高瀟宇 何松庭 劉天成 吳凡 劉朋 楊巍

（天津理工大學中環(huán)信息學院 天津 300380）

1 系統(tǒng)選題背景

近年來，隨著教育資源格局的優(yōu)化，校車成為學生上下學重要的交通工具，校車被大量使用的同時，安全問題也處于相對高發(fā)的態(tài)勢。此類問題已長時間成為社會關注的熱點，牽動著社會多方面的神經(jīng)。

校車安全事故頻發(fā)的原因，一是對校車自身狀態(tài)、運行軌跡等缺乏有效的監(jiān)管，導致超員超載、隨意變更行車路線情況頻繁發(fā)生；二是缺乏有效的技術手段對校車車內(nèi)狀態(tài)進行監(jiān)管，導致學生被遺忘在車內(nèi)的事件時有發(fā)生?，F(xiàn)有的校車安全解決方案中能夠?qū)崿F(xiàn)車輛行駛路線的追蹤和車內(nèi)情況的實時監(jiān)控功能，但是多種功能間缺乏聯(lián)動機制，且缺乏統(tǒng)一的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)和有效反饋，如車內(nèi)人員情況發(fā)生變化時，系統(tǒng)缺乏實時動態(tài)的反饋機制。理想狀態(tài)下的校車乘車人員安全輔助系統(tǒng)應實現(xiàn)對校車的全面跟蹤、監(jiān)控、預警和提醒，為家長、學校乃至各級各類主管部門提供一體化、多渠道、全方位的數(shù)字化服務。軟硬件的系統(tǒng)集成、聯(lián)合開發(fā)、聯(lián)試聯(lián)調(diào)已成為校車乘車人員安全輔助系統(tǒng)開發(fā)的主流趨勢[1]。

2 系統(tǒng)實現(xiàn)采用的關鍵技術

（1）RFID的應用。RFID技術是一種無線通信技術，在無需建立機械或者光學接觸的前提下，可通過無線電信號識別特定目標，并讀取相關數(shù)據(jù)。系統(tǒng)應用RFID讀寫器對標記有乘車人信息的標簽進行識別。

（2）人臉識別的應用。人臉識別技術是一種基于人的面部特征信息進行身份識別的一種生物識別技術，用攝像頭采集人臉的圖像，并在圖像中檢測跟蹤人臉。在系統(tǒng)應用中作為RFID標簽識別的有益補充。

（3）GPS定位的應用。GPS定位技術是一種以衛(wèi)星為基礎的無線電導航定位系統(tǒng)，在系統(tǒng)應用中用于追蹤校車的地理位置、車行速度等信息。

（4）移動4G的應用。4G移動通信技術可以在多個不同的網(wǎng)路系統(tǒng)、平臺與無線通信介面之間找到快速與效率的通信路徑，以進行最即時的傳輸、接收與定位等動作。在系統(tǒng)應用中與GPS相結合，進一步提升系統(tǒng)定位的可靠性和準確性。

（5）車載工控機系統(tǒng)集成。車載工控機配有觸摸屏、Intel J1900 CPU、4GB運行內(nèi)存，128GB儲存硬盤以及支持多種接口的主板，操作系統(tǒng)為Windows 7。

（6）軟件開發(fā)技術的應用。以Android SDK為軟件開發(fā)工具包，以Java和PHP為主要開發(fā)語言，進行APP軟件的開發(fā)；以QT為編程框架，以C++為主要編程語言編寫車載工控機與RFID讀寫器的接口程序；以Spring boot技術開發(fā)系統(tǒng)軟件接口，處理工控機上傳的高并發(fā)數(shù)據(jù)[2]。

3 系統(tǒng)解決的主要問題

通過與其他系統(tǒng)的對比，確定學生家長、學校教師、校車司機為系統(tǒng)用戶，以學生乘坐校車行為活動的安全保障體系為研究對象，開展需求分析。

（1）學生家長需要了解：孩子上下車的具體時間和地點；孩子在上下學過程中具體乘坐了哪輛校車等信息；遇突發(fā)情況不能搭乘校車，及時向?qū)W校教師進行請假。

（2）學校教師需要了解：自己班上的哪位學生乘坐了哪部校車；學生具體上下車的時間和地點；是否有學生請假。

（3）校車司機需要了解：上下學途中需要接送的學生信息，如接送地點、應接送人數(shù)、實際接送人數(shù)、學生姓名、學生家長以及學校教師的聯(lián)系方式；車內(nèi)人員的實時情況；給學生家長、學校教師一鍵撥號功能；校車故障一鍵報修功能。

（4）學生家長、學校教師、校車司機三端實時數(shù)據(jù)的一致性[3]。

系統(tǒng)軟硬件模塊如圖1所示。系統(tǒng)軟硬件各模塊間數(shù)據(jù)流程圖，如圖2所示。

4 軟硬件系統(tǒng)實現(xiàn)的難點

（1）如何精確感知乘車人員的狀態(tài)

問題描述：RFID讀寫器能感知標簽的存在,但是當標簽離開RFID讀寫器感知范圍時，它并不能提供該標簽離開的時刻，因此需要設計一個算法，記錄標簽離開時的大概時間。

解決方案：在數(shù)據(jù)庫中分別設置time字段（用于記錄上下車時間）以及statu字段（用于表示上下車狀態(tài)）。當statu字段為1時表示上車狀態(tài)，硬件控制模塊周期性對記錄時間進行更新，并且用當前系統(tǒng)時間減去最近一次硬件模塊記錄的時間，看該時間差是否大于預設的閥值（設置閥值的目的是為了避免出現(xiàn)標簽攜帶者只是臨時下車的情況），超過閥值，表明該標簽已經(jīng)離開讀寫器檢測范圍，即已下車[4]。

（2）不同進程對同一記錄進行操作時的并發(fā)處理問題

問題描述：對數(shù)據(jù)庫中同一個記錄的不同字段進行操作時，可能會出現(xiàn)并發(fā)問題，進而影響數(shù)據(jù)的一致性。

解決方案：MYSQL自帶并發(fā)鎖，可以保證數(shù)據(jù)操作的一致性。

（3）RFID讀寫器掃描間隔的確定

問題描述：RFID掃描間隔會影響RFID標簽的讀取數(shù)據(jù)的準確性。如設置太快，不但影響工控機的性能，而且可能導致同一個標簽被讀取多次，進而影響程序執(zhí)行的準確性；如設置太慢，當攜帶該標簽的乘車人離開感應范圍時，實時性就會變差，甚至可能導致數(shù)據(jù)遺漏的情況發(fā)生。

解決方案：在系統(tǒng)調(diào)試的過程中，通過多次嘗試的方法，確定合理的掃描時間間隔。

（4）如何確保GPS實時信息不會丟失

問題描述：GPS的位置信息是實時傳輸?shù)模谶M入信號較弱地段時會出現(xiàn)校車定位丟失現(xiàn)象。

解決方案：通過編程的方法預置GPS存儲類、處理類和轉(zhuǎn)發(fā)類，在信號不好時調(diào)用上述類，并將GPS所采集到的實時數(shù)據(jù)寫入存儲類在車載工控機所創(chuàng)建的文本中，待信號恢復后將校車所行駛過得路線發(fā)送至服務器[5]。

5 系統(tǒng)功能模塊測試

針對系統(tǒng)的主要功能模塊開展測試，具體測試用例參見表1。

表1 測試用例