基于云平臺的校車安全管理系統的設計與實現

馬苗苗，劉澍東，巴繼東

（1.武漢郵電科學研究院 湖北 武漢430074；2.武漢長江通信智聯技術有限公司 湖北 武漢 430074）

基于云平臺的校車安全管理系統的設計與實現

馬苗苗1，劉澍東2，巴繼東2

（1.武漢郵電科學研究院 湖北 武漢430074；2.武漢長江通信智聯技術有限公司 湖北 武漢 430074）

為了保障校車安全運行，本文提出了一套為校車量身定制的管理系統：基于云平臺的校車安全管理系統。該系統利用北斗/GPS雙模定位方式采集車輛定位數據；利用4G無線網絡傳輸車載終端的音視頻信息、人臉識別信息等信息；利用云計算技術將系統的應用程序部署到云端，實現對數據資源的統一管理和調度，讓資源得到充分利用和共享。相關監管部門的管理人員（如教育局、學校、學生家長、老師等）通過電腦或手機APP訪問云端的校車安全管理系統對校車進行定位跟蹤、實時監控等操作，該系統還能實現自動預警、應急聯動等智能管理。

校車安全；人臉識別；定位跟蹤；實時監控

校車事故頻發，孩子出行的安全問題受到了社會各界人士的廣泛關注，雖然國家也制定了一系列的保護措施，如先后出臺了 《校車安全管理條例》、《專用校車安全技術條件》等國家強制性法律法規和標準，但是此類交通事故依然接二連三的發生[1-2]。

因此，在校車安全廣泛得到重視的今天，校車管理僅靠完善的管理制度是遠遠不夠的，還應該采取先進的技術手段來提高校車安全管理水平。基于此，本文設計了一套較為完善的智能化校車安全管理系統，利用北斗/GPS雙模定位、GIS、人臉識別、云計算等多種技術對校車進行全方位的監管，實時監控車內動態以及校車的運行情況，管理人員登錄云端校車安全管理系統可以對校車進行統一調派、實時監控、軌跡回放及安全員考核等一系列操作，同時系統具有告警實時推送功能，能在第一時間將告警信息推送到相關監管部門的監控中心和用戶APP端，在盡最大可能保證學生生命安全的同時也大大提高了管理人員的工作效率。

1 系統的總體設計

基于云平臺的校車安全管理系統主要由車載終端和校車安全云計算平臺兩部分組成[3]，系統總體設計方案如圖1所示，每輛校車上都安裝專有的校車車載終端，車載終端實時采集車輛定位數據、音視頻信息、人臉數據、以及校車本身的基本電氣數據，通過4G無線通信網絡傳到校車安全云計算平臺，這些數據通過Internet傳到公安局、教育局、交通局、校車公司、學校等相關部門的監控中心。家長、老師可以通過電腦或者手機APP登錄校車安全服務平臺，對校車進行相應的操作。

圖1 校車安全管理系統框架圖

1.1 車載終端

車載終端既能向平臺傳輸實時的原始數據，還可以接收平臺下發的控制信息[4]，主要負責校車信息采集、傳送、接收和車內控制。車載終系統圖如圖2。

圖2 車載終端系統圖

CAN總線模塊主要是通過CAN總線來實現校車內部各種控制單元之間的數據傳輸[5]；北斗/GPS雙模定位模塊負責采集校車的經緯度信息；4G無線通信模塊實現車載終端與校車安全云計算平臺之間的連接，實現終端與平臺的數據通信；音視頻模塊實現司機通過調度屏/手柄與監控中心的對講，通過外接攝像頭采集校車視頻信息，如司機、安全員的工作狀態，學生在各站點的上下車信息等；報警模塊主要是用于校車發生異常時，及時向平臺推送告警信息，相關監管部門收到告警信息可以在第一時間采取相應的措施，并在校車車載終端也會發出語音告警；在司機、安全員、學生上下車的時候，都要刷具有射頻識別功能的IC卡，驗證持卡人的身份信息；采用帶人臉識別功能的攝像頭主要是為了在上車時采集人臉圖像，進一步對身份信息進行驗證，防止超載誤載。

1.2 平臺設計

基于云平臺的校車安全管理系統主要分為實時監控、報表管理、系統管理、派車管理、應急調度五個子系統。實時監控主要是實時監控校車的運行情況；報表管理主要是方便用戶查詢和打印各種報表信息；系統管理主要是負責管理用戶、校車、學生、司機以及安全員等信息；派車管理主要是負責給學生派車，以及派車線路、區域的管理；應急調度主要是在緊急情況發生時能第一時間采取措施。系統功能模塊設計如圖3所示。

