基于物聯網的觀光車監管數據采集及傳輸系統設計與研究

摘 要：為解決非公路用旅游觀光車作業人員無證操作、超速、疲勞駕駛等問題，實現對觀光車的有效監管，文中設計了基于物聯網的觀光車監管數據采集及傳輸系統。系統采用各種傳感器設備、GPS定位技術及無線網絡通信技術，實現對觀光車運行狀態、GPS數據和安全數據的實時采集，并通過MQTT協議傳輸給云服務器。同時，還搭建了觀光車“物聯網+監管”云服務管理平臺，并通過RESTful API對采集的數據進行整合、分析和展示。實踐證明，系統具有較高的準確性和穩定性，能夠實現觀光車監管數據的實時監控、采集和傳輸，并識別觀光車的運營狀態，對異常駕駛行為進行預警管理，有助于提升觀光車運營的安全性和服務質量。

關鍵詞：物聯網；觀光車監管；實時采集；實時監控；MQTT；RESTful API

中圖分類號：TP399 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2024）06-00-04

0 引 言

旅游觀光車作為一種重要的旅游交通工具，受到了越來越多的關注。近年來，新疆各旅游景區和游樂場所大力發展觀光車旅游，截至2023年5月27日，新疆共有在用非公路用旅游觀光車1 070輛。旅游觀光車的安全和服務質量一直是廣大游客所關心的問題，而如何加強對觀光車的監管和管理，保障游客的安全和權益是發展旅游經濟的重點。物聯網技術的不斷發展和應用為觀光車監管和數據管理提供了新的解決方案。許多研究人員致力于應用物聯網技術實現車載數據采集、處理和傳輸，以提高交通運輸的安全性、效率和舒適度。在這些研究中，研究人員通過使用不同的技術和傳輸協議，解決了不同領域的車載物聯網問題。例如，宋亞儒[1]使用LoRa技術，設計了一種基于貨運列車制動監測的系統；李萌[2]設計了基于NB-IoT的冷鏈物流監控系統，可實時監測溫度、濕度和GPS位置等信息；郭政良[3]和李克奇[4]設計與實現了基于物聯網的叉車安全監管系統和叉車設備遠程監管平臺，提出了基于物聯網的叉車安全監管系統的整體方案；鄒方勇和李玉亮[5]則針對消防車輛的特殊要求，研究了基于物聯網的消防車輛現場信息監控管理系統；張馨月[6]則以物聯網平臺為基礎實現了車輛監管系統的自動化監控和管理；余楊[7]也在研究中將GPS定位和ZETA物聯網技術應用到了露天礦場車輛監管系統的設計中；王一兵[8]介紹了物聯網技術在智能車輛管理系統、營運車輛運輸過程監管及安全檢驗中的應用；王小燕、胡靜波、馮海林等人[9]則介紹了基于物聯網技術的機動工業車輛安全監控系統設計及應用方面的研究工作；方明[10]則在其研究中，設計與實現了堆垛叉車安全監控管理系統。綜上所述，車載物聯網技術的應用極大地提升了交通運輸行業的安全性和效率，其應用前景廣闊，但也有許多需要進一步研究和探索的問題。文中借鑒以上學者的研究思路，借助物聯網技術探索對觀光車的運行情況、車輛狀態等信息進行實時監測和記錄，實現對觀光車監管數據的實時采集及傳輸，最終達到有效提高觀光車安全性、服務質量和輔助監管執法的目的。

1 系統設計方案

為與現有在用的新疆特種設備智慧監管系統實現基礎數據無縫對接，觀光車監管系統采用軟件平臺搭載車載物聯網裝置的方式實現，其中軟件平臺主要由“智慧監管系統改造”“觀光車監管系統-使用單位”和“觀光車監管系統-監管部門”3部分組成；車載物聯網裝置主要實現對監管數據的采集和傳輸。具體設計技術方案如下：

（1）觀光車車載物聯網裝置：每套物聯網裝置由1部物聯網終端和3部監控相機組成，其中物聯網終端主要包括傳感器、控制器、GPS定位、通信模塊等，通過傳感器采集車輛運行狀態、駕駛員行為、車輛線路偏移等數據，通過GPS定位獲取車輛位置和速度等信息，通過通信模塊將采集的數據傳輸至云端；3部監控攝像機分別對作業人員、車內乘客及車輛前方圖像進行實時采集。

