學生接送系統(tǒng)的設計及在信息科技教學中的應用

王顯宣

【摘要】從家長接學生安全現(xiàn)狀、問題分析、解決方案設計與實現(xiàn)等方面呈現(xiàn)一個高安全系數(shù)的學生接送系統(tǒng)，以期對小學、幼兒園單位的家長到校門口、到校車門口接學生這兩種場景對應的安全智能系統(tǒng)設計與實現(xiàn)提供參考。

【關鍵詞】學生接送；安全；人臉識別；信息科技

當前，很多學校采用安保人員人工核對家長身份證后放行學生、直接讓學生和家長互認、家長刷身份證接走學生等接送方式，而這些方式中，安保人員核對家長身份證的方式依賴于身份證相片和真人長相的差異大小、安保人員肉眼鑒別人像能力、安保人員的責任心，正確率和效率無法保證；采用讓學生和家長互認的方式，存在兒童被不法分子拐走的風險；家長刷身份證領走學生的方式，無法確保刷身份證的人就是該身份證所有者。如何將學生安全地交到正確的家人手里呢？本文介紹一個高安全系數(shù)的學生接送系統(tǒng)，供參考。

一、家長接學生存在的安全問題分析

為了實現(xiàn)將學生安全地交到正確的家人手里，應有一個智能系統(tǒng)來自動、正確地識別鑒定家人，避免人工失誤等上文所述三種方式分別存在的問題。家長（本文中的“家長”，指的是學生的法定監(jiān)護人以及由法定監(jiān)護人書面指定、有權接走孩子的其他人員）接學生實際涉及兩種場景，一種是家長到校門口接學生，另一種是家長到校車下客處接學生。

二、解決方案設計與實現(xiàn)

1.功能實現(xiàn)

（1）家長信息提前錄入系統(tǒng)。學校管理員在系統(tǒng)后臺將家長人臉等身份信息錄入系統(tǒng)并與對應的學生綁定。

（2）家長通過身份鑒定準確后對應的學生才能被放行。本功能主要采用人臉識別技術實現(xiàn)。人臉識別技術屬于運用比較、分析的一類計算機技術，它能夠對人臉數(shù)據(jù)進行偵測、追蹤，并自動對影像進行調整。人臉識別技術是一種識別生物特征的技術，即根據(jù)人自身生物特征對每一個個體加以區(qū)分。在校門、校車門區(qū)域適當?shù)攸c部署的人臉識別攝像機分別對家長、學生進行活體人臉識別并將數(shù)據(jù)傳到學校綜合安防平臺，確定家長和學生的真實身份后，與系統(tǒng)聯(lián)動的校門、校車門自動打開放行。

①家長到校門口接學生過程。家長來到校門外通過活體人臉識別后進入家長等候區(qū)，校門內側大屏按班級實時顯示家長已到位的學生姓名（對重名的學生外加顯示學號），學生從大屏得知自己家長已到家長等候區(qū)后可直接從出口通道經(jīng)活體人臉識別出校門到家長等候區(qū)域與家長會合。如家長臨時有事離開家長等候區(qū)，必經(jīng)過等候區(qū)出口的人臉識別攝像機，該攝像機將識別信號傳回學校綜合安防平臺，那么校門內側大屏將同步信息，不再顯示該家長對應的學生名字。

②家長到校車門口接學生過程。家長來到校車門外通過活體人臉識別后，校車內顯示屏按班級實時顯示家長已到位的學生姓名（對重名的學生外加顯示學號），相應的學生可經(jīng)活體人臉識別走出由系統(tǒng)聯(lián)動打開的車門。

（3）如果家長不到場的學生跟隨其他有家長接的同學進入出口通道，通道中的紅外探測器與校門開關門信號配合將檢測、判斷出超過一人在通道中，立即觸發(fā)報警，以便安保人員及時進行干預。

（4）允許高年級學生在指定時間段內自行出校門。學校管理員在學校綜合安防平臺管理界面進行配置，允許指定學生或指定年級的學生在指定時間段內可自行通過活體人臉識別出校門。

