通過采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)校車安全管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

近年來，我國校車安全事故頻發(fā)，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。甘肅省正寧縣榆林子鎮(zhèn)小博士民辦幼兒園校車嚴(yán)重超載，與東風(fēng)牌自卸貨車迎面相撞，死亡累計人數(shù)達(dá)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(rèn)真思索。國務(wù)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(biāo)準(zhǔn)》。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(yōu)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(qiáng)校車安全管理，當(dāng)前從制度層面探討的較多，在科技飛躍發(fā)展的今天，我們還應(yīng)該采用先進(jìn)的技術(shù)手段為校車的安全管理提供強(qiáng)有力的保障。

1 校車安全管理的主要內(nèi)容

在我國，校車主要是指幼兒園、小學(xué)、中學(xué)階段的未成年學(xué)生專門乘坐的交通工具。由于幼兒、小學(xué)生等普遍缺乏安全意識，自我保護(hù)能力非常弱，因此校車安全幾乎完全依賴于學(xué)校、政府等方面的約束、監(jiān)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(xué)生在車輛內(nèi)部的人身安全、車輛機(jī)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(yán)格的管理制度和安全法規(guī)，加大資金投入，鼓勵企業(yè)投入。政府相關(guān)部門應(yīng)該起到主導(dǎo)、協(xié)調(diào)、監(jiān)督、服務(wù)、保障的作用。其次，學(xué)校要加強(qiáng)對校車和駕駛員的日常管理。然后就是采用有效的技術(shù)手段來約束和保障校車的安全行駛。規(guī)章制度屬于"軟約束",人執(zhí)行時容易違背。技術(shù)手段具有"硬約束"的特點，往往不因人的主觀因素而發(fā)生偏差。在校車安全管理系統(tǒng)可以采用的技術(shù)中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)具有較大的優(yōu)勢。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)集傳感、遠(yuǎn)程通信、網(wǎng)絡(luò)、計算機(jī)信息系統(tǒng)等技術(shù)于一體。利用處于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)核心的射頻識別、全球衛(wèi)星定位、地理信息系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，能實現(xiàn)對校車機(jī)械電氣安全、行駛安全、駕駛員安全、乘車學(xué)生安全等進(jìn)行全面的實時監(jiān)控，為校車安全管理提供最及時準(zhǔn)確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。并且物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在交通安全中已經(jīng)有成熟。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)簡介

物聯(lián)網(wǎng)（The Internet of Things）是指將物體通過射頻識別（ RFID）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等傳感設(shè)備，利用通信手段，按約定的協(xié)議，實現(xiàn)全面互聯(lián)，包括物與物之間的互聯(lián)互通，也包括人與物之間的互聯(lián)互通，進(jìn)行信息交換和通信，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。

其中RFID 是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的主要載體。物聯(lián)網(wǎng)是繼計算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)和移動通信之后引發(fā)新一輪信息產(chǎn)業(yè)浪潮的核心領(lǐng)域。我國"十二五"規(guī)劃將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的推廣和應(yīng)用列為發(fā)展的重要內(nèi)容。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在物流管理、遠(yuǎn)程監(jiān)控、智能交通、環(huán)境監(jiān)測、公共安全等方面有著廣泛的應(yīng)用。

射頻識別（Radio Frequency Identification） 縮寫RFID,又稱電子標(biāo)簽、無線射頻識別，它是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的核心和基礎(chǔ)技術(shù)。射頻識別技術(shù)利用射頻信號通過空間耦合實現(xiàn)信息傳遞、數(shù)據(jù)讀寫，從而達(dá)到識別目的。其最大的優(yōu)點是可以實現(xiàn)無接觸的信息傳遞。

RFID 技術(shù)在校車安全管理系統(tǒng)中主要用于身份識別。

全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System） 縮寫GPS,是指利用衛(wèi)星在全球范圍內(nèi)實時進(jìn)行定位、導(dǎo)航的系統(tǒng)。全球應(yīng)用最廣的是美國的GPS 定位系統(tǒng)，其次是俄羅斯的GLONASS（格洛納斯）系統(tǒng)。我國自主開發(fā)的"北斗定位系統(tǒng)"也已投入應(yīng)用。GPS 技術(shù)在校車安全管理系統(tǒng)中主要用于校車測速、定位和軌跡跟蹤。

