zāi)時自動報警 ；報警系統(tǒng)中設(shè)置有手動報警模塊，工作人員也可以通過手動報警模塊發(fā)送報警信息。

(5) 車輛機械電氣信息讀取設(shè)備 ：通過讀取車輛機械電氣信息，監(jiān)控系統(tǒng)可以掌握校車的實時運行狀況，并預(yù)警校車的機械電氣故障，保障校車的安全運行。

(6) 無線通信裝置 ：利用現(xiàn)有的高速通信網(wǎng)絡(luò)，保證校車內(nèi)終端系統(tǒng)采集的各種信息的傳遞，及終端與后臺管理系統(tǒng)的信息傳遞。

(7) 存儲設(shè)備，校車監(jiān)控信息等將會存儲在存儲設(shè)備中保持一段時間，以供隨時調(diào)取拷貝到監(jiān)控服務(wù)器中。

5 后臺監(jiān)控管理系統(tǒng)的軟件設(shè)計

后臺監(jiān)控管理系統(tǒng)包括車載終端單元所上傳數(shù)據(jù)的接收、分析、存儲，人機交互與操作界面的設(shè)計，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建，電子地圖（GIS）等。后臺監(jiān)控系統(tǒng)能實現(xiàn)行駛汽車的定位、行駛狀態(tài)顯示、車內(nèi)狀況的視頻和音頻監(jiān)控、報警、調(diào)度、歷史軌跡查詢和回放、人數(shù)統(tǒng)計等功能。

校車監(jiān)控管理平臺主要完成對校車的日常管理工作并將校車運行數(shù)據(jù)實時上傳給監(jiān)控管理平臺。通過后臺管理監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)管人員可以方便地掌握所監(jiān)控校車的實時乘車學(xué)生數(shù)、車內(nèi)視頻信息、駕駛車速等信息 ；同時后臺監(jiān)控管理系統(tǒng)利用GIS 電子地圖、可以準確掌握校車的行駛線路。學(xué)校管理平臺的主要功能有：

(1) 車輛 GPS定位跟蹤

接收車載 GPS 發(fā)送來的地理坐標信息定位、跟蹤校車。通過系統(tǒng)內(nèi)的GIS 地理信息系統(tǒng)，可以將校車的運行軌跡信息在子地圖中顯示出來。后臺監(jiān)管人員能夠通過該功能掌握校車的運行位置、運行速度及行駛路線等。可以確保校車按照預(yù)先設(shè)定的行駛路線運行，從而避免校車超速運行、駕駛員私自改變運行線路等情況的發(fā)生。

(2) 文本信息收發(fā)

該功能可以在校車和后臺管理系統(tǒng)之間傳輸文本信息， 在需要提醒駕駛員時通過發(fā)送警告信息，交通信息來提醒駕駛員超速，也能夠傳輸一些臨時消息、通知等消息，比如天氣情況、路況情況及其他異常情況等。

(3) RFID信息管理

包括各種RFID 卡的發(fā)放、數(shù)據(jù)錄入、更新等情況。此功能是該校車安全管理系統(tǒng)中最重要的功能之一，能夠很好地體現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在校車安全管理中的應(yīng)用。此功能模塊還具有一個非常重要的功能就是能夠獲取校車上的實際人數(shù)， 防止超載。同時還可以利用這些RFID 信息實現(xiàn)各種管理服務(wù)功能。

(4) 系統(tǒng)維護

系統(tǒng)維護部分主要實現(xiàn)基本信息錄入、用戶權(quán)限管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、分析等功能。

6 結(jié) 語

該系統(tǒng)將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用在校車監(jiān)控系統(tǒng)中，由于有效利用了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及智能技術(shù)，本校車安全智能監(jiān)控系統(tǒng)可以在校車、運營學(xué)校、監(jiān)管部門、學(xué)生家長之間進行可靠、穩(wěn)定、實時的信息采集和數(shù)據(jù)傳遞，進而實現(xiàn)校車的實時監(jiān)控、管理和預(yù)警。