基于云平台的校车安全管理系统的设计与实现

马苗苗，刘澍东，巴继东

（1.武汉邮电科学研究院 湖北 武汉430074；2.武汉长江通信智联技术有限公司 湖北 武汉 430074）

基于云平台的校车安全管理系统的设计与实现

马苗苗1，刘澍东2，巴继东2

（1.武汉邮电科学研究院 湖北 武汉430074；2.武汉长江通信智联技术有限公司 湖北 武汉 430074）

为了保障校车安全运行，本文提出了一套为校车量身定制的管理系统：基于云平台的校车安全管理系统。该系统利用北斗/GPS双模定位方式采集车辆定位数据；利用4G无线网络传输车载终端的音视频信息、人脸识别信息等信息；利用云计算技术将系统的应用程序部署到云端，实现对数据资源的统一管理和调度，让资源得到充分利用和共享。相关监管部门的管理人员（如教育局、学校、学生家长、老师等）通过电脑或手机APP访问云端的校车安全管理系统对校车进行定位跟踪、实时监控等操作，该系统还能实现自动预警、应急联动等智能管理。

校车安全；人脸识别；定位跟踪；实时监控

校车事故频发，孩子出行的安全问题受到了社会各界人士的广泛关注，虽然国家也制定了一系列的保护措施，如先后出台了 《校车安全管理条例》、《专用校车安全技术条件》等国家强制性法律法规和标准，但是此类交通事故依然接二连三的发生[1-2]。

因此，在校车安全广泛得到重视的今天，校车管理仅靠完善的管理制度是远远不够的，还应该采取先进的技术手段来提高校车安全管理水平。基于此，本文设计了一套较为完善的智能化校车安全管理系统，利用北斗/GPS双模定位、GIS、人脸识别、云计算等多种技术对校车进行全方位的监管，实时监控车内动态以及校车的运行情况，管理人员登录云端校车安全管理系统可以对校车进行统一调派、实时监控、轨迹回放及安全员考核等一系列操作，同时系统具有告警实时推送功能，能在第一时间将告警信息推送到相关监管部门的监控中心和用户APP端，在尽最大可能保证学生生命安全的同时也大大提高了管理人员的工作效率。

1 系统的总体设计

基于云平台的校车安全管理系统主要由车载终端和校车安全云计算平台两部分组成[3]，系统总体设计方案如图1所示，每辆校车上都安装专有的校车车载终端，车载终端实时采集车辆定位数据、音视频信息、人脸数据、以及校车本身的基本电气数据，通过4G无线通信网络传到校车安全云计算平台，这些数据通过Internet传到公安局、教育局、交通局、校车公司、学校等相关部门的监控中心。家长、老师可以通过电脑或者手机APP登录校车安全服务平台，对校车进行相应的操作。

图1 校车安全管理系统框架图

1.1 车载终端

车载终端既能向平台传输实时的原始数据，还可以接收平台下发的控制信息[4]，主要负责校车信息采集、传送、接收和车内控制。车载终系统图如图2。

图2 车载终端系统图

CAN总线模块主要是通过CAN总线来实现校车内部各种控制单元之间的数据传输[5]；北斗/GPS双模定位模块负责采集校车的经纬度信息；4G无线通信模块实现车载终端与校车安全云计算平台之间的连接，实现终端与平台的数据通信；音视频模块实现司机通过调度屏/手柄与监控中心的对讲，通过外接摄像头采集校车视频信息，如司机、安全员的工作状态，学生在各站点的上下车信息等；报警模块主要是用于校车发生异常时，及时向平台推送告警信息，相关监管部门收到告警信息可以在第一时间采取相应的措施，并在校车车载终端也会发出语音告警；在司机、安全员、学生上下车的时候，都要刷具有射频识别功能的IC卡，验证持卡人的身份信息；采用带人脸识别功能的摄像头主要是为了在上车时采集人脸图像，进一步对身份信息进行验证，防止超载误载。

1.2 平台设计

基于云平台的校车安全管理系统主要分为实时监控、报表管理、系统管理、派车管理、应急调度五个子系统。实时监控主要是实时监控校车的运行情况；报表管理主要是方便用户查询和打印各种报表信息；系统管理主要是负责管理用户、校车、学生、司机以及安全员等信息；派车管理主要是负责给学生派车，以及派车线路、区域的管理；应急调度主要是在紧急情况发生时能第一时间采取措施。系统功能模块设计如图3所示。

