樹莓派在兒童安全乘坐校車的應用

薛清福

摘要：我國經濟發展速度得到全世界范圍內公認，經濟發展的同時，兒童重大傷亡事故卻并沒有減少，兒童乘坐校車的安全事故頻出，事故的出現，不僅給全社會的發展帶來了深遠的影響，更給兒童家庭帶來了嚴重傷害，因此引起了社會的極大關注。本文主要通過采用樹莓派與人臉識別技術和通信技術，構建兒童乘坐校車的智能化提醒系統。系統能在兒童乘車過程中，通過攝像頭實時統計兒童上下車一系列相關信息，并自動發送消息給學校以及家長，并提醒兒童到達目的地下車。從事故的源頭去避免類似兒童乘車慘劇的發生，文章對解決我國兒童乘坐校車的安全問題有重要參考價值及實用意義。

關鍵詞：兒童乘車安全;樹莓派;人臉識別;智能系統

中圖分類號：TP391.41 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）04-0058-03

0 引言

“樹莓派”是在 2012年3月由英國劍橋大學埃本·阿普頓正式發售，它是世界上最小的臺式機Raspberry Pi（卡片式電腦），他的長度和寬度只有信用卡大小，卻擁有現代電腦所應有的基本功能，如輸入、輸出、存儲等。樹莓派是“Raspberry Pi基金會”研發，該基金會是由埃·厄普頓發起并注冊于英國的一家慈善組織[1]。基金會致力于讓全世界各地的人民懂得數字制作，這樣他們就可以理解和重塑我們日益增長的數字世界，以解決可能碰到的問題和勝任未來的工作。他們提供一種低成本、高性能的計算機，人們可以用它來學習、解決問題以及找到樂趣，目前樹莓派已經發展到第三代產品。

隨著中國科學技術的迅速發展，直接導致兒童死亡的因素已經從傳統的遺傳基因、大疾病方面逐漸漸少。但近年來因一些意外因素導致的兒童死亡事件卻呈現不斷增加的趨勢。特別是從近幾年的新聞報道可得知，因乘坐校車而導致的安全事故不斷在攀升，其中有幼兒園校車重大交通事故、兒童遺忘在校車被暴曬致悶死事件等，這些事故的發生給兒童所在家庭、社會的發展帶來了巨大的影響，同時事故造成了未成年人重大傷亡事件震驚了社會[2]。我國國家領導人非常重視兒童乘坐校車的安全問題。并在2012年3月，由時任國務院總理溫家寶主持召開國務院常務會議，審議并原則通過《校車安全管理條例（草案）》，草案要求校車優先通行;并于同年4月份正式發布《校車安全管理條例》，在管理條例中明確規定了輕型專用校車長度不超過6米、最大乘員數45人，大中型專用校車長度不能超過12米、最大乘員數65人[3]。

家長和老師心中最重要的事情即是孩子的安全問題，其中，關鍵環節便是兒童接送環節，它關系著孩子的人身安全。目前兒童乘坐的校車上，絕大多數采用的是紙卡接送，紙卡雖方便攜帶，但它不會報警，同時也容易復制、偽造，兒童忘記帶卡的現象也時有發生，因此采用此種方式的校車，在幼兒接送過程中仍存在需大量人力參與監督與統計的工作，安全隱患較大;另一方面，家庭方面與學校方面對校車實時情況無從知曉，工作人員出現失誤時，無法進行及時有效的提醒。因而將乘坐校車的兒童遺留在車內的事故仍時有發生。在乘坐校車過程中還有一些特殊情況，如由于兒童身高體積均較小，其睡覺時可能橫躺座椅上，即使司機下車時進行查看也可能發現不了。

因此如何有效安全的盡最大可能杜絕此類安全事件的發生，能充分保障兒童乘車安全的可靠系統就顯得十分重要。基于樹莓派的兒童乘坐校車系統，通過攝像頭實時捕捉上車兒童的信息，進行人臉檢測與人臉識別，自動統計上車兒童信息，能自動識別校車是否超載，相關乘車兒童是否按時在指定站點上下車，加之相關手機APP端或電腦端軟件的配合，校方與家長方可以隨時隨地的進行查看兒童乘車情況，司機方也能在需要配合時，及時接收到報警消息，查看并提醒遺留兒童上下車，即使是有兒童在校車中橫躺下睡覺，由于事先有采集相關人臉信息，也可輕松得知校車中未下車的兒童具體信息，從而及時準確的進行兒童信息的提醒。

在兒童乘坐校車的過程中，將樹莓派應用于其中，如圖1所示。

1 技術路線

該系統主要以樹莓派為基礎，通過樹莓派的外接接口與外部設備進行連接。該系統整體方案如圖2所示。

2 系統功能結構

在基于樹莓派的兒童乘坐校車系統中，樹莓派中加裝CSI攝像頭模塊，在兒童乘坐和離開校車時，通過樹莓派捕獲兒童相關信息，使家長可通過系統輕松獲取孩子乘坐校車的相關信息。整個系統中主要包括校方、司機、家長、兒童等相關人員，校方登錄系統平臺可以在地圖上實時展示校車行駛線路、校車當前所在的實時位置以及校車到達指定目的地后是否還有學生遺留在校車上。司機方登錄系統可以查看車輛的基本信息（如年檢信息、車輛常規維護信息），以及車輛行駛過程中是否出現異常信息提醒。家長則通過系統獲知校車實時位置信息、兒童上下車信息、學校常規通知信息、緊急事件通知等功能，系統將記錄兒童從入學到畢業完整過程的信息。

