树莓派在儿童安全乘坐校车的应用

幼儿园校车重大交通事故、儿童遗忘在校车被暴晒致闷死事件等，这些事故的发生给儿童所在家庭、社会的发展带来了巨大的影响，同时事故造成了未成年人重大伤亡事件震惊了社会[2]。我国国家领导人非常重视儿童乘坐校车的安全问题。并在2012年3月，由时任国务院总理温家宝主持召开国务院常务会议，审议并原则通过《校车安全管理条例（草案）》，草案要求校车优先通行;并于同年4月份正式发布《校车安全管理条例》，在管理条例中明确规定了轻型专用校车长度不超过6米、最大乘员数45人，大中型专用校车长度不能超过12米、最大乘员数65人[3]。

家长和老师心中最重要的事情即是孩子的安全问题，其中，关键环节便是儿童接送环节，它关系着孩子的人身安全。目前儿童乘坐的校车上，绝大多数采用的是纸卡接送，纸卡虽方便携带，但它不会报警，同时也容易复制、伪造，儿童忘记带卡的现象也时有发生，因此采用此种方式的校车，在幼儿接送过程中仍存在需大量人力参与监督与统计的工作，安全隐患较大;另一方面，家庭方面与学校方面对校车实时情况无从知晓，工作人员出现失误时，无法进行及时有效的提醒。因而将乘坐校车的儿童遗留在车内的事故仍时有发生。在乘坐校车过程中还有一些特殊情况，如由于儿童身高体积均较小，其睡觉时可能横躺座椅上，即使司机下车时进行查看也可能发现不了。

因此如何有效安全的尽最大可能杜绝此类安全事件的发生，能充分保障儿童乘车安全的可靠系统就显得十分重要。基于树莓派的儿童乘坐校车系统，通过摄像头实时捕捉上车儿童的信息，进行人脸检测与人脸识别，自动统计上车儿童信息，能自动识别校车是否超载，相关乘车儿童是否按时在指定站点上下车，加之相关手机APP端或电脑端软件的配合，校方与家长方可以随时随地的进行查看儿童乘车情况，司机方也能在需要配合时，及时接收到报警消息，查看并提醒遗留儿童上下车，即使是有儿童在校车中横躺下睡觉，由于事先有采集相关人脸信息，也可轻松得知校车中未下车的儿童具体信息，从而及时准确的进行儿童信息的提醒。

在儿童乘坐校车的过程中，将树莓派应用于其中，如图1所示。

1 技术路线

该系统主要以树莓派为基础，通过树莓派的外接接口与外部设备进行连接。该系统整体方案如图2所示。

2 系统功能结构

在基于树莓派的儿童乘坐校车系统中，树莓派中加装CSI摄像头模块，在儿童乘坐和离开校车时，通过树莓派捕获儿童相关信息，使家长可通过系统轻松获取孩子乘坐校车的相关信息。整个系统中主要包括校方、司机、家长、儿童等相关人员，校方登录系统平台可以在地图上实时展示校车行驶线路、校车当前所在的实时位置以及校车到达指定目的地后是否还有学生遗留在校车上。司机方登录系统可以查看车辆的基本信息（如年检信息、车辆常规维护信息），以及车辆行驶过程中是否出现异常信息提醒。家长则通过系统获知校车实时位置信息、儿童上下车信息、学校常规通知信息、紧急事件通知等功能，系统将记录儿童从入学到毕业完整过程的信息。

通过上述分析，本系统主要包括系统权限管理、系统设置、车辆信息管理、儿童信息管理、车辆轨迹管理、警情管理、系统消息推送等七大功能模块。具体系统的功能模块如图3所示。

根据图3分别对各功能模块具体介绍如下：

校车车辆信息管理模块：本模块主要用于校车车辆相关信息，不允许校车中存在任何违规车辆。在本模块中，一方面可以查看校车基本信息，对于校车的相关年审检查的管理也将在本系统中体现出来，并及时提醒车辆进行年检，另一方面还可以查看校车驾驶员信息，要求相关驾驶员及时处理其违违章信息。

校车行驶轨迹管理模块：在该模块中，结合地理信息系统GIS，在地图上实时显示校车的行驶路线，当校车偏离原定规划路线时，通过安装在校车上的外接语音设备通知司机，若校车继续偏离路线时，将以短线、微信等方式推送到校方、家长，避免司机出现违法动机。家长也可以通过手机端实时查看校车的位置信息，查询校车历史轨迹记录。

