第 1 章 緒論

1.1 課題背景及研究意義

隨著社會(huì)和家長(zhǎng)對(duì)孩子們教育的重視程度不斷提高，特別是農(nóng)村地區(qū)，學(xué)校布局重新規(guī)劃，校車成為了學(xué)生上學(xué)的最主要的交通工具，但隨著校車的不斷普及，近幾年來校車安全問題層出不窮。2014年11月9日，甘肅省慶陽(yáng)市，由于校車超載，核載9人，實(shí)載64人，超載55人，導(dǎo)致19人死亡，其中17名幼兒，18人重傷，26人輕傷。2014年11月19日至12月4日，短短十幾天，在山東省發(fā)生四起“校車”事故，事故原因還是由于不具備校車資格和超載，導(dǎo)致16人死亡，25人受傷。2015年7月12日山東沂水縣一名3歲女童在上學(xué)途中，被幼兒園園長(zhǎng)遺忘在車內(nèi)近10個(gè)小時(shí)，，發(fā)現(xiàn)時(shí)已經(jīng)死亡。我國(guó)于2007年9月1日起強(qiáng)制實(shí)施的校車國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，但是落到實(shí)處卻十分困難，《校車安全條例》里對(duì)校車的質(zhì)量，載人數(shù)量，司機(jī)、接車人員等都做出了嚴(yán)格要求，但是安全質(zhì)量不符合，司機(jī)等相關(guān)人員不負(fù)責(zé)，不符合標(biāo)準(zhǔn)的校車依舊屢禁不止，校車事故頻發(fā)，引起了全社會(huì)的關(guān)注，完善校車管理的管理體制，最大化地避免校車安全事故的發(fā)生等等一系列問題亟待解決，但是，僅僅靠某一環(huán)節(jié)去解決所有的問題是不可能實(shí)現(xiàn)的，所以，在不斷提高校車質(zhì)量的同時(shí)，利用現(xiàn)代化高科技手段實(shí)現(xiàn)校車的智能化規(guī)范化的監(jiān)控管理是勢(shì)在必行的[1]。

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1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

校車監(jiān)控管理系統(tǒng)將車輛監(jiān)控管理系統(tǒng)和智能交通系統(tǒng)ITS(Intelligent Transport-ation System) 融合在一起，它可以實(shí)時(shí)地獲取遠(yuǎn)程校車的行駛位置，線路，告警狀態(tài)等等。國(guó)外的一些發(fā)達(dá)國(guó)家從上個(gè)世紀(jì) 60 年代末開始就開始對(duì)車輛監(jiān)控管理系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)的研究，價(jià)格方面的局限導(dǎo)致當(dāng)時(shí)的車輛監(jiān)控管理系統(tǒng)無法普及到民用方面，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，車輛監(jiān)控管理系統(tǒng)在技術(shù)方面也在不斷地進(jìn)行改良和優(yōu)化，價(jià)格方面也隨之在慢慢降低。由于美國(guó)等這些發(fā)達(dá)國(guó)家起步較早，到目前為止，校車的監(jiān)控管理系統(tǒng)配置率基本上達(dá)到了 100%，讓所有校車在規(guī)章制度的控制下“生存”，從根本上保障了學(xué)生的安全。現(xiàn)在，校車已經(jīng)成為公認(rèn)的最安全的上學(xué)交通工具，可靠、準(zhǔn)時(shí)、安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保，是校車流行的主題因素。據(jù)報(bào)告稱，美國(guó)校車的事故發(fā)生率相較于其他車輛是最低的，美國(guó)專用校車除了具有很高的安全性和法規(guī)的強(qiáng)制性，由政府保障，以促進(jìn)校車的規(guī)范化管理經(jīng)營(yíng)模式，校車還有政府財(cái)政的大力支持，這些都是美國(guó)成功地保證專用校車的運(yùn)行保證校車事故率低的原因。美國(guó)的校車監(jiān)控管理系統(tǒng)，將 GPRS 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、GPS 技術(shù)等多種高新技術(shù)融合在一起，實(shí)現(xiàn)了各種專門針對(duì)校車安全的功能，例如實(shí)時(shí)全程定位，校車內(nèi)無死角監(jiān)控，緊急警報(bào)，生成每日校車運(yùn)行日志進(jìn)行存檔等等[2][3]。