地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System） 縮寫GIS,它是以地理空間數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，在計算機(jī)軟硬件的支持下，運(yùn)用系統(tǒng)工程和信息科學(xué)的理論，科學(xué)管理和綜合分析具有空間內(nèi)涵的地理數(shù)據(jù)，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(diào)度應(yīng)急救援，以及提供交通指揮方案等。

3 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)設(shè)計

校車安全管理系統(tǒng)總體分為三個子系統(tǒng)，對應(yīng)三個集成的工作平臺，即校車車載子系統(tǒng)（車載平臺），校車學(xué)校管理子系統(tǒng)（日常管理平臺），政府部門校車監(jiān)管子系統(tǒng)（監(jiān)管平臺）。

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(yùn)行軌跡； （2）人員RFID 信息，在此基礎(chǔ)上可得到的實時的乘車人數(shù)、每個乘車學(xué)生的基本信息；（3）車輛運(yùn)行時的機(jī)械和電氣數(shù)據(jù)，可以將此數(shù)據(jù)和正常的車輛參數(shù)進(jìn)行比對，判斷校車的安全狀況，對異常情況預(yù)警； （4）車內(nèi)視頻信息，包括實時車內(nèi)情況，駕駛員、隨車?yán)蠋煹墓ぷ髑闆r，學(xué)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(jiān)管指令等?，F(xiàn)給出各子系統(tǒng)通信和數(shù)據(jù)傳輸與接收示意圖，如圖1.

圖1 校車安全管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸示意圖

4 各子系統(tǒng)主要功能

校車安全管理系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖如圖2 所示：

圖2 校車安全管理各子系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

4.1 校車車載子系統(tǒng)

校車車載子系統(tǒng)主要包括RFID 讀取器、GPS 接收設(shè)備、視頻監(jiān)控設(shè)施、報警裝置和無線通信裝置。

高性能校車可以加裝車輛機(jī)械和電氣性能傳感設(shè)備。

車載子系統(tǒng)是校車安全管理系統(tǒng)中的最基礎(chǔ)組成部分，它既傳輸重要的實時原始數(shù)據(jù)，又接受管理平臺的控制信息。為保障車載子系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行、操作方便，應(yīng)將車載子系統(tǒng)集成為一個整體操作平臺。車載平臺主要集成以下設(shè)施：

（1） RFID 設(shè)備：車載RFID 讀取器通過學(xué)生佩戴的電子腕帶自動獲得準(zhǔn)確的上下車人數(shù)； 讀取駕駛員和隨車護(hù)送老師的身份RIFD.家長接送孩子時，讀取家長持有的遠(yuǎn)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(nèi)的實際載人數(shù)用醒目的數(shù)字顯示在適當(dāng)位置，避免出現(xiàn)校車停駛時遺留孩子在車上的意外情況。

（2） 視頻監(jiān)控設(shè)備：通過安裝在車內(nèi)各個關(guān)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(wǎng)絡(luò)將視頻數(shù)據(jù)發(fā)送到學(xué)校管理中心。

（3） GPS 設(shè)備：得到校車運(yùn)行的實時動態(tài)空間坐標(biāo)信息，并傳輸給系統(tǒng)進(jìn)行處理和計算。

（4） 無線通信裝置：選擇3G 高速無線通信網(wǎng)絡(luò)，保證信號暢通和完成流量巨大的視頻數(shù)據(jù)傳輸。

（5） 報警系統(tǒng)：當(dāng)車輛機(jī)械、電氣故障時自動報警、自動制動減速；火災(zāi)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(tǒng)的自動呼入；手動報警按鈕，特殊情況時駕駛員向?qū)W校管理中心發(fā)送報警信號。

4.2 學(xué)校管理子系統(tǒng)

