湖南科技学院电子与信息工程学院 张 平



基于物联网的校车安全监控数据采集系统

湖南科技学院电子与信息工程学院 张 平

【摘要】设计了一种物联网校车安全数据采集系统，一方面实时监控车辆设备的运行状况，降低车辆运行中潜在的安全隐患。另一方面实时监控校车上的学生相关情况,防止学生遗漏、丢失之类事情发生，还可用于交通事故鉴定，排查驾驶员的嫌疑，尽快侦破事故起因。

【关键词】物联网；安全；数据融合；校车安全

1　问题提出

为了加强校车安全管理，保障乘车幼儿、学生的人身安全，国务院法制办研究起草了《校车安全条例》。尽管该条例已经颁布多年，校车安全事件依然时有发生。校车安全事故在国外也同样常有发生。

当前校车存在的安全隐患问题，其深层原因众多，若仅有好的制度政策，而缺乏行之有效技术方案，势必会让校车安全管理流于形式。校车安全事故，既可能发生在车辆运行过程中，也可能发生校车运维管理等其他环节，媒体上就曾多次出现由于管理疏导致学生困死在校车中的报道。校车运行途中，接送学生数量众多，家长不能准时到停车点接送孩子，而浪费时间，甚至存在安全隐患。司机等相关人员也不能方便的对学生上下车情况作准确的判断。

本系统一方面实时监控车辆设备的运行状况，降低车辆运行中潜在的安全隐患，从而减少交通事故带来的财产损失和人员伤亡。另一方面实时监控校车上的学生相关情况,防止学生遗漏、丢失之类事情发生，还可用于事故鉴定，排查驾驶员的嫌疑，尽快侦破事故起因。

2　系统结构

如图1所示，本校车安全监控系统由管理中心、车载监控系统、移动终端用户组成。

图1　系统结构

图2　车载安全监控系统

车载安全监控系统（图2）包括中央处理器、无线传输模块、定位模块、储存模块、警示模块、车辆参数采集单元、显示模块、摄像模块、电子标签读写模块和若干电子标签。

车辆状态数据采集单元由数据采集系统，以及经由Can总线连接到数据采集系统之上的车辆刹车盘温度传感器、车辆油压传感器、车辆行车记录仪、车辆轴承传感器、车身加速度传感器、车辆烟雾传感器组成。

车辆行车记录仪与车辆启动开关连接，可记录驾驶员的驾驶时间，防止驾驶员疲劳驾驶。车辆承重传感器安装在车辆底盘承重机构上，可感应出车辆的超载额度。车辆油压传感器安装在发动机润滑系统设备上，可随时监控车辆的机油压力大小。车身加速度传感器可检测车辆是否超速行驶。车辆烟雾传感器安装在发动机的附近，可检测出发动机的运行状况，并防止引擎浓烟高浓度引起火灾。车辆制动盘温度传感器安装在车辆轮毂上并接触制动盘，可感应制动盘温度值是否超过刹车失效时的温度值。摄像模块安装在适宜拍摄驾驶员和车内全景的位置，可随时拍摄驾驶员的工作情况以及采集车内状况图像信息。

定位模块用于获取校车位置坐标。结合数据存储模块中记录的学生家庭位置坐标信息，可实现对校车运行途中学生上下车情况的监控和管理。储存模块可用来存储学生基本信息、学生沿途上下车情况信息以及车辆参数采集单元采集的各类车辆状态数据，以防发生事故时，用于鉴定事故，协助办案人员尽快侦破案件起因。警示模块、显示模块、控制按钮分别和中央处理器连接，用于完成驾驶员或随车管理人员与系统的交互。通过警示模块提醒驾驶员检查车辆的设备运行情况和学生上下车情况。

电子标签由校车上各个学生持有，其产品形态可以是手环、胸牌等多种形式。存储模块中存储有每一个电子标签的电子编码及持有者的个人信息，包括学生的家庭附近的上下车位置坐标信息。

3　系统实现

校车在离开学校之前,使用控制按钮触发系统进行校车内学生信息检测,以确定学生们都上了车。此过程中，电子标签读写器扫描车内存在的电子标签、系统判断是否所有登记在系统中的电子标签都被侦测到。如果存在没有检测到电子标签，系统将会控制报警器发出警报，并将有关学生信息输出在屏幕上，方便司机或老师来处理。相关人员处理完毕后,可以使用控制按钮控制系统进行重新检查，也可以直接使用控制按钮进行消除警报，后者主要用于学生缺勤或父母临时直接接送的情况。相关的检查和处理信息将记录在内存中，便于审查复核。

放学途中，校车安全系统通过定位模块实时采集车辆位置坐标信息，并和存储模块的学生住所附近的日常上下车位置坐标坐标信息进行比对，在到达该上下车位置信息之前，该系统将提前发布提示信息，提示司机做好停车准备，提示相关学生做好下车准备。相关信息将被发送到学生监护人的手机,方便父母做好接回孩子的准备。电子标签读写模块实时对学生信息采集、监控学生的变化，与定位模块采集的坐标信息，及存储模块中存储的学生信息，进行比较计算。如果监测到一个学生没有及时下车或提前离开，将会发出警报信息。校车运营过程中，学生信息变化情况，如上下车时间、上下车位置坐标等信息都会被记录在本地存储模块中，供审核复查。

校车接学生上学的过程, 与送学生回家的过程基本上是相似的。校车运行到一个学生的家里附近时，系统将发出提示消息给司机，相关信息将被提前发送到父母手机，便于父母及时将孩子送至停车点。预定的位置未能接送到相关学生，系统也会做出提示。

司机离开校车之前，使用控制按钮触发系统进行学生扫描，以确定是否有学生还没下车。如果检测到电子标签,中央处理单元将控制发出警报。相关人员信息输出在屏幕上,方便司机或老师来处理。可以使用控制按钮控制系统进行重新检查，也可以使用控制按钮进行消警处理。相关的检查和处理信息将记录在存储器中，方便审核复查。

车载系统通过无线数据传输模块与校车安全监控中心、以及移动终端连接，便于远程校车安全监控中心对辖区内校车的集中监控管理。

车辆运行过程中各传感器数据，学生变化情况等信息记录在本地存储模块中，根据预先设定，这些记录的部分或者全部，将通过无线通信模块，实时发送到远程的校车安全监控中心，方便远程及时监控管理。远程管理中心也可以主动发送控制指令，检查校车的当前的相关信息。

移动终端由学生的家长及其他管理人员持有，车载系统可及时将学生上下车等提示信息发送给学生家长及管理人员，也可以支持家长和管理员对校车当前运行情况的及时查询。

校车车载系统和远程监管中心的通信过程中，可使用心跳机制，来防止通信故障等因素的影响。

4　结束语

本文设计并实现了一种校车安全监控系统，它一方面可以实时监控车辆设备的运行状况，降低车辆运行中潜在的安全隐患，从而减少交通事故带来的财产损失和人员伤亡，另一方面可以及时监控校车上的学生相关情况,防止学生遗漏、丢失之类事情发生，还可用于交通事故鉴定，协助办案人员尽快侦破事故起因。限于篇幅，具体技术细节未过多涉及。

基金项目：湖南省教育厅科学研究资助项目（14C0484）；永州市科技创新基金资助项目（永财企指［2013］3号）；湖南科技学院科学研究资助项目（湘科院校字［2013］23号）。