基于物联网技术的长途客运车安全管理系统
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【 摘 要 】 物联网作为下一代信息网络的主体，是众多技术的融合体。本文设计了长途客运车安全管理系统模型，介绍了子系统的功能结构设计和子系统的主要功能，为解决长途客运车安全问题提供一种新的设想。该系统能有效地防止超载和超速，并且更好地监控驾驶员的状况和对客运车进行定位，使长途客运公司和交通管理部门更易于了解客运车的行车情况。
【 关键词 】 物联网；安全管理；GIS；GPS；视频监控；子系统
Long-distance Passenger Car Safety Management System Based on the Internet of Things Technology
Wang Hong Jiang Wen-bao
（Beijing Information Science and Technology University Beijing 100101）
【 Abstract 】 The Internet of Things is the subject of the next-generation information network and the integration of many technologies. This paper designs a model of long-distance passenger car safety management system， and introduces the functional structure design of subsystems and the main function of subsystems.It provided a new vision to resolve the problem of long-distance passenger car safety. The system can effectively prevent overloading and speeding， and better monitor the status of the driver and passenger car positioning， which makes long-distance passenger transport companies and the traffic management department are easier to understand the situation of passenger car.
【 Keywords 】 the Internet of things；safety management；GIS；GPS；videos monitoring；subsystem
1 引言
2011年全国的道路交通安全总体形势总体平稳。据统计，全国涉及人员伤亡的道路交通事故210812起，共造成62387人死亡。从事故原因看，超速行驶、酒后驾驶、疲劳驾驶仍然是导致交通事故多发的主要原因，特别是超速行驶导致事故死亡人数占全部死亡人数的14.2%，这个比例还是相当高的。长途客运车交通事故似乎是人们谈论的永恒话题，每年都有特大交通事故发生，给家庭带来巨大的心理打击，引起全国人民的震惊，客运公司和交通管理部门应该认真考虑客运旅客的安全问题，制定有效的客运车安全管理措施，更好地监控客运车的行驶情况，这样加强了交通管理部门、客运公司与驾驶员三者之间的联系。现在的长途客运公司只能对客运车进行视频监控，甚至有好多公司没有视频监控，要了解汽车的行驶情况，只能与驾驶员进行电话联系。每年客运车超载、超速等现象屡见不鲜，由此导致了交通事故，客运公司人员不能第一时间知道现场的情况，也不能准确定位出客运车发生事故的地点。现有的长途客运车安全管理系统很不完善，有许多需要改进的地方，从而减少交通事故。
国内外关于长途客运车安全管理系统设计的研究很少，对于客运车超载现象一直以来都没有找到一个很好的解决办法。采用电阻应变式、电容式、光纤光栅等多种传感器实现整车质量的动态、静态检测。这种检测需要固定的检测基站，且准确度较差。如果在车轴上安装载重传感器来测量整车的质量，则需要对车辆进行改装，且无法解决车辆在起伏颠簸状态产生的误差，因此没有得到广泛的应用。李丹等人提出压力传感器、红外光电传感器组成结构冗余的测量电路统计上车乘客人数，但是此测量电路容易受到车上行李重量的影响，容易产生误差。
为了解决以上问题，本文提出了一种长途客运车安全管理系统（平台）模型，它能有效地解决超载和超速问题，同时加强了交通管理部门、客运公司和驾驶员三者之间的联系，强化了交通管理部门对客运公司的监督和客运公司对驾驶员的监管。
2 模型框架
本文设计的长途客运汽车安全管理系统模型如图1所示。