系统权限管理模块：本模块主要通过角色形式分别为不同的用户分配相應的访问权限，方便对校方，司机方，家长方等用户的用户信息进行管理。

报警管理模块：在报警模块中，主要的报警信息包括：当校车上车人员超过何在人数时发出的超载报警，当校车司机驻车后，系统会自动检测，如有遗留人员时的报警。当接收到报警后，相关人员应进行处理以后，可取消报警信息。对于报警信息的推送，则主要针对三方人员进行，司机、校方、及家长方，三方共同接收报警信息，实时了解校车相关信息，从而有效的避免校车滞留儿童导致意外事故的发生。

系统消息推送模块：在本模块中，其主要负责相关各类信息的发送，并具有管理查看打印历史消息的主要功能。主要包括：推送车辆基本信息（如车辆年检时间）给校方、司机方，校车在驶离原定线路时发送提醒信息给校方、司机方、家长方，儿童在上下校车时推送消息给家长方，校车上有遗留儿童时推送消息给校方、司机方、家长方。

乘车儿童信息管理模块：该模块主要用于管理乘坐校车儿童的个人相关信息，主要包括：姓名，年龄，性别，所在班级，年段，家长信息（姓名、联系电话），家庭地址，上下车位置信息等。该模块还可查询每个儿童乘坐校车的上下车时间、位置记录。

系统整体设置模块：本模块主要设置系统的常规参数，包括数据库服务器地址、用户名、密码，数据库备份时间，消息推送的间隔时间，系统报警声音，图片存放路径等参数。

基于树莓派的儿童乘坐校车方面的安全应用系统由于采用人脸识别功能模块，能通过摄像头模块获取乘坐校车儿童的个人相关信息，自动登记并提醒家长用户其子女是否准时乘坐上校车，当到达下车站点时，自动提醒在此站下车的儿童，并再次通过人脸识别自动登记下车儿童相关信息，将上车与下车儿童数据进行对比，能自动通知当日当次车上安全乘坐儿童的家长，如在进行上下车儿童数据对比时，发现有儿童遗留在校车上，树莓派能通过语音提示，自动提醒校车司机及该名未下车儿童，同时自动发送消息给家长，校方，方便监督校车司机是否有再次进行检查提醒遗留儿童下车，当所有儿童下车后，树莓派自动撤消报警。通过多方的监控实现从各种隐患中排查问题，直到解决问题为止，从根本上消除儿童滞留校车的惨剧事件发生。

3 移动客户端APP应用程序设计

在中国，智能手机的保有量是相当高的，加之智能客户端的使用，设计方便的能与移动客户端相连的APP应用程序是十分有必要的。移动客户端的用户可以通过下载相应的程序，不受时间和场所的限制，结合移动网络与无线网络，获取树莓派中保存的相关儿童乘坐校车的信息，在儿童下车地点及时提醒儿童准时下车，避免遗留在校车上，同时校车司机在校车上还有遗留儿童时也能及时准确的得知儿童相关信息，进行查看与人工提醒，从而真正从源头上避免此类惨剧的发生。

由于移动客户端的主要功能与电脑系统中的各项功能应保持程序的一致性，其功能结构同样如图3所示，每个功能结构部分在此将不再进行介绍。

4 结语

本文采用树莓派，结合摄像头及人脸检测与识别技术，将其应用在儿童乘车安全上，能从源头上避免惨剧的发生。从根本上保证儿童乘坐校车的安全，智能化的识别和人工智能技术，温馨提醒未上车儿童及提醒儿童按时按地下车，充分考虑到出现在儿童乘车过程中的潜在危险和校方家长方的担心，实用而方便的安装。本系统预期具有广阔的推广价值必将产生良好的社会效益。

参考文献

[1] Xu X，Gu L，Wang J，Xing G，Cheung S.Read more withless：An adaptive approach to energy-efficient RFID systems. IEEE Journal on Selected Areas in Communications.2011.

[2] 2011—2012年促进人力资源服务业发展十大事，中国人力资源服务业白皮书，2012.

[3] 申爱萍，让校车为每一个“六一”儿童节护航[J].人民交通，2018（06）：39-41.

[4] Qian Chen，Ngan Hoilun，Liu Yunhao.Cardinality Estimation for Large-Scale RFID Systems. IEEE Transactions on Parallel and DistributedSystems.2011.

[5] WING WY NG，YI Songqiao，LI Lin.Intelligent book positio-ning for library using RFID and book spine matching. Ma-chine Learning and Cybernetics.2011.

[6] 王华东，钟將，李昂.北斗定位车辆管理系统中的数据高效传输机制研究[J].计算机科学，2012（S3）：220-222+225.

[7] 金日浩.物联网环境下基于纠删码技术的数据完整性保护方法研究[D].吉林大学硕士论文，2017.

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