學(xué)校管理平臺主要完成對校車的日常管理工作和校車運(yùn)行數(shù)據(jù)實時上傳給監(jiān)管平臺。校車學(xué)校管理子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采用3G 移動通信網(wǎng)絡(luò)+高速寬帶網(wǎng)（雙絞線或光纖高速星型以太網(wǎng)）的模式。利用無線通信網(wǎng)絡(luò)與移動的校車車載平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，通過高速寬帶網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)與政府相關(guān)部門的監(jiān)管系統(tǒng)的連接。學(xué)校管理子系統(tǒng)采用多臺計算機(jī)組成局域網(wǎng)，并行完成視頻監(jiān)控信息接收、GPS 跟蹤定位、人員和車輛信息實時接收等。學(xué)校管理平臺主要功能有：

（1） 車輛GPS 定位跟蹤

接收車載GPS 發(fā)送來的地理坐標(biāo)信息定位、跟蹤校車。有條件的學(xué)?？梢约优銰IS 地理信息系統(tǒng)，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(zhǔn)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(fā)

可以對校車的異常行駛發(fā)送警告信息提醒駕駛員，還可以發(fā)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(fā)放、數(shù)據(jù)錄入、更新等。

此項功能是校車安全管理系統(tǒng)中最重要的功能，能很好地體現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在校車安全管理中應(yīng)用的好處。

系統(tǒng)需要的RFID 卡主要有駕駛員卡、教職工卡、學(xué)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(xì)分為學(xué)校負(fù)責(zé)人、校車安全檢查值班員、隨車護(hù)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(tǒng)授權(quán)等。學(xué)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(xué)生RFID 卡包含其姓名、性別、年齡、班級、家庭住址、聯(lián)系方式、照片等。家長卡采用遠(yuǎn)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(jī)制，即家長卡與孩子佩帶的學(xué)生卡信息一致時，才允許家長接走孩子。由于有RFID 卡，因此學(xué)生上下車、家長接送的詳細(xì)信息均能被系統(tǒng)自動記錄下來。

此模塊還具有的一個重要功能就是動態(tài)獲取車載實際人數(shù)，防止超載。同時通過和學(xué)校登記的學(xué)生乘車數(shù)據(jù)對比防止學(xué)生漏站、誤站，或被遺忘在車?yán)铩?/p>

（4） 家校聯(lián)系：主要是供學(xué)校/家長通過網(wǎng)絡(luò)或短信、電話等方式發(fā)布/查詢校車運(yùn)行情況、學(xué)生乘車情況等。

（5） 系統(tǒng)維護(hù)：錄入基本信息、用戶權(quán)限管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、分析等功能。

4.3 安全監(jiān)管子系統(tǒng)

安全監(jiān)管子系統(tǒng)供政府監(jiān)管部門使用，比如教育主管部門、安監(jiān)、交通警察等。通過監(jiān)管平臺，監(jiān)管部門可以獲取本轄區(qū)內(nèi)所有校車運(yùn)行的實時乘車人數(shù)、視頻、車輛歸屬學(xué)校、車速等信息，向?qū)W校管理中心發(fā)出監(jiān)管意見； 借助行政區(qū)域GIS 電子地圖、交通管理與指揮信息系統(tǒng)，監(jiān)管部門還能查看區(qū)域內(nèi)校車的運(yùn)行路線，結(jié)合交通狀況進(jìn)行合理的交通指揮，為校車提供便利的通行條件。

5 結(jié)語

校車安全關(guān)系到千家萬戶，影響家庭幸福和社會穩(wěn)定。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在交通運(yùn)輸、公共交通等與校車運(yùn)營相近的領(lǐng)域有成熟的應(yīng)用經(jīng)驗，因此基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的校車安全管理系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用具有現(xiàn)實意義和可行性。利用先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以充分發(fā)揮技術(shù)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(hù)墻。當(dāng)然，由于物聯(lián)網(wǎng)是綜合性很強(qiáng)的技術(shù)，現(xiàn)在還沒有統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，這也給物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在校車安全管理系統(tǒng)的應(yīng)用實施帶來了一定的障礙。另外，校車安全管理是個龐大復(fù)雜的系統(tǒng)工程，投入成本和實施難度較大。