学生接送系统的设计及在信息科技教学中的应用

王显宣

【摘要】从家长接学生安全现状、问题分析、解决方案设计与实现等方面呈现一个高安全系数的学生接送系统，以期对小学、幼儿园单位的家长到校门口、到校车门口接学生这两种场景对应的安全智能系统设计与实现提供参考。

【关键词】学生接送；安全；人脸识别；信息科技

当前，很多学校采用安保人员人工核对家长身份证后放行学生、直接让学生和家长互认、家长刷身份证接走学生等接送方式，而这些方式中，安保人员核对家长身份证的方式依赖于身份证相片和真人长相的差异大小、安保人员肉眼鉴别人像能力、安保人员的责任心，正确率和效率无法保证；采用让学生和家长互认的方式，存在儿童被不法分子拐走的风险；家长刷身份证领走学生的方式，无法确保刷身份证的人就是该身份证所有者。如何将学生安全地交到正确的家人手里呢？本文介绍一个高安全系数的学生接送系统，供参考。

一、家长接学生存在的安全问题分析

为了实现将学生安全地交到正确的家人手里，应有一个智能系统来自动、正确地识别鉴定家人，避免人工失误等上文所述三种方式分别存在的问题。家长（本文中的“家长”，指的是学生的法定监护人以及由法定监护人书面指定、有权接走孩子的其他人员）接学生实际涉及两种场景，一种是家长到校门口接学生，另一种是家长到校车下客处接学生。

二、解决方案设计与实现

1.功能实现

（1）家长信息提前录入系统。学校管理员在系统后台将家长人脸等身份信息录入系统并与对应的学生绑定。

（2）家长通过身份鉴定准确后对应的学生才能被放行。本功能主要采用人脸识别技术实现。人脸识别技术属于运用比较、分析的一类计算机技术，它能够对人脸数据进行侦测、追踪，并自动对影像进行调整。人脸识别技术是一种识别生物特征的技术，即根据人自身生物特征对每一个个体加以区分。在校门、校车门区域适当地点部署的人脸识别摄像机分别对家长、学生进行活体人脸识别并将数据传到学校综合安防平台，确定家长和学生的真实身份后，与系统联动的校门、校车门自动打开放行。

①家长到校门口接学生过程。家长来到校门外通过活体人脸识别后进入家长等候区，校门内侧大屏按班级实时显示家长已到位的学生姓名（对重名的学生外加显示学号），学生从大屏得知自己家长已到家长等候区后可直接从出口通道经活体人脸识别出校门到家长等候区域与家长会合。如家长临时有事离开家长等候区，必经过等候区出口的人脸识别摄像机，该摄像机将识别信号传回学校综合安防平台，那么校门内侧大屏将同步信息，不再显示该家长对应的学生名字。

②家长到校车门口接学生过程。家长来到校车门外通过活体人脸识别后，校车内显示屏按班级实时显示家长已到位的学生姓名（对重名的学生外加显示学号），相应的学生可经活体人脸识别走出由系统联动打开的车门。

（3）如果家长不到场的学生跟随其他有家长接的同学进入出口通道，通道中的红外探测器與校门开关门信号配合将检测、判断出超过一人在通道中，立即触发报警，以便安保人员及时进行干预。

（4）允许高年级学生在指定时间段内自行出校门。学校管理员在学校综合安防平台管理界面进行配置，允许指定学生或指定年级的学生在指定时间段内可自行通过活体人脸识别出校门。

（5）平台保留至少一年的全程详细记录。平台配置足够存储空间的存储设备，支持家长到学校、校车下客处接学生，以及高年级学生自行出校门的全程音视频录像、活动轨迹、开门等一系列信息和动作记录，能实时存档并支持一年内可查。另外，校车要同时配备三张不同运营商的5G数据卡（以聚合上网方式提高带宽和可靠性，5G数据卡亦兼容4G基站信号以便5G信号覆盖不足区域可自动切换到4G信号连接互联网），用于传输车内实时视频到学校综合安防平台进行计算和存储，并传输学校综合安防平台下发给校车的指令，亦可供家长、学校相关人员通过手机进行实时查看校车监控画面，以掌握学生安全状态。

