第 1 章 绪论
1.1 课题背景及研究意义
随着社会和家长对孩子们教育的重视程度不断提高，特别是农村地区，学校布局重新规划，校车成为了学生上学的最主要的交通工具，但随着校车的不断普及，近几年来校车安全问题层出不穷。2014年11月9日，甘肃省庆阳市，由于校车超载，核载9人，实载64人，超载55人，导致19人死亡，其中17名幼儿，18人重伤，26人轻伤。2014年11月19日至12月4日，短短十几天，在山东省发生四起“校车”事故，事故原因还是由于不具备校车资格和超载，导致16人死亡，25人受伤。2015年7月12日山东沂水县一名3岁女童在上学途中，被幼儿园园长遗忘在车内近10个小时，发现时已经死亡。我国于2007年9月1日起强制实施的校车国家标准，但是落到实处却十分困难，《校车安全条例》里对校车的质量，载人数量，司机、接车人员等都做出了严格要求，但是安全质量不符合，司机等相关人员不负责，不符合标准的校车依旧屡禁不止，校车事故频发，引起了全社会的关注，完善校车管理的管理体制，最大化地避免校车安全事故的发生等等一系列问题亟待解决，但是，仅仅靠某一环节去解决所有的问题是不可能实现的，所以，在不断提高校车质量的同时，利用现代化高科技手段实现校车的智能化规范化的监控管理是势在必行的[1]。
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1.2 国内外研究现状
校车监控管理系统将车辆监控管理系统和智能交通系统ITS(Intelligent Transport-ation System) 融合在一起，它可以实时地获取远程校车的行驶位置，线路，告警状态等等。国外的一些发达国家从上个世纪 60 年代末开始就开始对车辆监控管理系统进行相关的研究，价格方面的局限导致当时的车辆监控管理系统无法普及到民用方面，随着经济的发展，科学技术的进步，车辆监控管理系统在技术方面也在不断地进行改良和优化，价格方面也随之在慢慢降低。由于美国等这些发达国家起步较早，到目前为止，校车的监控管理系统配置率基本上达到了 100%，让所有校车在规章制度的控制下“生存”，从根本上保障了学生的安全。现在，校车已经成为公认的最安全的上学交通工具，可靠、准时、安全、经济、环保，是校车流行的主题因素。据报告称，美国校车的事故发生率相较于其他车辆是最低的，美国专用校车除了具有很高的安全性和法规的强制性，由政府保障，以促进校车的规范化管理经营模式，校车还有政府财政的大力支持，这些都是美国成功地保证专用校车的运行保证校车事故率低的原因。美国的校车监控管理系统，将 GPRS 网络技术、GPS 技术等多种高新技术融合在一起，实现了各种专门针对校车安全的功能，例如实时全程定位，校车内无死角监控，紧急警报，生成每日校车运行日志进行存档等等[2][3]。
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第 2 章 校车监控管理系统总体设计
2.1 校车监控管理系统的组成
如图 2.1 所示，校车监控管理系统主要由车载终端，4G 无线传输网络、监控管理平台三大部分组成。其中监控管理平台又分为校车办监控管理平台和政府监控管理平台，政府监控管理平台对所有的校车办监控管理平台进行统一管理。校车监控管理系统的工作流程如下：（1）校车安全员在校车启动前刷卡，通过无线通信模块将刷卡信息上传至监控管理平台，平台收到信息后进行解析，然后将相对应的校车线路下发至校车车载终端；（2）校车根据对应的校车线路行驶，在规定的区域内停车，学生通过刷卡上车;（3）同时，车内摄像头实时采集的校车内动态情况和校车的实时运行数据信息，通过无线通信模块上传至监控管理平台，平台对数据进行处理分析发布；（4）最后到达目的地后，学生刷卡下车，校车安全员查看校车内情况，确定无漏下的学生后刷卡结束线路停车；（5）政府监控管理平台全部的权限去查看每个校车办的运营情况，当某辆校车出现报警时不仅会上传到所属的校车办监控管理平台，还会直接推送到政府监控管理平台。
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2.2 关键技术概述
