馬苗苗，劉澍東，巴繼東

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

基于云平臺的校車安全管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

馬苗苗1，劉澍東2，巴繼東2

（1.武漢郵電科學(xué)研究院 湖北 武漢430074；2.武漢長江通信智聯(lián)技術(shù)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(tǒng)：基于云平臺的校車安全管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用北斗/GPS雙模定位方式采集車輛定位數(shù)據(jù)；利用4G無線網(wǎng)絡(luò)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(shù)將系統(tǒng)的應(yīng)用程序部署到云端，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)資源的統(tǒng)一管理和調(diào)度，讓資源得到充分利用和共享。相關(guān)監(jiān)管部門的管理人員（如教育局、學(xué)校、學(xué)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(tǒng)對校車進行定位跟蹤、實時監(jiān)控等操作，該系統(tǒng)還能實現(xiàn)自動預(yù)警、應(yīng)急聯(lián)動等智能管理。

校車安全；人臉識別；定位跟蹤；實時監(jiān)控

校車事故頻發(fā)，孩子出行的安全問題受到了社會各界人士的廣泛關(guān)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(shù)條件》等國家強制性法律法規(guī)和標準，但是此類交通事故依然接二連三的發(fā)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(yīng)該采取先進的技術(shù)手段來提高校車安全管理水平?；诖?，本文設(shè)計了一套較為完善的智能化校車安全管理系統(tǒng)，利用北斗/GPS雙模定位、GIS、人臉識別、云計算等多種技術(shù)對校車進行全方位的監(jiān)管，實時監(jiān)控車內(nèi)動態(tài)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(tǒng)可以對校車進行統(tǒng)一調(diào)派、實時監(jiān)控、軌跡回放及安全員考核等一系列操作，同時系統(tǒng)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(guān)監(jiān)管部門的監(jiān)控中心和用戶APP端，在盡最大可能保證學(xué)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(tǒng)的總體設(shè)計

基于云平臺的校車安全管理系統(tǒng)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(tǒng)總體設(shè)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(shù)據(jù)、音視頻信息、人臉數(shù)據(jù)、以及校車本身的基本電氣數(shù)據(jù)，通過4G無線通信網(wǎng)絡(luò)傳到校車安全云計算平臺，這些數(shù)據(jù)通過Internet傳到公安局、教育局、交通局、校車公司、學(xué)校等相關(guān)部門的監(jiān)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(wù)平臺，對校車進行相應(yīng)的操作。

圖1 校車安全管理系統(tǒng)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(shù)據(jù)，還可以接收平臺下發(fā)的控制信息[4]，主要負責(zé)校車信息采集、傳送、接收和車內(nèi)控制。車載終系統(tǒng)圖如圖2。

圖2 車載終端系統(tǒng)圖

CAN總線模塊主要是通過CAN總線來實現(xiàn)校車內(nèi)部各種控制單元之間的數(shù)據(jù)傳輸[5]；北斗/GPS雙模定位模塊負責(zé)采集校車的經(jīng)緯度信息；4G無線通信模塊實現(xiàn)車載終端與校車安全云計算平臺之間的連接，實現(xiàn)終端與平臺的數(shù)據(jù)通信；音視頻模塊實現(xiàn)司機通過調(diào)度屏/手柄與監(jiān)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(tài)，學(xué)生在各站點的上下車信息等；報警模塊主要是用于校車發(fā)生異常時，及時向平臺推送告警信息，相關(guān)監(jiān)管部門收到告警信息可以在第一時間采取相應(yīng)的措施，并在校車車載終端也會發(fā)出語音告警；在司機、安全員、學(xué)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(shè)計

基于云平臺的校車安全管理系統(tǒng)主要分為實時監(jiān)控、報表管理、系統(tǒng)管理、派車管理、應(yīng)急調(diào)度五個子系統(tǒng)。實時監(jiān)控主要是實時監(jiān)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(tǒng)管理主要是負責(zé)管理用戶、校車、學(xué)生、司機以及安全員等信息；派車管理主要是負責(zé)給學(xué)生派車，以及派車線路、區(qū)域的管理；應(yīng)急調(diào)度主要是在緊急情況發(fā)生時能第一時間采取措施。系統(tǒng)功能模塊設(shè)計如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計圖

選用的開發(fā)平臺是Microsoft.net，使用的編程語言是C#，整個校車管理系統(tǒng)是基于B/S架構(gòu)。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(tài)、行駛軌跡等信息。ExtJS自帶豐富的組件庫，對開發(fā)者網(wǎng)頁開發(fā)功底要求不高，所以本系統(tǒng)主要用JQuery、ExtJS等技術(shù)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(xiàn)系統(tǒng)前后端數(shù)據(jù)的交互[6-7]。當(dāng)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(xiàn)報表的打印功能；前者可以自己設(shè)定表格模板，可以導(dǎo)出結(jié)構(gòu)復(fù)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(dǎo)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(wù)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(guān)鍵技術(shù)