（2）政務云平臺：利用華為云計算技術（包括物聯網云平臺、數據存儲、數據分析等）接收設備端傳輸的數據并存儲，利用大數據分析技術對數據進行匯總、分析和建模等，提供統計分析和預測性分析功能。

（3）通信網絡：采用4G無線通信網絡，確保數據的及時傳輸和實時監控。

（4）應用端：采用B/S模式，包括使用單位、監管單位兩種不同角色，為使用單位提供觀光車作業人員人臉識別管理、作業人員管理、主動安全系統監測、電子圍欄管理、車載終端管理等功能以及告警記錄、教育培訓記錄等，有效預警管控，輔助應急處置；為監管單位提供對觀光車作業人員和乘客實時監控、車輛線路偏移、報警管理、教育培訓記錄以及歷史報警記錄查詢等功能。

2 系統主要功能

2.1 駕駛人員識別

（1）在智慧監管系統中完善非公路用旅游觀光車輛作業人員相關功能。

（2）物聯網設備具備人臉識別、實時通信功能，與車輛綁定的物聯網設備編號作為唯一標志。

（3）使用單位在智慧監管系統錄入本單位聘用持觀光車和觀光列車司機（N2）特種設備作業人員證書信息。

（4）使用單位在觀光車監管系統錄入本單位聘用持觀光車和觀光列車司機（N2）特種設備作業人員人臉信息。

（5）駕駛人員作業過程中，物聯網裝置進行人臉識別并實時自動比對判斷。首次比對成功，播報簡短安全提示語音；若比對不成功，播報簡短告警語音，并向觀光車監管系統上報。觀光車監管系統向使用單位的特種設備安全管理人員定期（可配置）發送提示短信。

（6）觀光車監管系統自動記錄人臉識別時間、駕駛人員信息、車輛啟動與否。記錄信息保存1年。

2.2 車輛運行速度監控

（1）物聯網設備具備實時監測車輛運行速度的功能。

（2）車輛運行時，物聯網裝置實時進行是否超速運行的判斷。若車輛超速，向駕駛人員播報簡短提示語音，向觀光車監管系統上傳車輛速度信息。觀光車監管系統向使用單位的特種設備安全管理人員定期（可配置）發送提示短信。

（3）觀光車監管系統自動記錄車輛超速運行的起始和結束時間、超速運行速度、超速運行駕駛人員。記錄信息保存1年。

2.3 車輛運行路線監控

（1）在觀光車監管系統中對非公路用旅游觀光車輛增加行駛路線圖項目。

（2）物聯網裝置具備實時監測車輛位置功能。

（3）使用單位在觀光車監管系統錄入本單位車輛觀光車和觀光車行駛路線圖，車與行駛路線一一對應（該行駛路線圖應經檢驗機構確認）。

（4）行駛路線圖向對應車輛的物聯網裝置下發。

（5）車輛行駛時，物聯網裝置實時進行是否偏離行駛路線判斷。若偏離行駛路線，向駕駛人員播報簡短提示語音，向觀光車監管系統上傳車輛偏離軌跡信息。觀光車監管系統向使用單位的特種設備安全管理人員定期（可配置）發送提示短信。

（6）觀光車監管系統自動記錄車輛偏離行駛路線運行的起始和結束時間、偏離軌跡、偏離運行駕駛人員。記錄信息保存1年。

2.4 駕駛人員駕駛行為記錄

（1）車輛加裝的物聯網裝置能夠完整觀察到作業人員異常駕駛行為（抽煙、接打電話、鏡頭遮擋、閉眼、打哈欠、低頭）。

（2）車輛運行時，物聯網裝置實時自動識別作業人員異常駕駛行為，向觀光車監管系統上傳作業人員異常駕駛行為信息。觀光車監管系統向使用單位的特種設備安全管理人員定期（可配置）發送提示短信。

（3）智慧監管系統自動記錄車輛駕駛人員異常駕駛行為信息。記錄信息保存1年。

2.5 乘客行為記錄

（1）物聯網裝置能夠完整觀察到乘客行為。

（2）車輛運行時，觀光車監管系統能夠獲取物聯網裝置對應的視頻流地址，并查看實時乘客行為視頻。

（3）觀光車監管系統自動記錄乘客行為視頻。記錄保存1周。

2.6 車輛運行環境記錄

（1）物聯網裝置能夠觀察到車輛運行前向環境。

（2）車輛運行時，觀光車監管系統能夠獲取物聯網裝置對應的視頻流地址，并查看實時車輛運行前向視頻。

（3）觀光車監管系統自動記錄車輛運行環境視頻。記錄保存1周。

2.7 加強駕駛人員管理技術措施

（1）每年1月1日，智慧監管系統自動對每本觀光車和觀光列車司機（N2）特種設備作業人員證賦分100分。初次領證時每本證書賦分100分，換證時自動延用原證書

分數。

（2）作業中出現超速、偏離行駛路線、異常駕駛（抽煙、接打電話、鏡頭遮擋、閉眼、打哈欠、低頭）等情況，監察部門根據告警記錄進行手動扣分處置，扣分標準由監察人員參考具體扣分辦法。