北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System，BDS)是我国自行研制的全球卫星导航系统，与美国的 GPS、俄罗斯的格洛纳斯、欧盟的伽利略系统兼容共用的全球卫星导航系统，并称全球四大卫星导航系统。北斗卫星导航系统包括北斗一号和北斗二号这两代系统。“北斗一号”卫星定位系统由两颗地球静止卫星、一颗在轨备份卫星、用户接收机、用户指挥机、地面控制管理中心组成。系统的工作原理是：首先由地面控制管理中心向卫星 1 和卫星 2 同时发送询问信号，经过卫星转发器向服务区内的用户进行广播，用户响应其中一颗文星的询问信号，并同时向两颗卫星发送反馈信号，再经过卫星转发器转发会地面控制管理中心。地面控制管理中心接收到用户发来的反馈信号后进行解调，解调后再根据用户的申请服务内容进行相应的数据处理。当用户发出定位申请服务后，地面控制管理中心会测出两个延迟：一个是地面控制发出询问信号后，经由其中一颗卫星转发到用户后，用户发出反馈信号后再经由同一颗卫星转发回地面控制管理中心的延迟；另一个是地面控制发出询问信号后，经由其中一颗卫星转发到用户后，用户发出反馈信号后再经由另一颗卫星转发回地面控制管理中心的延迟。再根据延迟时间、地面控制管理中心与两颗卫星的距离和用户高程值可计算出用户所在位置的三维坐标，经过加密后再发送给用户。
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第 3 章 校车车载终端硬件设计...............16
3.1 校车车载终端硬件整体设计框图............... 16
3.2 校车车载终端的主控芯片...............16
第 4 章 校车车载终端软件设计...............32
4.1 Linux 操作系统的简介...............32
4.2 Linux 操作系统的移植...............33
第 5 章 校车监控管理平台.................44
5.1 校车监控管理平台概述...............44
5.2 校车监控管理平台的主要功能...............45
第 6 章系统测试
6.1 系统功能测试
校车运行时，车载显示屏显示的车内监控情况如图 6.1 所示，车载显示屏显示的图像的清晰度和监控摄像覆盖度基本满足了设计要求。在监控管理平台看到的实时监控画面如 6.2 所示。车牌号，时间，速度，定位信息的经纬度清晰地显示在监控画面里。北斗/GPS 定位测试分为两种：一个是实时定位测试，即车辆跟踪；另一个是轨迹回放。分别如图 6.3，6.4 所示。录像回放分两种方式，一是将车载终端的硬盘接入电脑，在电脑上用特定的视频播放器播放打开硬盘里的录像文件，如图 6.5 所示；二是通过监控管理平台查看保存在硬盘里的录像文件，如图 6.6 所示。
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6.2 测试结果分析
经过实际测试，我们可以看到校车监控管理系统运行良好，达到了预期的功能需求，可以对校车进行一个强有力的监控管理功能，对学生的乘车安全起到保障作用。如图 6.7 所示，在每一次的行驶过程中，校车车载终端都准确地把安全员和学生的刷卡信息上传到了平台，且告警信息也全部被记录了下来。图 6.8、6.9、6.10 分别显示的是超速报警，道路偏航告警，非法区域刷卡记录。
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结论
本论文以近年来多起校车安全事故的发生为背景，提出将北斗/GPS 定位技术、4G 无线通信技术，射频识别技术、WebGIS 技术融合起来搭建了一个校车监控管理系统。校车车载终端的北斗/GPS 模块能够准确定位校车位置，车上 4 路摄像头全方位实时采集音视频信息，通过 4G 无线通信模块上传至监控管理平台，平台对定位和视频数据进行解析后，管理人员可以通过浏览器登录到平台，在平台的地图上可以直观地查看到校车的位置，通过视频监控，可以看到校车内的实时情况，同时平台对各类数据进行存储和统计，实现了校车系统的监控和管理功能。
参考文献（略）