2.1 人臉識別技術(shù)

人臉識別是指從一個靜態(tài)圖像或動態(tài)視頻提取人臉圖像信息，將提取的人臉信息與人臉數(shù)據(jù)庫中已存的人臉信息進行對比，實現(xiàn)身份識別[8]。人臉識別系統(tǒng)主要包括：人臉圖像采集、人臉檢測、圖像預(yù)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(tǒng)還采用了人臉識別技術(shù)，當(dāng)有人上車時，系統(tǒng)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(tǒng)的人臉對比服務(wù)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(yù)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(shù)據(jù)，進行建模分析，將已檢測的待識別的人臉特征數(shù)據(jù)與人臉數(shù)據(jù)庫中的已知人臉信息進行比較匹配，將識別結(jié)果上傳到視頻監(jiān)控中心，當(dāng)出現(xiàn)不匹配的情況，就會發(fā)出告警，傳到學(xué)校監(jiān)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(shù)

云計算是基于互聯(lián)網(wǎng)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(wù)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(chuàng)建的應(yīng)用程序部署到云服務(wù)供應(yīng)商提供的云計算環(huán)境上[11]。為了使校車安全管理系統(tǒng)具有部署靈活、可擴性好、維護成本低等特點，在設(shè)計校車安全管理系統(tǒng)時采用云計算技術(shù)，將其應(yīng)用程序部署到云端，這樣該系統(tǒng)的用戶就可以在遠端登錄，然后在服務(wù)目錄根據(jù)用戶權(quán)限選擇校車安全管理系統(tǒng)所需服務(wù)，當(dāng)用戶發(fā)出請求，管理系統(tǒng)收到請求后，智能化的對相應(yīng)的資源進行調(diào)度，并且通過部署工具分發(fā)請求，動態(tài)的部署和配置資源，通過監(jiān)控系統(tǒng)來監(jiān)控云平臺資源使用情況，實現(xiàn)資源均衡，服務(wù)器集群提供高速的計算，在服務(wù)器硬件出現(xiàn)故障時，依然能保證系統(tǒng)正常運行，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。云計算平臺體系結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 云計算平臺體系結(jié)構(gòu)圖

3 系統(tǒng)主要功能

3.1 實時監(jiān)控

通過北斗/GPS雙模定位和GIS技術(shù)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(jiān)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(dāng)出現(xiàn)緊急情況時，平臺收到告警信息，并將告警信息傳到相關(guān)監(jiān)管部門的監(jiān)控中心，監(jiān)管人員可以對在線的車輛下發(fā)調(diào)度指令，進行指令調(diào)度管理，校車終端收到調(diào)度指令后會給出應(yīng)答，并執(zhí)行指令。

3.2 駕駛員行為分析

該系統(tǒng)將駕駛員圖像采集、駕駛員行為識別、自動報警結(jié)合在了一起，實現(xiàn)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(xí)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(shù)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(tài)進行實時監(jiān)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(shù)，如是否超速，是否違規(guī)停車，是否出現(xiàn)道路偏移等，間接判斷駕駛員是否危險駕駛，當(dāng)出現(xiàn)危險駕駛，就會發(fā)出告警；在該系統(tǒng)中還能通過酒精傳感器檢測車內(nèi)環(huán)境中的酒精濃度，判斷駕駛員是否酒駕，當(dāng)酒精濃度達到警戒范圍時進行報警[13]。

3.3 學(xué)生管理

學(xué)生管理主要是對學(xué)生基本信息進行管理，在添加學(xué)生基本信息時，管理人員可以執(zhí)行批量導(dǎo)入Excel操作，大大減少了管理人員的工作量；由于學(xué)生在上下車的時候都要刷IC卡，所以在學(xué)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(xué)生的信息，點擊“寫IC卡”按鈕，可以將選中的學(xué)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(xiàn)IC卡的循環(huán)利用，既減少成本，又節(jié)能環(huán)保，當(dāng)點擊頁面 “讀IC卡”，就會彈出一個window，顯示該IC卡中記錄的學(xué)生信息。