圖3 系統功能模塊設計圖

選用的開發平臺是Microsoft.net，使用的編程語言是C#，整個校車管理系統是基于B/S架構。通過GIS在地圖上直觀的顯示校車所在的位置，以及行駛狀態、行駛軌跡等信息。ExtJS自帶豐富的組件庫，對開發者網頁開發功底要求不高，所以本系統主要用JQuery、ExtJS等技術來編寫前臺界面，與用戶進行交互，直接使用Ext.Ajax.request方法實現系統前后端數據的交互[6-7]。當要打印報表信息時，可以通過使用Grid++Report5.0報表控件或引用System.Data.OleDb，實現報表的打印功能；前者可以自己設定表格模板，可以導出結構復雜的報表，但是必須安裝控件，而且只支持IE瀏覽器；后者可以導出Excel，沒有兼容性的約束，但是Excel單元格格式不好控制，原理是先把Excel文件存到服務器的某一固定文件夾下，通過Response.Write將該文件的路徑名傳到前臺，然后在前臺界面通過window.open（）打開，保存到本地。

2 關鍵技術

2.1 人臉識別技術

人臉識別是指從一個靜態圖像或動態視頻提取人臉圖像信息，將提取的人臉信息與人臉數據庫中已存的人臉信息進行對比，實現身份識別[8]。人臉識別系統主要包括：人臉圖像采集、人臉檢測、圖像預處理、特征提取、人臉識別[9]。人臉識別流程圖如圖4。

圖4 人臉識別流程圖

雖然在上下車的時候都會刷IC卡進行身份識別，但是這種身份識別的方式還不是十分精準，所以本系統還采用了人臉識別技術，當有人上車時，系統就會啟動人臉識別功能，通過安裝在校車車門附近的帶有人臉識別功能的攝像頭采集人的視頻圖像，提交到系統的人臉對比服務器，然后通過人臉檢測方法在采集到的視頻圖像中標出人臉的具體位置，由視頻處理模塊對人臉圖像進行預處理，如灰度校正、濾波等，通過人面部器官的形狀獲取特征數據，進行建模分析，將已檢測的待識別的人臉特征數據與人臉數據庫中的已知人臉信息進行比較匹配，將識別結果上傳到視頻監控中心，當出現不匹配的情況，就會發出告警，傳到學校監控中心，同時校車終端也會有語音提示，嚴格防止校車誤載。

2.2 云計算技術

云計算是基于互聯網的、能夠提供便捷和按需訪問的一種按使用量付費的模式[10]。用戶在使用云服務的時候，不需要考慮如何進行資源配置和負載均衡，只需將自己創建的應用程序部署到云服務供應商提供的云計算環境上[11]。為了使校車安全管理系統具有部署靈活、可擴性好、維護成本低等特點，在設計校車安全管理系統時采用云計算技術，將其應用程序部署到云端，這樣該系統的用戶就可以在遠端登錄，然后在服務目錄根據用戶權限選擇校車安全管理系統所需服務，當用戶發出請求，管理系統收到請求后，智能化的對相應的資源進行調度，并且通過部署工具分發請求，動態的部署和配置資源，通過監控系統來監控云平臺資源使用情況，實現資源均衡，服務器集群提供高速的計算，在服務器硬件出現故障時，依然能保證系統正常運行，提高系統的穩定性。云計算平臺體系結構如圖5所示。

圖5 云計算平臺體系結構圖

3 系統主要功能

3.1 實時監控

通過北斗/GPS雙模定位和GIS技術可以對車輛進行車輛定位跟蹤、軌跡回放，在地圖上直觀的顯示車輛所在的位置，以及行駛軌跡；通過視頻播放控件可以打開校車視頻監控，也能對車載終端或者本地存儲的錄像文件進行回放等操作，還能錄像。當出現緊急情況時，平臺收到告警信息，并將告警信息傳到相關監管部門的監控中心，監管人員可以對在線的車輛下發調度指令，進行指令調度管理，校車終端收到調度指令后會給出應答，并執行指令。