2.系统组成

与家长到校门口接学生、家长到校车下客处接学生这两种场景相对应，学生接送系统由家长到校接送子系统和家长到车接送子系统组成。

3.家长到校接送子系统

（1）家长到校接送子系统主要功能。学校管理员登录学校综合安防平台管理端，将学生和家长人像进行匹配绑定。校门区域适当地点部署的人脸识别摄像机分别对家长、学生进行活体人脸识别并将数据传到学校综合安防平台，确定家长和学生的真实身份后，与系统联动的校门自动打开对学生放行。避免家长不到场的学生跟随其他同学出校门。允许高年级学生在指定时间段内自行出校门。

（2）家长到校接送子系统架构。家长到校接送子系统由安防指挥中心设备和校门区域设备互联组成。其中安防指挥中心主要由学校综合安防平台、存储设备连接到核心交换机。校门区域由摄像机、显示屏、联动校门、红外探测器连接到接入交换机。

（3）家长到校接送子系统设备部署。部署3台人脸识别摄像机、2台视频监控摄像机、2块显示屏、1台红外探测器，均连接到交换机，与学校综合安防平台进行交互。

①人脸识别摄像机。部署3台人脸识别摄像机，其中2台分别部署在家长等候区的出入口，用于对家长进行活体人脸识别，进而对家长进行身份鉴定；另外1台部署在校门内侧，用于对学生进行活体人脸识别，并与校门联动，匹配到与家长对应的学生后放行这名学生。

②视频监控摄像机。视频监控摄像机负责采集家长接学生的全过程音视频信息，并传输回学校综合安防平台、存储设备进行处理、存储。

③显示屏。部署2块显示屏于校门内侧，用于实时显示家长已到位的学生信息和跟随同学出校门的学生信息。

④红外探测器。与校门开关信号联动配合，用于检测、判断学生离校通道中只能同时存在两个人，如存在学生和其对应接送的家长之外的人员则触发报警，以便安保人员干预。

4.家长到校车门口接学生

（1）家长到车接送子系统主要功能。实现家长精准接学生、校车全方位视频监控、司机的行为分析预警、家长和学校可实时查看全路程校车监控画面。

（2）家长到车接送子系统架构。车载主机作为中心设备，连接人脸识别摄像机、司机人脸检测相机（内置驾驶行为分析仪）、视频监控摄像机、联动车门和显示屏。车载主机通过5G/4G网络和学校综合安防平台（安防指挥中心）连接。

（3）家长到车接送子系统设备部署。部署2台人脸识别摄像机、1台司机人脸检测相机（内置驾驶行为分析仪）、5台视频监控摄像机、1个联动车门和1块显示屏。

①人脸识别摄像机。人脸识别摄像机1镜头面向车门外侧，用于对家长进行身份鉴定；人脸识别摄像机2镜头面向车门内侧，用于对车内学生进行身份鉴定。

②司机人脸检测相机。部署1台司机人脸检测相机于车厢前部的车内顶板，鏡头面向司机，主要拍摄司机驾驶情况，对司机面部行为进行采集。内置的司机驾驶行为分析仪对司机的面部行为进行分析，对驾驶员疲劳驾驶、打电话、抽烟、不目视前方等危险情况进行预警，预警信息实时传回学校安全指挥中心。

③视频监控摄像机。视频监控摄像机主要负责全程采集车内外的音视频信息。要求摄像机的覆盖范围要到达95%以上。部署5台视频监控摄像机：车前摄像机（1号摄像机）：位于在汽车挡风玻璃后面车内天花板或仪表板上，镜头朝前，用于拍摄前方道路状况、行车标志信息、红绿灯等，有利于提高驾驶员的交通规则意识，保障行车安全。车门摄像机（2号摄像机）：位于驾驶座后方的车内顶板，镜头朝向车门，拍摄记录学生上车、下车情况。车厢摄像机（3、4号摄像机）：位于车厢前部天花板，镜头向后朝向，可基本拍摄到车内的所有位置，拍摄记录学生行为。车厢外摄像机（5号摄像机）：安装于校车门外，镜头朝家长，用于记录家长接送学生的情况。

车载主机。校车所有摄像机采集的视频图像声音通过网线传输到车载主机，车载主机将视频图像声音以及内置GPS模块采集到的GPS信息，通过5G/4G网络实时传输回学校综合安防平台及其存储设备进行相应的处理、存储。同时车载主机也存储一份视频图像声音和GPS信息。所有摄像机由车载主机通过网线进行POE供电。