通過上述分析，本系統主要包括系統權限管理、系統設置、車輛信息管理、兒童信息管理、車輛軌跡管理、警情管理、系統消息推送等七大功能模塊。具體系統的功能模塊如圖3所示。

根據圖3分別對各功能模塊具體介紹如下：

校車車輛信息管理模塊：本模塊主要用于校車車輛相關信息，不允許校車中存在任何違規車輛。在本模塊中，一方面可以查看校車基本信息，對于校車的相關年審檢查的管理也將在本系統中體現出來，并及時提醒車輛進行年檢，另一方面還可以查看校車駕駛員信息，要求相關駕駛員及時處理其違違章信息。

校車行駛軌跡管理模塊：在該模塊中，結合地理信息系統GIS，在地圖上實時顯示校車的行駛路線，當校車偏離原定規劃路線時，通過安裝在校車上的外接語音設備通知司機，若校車繼續偏離路線時，將以短線、微信等方式推送到校方、家長，避免司機出現違法動機。家長也可以通過手機端實時查看校車的位置信息，查詢校車歷史軌跡記錄。

系統權限管理模塊：本模塊主要通過角色形式分別為不同的用戶分配相應的訪問權限，方便對校方，司機方，家長方等用戶的用戶信息進行管理。

報警管理模塊：在報警模塊中，主要的報警信息包括：當校車上車人員超過何在人數時發出的超載報警，當校車司機駐車后，系統會自動檢測，如有遺留人員時的報警。當接收到報警后，相關人員應進行處理以后，可取消報警信息。對于報警信息的推送，則主要針對三方人員進行，司機、校方、及家長方，三方共同接收報警信息，實時了解校車相關信息，從而有效的避免校車滯留兒童導致意外事故的發生。

系統消息推送模塊：在本模塊中，其主要負責相關各類信息的發送，并具有管理查看打印歷史消息的主要功能。主要包括：推送車輛基本信息（如車輛年檢時間）給校方、司機方，校車在駛離原定線路時發送提醒信息給校方、司機方、家長方，兒童在上下校車時推送消息給家長方，校車上有遺留兒童時推送消息給校方、司機方、家長方。

乘車兒童信息管理模塊：該模塊主要用于管理乘坐校車兒童的個人相關信息，主要包括：姓名，年齡，性別，所在班級，年段，家長信息（姓名、聯系電話），家庭地址，上下車位置信息等。該模塊還可查詢每個兒童乘坐校車的上下車時間、位置記錄。

系統整體設置模塊：本模塊主要設置系統的常規參數，包括數據庫服務器地址、用戶名、密碼，數據庫備份時間，消息推送的間隔時間，系統報警聲音，圖片存放路徑等參數。

基于樹莓派的兒童乘坐校車方面的安全應用系統由于采用人臉識別功能模塊，能通過攝像頭模塊獲取乘坐校車兒童的個人相關信息，自動登記并提醒家長用戶其子女是否準時乘坐上校車，當到達下車站點時，自動提醒在此站下車的兒童，并再次通過人臉識別自動登記下車兒童相關信息，將上車與下車兒童數據進行對比，能自動通知當日當次車上安全乘坐兒童的家長，如在進行上下車兒童數據對比時，發現有兒童遺留在校車上，樹莓派能通過語音提示，自動提醒校車司機及該名未下車兒童，同時自動發送消息給家長，校方，方便監督校車司機是否有再次進行檢查提醒遺留兒童下車，當所有兒童下車后，樹莓派自動撤消報警。通過多方的監控實現從各種隱患中排查問題，直到解決問題為止，從根本上消除兒童滯留校車的慘劇事件發生。

3 移動客戶端APP應用程序設計

在中國，智能手機的保有量是相當高的，加之智能客戶端的使用，設計方便的能與移動客戶端相連的APP應用程序是十分有必要的。移動客戶端的用戶可以通過下載相應的程序，不受時間和場所的限制，結合移動網絡與無線網絡，獲取樹莓派中保存的相關兒童乘坐校車的信息，在兒童下車地點及時提醒兒童準時下車，避免遺留在校車上，同時校車司機在校車上還有遺留兒童時也能及時準確的得知兒童相關信息，進行查看與人工提醒，從而真正從源頭上避免此類慘劇的發生。

由于移動客戶端的主要功能與電腦系統中的各項功能應保持程序的一致性，其功能結構同樣如圖3所示，每個功能結構部分在此將不再進行介紹。

4 結語

本文采用樹莓派，結合攝像頭及人臉檢測與識別技術，將其應用在兒童乘車安全上，能從源頭上避免慘劇的發生。從根本上保證兒童乘坐校車的安全，智能化的識別和人工智能技術，溫馨提醒未上車兒童及提醒兒童按時按地下車，充分考慮到出現在兒童乘車過程中的潛在危險和校方家長方的擔心，實用而方便的安裝。本系統預期具有廣闊的推廣價值必將產生良好的社會效益。

參考文獻

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