3.2 駕駛員行為分析

該系統將駕駛員圖像采集、駕駛員行為識別、自動報警結合在了一起，實現了駕駛員行為分析功能。通過攝像頭觀察駕駛員行為，可以檢測駕駛員是否有不良開車習慣，例如邊開車邊抽煙、邊開車邊打電話，利用圖像傳感器采集駕駛員的面部信息，然后高速數字信號處理器對圖像進行處理與分析，對駕駛員的疲勞及注意力分散等危險駕駛狀態進行實時監控[12]，還可以通過獲取車輛在行駛過程中終端上傳的各種參數，如是否超速，是否違規停車，是否出現道路偏移等，間接判斷駕駛員是否危險駕駛，當出現危險駕駛，就會發出告警；在該系統中還能通過酒精傳感器檢測車內環境中的酒精濃度，判斷駕駛員是否酒駕，當酒精濃度達到警戒范圍時進行報警[13]。

3.3 學生管理

學生管理主要是對學生基本信息進行管理，在添加學生基本信息時，管理人員可以執行批量導入Excel操作，大大減少了管理人員的工作量；由于學生在上下車的時候都要刷IC卡，所以在學生管理模塊的頁面上添加了讀寫IC卡功能，通過USB外接IC卡讀寫器，選中該頁面某一學生的信息，點擊“寫IC卡”按鈕，可以將選中的學生信息寫入IC卡中，被寫入信息的IC卡既可以是空白卡，也可以是有信息的卡，可以實現IC卡的循環利用，既減少成本，又節能環保，當點擊頁面 “讀IC卡”，就會彈出一個window，顯示該IC卡中記錄的學生信息。

3.4 派單管理

根據不同學校上下學時間的不同，以及學生上下車地點進行統一派車。選中某一派單，點擊派車，此時彈出一個window，有兩個grid，左邊顯示該派單已派學生信息，右邊顯示該派單還可以被派學生的信息，通過左移和右移可以實現對該派單學生的增加和刪除。在該部分還設置了復制派單功能，當想派的學生不變時，就可以執行復制派單操作，這樣就不用一個一個的添加學生，提高了管理人員的工作效率。當學生上下車的時候，通過刷IC卡，以及人臉識別可以判斷這個學生是不是屬于這個派單，如果不屬于，就會發出告警信息，防止誤載情況發生，當學生上車或下車后，能及時向學生家長的手機發送信息，讓家長放心。

3.5 應急調度

當校車出現違規或者安全參數超過預定的范圍，車載終端就會將實時告警信息通過4G無線網絡傳到校車安全云計算平臺，平臺立即通過Internet網絡向學校、校車公司、交通局、教育局、公安局的校車監控中心發出報警，同時通過4G無線網絡向乘坐該趟校車的學生家長和老師的手機發送告警信息[14-15]，同時還會在車載終端進行語音提示，如果出現緊急情況，系統能自動報警聯動相關監管部門和人員，相關部分接到告警信息會立即采取一定的措施，將危險指數降到最低。

4 結束語

文中針對現有校車管理系統的不足，設計出了一種功能模塊和內容相對而言十分全面的校車安全管理系統，能實時監控校車內的狀況以及車輛行駛狀況，并能提前預警，與校車相關的職能部門能及時聯動并采取應對措施，保證了學生上下學的出行安全。該系統為家長、學校及相關職能部門方便準確的掌握學生乘車信息提供了一個高效的管理平臺，家長能通過手機APP實時掌握孩子上下學所乘校車的信息，很大程度上減少了家長對孩子出行的擔心。校車安全管理系統是個龐大復雜的系統工程，只要勇于創新，就還會有許多可以完善的地方。

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Design and implementation of school bus safety management system based on cloud platform

MA Miao-miao1，LIU Shu-dong2，BA Ji-dong2
（1.Wuhan Research Institute of Post&Telecommunications，Wuhan 430074，China；2.Wuhan YCIG iLink Technology Co.，Ltd，Wuhan 430074，China）

In order to ensure the safety operation of the school bus，this paper puts forward a set of management system for the school bus：school bus safety management system based on cloud platform.The system using Beidou/GPS dual mode positioning to acquire vehicle positioning data，using 4G wireless network to transmit audio and video information，face recognition information and other information of vehicle terminal，Using cloud computing technology to deploy system applications to the cloud and unify the management and scheduling of data resources，so that resources can be fully utilized and shared.The relevant regulatory authorities management personnel （such as the Bureau of education，schools，parents of students ，teachers and so on） through computer or mobile APP logging school bus safety management system on the cloud ，the school bus can be positioning and tracking，real-time monitoring，the system can also realize automatic warning，emergency response and other intelligent management.

school bus safety；face recognition；positioning and tracking；real-time monitoring

TN99

：A

：1674－6236（2017）13-0036-04

2016-05-18稿件編號：201605180

馬苗苗（1990—），女，湖北武漢人，碩士研究生。研究方向：Web研發。