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第 2 章 校車監(jiān)控管理系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

2.1 校車監(jiān)控管理系統(tǒng)的組成

如圖 2.1 所示，校車監(jiān)控管理系統(tǒng)主要由車載終端，4G 無線傳輸網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)控管理平臺(tái)三大部分組成。其中監(jiān)控管理平臺(tái)又分為校車辦監(jiān)控管理平臺(tái)和政府監(jiān)控管理平臺(tái)，政府監(jiān)控管理平臺(tái)對(duì)所有的校車辦監(jiān)控管理平臺(tái)進(jìn)行統(tǒng)一管理。校車監(jiān)控管理系統(tǒng)的工作流程如下：（1）校車安全員在校車啟動(dòng)前刷卡，通過無線通信模塊將刷卡信息上傳至監(jiān)控管理平臺(tái)，平臺(tái)收到信息后進(jìn)行解析，然后將相對(duì)應(yīng)的校車線路下發(fā)至校車車載終端；（2）校車根據(jù)對(duì)應(yīng)的校車線路行駛，在規(guī)定的區(qū)域內(nèi)停車，學(xué)生通過刷卡上車;（3）同時(shí)，車內(nèi)攝像頭實(shí)時(shí)采集的校車內(nèi)動(dòng)態(tài)情況和校車的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)信息，通過無線通信模塊上傳至監(jiān)控管理平臺(tái)，平臺(tái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析發(fā)布；（4）最后到達(dá)目的地后，學(xué)生刷卡下車，校車安全員查看校車內(nèi)情況，確定無漏下的學(xué)生后刷卡結(jié)束線路停車；（5）政府監(jiān)控管理平臺(tái)全部的權(quán)限去查看每個(gè)校車辦的運(yùn)營(yíng)情況，當(dāng)某輛校車出現(xiàn)報(bào)警時(shí)不僅會(huì)上傳到所屬的校車辦監(jiān)控管理平臺(tái)，還會(huì)直接推送到政府監(jiān)控管理平臺(tái)。

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2.2 關(guān)鍵技術(shù)概述

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(BeiDou Navigation Satellite System，BDS)是我國(guó)自行研制的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，與美國(guó)的 GPS、俄羅斯的格洛納斯、歐盟的伽利略系統(tǒng)兼容共用的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，并稱全球四大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)包括北斗一號(hào)和北斗二號(hào)這兩代系統(tǒng)�！氨倍芬惶�(hào)”衛(wèi)星定位系統(tǒng)由兩顆地球靜止衛(wèi)星、一顆在軌備份衛(wèi)星、用戶接收機(jī)、用戶指揮機(jī)、地面控制管理中心組成。系統(tǒng)的工作原理是：首先由地面控制管理中心向衛(wèi)星 1 和衛(wèi)星 2 同時(shí)發(fā)送詢問信號(hào)，經(jīng)過衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器向服務(wù)區(qū)內(nèi)的用戶進(jìn)行廣播，用戶響應(yīng)其中一顆文星的詢問信號(hào)，并同時(shí)向兩顆衛(wèi)星發(fā)送反饋信號(hào)，再經(jīng)過衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器轉(zhuǎn)發(fā)會(huì)地面控制管理中心。地面控制管理中心接收到用戶發(fā)來的反饋信號(hào)后進(jìn)行解調(diào)，解調(diào)后再根據(jù)用戶的申請(qǐng)服務(wù)內(nèi)容進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理。當(dāng)用戶發(fā)出定位申請(qǐng)服務(wù)后，地面控制管理中心會(huì)測(cè)出兩個(gè)延遲：一個(gè)是地面控制發(fā)出詢問信號(hào)后，經(jīng)由其中一顆衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)到用戶后，用戶發(fā)出反饋信號(hào)后再經(jīng)由同一顆衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)回地面控制管理中心的延遲；另一個(gè)是地面控制發(fā)出詢問信號(hào)后，經(jīng)由其中一顆衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)到用戶后，用戶發(fā)出反饋信號(hào)后再經(jīng)由另一顆衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)回地面控制管理中心的延遲。再根據(jù)延遲時(shí)間、地面控制管理中心與兩顆衛(wèi)星的距離和用戶高程值可計(jì)算出用戶所在位置的三維坐標(biāo)，經(jīng)過加密后再發(fā)送給用戶。