图3 系统功能模块设计图

选用的开发平台是Microsoft.net，使用的编程语言是C#，整个校车管理系统是基于B/S架构。通过GIS在地图上直观的显示校车所在的位置，以及行驶状态、行驶轨迹等信息。ExtJS自带丰富的组件库，对开发者网页开发功底要求不高，所以本系统主要用JQuery、ExtJS等技术来编写前台界面，与用户进行交互，直接使用Ext.Ajax.request方法实现系统前后端数据的交互[6-7]。当要打印报表信息时，可以通过使用Grid++Report5.0报表控件或引用System.Data.OleDb，实现报表的打印功能；前者可以自己设定表格模板，可以导出结构复杂的报表，但是必须安装控件，而且只支持IE浏览器；后者可以导出Excel，没有兼容性的约束，但是Excel单元格格式不好控制，原理是先把Excel文件存到服务器的某一固定文件夹下，通过Response.Write将该文件的路径名传到前台，然后在前台界面通过window.open（）打开，保存到本地。

2 关键技术

2.1 人脸识别技术

人脸识别是指从一个静态图像或动态视频提取人脸图像信息，将提取的人脸信息与人脸数据库中已存的人脸信息进行对比，实现身份识别[8]。人脸识别系统主要包括：人脸图像采集、人脸检测、图像预处理、特征提取、人脸识别[9]。人脸识别流程图如图4。

图4 人脸识别流程图

虽然在上下车的时候都会刷IC卡进行身份识别，但是这种身份识别的方式还不是十分精准，所以本系统还采用了人脸识别技术，当有人上车时，系统就会启动人脸识别功能，通过安装在校车车门附近的带有人脸识别功能的摄像头采集人的视频图像，提交到系统的人脸对比服务器，然后通过人脸检测方法在采集到的视频图像中标出人脸的具体位置，由视频处理模块对人脸图像进行预处理，如灰度校正、滤波等，通过人面部器官的形状获取特征数据，进行建模分析，将已检测的待识别的人脸特征数据与人脸数据库中的已知人脸信息进行比较匹配，将识别结果上传到视频监控中心，当出现不匹配的情况，就会发出告警，传到学校监控中心，同时校车终端也会有语音提示，严格防止校车误载。

2.2 云计算技术

云计算是基于互联网的、能够提供便捷和按需访问的一种按使用量付费的模式[10]。用户在使用云服务的时候，不需要考虑如何进行资源配置和负载均衡，只需将自己创建的应用程序部署到云服务供应商提供的云计算环境上[11]。为了使校车安全管理系统具有部署灵活、可扩性好、维护成本低等特点，在设计校车安全管理系统时采用云计算技术，将其应用程序部署到云端，这样该系统的用户就可以在远端登录，然后在服务目录根据用户权限选择校车安全管理系统所需服务，当用户发出请求，管理系统收到请求后，智能化的对相应的资源进行调度，并且通过部署工具分发请求，动态的部署和配置资源，通过监控系统来监控云平台资源使用情况，实现资源均衡，服务器集群提供高速的计算，在服务器硬件出现故障时，依然能保证系统正常运行，提高系统的稳定性。云计算平台体系结构如图5所示。

图5 云计算平台体系结构图

3 系统主要功能

3.1 实时监控

通过北斗/GPS双模定位和GIS技术可以对车辆进行车辆定位跟踪、轨迹回放，在地图上直观的显示车辆所在的位置，以及行驶轨迹；通过视频播放控件可以打开校车视频监控，也能对车载终端或者本地存储的录像文件进行回放等操作，还能录像。当出现紧急情况时，平台收到告警信息，并将告警信息传到相关监管部门的监控中心，监管人员可以对在线的车辆下发调度指令，进行指令调度管理，校车终端收到调度指令后会给出应答，并执行指令。

3.2 驾驶员行为分析

该系统将驾驶员图像采集、驾驶员行为识别、自动报警结合在了一起，实现了驾驶员行为分析功能。通过摄像头观察驾驶员行为，可以检测驾驶员是否有不良开车习惯，例如边开车边抽烟、边开车边打电话，利用图像传感器采集驾驶员的面部信息，然后高速数字信号处理器对图像进行处理与分析，对驾驶员的疲劳及注意力分散等危险驾驶状态进行实时监控[12]，还可以通过获取车辆在行驶过程中终端上传的各种参数，如是否超速，是否违规停车，是否出现道路偏移等，间接判断驾驶员是否危险驾驶，当出现危险驾驶，就会发出告警；在该系统中还能通过酒精传感器检测车内环境中的酒精浓度，判断驾驶员是否酒驾，当酒精浓度达到警戒范围时进行报警[13]。