（3）證書分數低于60分時，使用單位應對駕駛人員開展安全教育和技能培訓，并將相關記錄錄入智慧監管系統。

（4）證書分數低于60分時，駕駛人員應到相關培訓機構接受教育，并經場（廠）內專用機動車輛司機理論考試合格后，方可繼續駕駛車輛。

3 系統主要流程

3.1 作業人員登記、人臉認證流程

（1）物聯網終端接入監控相機，進行作業人員行為識別，認證流程復用監控相機設備進行人臉識別認證。

（2）使用單位進行作業人員人臉信息錄入。

（3）作業人員人臉認證失敗不阻斷人員對車輛的控制，但是對操作進行記錄。

（4）人臉認證失敗告警不實時通知，定期（每天）匯總通知使用單位自查，同時監察部門可將認證失敗記錄作為對使用單位的處罰依據。

3.2 車輛運行速度、運行線路設置與監控流程

（1）觀光車對應物聯網終端默認限速30 km/h，觀光火車對應物聯網終端默認限速20 km/h。

（2）使用單位進行行駛路線設置（電子圍欄設置），車輛與行駛路線綁定。

（3）超速或偏離行駛路線告警不向使用單位實時通知，定期（每天）匯總通知使用單位自查，同時監察部門可將告警記錄作為對使用單位的處罰依據。

3.3 實時/歷史狀態查看及告警處置流程

（1）乘客行為及車輛運行環境無自動識別檢測項，通過實時/歷史視頻播放查看。

（2）可回看的歷史視頻時長與車載智能終端的存儲卡容量相關。

3.4 告警及處罰流程

（1）監察部門通過查看告警記錄手動扣分。

（2）告警信息可通過視頻回看。

（3）證書分過低時需完成理論考試。

（4）若對扣分有異議，復議等流程需線下進行，流程完成后由自治區監察部門決定是否修改處罰信息。

（5）異常駕駛行為告警類型：抽煙、接打電話、鏡頭遮擋、閉眼、打哈欠、低頭。

4 數據采集及傳輸規范

本系統主要通過各種傳感器和設備采集車輛的運行狀態、GPS數據和安全數據等信息，同時通過約定的協議將采集的數據從車輛傳輸到服務器或其他設備。

4.1 數據采集頻率

數據采集頻率根據數據類型和實際需求設定：

（1）車輛狀態數據（包括啟停等）：每5 s采集一次數據，可在狀態發生變化時上報，以確保數據的實時性和準確性。

（2）GPS數據：GPS數據用于實時追蹤車輛的地理位置，建議每10 s采集一次數據，以保證對車輛位置的準確跟蹤。

（3）安全數據：包括異常駕駛行為、碰撞檢測等，發生頻率不高，一旦發生異常，應立即采集，識別后進行實時采集。

4.2 采集設備及傳感器要求

采集設備應具備足夠的處理能力和存儲空間，以滿足數據采集、處理和存儲的需求。設備應具有良好的穩定性和可靠性，能在各種環境條件下正常工作。

（1）GPS傳感器：GPS傳感器應能提供高精度的位置信息，精度達到±5 m。傳感器能在各種天氣條件下正常工作。

（2）車輛狀態傳感器：車輛狀態傳感器需準確測量和報告車輛啟停等信息。傳感器應具有抗干擾能力，能在各種環境條件下提供穩定、準確的數據。

（3）安全數據傳感器：安全傳感器需具備較高識別準確度，能夠識別異常駕駛行為、碰撞檢測等，在不同場景下，識別準確度應高于90%。

4.3 數據質量要求

車載物聯網數據采集及傳輸過程中，數據質量應該滿足以下要求：

（1）準確性：所有采集和傳輸的數據必須真實準確，無誤導性和歧義性信息。

（2）完整性：數據必須完整無遺漏，包括所有車輛狀態數據、GPS數據、車輛使用數據和安全數據。

（3）及時性：數據采集和傳輸應實時或根據規定的采集頻率進行，確保數據的時效性，能反映車輛的實時狀態。

（4）一致性：數據格式和單位應保持一致，以確保數據的可讀性和可解釋性。所有時間戳應按ISO 8601標準表示，所有距離數據應以m為單位。

（5）可追溯性：所有數據可追溯其來源，包括采集設備、傳感器和時間等。