本模型是一种引入物联网技术的安全管理系统模型。该模型引入视频监控、GPS和GIS等技术，把移动的客运车、客运公司和交通管理部门三者紧密的联系起来，交通管理部门能更好的监管客运公司和了解客运车的行驶情况，发现异常现象可以及时与客运公司联系。客运公司也可以随时查看客运车的运行状态和驾驶员的驾驶情况。本模型采用视频监控技术，监控系统是由摄像、传输、控制、显示、记录五大部分组成，摄像头能把采集的信息通过无线网络传输给客运公司和交通管理部门。
GPS是全球定位系统，其定位方法是通过GPS接收机实现的，GPS 接收机接收三颗以上的 GPS 卫星发来的定位信号， GPS 定位的基本原理是卫星不间断地发送自身的星历参数和时间信息，GPS接收机接收到这些信息后，经过计算求出接收机的三维位置、三维方向以及运动速度和时间信息，能准确的定位行驶中的客运车位置，当客运车发生交通事故或者有其他情况时，客运公司和交通管理部门都能及时的查看客运车的行使情况。GIS是地理信息系统，地理信息系统中的数据是指以地球表面空间位置为参照，描述自然、社会和人文经济景观等的数据，这些数据可以是数字、文字、表格、图像和图形等。
GIS是计算机技术、图形学技术、数据库技术融合的产物，是一种利用计算机对有关地理、空间位置的数据进行存储、查询和显示的计算机支持系统，主要用来描述现实世界中地物在空间上的分布及其属性。GIS和GPS配合使用，GPS对汽车进行定位后，GIS能把长途客运车的行车路线、路面状况、急救点等用图形的方式的描述出来，全程监控行车的位置和线路。
3 长途客运车管理系统（平台）的设计和功能
3.1 长途客运车安全管理系统（平台）
长途客运车安全管理系统（平台）功能结构，如图2所示。
长途客运车安全管理系统（平台）包括长途客运车车载子系统、客运公司管理子系统和交通监管子系统，三个子系统可以信息共享，互通联系。客运公司管理子系统处于中间地位，有负责信息上传下达的功能。
3.2 长途客运车车载子系统
长途客运车车载子系统结构如图3所示。
长途客运车车载子系统主要包括二维码扫描仪、GPS、视频监控设备、紧急报警设备、无线通信设备、汽车机械性能传感设备和测速设备。长途客运车车载子系统是采集行车和汽车机械性能数据，把数据传输给客运公司管理子系统，客运公司人员对数据进行分析，为决策提供依据，为行车安全提供了一个操作平台。下面对长途客运车车载子系统设备的功能做介绍。
（1）二维码扫描仪：车上所装的二维码扫描仪是近距离阅读器，乘客上车前，把车票上的二维码放在二维码扫描仪端口进行扫描，统计上车的人数，保证每位乘客都有座位，避免超载现象，通过网络把数据传输到监控中心。
（2）GPS设备：有了GPS对客运车进行位置坐标定位，就可以知道客运车运行的实时动态空间坐标信息，并把得到的实时数据传输给客运公司管理系统进行分析处理，计算出客运车的准确位置坐标。
（3）视频监控仪器：把摄像头安装在车内各个位置，完成对车内的实时监控、视频数据的采集和存储，将所采集的数据通过无线通信网络设备发送到客运公司管理系统。
（4）紧急报警设备：当客运车机械性能出现故障时，报警设备自动报警，客运车自动减慢车速；如汽车发生侧翻、火灾、剧烈撞击等危险情况时与119、120 等公共报警系统自动呼入；客运车还装有手动报警按钮，驾驶员根据实际情况按下手动报警按钮，向客运公司管理中心和交通管理部门发送紧急报警信号。
（5）无线通信设备：3G高速无线通信网络是一种先进的网络体系，它能完成流量巨大的视频数据传输，保证视频数据的及时传输，这对于交管部门和客运公司监控车上乘客情况十分的重要。
（6）汽车机械性能传感设备：传感设备能传输汽车机械和电气设备的实时数据，一旦超过设定的参数，就会与报警设备联系，启动报警系统，此设备与紧急报警设备配合使用。
（7）测速设备：时刻监控行车的车速，并把速度数据传输给客运公司管理中心，当车速超过设定参数时，就会启动报警系统。
3.3 客运公司管理子系统
客运公司管理子系统结构如图4所示。
客运公司管理子系统主要任务是对长途客运车的管理和监控客运车运行情况，并对车载子系统上传的实时数据进行分析处理。客运公司管理子系统网络采用了高速无线通信网络，利用无线通信网络与客运车车载子系统实现数据传输，同时与交通监管子系统连接，有利于交通管理部门管理客运车的行车安全。客运公司管理子系统功能有几种。
（1）车辆GPS定位设备：接收车载子系统发送来的客运车地理坐标信息，全程跟踪长途客运车。客运公司监控中心人员可以随时获取客运车的准确位置坐标、行驶线路等信息。联合GIS对客运车地理坐标进行准确定位，能直观的反映客运车的移动轨迹。
（2）GIS设备：GIS能把长途客运车的行车路线、路面状况、急救点等用图形的方式的描述出来，全程监控行车的位置。
（3）文本信息收发设备：客运公司监管中心人员对客运车的异常行驶发送警告信息，提醒驾驶员注意路面行车安全，遵守交通规则，同时还具有发送或者接收临时性短消息的功能，比如停车休息命令、改变行驶路线等。
（4）乘客信息管理：包括乘客信息数据录入、删除、更新等，统计和分析客流量，乘客在乘车中发生意外，可以通过乘客信息管理模块查询乘客信息。
（5）系统建设和维护：增加功能模块、录入信息、用户权限管理、系统更新模块等功能，如有需要，系统还可以增加模块的空间。
3.4 交通监管子系统
交通监管子系统结构如图5所示。