（5）平臺保留至少一年的全程詳細記錄。平臺配置足夠存儲空間的存儲設備，支持家長到學校、校車下客處接學生，以及高年級學生自行出校門的全程音視頻錄像、活動軌跡、開門等一系列信息和動作記錄，能實時存檔并支持一年內可查。另外，校車要同時配備三張不同運營商的5G數(shù)據(jù)卡（以聚合上網(wǎng)方式提高帶寬和可靠性，5G數(shù)據(jù)卡亦兼容4G基站信號以便5G信號覆蓋不足區(qū)域可自動切換到4G信號連接互聯(lián)網(wǎng)），用于傳輸車內實時視頻到學校綜合安防平臺進行計算和存儲，并傳輸學校綜合安防平臺下發(fā)給校車的指令，亦可供家長、學校相關人員通過手機進行實時查看校車監(jiān)控畫面，以掌握學生安全狀態(tài)。

2.系統(tǒng)組成

與家長到校門口接學生、家長到校車下客處接學生這兩種場景相對應，學生接送系統(tǒng)由家長到校接送子系統(tǒng)和家長到車接送子系統(tǒng)組成。

3.家長到校接送子系統(tǒng)

（1）家長到校接送子系統(tǒng)主要功能。學校管理員登錄學校綜合安防平臺管理端，將學生和家長人像進行匹配綁定。校門區(qū)域適當?shù)攸c部署的人臉識別攝像機分別對家長、學生進行活體人臉識別并將數(shù)據(jù)傳到學校綜合安防平臺，確定家長和學生的真實身份后，與系統(tǒng)聯(lián)動的校門自動打開對學生放行。避免家長不到場的學生跟隨其他同學出校門。允許高年級學生在指定時間段內自行出校門。

（2）家長到校接送子系統(tǒng)架構。家長到校接送子系統(tǒng)由安防指揮中心設備和校門區(qū)域設備互聯(lián)組成。其中安防指揮中心主要由學校綜合安防平臺、存儲設備連接到核心交換機。校門區(qū)域由攝像機、顯示屏、聯(lián)動校門、紅外探測器連接到接入交換機。

（3）家長到校接送子系統(tǒng)設備部署。部署3臺人臉識別攝像機、2臺視頻監(jiān)控攝像機、2塊顯示屏、1臺紅外探測器，均連接到交換機，與學校綜合安防平臺進行交互。

①人臉識別攝像機。部署3臺人臉識別攝像機，其中2臺分別部署在家長等候區(qū)的出入口，用于對家長進行活體人臉識別，進而對家長進行身份鑒定；另外1臺部署在校門內側，用于對學生進行活體人臉識別，并與校門聯(lián)動，匹配到與家長對應的學生后放行這名學生。

②視頻監(jiān)控攝像機。視頻監(jiān)控攝像機負責采集家長接學生的全過程音視頻信息，并傳輸回學校綜合安防平臺、存儲設備進行處理、存儲。

③顯示屏。部署2塊顯示屏于校門內側，用于實時顯示家長已到位的學生信息和跟隨同學出校門的學生信息。

④紅外探測器。與校門開關信號聯(lián)動配合，用于檢測、判斷學生離校通道中只能同時存在兩個人，如存在學生和其對應接送的家長之外的人員則觸發(fā)報警，以便安保人員干預。

4.家長到校車門口接學生

（1）家長到車接送子系統(tǒng)主要功能。實現(xiàn)家長精準接學生、校車全方位視頻監(jiān)控、司機的行為分析預警、家長和學校可實時查看全路程校車監(jiān)控畫面。

（2）家長到車接送子系統(tǒng)架構。車載主機作為中心設備，連接人臉識別攝像機、司機人臉檢測相機（內置駕駛行為分析儀）、視頻監(jiān)控攝像機、聯(lián)動車門和顯示屏。車載主機通過5G/4G網(wǎng)絡和學校綜合安防平臺（安防指揮中心）連接。

（3）家長到車接送子系統(tǒng)設備部署。部署2臺人臉識別攝像機、1臺司機人臉檢測相機（內置駕駛行為分析儀）、5臺視頻監(jiān)控攝像機、1個聯(lián)動車門和1塊顯示屏。