显示屏。部署1块显示屏于校车门内侧，用于实时显示家长已到位的学生信息。

5.特殊情况处理

如出现个别人脸识别失败情况，校门区域安保人员、校车内管理人员将及时进行人工处理。

三、本系统在信息科技学科教学上的应用

1.信息隐私与安全

系统功能本身决定了需要采集、存储学生和家长的头像照片、监控视频，而这些信息属于个人隐私信息，其信息安全保护应被高度重视。我国拥有自主可控的核心技术，为信息安全保护提供了坚实的基础。信息科技学科教师可以结合本系统设计“信息隐私与安全”模块的教学资源，在教学过程中阐明保障个人信息安全的重要意义，让学生养成保护个人信息的好习惯和掌握自主可控核心技术的意识，从而培养学生的信息意识核心素养。

2.数据与编码

本系统采集的学生和家长的头像照片、监控视频数据，经过编码后被数字设备传输、处理和存储。信息科技学科教师可以结合本系统设计“数据与编码”模块的教学资源，通过教学使学生认识数据在信息社会中的重要作用；让学生了解编码的应用，认识数据编码的目的，体验信息存储和传输过程中所必须的编码和解码步骤；阐明数据编码让信息得以有效利用的意义，培养学生利用信息科技解决问题的能力，从而培养学生的数字化学习与创新核心素养。

3.身边的算法

本系统的人脸识别摄像机对家长、学生进行活体人脸识别并将数据传到学校综合安防平台，学校综合安防平台将该数据与已存储的头像数据进行比对来判断是否是本人，采用了分支结构的算法。信息科技学科教师可以结合本系统设计“身边的算法”模块的教学资源，通过教学使学生了解利用算法求解问题的基本方式，培养学生初步运用算法思维的习惯，形成设计与分析简单算法的能力，从而培养学生的计算思维核心素养。

4.过程与控制

本系统的人脸识别摄像机对家长、学生进行活体人脸识别并将数据作为整个系统的输入，数据在系统中经过计算后生成相应的工作指令，门禁按照工作指令进行开关门动作。整个系统的工作过程包含输入、计算、输出三个环节。信息科技学科教师可以结合本系统设计“过程与控制”模块的教学资源，通过教学帮助学生了解过程与控制的特征和实现方式，掌握利用计算机解决问题的方法，进一步认识过程与控制自身的特点和规律，从而培养学生的计算思维、数字化学习与创新核心素养。

5.互联网应用与创新

本系统的摄像机、门禁、显示屏、交换机、服务器、存储设备等设备均通过IP网络进行互联互通，涉及系统架构图、网络拓扑图、IP地址规划、VLAN规划、路由规划等网络设计和部署信息资源。信息科技学科教师可以结合本系统设计“互联网应用与创新”模块的教学资源，通过教学使学生初步了解互联网协议、计算机网络，知道网络中数据的编码、传输和呈现的原理，并通过知识迁移理解生活中其他涉及网络的应用场景的工作原理，从而培养学生的数字化学习与创新核心素养。

6.物联网实践与探索

本系统的摄像机、门禁、显示屏、交换机、服务器等设备均被配置了唯一的IP地址，通过IP网络进行互联互通，并由统一的网管后台进行管理，涵盖了物联网架构中的感知层、网络层、应用层，组成了典型的物联网。信息科技学科教师可以结合本系统设计“物联网实践与探索”模块的教学资源，通过教学使学生了解物联网是连接物理世界和数字世界的纽带和媒介，了解物联网与互联网的异同、典型物联网应用的特点，能设计并实现具有简单物联功能的数字系统，从而培养学生的数字化学习与创新核心素养。

7.人工智能

本系统的人脸识别功能采用的是人工智能中的模式识别技术。信息科技学科教师可以结合本系统设计“人工智能”模块的教学资源，通过教学使学生了解本系统中基于人工智能的人脸识别工作原理，了解人工智能的基本特征及所依赖的数据、算法和算力三大技术基础，了解人工智能带来的伦理和安全挑战，从而培养学生的数字化学习与创新、信息社会责任核心素养。

经过精心设计部署符合实际需求的学校信息系统能够有力提升学校安全、学校管理等方面的效率和质量。同时，学校的这些信息系统给信息技术学科提供了丰富的“身边”教学资源，信息技术学科教师可就近取材，经过合理筛选后用于学科教学，促进学生信息科技核心素养的提升。

【参考文献】

[1]李伶俐，余永佳.浅谈人脸识别技术的研究与应用[J].数码世界，2019（6）.