學(xué)生接送系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及在信息科技教學(xué)中的應(yīng)用

王顯宣

【摘要】從家長接學(xué)生安全現(xiàn)狀、問題分析、解決方案設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)等方面呈現(xiàn)一個(gè)高安全系數(shù)的學(xué)生接送系統(tǒng)，以期對(duì)小學(xué)、幼兒園單位的家長到校門口、到校車門口接學(xué)生這兩種場景對(duì)應(yīng)的安全智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)提供參考。

【關(guān)鍵詞】學(xué)生接送；安全；人臉識(shí)別；信息科技

當(dāng)前，很多學(xué)校采用安保人員人工核對(duì)家長身份證后放行學(xué)生、直接讓學(xué)生和家長互認(rèn)、家長刷身份證接走學(xué)生等接送方式，而這些方式中，安保人員核對(duì)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(zé)任心，正確率和效率無法保證；采用讓學(xué)生和家長互認(rèn)的方式，存在兒童被不法分子拐走的風(fēng)險(xiǎn)；家長刷身份證領(lǐng)走學(xué)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(xué)生安全地交到正確的家人手里呢？本文介紹一個(gè)高安全系數(shù)的學(xué)生接送系統(tǒng)，供參考。

一、家長接學(xué)生存在的安全問題分析

為了實(shí)現(xiàn)將學(xué)生安全地交到正確的家人手里，應(yīng)有一個(gè)智能系統(tǒng)來自動(dòng)、正確地識(shí)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(xué)生的法定監(jiān)護(hù)人以及由法定監(jiān)護(hù)人書面指定、有權(quán)接走孩子的其他人員）接學(xué)生實(shí)際涉及兩種場景，一種是家長到校門口接學(xué)生，另一種是家長到校車下客處接學(xué)生。

二、解決方案設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1.功能實(shí)現(xiàn)

（1）家長信息提前錄入系統(tǒng)。學(xué)校管理員在系統(tǒng)后臺(tái)將家長人臉等身份信息錄入系統(tǒng)并與對(duì)應(yīng)的學(xué)生綁定。

（2）家長通過身份鑒定準(zhǔn)確后對(duì)應(yīng)的學(xué)生才能被放行。本功能主要采用人臉識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)。人臉識(shí)別技術(shù)屬于運(yùn)用比較、分析的一類計(jì)算機(jī)技術(shù)，它能夠?qū)θ四様?shù)據(jù)進(jìn)行偵測(cè)、追蹤，并自動(dòng)對(duì)影像進(jìn)行調(diào)整。人臉識(shí)別技術(shù)是一種識(shí)別生物特征的技術(shù)，即根據(jù)人自身生物特征對(duì)每一個(gè)個(gè)體加以區(qū)分。在校門、校車門區(qū)域適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)部署的人臉識(shí)別攝像機(jī)分別對(duì)家長、學(xué)生進(jìn)行活體人臉識(shí)別并將數(shù)據(jù)傳到學(xué)校綜合安防平臺(tái)，確定家長和學(xué)生的真實(shí)身份后，與系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)的校門、校車門自動(dòng)打開放行。

①家長到校門口接學(xué)生過程。家長來到校門外通過活體人臉識(shí)別后進(jìn)入家長等候區(qū)，校門內(nèi)側(cè)大屏按班級(jí)實(shí)時(shí)顯示家長已到位的學(xué)生姓名（對(duì)重名的學(xué)生外加顯示學(xué)號(hào)），學(xué)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(shí)別出校門到家長等候區(qū)域與家長會(huì)合。如家長臨時(shí)有事離開家長等候區(qū)，必經(jīng)過等候區(qū)出口的人臉識(shí)別攝像機(jī)，該攝像機(jī)將識(shí)別信號(hào)傳回學(xué)校綜合安防平臺(tái)，那么校門內(nèi)側(cè)大屏將同步信息，不再顯示該家長對(duì)應(yīng)的學(xué)生名字。

②家長到校車門口接學(xué)生過程。家長來到校車門外通過活體人臉識(shí)別后，校車內(nèi)顯示屏按班級(jí)實(shí)時(shí)顯示家長已到位的學(xué)生姓名（對(duì)重名的學(xué)生外加顯示學(xué)號(hào)），相應(yīng)的學(xué)生可經(jīng)活體人臉識(shí)別走出由系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)打開的車門。

