學校樓道擁擠預警系統

樂羊羊

一、設計者和指導老師介紹

文敬滋，10歲，就讀于南寧市逸夫小學，對計算機輔助設計與制造有著濃厚興趣，曾榮獲第35屆廣西青少年科技創新大賽小學生科技創新成果競賽一等獎，已申請1個專利項目。

陸俊達，南寧市逸夫小學科技輔導員，曾榮獲第65屆德國紐倫堡世界發明展銀獎、“全國十佳優秀科技輔導員”稱號，已申請4個專利項目。

二、設計故事

文敬滋發現校園踩踏事故多發生在低層（3樓以下）樓道內，嚴密監控學校樓道及預防人員擁擠，是防止校園發生踩踏事故的重要手段。所以，她希望發明一套能夠對學校樓道擁擠進行預警的智能系統。

三、準備材料

紅外對射傳感器、微控制器主板、語音芯片、警燈、可調焦廣角攝像頭、5mm厚度的奧松板、杜邦連接線等。

四、科創過程

第一步：確定設計方案

當樓道出現學生密集的情況時，安裝在樓道內的語音系統會自動播放提醒語音;安裝在樓道內的紅外對射傳感器可即時識別人員密度，然后根據各樓層樓道的人員流動趨勢和擁擠程度，通過網絡和app提醒負責安全的教師和安保人員及時前往現場疏散人群。

陸俊達：業內已對如何利用傳感器檢測樓道擁擠展開過相關研究，所以文敬滋在設計思路上創新性地強調了“預警”功能，而不是繼續研究擁擠踩踏事故發生后的“報警”功能。

第二步：利用AutoCAD軟件設計模型，切割并組裝模型外殼

陸俊達：該部分涉及計算機輔助設計（CAD）與計算機輔助制造（CAM）相關的知識，對于多數中小學生來說，比較抽象和難以理解。科技輔導老師上信息技術課的時候，就要注意在CAD和CAM的概念講解和實操指導上多下功夫，把高深晦澀的專業知識用學生能理解的語言描述出來，并引導他們形成相關的思維和解決問題的能力，這樣學生才能快速上手。

第三步：編寫程序

文敬滋用語音數據編程器，將錄制好的報警語音文件寫入語音芯片內;在arduino IDE開發環境中，用編程的方式實現讀取和分析傳感器數據、對數據進行邏輯判斷和輸出各種可能出現的情況等功能。

陸俊達：本項目研究使用了arduino IDE和米思齊（Mixly）圖形編程軟件。小學生在編寫程序的過程中，遇到一些邏輯復雜的算法時，處理起來往往力不從心，容易出現邏輯混亂的錯誤。這個時候，就需要使用思維導圖軟件和純代碼開發環境來配合解決。

第四步：調試程序

每個樓層的樓道都需要安裝紅外對射傳感器陣列，并將所有的傳感器都連接到主控板上，這樣主控板便可根據需要，驅動語音播放和警示燈亮起，同時還負責網絡報警信號的發送和現場視頻信號的轉發任務。

陸俊達：程序的調試花費了很多時間，前后經過了數十次較大的修改，才達到了預先設計的效果。這主要是因為程序在人員擁擠判斷和警報信息發送的任務切換上，很容易出現邏輯錯誤，導致預警功能無法實現。最后，文敬滋通過畫思維導圖，把各個傳感器和執行部件的信號走向梳理清楚，再按照思維導圖將程序設計出來，這才解決了程序容易出現邏輯混亂的問題。

五、未來優化方向

1.增加其他類型的傳感器，避免單列隊列下樓時誤報情況發生。例如，增加一組接近傳感器，與紅外對射傳感器配合，降低誤報率。2.增加通過報警終端直接對樓道喊話的功能，方便負責安全的教師結合手機上的現場視頻畫面，直接通過樓道的警示語音播放器喊話，從而更高效地疏散樓道內的學生。3.增加教室廣播系統播放擁擠警示語音的功能，可切入教室原有的廣播系統，播放語音，提示各班學生目前某個樓道正出現擁擠風險，不要再前往。

陸俊達：做科學研究不會一帆風順，遇到問題后，自己運用智慧把問題解決，是一件很有成就感的事情。科學技術是國家和民族的希望與未來，希望同學們不負韶華、努力前行，對科學研究保持足夠的熱情，早日實現自己的遠大夢想！