3.3 学生管理

学生管理主要是对学生基本信息进行管理，在添加学生基本信息时，管理人员可以执行批量导入Excel操作，大大减少了管理人员的工作量；由于学生在上下车的时候都要刷IC卡，所以在学生管理模块的页面上添加了读写IC卡功能，通过USB外接IC卡读写器，选中该页面某一学生的信息，点击“写IC卡”按钮，可以将选中的学生信息写入IC卡中，被写入信息的IC卡既可以是空白卡，也可以是有信息的卡，可以实现IC卡的循环利用，既减少成本，又节能环保，当点击页面 “读IC卡”，就会弹出一个window，显示该IC卡中记录的学生信息。

3.4 派单管理

根据不同学校上下学时间的不同，以及学生上下车地点进行统一派车。选中某一派单，点击派车，此时弹出一个window，有两个grid，左边显示该派单已派学生信息，右边显示该派单还可以被派学生的信息，通过左移和右移可以实现对该派单学生的增加和删除。在该部分还设置了复制派单功能，当想派的学生不变时，就可以执行复制派单操作，这样就不用一个一个的添加学生，提高了管理人员的工作效率。当学生上下车的时候，通过刷IC卡，以及人脸识别可以判断这个学生是不是属于这个派单，如果不属于，就会发出告警信息，防止误载情况发生，当学生上车或下车后，能及时向学生家长的手机发送信息，让家长放心。

3.5 应急调度

当校车出现违规或者安全参数超过预定的范围，车载终端就会将实时告警信息通过4G无线网络传到校车安全云计算平台，平台立即通过Internet网络向学校、校车公司、交通局、教育局、公安局的校车监控中心发出报警，同时通过4G无线网络向乘坐该趟校车的学生家长和老师的手机发送告警信息[14-15]，同时还会在车载终端进行语音提示，如果出现紧急情况，系统能自动报警联动相关监管部门和人员，相关部分接到告警信息会立即采取一定的措施，将危险指数降到最低。

4 结束语

文中针对现有校车管理系统的不足，设计出了一种功能模块和内容相对而言十分全面的校车安全管理系统，能实时监控校车内的状况以及车辆行驶状况，并能提前预警，与校车相关的职能部门能及时联动并采取应对措施，保证了学生上下学的出行安全。该系统为家长、学校及相关职能部门方便准确的掌握学生乘车信息提供了一个高效的管理平台，家长能通过手机APP实时掌握孩子上下学所乘校车的信息，很大程度上减少了家长对孩子出行的担心。校车安全管理系统是个庞大复杂的系统工程，只要勇于创新，就还会有许多可以完善的地方。

[1]张莉艳.基于云计算的铁路信息共享平台及关键技术研究[D].北京：中国铁道科学研究院，2013.

[2]赵科.校车安全监控系统的设计与实现[J].科技创新与应用，2012（29）：23-24.

[3]金建设，杨斌，于晓海，等.基于传感网与云计算的校车安全监控系统设计[J].计算机测量与控制，2014，22（18906）：1790-1792.

[4]曾庆勇.基于物联网技术的校车安全管理系统[J].计算机系统应用，2012（8）：35-38.

[5]韩冬.基于CAN总线的信号采集与传输的研究[D].哈尔滨：东北农业大学，2010.

[6]柯育华.用Ajax及Extjs实现实验室教学管理[J].实验室科学，2009（5）：96-98.

[7]屈展，李婵.JSON在Ajax数据交换中的应用研究[J].西安石油大学学报：自然科学版，2011，26（12601）：95-98.

[8]李武军，王崇骏，张炜，等.人脸识别研究综述[J].模式识别与人工智能，2006，19（7301）：58-66.

[9]曹艳艳.人脸识别技术在视频监控系统中的应用研究[D].成都：西南财经大学，2012.

[10]蔡剑彪.基于云计算的智能电网负荷预测平台研究[D].长沙：湖南大学，2013.

[11]李晓东，曹红晖.基于云平台的电子学档系统在商务英语教学中的应用 [J].外语电化教学，2013（15103）：49-53.

[12]何龙文.车辆驾驶行为实时监测关键技术的研究[D].广州：华南理工大学，2013.

[13]马慧敏，邓冰超，俞闽京，等.基于多传感器融合技术的校车安全辅助装置开发与设计[J].价值工程，2015，34（37103）：198-199.

[14]唐箭，虢莉娟，龚涛.基于云计算的终身教育服务平台设计[J].现代电子技术，2010，33（32312）：43-46.

[15]李小伟，王知学，张晓鹏，等.车联网技术在校车安全监控系统中的应用[J].自动化仪表，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稿件编号：201605180

马苗苗（1990—），女，湖北武汉人，硕士研究生。研究方向：Web研发。