通过交通监管子系统对客运车和客运公司的监管，交通监管部门可以获取本管辖范围内所有长途客运车运行的乘客人数、车牌、行驶路线等信息，交通管理人员还可以调取视频，了解客运车的行驶情况，必要时还可以向客运公司监控中心发送监管建议和命令。借助政府行政区域GIS 电子地图、交通管理与指挥信息系统，监管部门还能查看区域内长途客运车的运行路线，结合交通状况进行合理的交通指挥，这样使长途客运车通行更加顺畅，有利于增加客流量的流动，减少乘客的滞留时间。
4 车载子系统的信息采集模块设计
STM32处理器具有高性能、低成本、低功耗的特点。车载子系统用STM32 处理器对数据进行分析和处理，通过汽车机械性能传感设备和测速传感采集汽车的发动机温度、刹车的灵敏度、轮胎气压、车速等信息，将信息传输给SDXC卡进行存储，处理器对数据进行处理，把信息显示在车载LED屏幕上，利用3G无线网络与远程客运公司安全管理系统进行通信，客运公司监控中心管理人员能实时了解客运车的状况，有必要时给驾驶员提出行车的安全建议。车载子系统信息采集模块结构图如图6所示。
5 长途客运车安全管理系统的分析
每年有很多的客运车发生交通事故，超速、超载、驾驶员疲劳驾驶等原因导致交通事故的发生，现在的长途客运车在驾驶员座位上方安装有摄像头，但是这摄像头是为了记录驾驶员的驾驶状态和行车情况，而不是用来监控乘客的状态和人数。有的长途客运车安装好多个摄像头，可以监控车上的情况，但是这些摄像头都没有和无线网链接，只为了记录车上的情况，而没有时时监管的作用。省际和省内的长途客运车开出客运站，公司要了解行车情况，只能与驾驶员电话联系。客运车有可能因为超速而导致交通事故悲剧的发生，但是由于技术支持落后，客运公司不能及时知晓此事。超载是普遍现象，国家出台的规定强调严禁超载，但是有的驾驶员没有意识到这点的重要性，甚至有的客运公司为了增加营业额，纵容超载现象。疲劳驾驶导致交通事故的现象屡有发生，上述的原因导致交通事故的发生，其主要原因是交通管理部门和客运公司不能有效地监控长途客运车的行驶情况，没有运用有效的设备来监管驾驶员和监控行车情况。
为了解决超载问题，本文模型引入二维码扫描仪和视频监控设备，每位乘客上车时都要把车票放在扫描仪端口进行扫描，扫描仪把车票信息通过无线网络发送到客运公司监控中心，客运公司就知道每发一辆车上有多少乘客，统计乘客人数。视频监控实时给监控中心发送视频，监控中心人员可以通过调取视频查看车上人数，核对乘客人数，确定客车是否超载，交通管理部门也可以通过监控长途客运车的设备随时查看视频，监督客运公司和驾驶员，有效地防止超载。对于超载现象，国家应该颁布重罚客运公司和驾驶员的规定。
超速也是客运车发生交通事故的另一个重要原因，为了有效地防止超速行驶问题，在客运车上安装测速仪，当车速超过设定的速度时，就会启动报警系统，把车速信息传输给客运公司。交通管理部门作为第三方，有监督的权利。疲劳驾驶是一个很难解决的问题，现有的解决之法就是要求每一驾驶员驾驶大约4个小时，然后必须休息一段时间。现在没有找到很好的办法来解决疲劳驾驶，主要问题是没有一套标准来判断驾驶员是否处于疲劳驾驶，增加驾驶员，就要增加成本。
GPS和GIS配合使用，客运公司和交通管理部门能准确定位客运车发生事故的地点，这样解决了客运车发生事故，公司不能定位事故点的现象。车上还装载有汽车机械性能传感设备，能有效的监控车载各种主要设备的运行情况，当设备超过所设定的参数时，就会与报警设备联接，立刻启动报警系统，
比如在刹车装置上安装传感器，就能监控刹车装置的温度，防止刹车失灵，导致追尾、侧翻等交通事故。
在长途客运车安全管理中，采用物联网技术，加强对客运车的全天候监控，保证行车安全，物联网集合了传感器技术，无线传输技术，计算机技术等技术，同时配合GPS、GIS和视频监控技术，对长途客运车的行驶、驾驶员、乘客、汽车机械等安全进行实时监控，把长途客运车的实时数据传输给长途客运公司，有效地监控客运车的行驶情况。
6 结束语
长途客运车安全关系到国家和社会的稳定。基于物联网技术的长途客运车安全管理系统的开发应用具有现实意义，利用先进的物联网技术帮助客运公司对客运车的监管，确保了客运车的行驶安全。本文提出的长途客运车安全管理系统（平台）能有效地解决客运车的超载、超速现象，并且通过安全管理系统（平台）能加强交通管理部门、客运公司和驾驶员三者之间的联系。交通管理部门能更易于监管客运公司和驾驶员，而客运公司能时时地监控客运车的行驶情况，解决了长途客运车出站后，与客运公司联系脱节的现象。长途客运车安全管理系统是一个关于移动客运车、客运公司管理和交通监管部门的复杂系统，建设和开发这样的系统需要巨大的投资，而且物联网技术还没有统一的技术标准，这些因素影响长途客运车安全管理系统的开发和实施。
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基金项目：
国家自然科学基金面上项目（60873202）；北京市自然科学基金面上项目（4132011）。
作者简介：
王鸿（1987-），男，硕士研究生；主要研究方向：物联网安全.
蒋文保，男，博士，副教授；主要研究方向：信息安全。