（6）數據保護：所有數據應進行適當保護，防止數據丟失、泄露和非法訪問。

4.4 數據傳輸要求

車載物聯網終端數據采集后通過MQTT協議傳輸給服務端，服務端通過RESTful API向應用提供數據查詢服務。車載物聯網數據傳輸如圖1所示。

（1）物聯網終端-服務端之間的數據傳輸

物聯網終端與服務端之間的數據傳輸采用MQTT協議，MQTT協議使用TLS/SSL加密以保護數據的安全性；在使用MQTT協議時，應選擇適當的服務質量等級（QoS）。例如，對于實時性要求高但容忍少量數據丟失的數據，選擇QoS等級1；對于需要確保不丟失的數據，應選擇QoS等級2。

MQTT的Topic按照命名規則進行組織，以方便數據的分類和訂閱：{vehicleId}/{dataType}，其中，{vehicleId}是車輛的唯一標識，{dataType}是數據類型。車輛狀態數據：vehicleStatus；GPS數據：gps；車輛使用數據：vehicleUsage；車輛安全數據：vehicleSafty。

（2）服務端-應用之間的數據傳輸

對于各應用向服務端請求數據查詢，采用RESTful API傳輸。RESTful API基于HTTP/HTTPS協議，遵循標準的HTTP方法（如GET、POST、PUT、DELETE）和狀態碼。RESTful API的URL按照以下命名規則，以方便數據的訪問和管理：/vehicles/{vehicleId}/{dataType}（{vehicleId}是車輛的唯一標識，{dataType}是數據類型）

5 結 語

觀光車監管數據采集及傳輸系統部署在云端，采用現代車載物聯網技術，通過4G無線通信網絡將使用單位運營的觀光車輛和監管中心連接起來；通過傳感器和GPS定位技術，實現對觀光車運營情況的實時遠程監測，并將數據傳輸到監管中心。

文中選定烏魯木齊及周邊景區某非公路用旅游觀光車輛使用單位進行試點，初步部署了36套車載物聯網裝置，應用效果顯著，主要體現在以下4個方面：

（1）有效解決了駕駛人員無證駕駛行為。通過車載物聯網裝置與人臉信息融合，實現對作業人員身份驗證的功能，無證作業人員無法啟動車輛，從而杜絕了無證駕駛行為的

發生。

（2）有效輔助作業人員安全駕駛，提高了觀光車運營的安全性。通過監測觀光車的車輛營運狀態、速度、位置和行駛路線等數據，可以及時發現并處理超速、超載、偏離行駛路線等違規行為，對安全隱患進行識別并告警（比如行車過程智能提醒、身份識別提醒、不文明駕駛提醒、疲勞駕駛提醒等），杜絕安全隱患。

（3）可為基層執法人員提供執法數據支撐。新疆觀光車大多在景區和游樂場所，分布比較分散，加之基層監管力量薄弱，監管成本高且效率低下。該系統可實現同時對多輛觀光車的實時監測和數據分析，極大降低了監管成本，提高了監管效率。通過音視頻實時監控存儲，有效監督司機和乘客行為，輔助事故取證或服務糾紛處理。

（4）提高了景區形象和服務質量。觀光車作為景區的代表性旅游工具，其安全和服務質量直接影響游客對景區的評價。通過該系統的應用，可以提升景區旅游管理和運營的信息化和智能化水平，為游客提供更加安全和優質的觀光車服務，促進旅游業轉型升級，極大提升了景區的形象和吸引力。

注：本文通訊作者為范效禮。

參考文獻

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[10]葉國云，儲江，葉青云，等.堆垛叉車安全監控管理系統設計與實現[J].工程機械，2021，52（3）：13-19.

基金項目：新疆維吾爾自治區市場監管局科技計劃一般項目（S2023172064）

作者簡介：時亞南（1988—），男，碩士，高級工程師，主要從事特種設備信息化及智能化方面研究。

范效禮（1985—），男，碩士，高級工程師，主要從事特種設備檢驗及安全評估方面工作。