基于物聯網技術的校車安全管理系統
來源：中國教育裝備采購網
摘要： 我國校車安全事故頻發，保證校車安全行駛意義重大。物聯網技術是全球正在大力發展的一項新技術，在車輛安全管理中有著成熟的應用。主要從技術手段的角度，提供了一種解決校車安全問題的新思路。介紹利用射頻識別、全球定位、地理信息系統等技術來提高校車的安全管理水平。對校車安全管理系統進行了功能結構設計，劃分了車載平臺、管理平臺和監管平臺，列出了各子系統的主要功能，使得校車安全管理系統的建設具有較強的可行性。
Abstract：
Key words :
近年來，我國校車安全事故頻發，如幼兒園校車重大交通事故、幼兒遺忘在校車被悶死事件等。校車安全事故造成未成年人重大傷亡，給家庭和社會帶來了巨大的不良影響。尤其是2011 年11 月16 日，甘肅省正寧縣榆林子鎮小博士民辦幼兒園校車嚴重超載，與東風牌自卸貨車迎面相撞，死亡累計人數達到21人。這次校車交通事故引起全國震驚，社會各界反響激烈，也促使各級政府部門認真思索。國務院很快制定了《校車安全條例》，工信部也在2012 年1 月公布了《校車安全標準》。政府財政部門加大了對校車的資金投入，購置安全性能更好的車輛作為校車。交通管理部門推出"校車優先通行"等管理措施。這些手段無疑都會促使我國校車安全水平提高?？傮w來看，加強校車安全管理，當前從制度層面探討的較多，在科技飛躍發展的今天，我們還應該采用先進的技術手段為校車的安全管理提供強有力的保障。
1 校車安全管理的主要內容
在我國，校車主要是指幼兒園、小學、中學階段的未成年學生專門乘坐的交通工具。由于幼兒、小學生等普遍缺乏安全意識，自我保護能力非常弱，因此校車安全幾乎完全依賴于學校、政府等方面的約束、監管。校車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輛對校車的潛在侵害。其次，校車安全還包括校車行駛中學生在車輛內部的人身安全、車輛機械電氣安全等。
要保證校車安全，首先需要政府從宏觀層面制定嚴格的管理制度和安全法規，加大資金投入，鼓勵企業投入。政府相關部門應該起到主導、協調、監督、服務、保障的作用。其次，學校要加強對校車和駕駛員的日常管理。然后就是采用有效的技術手段來約束和保障校車的安全行駛。規章制度屬于"軟約束",人執行時容易違背。技術手段具有"硬約束"的特點，往往不因人的主觀因素而發生偏差。在校車安全管理系統可以采用的技術中，物聯網技術具有較大的優勢。
物聯網技術集傳感、遠程通信、網絡、計算機信息系統等技術于一體。利用處于物聯網技術核心的射頻識別、全球衛星定位、地理信息系統、網絡技術，能實現對校車機械電氣安全、行駛安全、駕駛員安全、乘車學生安全等進行全面的實時監控，為校車安全管理提供最及時準確的基礎數據。并且物聯網技術在交通安全中已經有成熟。
2 物聯網技術簡介
物聯網（The Internet of Things）是指將物體通過射頻識別（ RFID）、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等傳感設備，利用通信手段，按約定的協議，實現全面互聯，包括物與物之間的互聯互通，也包括人與物之間的互聯互通，進行信息交換和通信，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。
其中RFID 是物聯網應用的主要載體。物聯網是繼計算機、互聯網和移動通信之后引發新一輪信息產業浪潮的核心領域。我國"十二五"規劃將物聯網技術的推廣和應用列為發展的重要內容。物聯網技術在物流管理、遠程監控、智能交通、環境監測、公共安全等方面有著廣泛的應用。