3.4 派單管理

根據(jù)不同學(xué)校上下學(xué)時間的不同，以及學(xué)生上下車地點進行統(tǒng)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(xué)生信息，右邊顯示該派單還可以被派學(xué)生的信息，通過左移和右移可以實現(xiàn)對該派單學(xué)生的增加和刪除。在該部分還設(shè)置了復(fù)制派單功能，當(dāng)想派的學(xué)生不變時，就可以執(zhí)行復(fù)制派單操作，這樣就不用一個一個的添加學(xué)生，提高了管理人員的工作效率。當(dāng)學(xué)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(xué)生是不是屬于這個派單，如果不屬于，就會發(fā)出告警信息，防止誤載情況發(fā)生，當(dāng)學(xué)生上車或下車后，能及時向?qū)W生家長的手機發(fā)送信息，讓家長放心。

3.5 應(yīng)急調(diào)度

當(dāng)校車出現(xiàn)違規(guī)或者安全參數(shù)超過預(yù)定的范圍，車載終端就會將實時告警信息通過4G無線網(wǎng)絡(luò)傳到校車安全云計算平臺，平臺立即通過Internet網(wǎng)絡(luò)向?qū)W校、校車公司、交通局、教育局、公安局的校車監(jiān)控中心發(fā)出報警，同時通過4G無線網(wǎng)絡(luò)向乘坐該趟校車的學(xué)生家長和老師的手機發(fā)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(xiàn)緊急情況，系統(tǒng)能自動報警聯(lián)動相關(guān)監(jiān)管部門和人員，相關(guān)部分接到告警信息會立即采取一定的措施，將危險指數(shù)降到最低。

4 結(jié)束語

文中針對現(xiàn)有校車管理系統(tǒng)的不足，設(shè)計出了一種功能模塊和內(nèi)容相對而言十分全面的校車安全管理系統(tǒng)，能實時監(jiān)控校車內(nèi)的狀況以及車輛行駛狀況，并能提前預(yù)警，與校車相關(guān)的職能部門能及時聯(lián)動并采取應(yīng)對措施，保證了學(xué)生上下學(xué)的出行安全。該系統(tǒng)為家長、學(xué)校及相關(guān)職能部門方便準確的掌握學(xué)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(xué)所乘校車的信息，很大程度上減少了家長對孩子出行的擔(dān)心。校車安全管理系統(tǒng)是個龐大復(fù)雜的系統(tǒng)工程，只要勇于創(chuàng)新，就還會有許多可以完善的地方。

[1]張莉艷.基于云計算的鐵路信息共享平臺及關(guān)鍵技術(shù)研究[D].北京：中國鐵道科學(xué)研究院，2013.

[2]趙科.校車安全監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2012（29）：23-24.

[3]金建設(shè)，楊斌，于曉海，等.基于傳感網(wǎng)與云計算的校車安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J].計算機測量與控制，2014，22（18906）：1790-1792.

[4]曾慶勇.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的校車安全管理系統(tǒng)[J].計算機系統(tǒng)應(yīng)用，2012（8）：35-38.

[5]韓冬.基于CAN總線的信號采集與傳輸?shù)难芯縖D].哈爾濱：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，2010.

[6]柯育華.用Ajax及Extjs實現(xiàn)實驗室教學(xué)管理[J].實驗室科學(xué)，2009（5）：96-98.

[7]屈展，李嬋.JSON在Ajax數(shù)據(jù)交換中的應(yīng)用研究[J].西安石油大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2011，26（12601）：95-98.

[8]李武軍，王崇駿，張煒，等.人臉識別研究綜述[J].模式識別與人工智能，2006，19（7301）：58-66.

[9]曹艷艷.人臉識別技術(shù)在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[D].成都：西南財經(jīng)大學(xué)，2012.

[10]蔡劍彪.基于云計算的智能電網(wǎng)負荷預(yù)測平臺研究[D].長沙：湖南大學(xué)，2013.

[11]李曉東，曹紅暉.基于云平臺的電子學(xué)檔系統(tǒng)在商務(wù)英語教學(xué)中的應(yīng)用 [J].外語電化教學(xué)，2013（15103）：49-53.

[12]何龍文.車輛駕駛行為實時監(jiān)測關(guān)鍵技術(shù)的研究[D].廣州：華南理工大學(xué)，2013.

[13]馬慧敏，鄧冰超，俞閩京，等.基于多傳感器融合技術(shù)的校車安全輔助裝置開發(fā)與設(shè)計[J].價值工程，2015，34（37103）：198-199.

[14]唐箭，虢莉娟，龔濤.基于云計算的終身教育服務(wù)平臺設(shè)計[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2010，33（32312）：43-46.

[15]李小偉，王知學(xué)，張曉鵬，等.車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在校車安全監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].自動化儀表，2013，34（38510）：40-42.

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(fā)。