①人臉識別攝像機。人臉識別攝像機1鏡頭面向車門外側，用于對家長進行身份鑒定；人臉識別攝像機2鏡頭面向車門內側，用于對車內學生進行身份鑒定。

②司機人臉檢測相機。部署1臺司機人臉檢測相機于車廂前部的車內頂板，鏡頭面向司機，主要拍攝司機駕駛情況，對司機面部行為進行采集。內置的司機駕駛行為分析儀對司機的面部行為進行分析，對駕駛員疲勞駕駛、打電話、抽煙、不目視前方等危險情況進行預警，預警信息實時傳回學校安全指揮中心。

③視頻監(jiān)控攝像機。視頻監(jiān)控攝像機主要負責全程采集車內外的音視頻信息。要求攝像機的覆蓋范圍要到達95%以上。部署5臺視頻監(jiān)控攝像機：車前攝像機（1號攝像機）：位于在汽車擋風玻璃后面車內天花板或儀表板上，鏡頭朝前，用于拍攝前方道路狀況、行車標志信息、紅綠燈等，有利于提高駕駛員的交通規(guī)則意識，保障行車安全。車門攝像機（2號攝像機）：位于駕駛座后方的車內頂板，鏡頭朝向車門，拍攝記錄學生上車、下車情況。車廂攝像機（3、4號攝像機）：位于車廂前部天花板，鏡頭向后朝向，可基本拍攝到車內的所有位置，拍攝記錄學生行為。車廂外攝像機（5號攝像機）：安裝于校車門外，鏡頭朝家長，用于記錄家長接送學生的情況。

車載主機。校車所有攝像機采集的視頻圖像聲音通過網(wǎng)線傳輸?shù)杰囕d主機，車載主機將視頻圖像聲音以及內置GPS模塊采集到的GPS信息，通過5G/4G網(wǎng)絡實時傳輸回學校綜合安防平臺及其存儲設備進行相應的處理、存儲。同時車載主機也存儲一份視頻圖像聲音和GPS信息。所有攝像機由車載主機通過網(wǎng)線進行POE供電。

顯示屏。部署1塊顯示屏于校車門內側，用于實時顯示家長已到位的學生信息。

5.特殊情況處理

如出現(xiàn)個別人臉識別失敗情況，校門區(qū)域安保人員、校車內管理人員將及時進行人工處理。

三、本系統(tǒng)在信息科技學科教學上的應用

1.信息隱私與安全

系統(tǒng)功能本身決定了需要采集、存儲學生和家長的頭像照片、監(jiān)控視頻，而這些信息屬于個人隱私信息，其信息安全保護應被高度重視。我國擁有自主可控的核心技術，為信息安全保護提供了堅實的基礎。信息科技學科教師可以結合本系統(tǒng)設計“信息隱私與安全”模塊的教學資源，在教學過程中闡明保障個人信息安全的重要意義，讓學生養(yǎng)成保護個人信息的好習慣和掌握自主可控核心技術的意識，從而培養(yǎng)學生的信息意識核心素養(yǎng)。

2.數(shù)據(jù)與編碼

本系統(tǒng)采集的學生和家長的頭像照片、監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)，經(jīng)過編碼后被數(shù)字設備傳輸、處理和存儲。信息科技學科教師可以結合本系統(tǒng)設計“數(shù)據(jù)與編碼”模塊的教學資源，通過教學使學生認識數(shù)據(jù)在信息社會中的重要作用；讓學生了解編碼的應用，認識數(shù)據(jù)編碼的目的，體驗信息存儲和傳輸過程中所必須的編碼和解碼步驟；闡明數(shù)據(jù)編碼讓信息得以有效利用的意義，培養(yǎng)學生利用信息科技解決問題的能力，從而培養(yǎng)學生的數(shù)字化學習與創(chuàng)新核心素養(yǎng)。

3.身邊的算法

本系統(tǒng)的人臉識別攝像機對家長、學生進行活體人臉識別并將數(shù)據(jù)傳到學校綜合安防平臺，學校綜合安防平臺將該數(shù)據(jù)與已存儲的頭像數(shù)據(jù)進行比對來判斷是否是本人，采用了分支結構的算法。信息科技學科教師可以結合本系統(tǒng)設計“身邊的算法”模塊的教學資源，通過教學使學生了解利用算法求解問題的基本方式，培養(yǎng)學生初步運用算法思維的習慣，形成設計與分析簡單算法的能力，從而培養(yǎng)學生的計算思維核心素養(yǎng)。