射頻識別（Radio Frequency IdentificatiON） 縮寫RFID,又稱電子標簽、無線射頻識別，它是物聯網技術的核心和基礎技術。射頻識別技術利用射頻信號通過空間耦合實現信息傳遞、數據讀寫，從而達到識別目的。其最大的優點是可以實現無接觸的信息傳遞。
RFID 技術在校車安全管理系統中主要用于身份識別。
全球定位系統（Global Positioning System） 縮寫GPS,是指利用衛星在全球范圍內實時進行定位、導航的系統。全球應用最廣的是美國的GPS 定位系統，其次是俄羅斯的GLONASS（格洛納斯）系統。我國自主開發的"北斗定位系統"也已投入應用。GPS 技術在校車安全管理系統中主要用于校車測速、定位和軌跡跟蹤。
地理信息系統（Geographic Information System） 縮寫GIS,它是以地理空間數據庫為基礎，在計算機軟硬件的支持下，運用系統工程和信息科學的理論，科學管理和綜合分析具有空間內涵的地理數據，為管理、決策等提供地理信息支持。GIS 在校車安全管理中，可以通過圖形的形式描述車輛行駛軌跡、顯示道路通行狀況、定位事故點、調度應急救援，以及提供交通指揮方案等。
3 系統功能結構設計
校車安全管理系統總體分為三個子系統，對應三個集成的工作平臺，即校車車載子系統（車載平臺），校車學校管理子系統（日常管理平臺），政府部門校車監管子系統（監管平臺）。
校車安全管理系統各平臺內部以及平臺間的主要數據有：（1）車輛的GPS 數據，在此基礎上可算出車速、運行軌跡； （2）人員RFID 信息，在此基礎上可得到的實時的乘車人數、每個乘車學生的基本信息；（3）車輛運行時的機械和電氣數據，可以將此數據和正常的車輛參數進行比對，判斷校車的安全狀況，對異常情況預警； （4）車內視頻信息，包括實時車內情況，駕駛員、隨車老師的工作情況，學生上下車和家長接送情況等；（5）地理信息、交通狀況、文本信息（如天氣信息、特殊通知等）、監管指令等?，F給出各子系統通信和數據傳輸與接收示意圖，如圖1.
圖1 校車安全管理系統數據傳輸示意圖
4 各子系統主要功能
校車安全管理系統功能結構圖如圖2 所示：
圖2 校車安全管理各子系統功能結構圖
4.1 校車車載子系統
校車車載子系統主要包括RFID 讀取器、GPS 接收設備、視頻監控設施、報警裝置和無線通信裝置。
高性能校車可以加裝車輛機械和電氣性能傳感設備。
車載子系統是校車安全管理系統中的最基礎組成部分，它既傳輸重要的實時原始數據，又接受管理平臺的控制信息。為保障車載子系統的平穩運行、操作方便，應將車載子系統集成為一個整體操作平臺。車載平臺主要集成以下設施：
（1） RFID 設備：車載RFID 讀取器通過學生佩戴的電子腕帶自動獲得準確的上下車人數； 讀取駕駛員和隨車護送老師的身份RIFD.家長接送孩子時，讀取家長持有的遠距離識別RFID 卡，通過語音方式讓駕駛員、老師獲取家長信息，避免假冒和錯接。車內的實際載人數用醒目的數字顯示在適當位置，避免出現校車停駛時遺留孩子在車上的意外情況。
（2） 視頻監控設備：通過安裝在車內各個關鍵位置的攝像頭完成視頻的采集、存儲，并通過3G 高速無線通信網絡將視頻數據發送到學校管理中心。
（3） GPS 設備：得到校車運行的實時動態空間坐標信息，并傳輸給系統進行處理和計算。
（4） 無線通信裝置：選擇3G 高速無線通信網絡，保證信號暢通和完成流量巨大的視頻數據傳輸。
（5） 報警系統：當車輛機械、電氣故障時自動報警、自動制動減速；火災時報警并自動啟動滅火裝置；危險情況時與110、120 等公共報警系統的自動呼入；手動報警按鈕，特殊情況時駕駛員向學校管理中心發送報警信號。