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第 3 章 校車車載終端硬件設(shè)計(jì)...............16

3.1 校車車載終端硬件整體設(shè)計(jì)框圖............... 16

3.2 校車車載終端的主控芯片...............16

4.1 Linux 操作系統(tǒng)的簡(jiǎn)介...............32

4.2 Linux 操作系統(tǒng)的移植...............33

第 5 章 校車監(jiān)控管理平臺(tái).................44

5.1 校車監(jiān)控管理平臺(tái)概述...............44

5.2 校車監(jiān)控管理平臺(tái)的主要功能...............45

第 6 章系統(tǒng)測(cè)試

6.1 系統(tǒng)功能測(cè)試

校車運(yùn)行時(shí)，車載顯示屏顯示的車內(nèi)監(jiān)控情況如圖 6.1 所示，車載顯示屏顯示的圖像的清晰度和監(jiān)控?cái)z像覆蓋度基本滿足了設(shè)計(jì)要求。在監(jiān)控管理平臺(tái)看到的實(shí)時(shí)監(jiān)控畫面如 6.2 所示。車牌號(hào)，時(shí)間，速度，定位信息的經(jīng)緯度清晰地顯示在監(jiān)控畫面里。北斗/GPS 定位測(cè)試分為兩種：一個(gè)是實(shí)時(shí)定位測(cè)試，即車輛跟蹤；另一個(gè)是軌跡回放。分別如圖 6.3，6.4 所示。錄像回放分兩種方式，一是將車載終端的硬盤接入電腦，在電腦上用特定的視頻播放器播放打開硬盤里的錄像文件，如圖 6.5 所示；二是通過監(jiān)控管理平臺(tái)查看保存在硬盤里的錄像文件，如圖 6.6 所示。

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6.2 測(cè)試結(jié)果分析

經(jīng)過實(shí)際測(cè)試，我們可以看到校車監(jiān)控管理系統(tǒng)運(yùn)行良好，達(dá)到了預(yù)期的功能需求，可以對(duì)校車進(jìn)行一個(gè)強(qiáng)有力的監(jiān)控管理功能，對(duì)學(xué)生的乘車安全起到保障作用。如圖 6.7 所示，在每一次的行駛過程中，校車車載終端都準(zhǔn)確地把安全員和學(xué)生的刷卡信息上傳到了平臺(tái)，且告警信息也全部被記錄了下來。圖 6.8、6.9、6.10 分別顯示的是超速報(bào)警，道路偏航告警，非法區(qū)域刷卡記錄。

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結(jié)論

本論文以近年來多起校車安全事故的發(fā)生為背景，提出將北斗/GPS 定位技術(shù)、4G 無線通信技術(shù)，射頻識(shí)別技術(shù)、WebGIS 技術(shù)融合起來搭建了一個(gè)校車監(jiān)控管理系統(tǒng)。校車車載終端的北斗/GPS 模塊能夠準(zhǔn)確定位校車位置，車上 4 路攝像頭全方位實(shí)時(shí)采集音視頻信息，通過 4G 無線通信模塊上傳至監(jiān)控管理平臺(tái)，平臺(tái)對(duì)定位和視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行解析后，管理人員可以通過瀏覽器登錄到平臺(tái)，在平臺(tái)的地圖上可以直觀地查看到校車的位置，通過視頻監(jiān)控，可以看到校車內(nèi)的實(shí)時(shí)情況，同時(shí)平臺(tái)對(duì)各類數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和統(tǒng)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了校車系統(tǒng)的監(jiān)控和管理功能。

參考文獻(xiàn)（略）