4.過程與控制

本系統(tǒng)的人臉識別攝像機對家長、學生進行活體人臉識別并將數(shù)據(jù)作為整個系統(tǒng)的輸入，數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中經(jīng)過計算后生成相應的工作指令，門禁按照工作指令進行開關門動作。整個系統(tǒng)的工作過程包含輸入、計算、輸出三個環(huán)節(jié)。信息科技學科教師可以結合本系統(tǒng)設計“過程與控制”模塊的教學資源，通過教學幫助學生了解過程與控制的特征和實現(xiàn)方式，掌握利用計算機解決問題的方法，進一步認識過程與控制自身的特點和規(guī)律，從而培養(yǎng)學生的計算思維、數(shù)字化學習與創(chuàng)新核心素養(yǎng)。

5.互聯(lián)網(wǎng)應用與創(chuàng)新

本系統(tǒng)的攝像機、門禁、顯示屏、交換機、服務器、存儲設備等設備均通過IP網(wǎng)絡進行互聯(lián)互通，涉及系統(tǒng)架構圖、網(wǎng)絡拓撲圖、IP地址規(guī)劃、VLAN規(guī)劃、路由規(guī)劃等網(wǎng)絡設計和部署信息資源。信息科技學科教師可以結合本系統(tǒng)設計“互聯(lián)網(wǎng)應用與創(chuàng)新”模塊的教學資源，通過教學使學生初步了解互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議、計算機網(wǎng)絡，知道網(wǎng)絡中數(shù)據(jù)的編碼、傳輸和呈現(xiàn)的原理，并通過知識遷移理解生活中其他涉及網(wǎng)絡的應用場景的工作原理，從而培養(yǎng)學生的數(shù)字化學習與創(chuàng)新核心素養(yǎng)。

6.物聯(lián)網(wǎng)實踐與探索

本系統(tǒng)的攝像機、門禁、顯示屏、交換機、服務器等設備均被配置了唯一的IP地址，通過IP網(wǎng)絡進行互聯(lián)互通，并由統(tǒng)一的網(wǎng)管后臺進行管理，涵蓋了物聯(lián)網(wǎng)架構中的感知層、網(wǎng)絡層、應用層，組成了典型的物聯(lián)網(wǎng)。信息科技學科教師可以結合本系統(tǒng)設計“物聯(lián)網(wǎng)實踐與探索”模塊的教學資源，通過教學使學生了解物聯(lián)網(wǎng)是連接物理世界和數(shù)字世界的紐帶和媒介，了解物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)的異同、典型物聯(lián)網(wǎng)應用的特點，能設計并實現(xiàn)具有簡單物聯(lián)功能的數(shù)字系統(tǒng)，從而培養(yǎng)學生的數(shù)字化學習與創(chuàng)新核心素養(yǎng)。

7.人工智能

本系統(tǒng)的人臉識別功能采用的是人工智能中的模式識別技術。信息科技學科教師可以結合本系統(tǒng)設計“人工智能”模塊的教學資源，通過教學使學生了解本系統(tǒng)中基于人工智能的人臉識別工作原理，了解人工智能的基本特征及所依賴的數(shù)據(jù)、算法和算力三大技術基礎，了解人工智能帶來的倫理和安全挑戰(zhàn)，從而培養(yǎng)學生的數(shù)字化學習與創(chuàng)新、信息社會責任核心素養(yǎng)。

經(jīng)過精心設計部署符合實際需求的學校信息系統(tǒng)能夠有力提升學校安全、學校管理等方面的效率和質量。同時，學校的這些信息系統(tǒng)給信息技術學科提供了豐富的“身邊”教學資源，信息技術學科教師可就近取材，經(jīng)過合理篩選后用于學科教學，促進學生信息科技核心素養(yǎng)的提升。

【參考文獻】

[1]李伶俐，余永佳.淺談人臉識別技術的研究與應用[J].數(shù)碼世界，2019（6）.