4.2 學校管理子系統
學校管理平臺主要完成對校車的日常管理工作和校車運行數據實時上傳給監管平臺。校車學校管理子系統網絡采用3G 移動通信網絡+高速寬帶網（雙絞線或光纖高速星型以太網）的模式。利用無線通信網絡與移動的校車車載平臺實現數據傳輸，通過高速寬帶網絡實現與政府相關部門的監管系統的連接。學校管理子系統采用多臺計算機組成局域網，并行完成視頻監控信息接收、GPS 跟蹤定位、人員和車輛信息實時接收等。學校管理平臺主要功能有：
（1） 車輛GPS 定位跟蹤
接收車載GPS 發送來的地理坐標信息定位、跟蹤校車。有條件的學校可以加配GIS 地理信息系統，將定位信息自動顯示在電子地圖上。管理員能夠獲得校車的準確位置、速度、行駛路徑等。確保校車在正常時段和指定路線行駛，防止超速、擅自更改行駛線路等。
（2） 文本信息收發
可以對校車的異常行駛發送警告信息提醒駕駛員，還可以發送、接收臨時性的短消息、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 卡的發放、數據錄入、更新等。
此項功能是校車安全管理系統中最重要的功能，能很好地體現物聯網技術在校車安全管理中應用的好處。
系統需要的RFID 卡主要有駕駛員卡、教職工卡、學生乘車卡、家長接送卡。其中駕駛員卡、教職工卡兩類卡使用近距離識讀的RFID 卡。教職工卡可以細分為學校負責人、校車安全檢查值班員、隨車護送人員卡。教職工、駕駛員的RFID 卡還可以用作電子考勤、門禁、系統授權等。學生乘車卡采用電子腕帶，尤其是幼兒園孩子必須使用電子腕帶，便于佩戴和使用。學生RFID 卡包含其姓名、性別、年齡、班級、家庭住址、聯系方式、照片等。家長卡采用遠距離讀取的RFID 卡，以方便家長不用上車就可以識別其身份。為確保孩子被安全、正確地送交到家長手中，最好采用"雙卡匹配"安全機制，即家長卡與孩子佩帶的學生卡信息一致時，才允許家長接走孩子。由于有RFID 卡，因此學生上下車、家長接送的詳細信息均能被系統自動記錄下來。
此模塊還具有的一個重要功能就是動態獲取車載實際人數，防止超載。同時通過和學校登記的學生乘車數據對比防止學生漏站、誤站，或被遺忘在車里。
（4） 家校聯系：主要是供學校/家長通過網絡或短信、電話等方式發布/查詢校車運行情況、學生乘車情況等。
（5） 系統維護：錄入基本信息、用戶權限管理、數據統計、分析等功能。
4.3 安全監管子系統
安全監管子系統供政府監管部門使用，比如教育主管部門、安監、交通警察等。通過監管平臺，監管部門可以獲取本轄區內所有校車運行的實時乘車人數、視頻、車輛歸屬學校、車速等信息，向學校管理中心發出監管意見； 借助行政區域GIS 電子地圖、交通管理與指揮信息系統，監管部門還能查看區域內校車的運行路線，結合交通狀況進行合理的交通指揮，為校車提供便利的通行條件。
5 結語
校車安全關系到千家萬戶，影響家庭幸福和社會穩定。物聯網技術在交通運輸、公共交通等與校車運營相近的領域有成熟的應用經驗，因此基于物聯網技術的校車安全管理系統的開發應用具有現實意義和可行性。利用先進的物聯網技術可以充分發揮技術手段剛性"無私"的特點，為校車安全筑起一道重要的科技防護墻。當然，由于物聯網是綜合性很強的技術，現在還沒有統一的技術標準，這也給物聯網技術在校車安全管理系統的應用實施帶來了一定的障礙。另外，校車安全管理是個龐大復雜的系統工程，投入成本和實施難度較大。
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