（3）如果家長不到場的學(xué)生跟隨其他有家長接的同學(xué)進(jìn)入出口通道，通道中的紅外探測(cè)器與校門開關(guān)門信號(hào)配合將檢測(cè)、判斷出超過一人在通道中，立即觸發(fā)報(bào)警，以便安保人員及時(shí)進(jìn)行干預(yù)。

（4）允許高年級(jí)學(xué)生在指定時(shí)間段內(nèi)自行出校門。學(xué)校管理員在學(xué)校綜合安防平臺(tái)管理界面進(jìn)行配置，允許指定學(xué)生或指定年級(jí)的學(xué)生在指定時(shí)間段內(nèi)可自行通過活體人臉識(shí)別出校門。

（5）平臺(tái)保留至少一年的全程詳細(xì)記錄。平臺(tái)配置足夠存儲(chǔ)空間的存儲(chǔ)設(shè)備，支持家長到學(xué)校、校車下客處接學(xué)生，以及高年級(jí)學(xué)生自行出校門的全程音視頻錄像、活動(dòng)軌跡、開門等一系列信息和動(dòng)作記錄，能實(shí)時(shí)存檔并支持一年內(nèi)可查。另外，校車要同時(shí)配備三張不同運(yùn)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(hào)以便5G信號(hào)覆蓋不足區(qū)域可自動(dòng)切換到4G信號(hào)連接互聯(lián)網(wǎng)），用于傳輸車內(nèi)實(shí)時(shí)視頻到學(xué)校綜合安防平臺(tái)進(jìn)行計(jì)算和存儲(chǔ)，并傳輸學(xué)校綜合安防平臺(tái)下發(fā)給校車的指令，亦可供家長、學(xué)校相關(guān)人員通過手機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)查看校車監(jiān)控畫面，以掌握學(xué)生安全狀態(tài)。

2.系統(tǒng)組成

與家長到校門口接學(xué)生、家長到校車下客處接學(xué)生這兩種場景相對(duì)應(yīng)，學(xué)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(xué)校管理員登錄學(xué)校綜合安防平臺(tái)管理端，將學(xué)生和家長人像進(jìn)行匹配綁定。校門區(qū)域適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)部署的人臉識(shí)別攝像機(jī)分別對(duì)家長、學(xué)生進(jìn)行活體人臉識(shí)別并將數(shù)據(jù)傳到學(xué)校綜合安防平臺(tái)，確定家長和學(xué)生的真實(shí)身份后，與系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)的校門自動(dòng)打開對(duì)學(xué)生放行。避免家長不到場的學(xué)生跟隨其他同學(xué)出校門。允許高年級(jí)學(xué)生在指定時(shí)間段內(nèi)自行出校門。

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

（3）家長到校接送子系統(tǒng)設(shè)備部署。部署3臺(tái)人臉識(shí)別攝像機(jī)、2臺(tái)視頻監(jiān)控?cái)z像機(jī)、2塊顯示屏、1臺(tái)紅外探測(cè)器，均連接到交換機(jī)，與學(xué)校綜合安防平臺(tái)進(jìn)行交互。

①人臉識(shí)別攝像機(jī)。部署3臺(tái)人臉識(shí)別攝像機(jī)，其中2臺(tái)分別部署在家長等候區(qū)的出入口，用于對(duì)家長進(jìn)行活體人臉識(shí)別，進(jìn)而對(duì)家長進(jìn)行身份鑒定；另外1臺(tái)部署在校門內(nèi)側(cè)，用于對(duì)學(xué)生進(jìn)行活體人臉識(shí)別，并與校門聯(lián)動(dòng)，匹配到與家長對(duì)應(yīng)的學(xué)生后放行這名學(xué)生。

②視頻監(jiān)控?cái)z像機(jī)。視頻監(jiān)控?cái)z像機(jī)負(fù)責(zé)采集家長接學(xué)生的全過程音視頻信息，并傳輸回學(xué)校綜合安防平臺(tái)、存儲(chǔ)設(shè)備進(jìn)行處理、存儲(chǔ)。

③顯示屏。部署2塊顯示屏于校門內(nèi)側(cè)，用于實(shí)時(shí)顯示家長已到位的學(xué)生信息和跟隨同學(xué)出校門的學(xué)生信息。

④紅外探測(cè)器。與校門開關(guān)信號(hào)聯(lián)動(dòng)配合，用于檢測(cè)、判斷學(xué)生離校通道中只能同時(shí)存在兩個(gè)人，如存在學(xué)生和其對(duì)應(yīng)接送的家長之外的人員則觸發(fā)報(bào)警，以便安保人員干預(yù)。

4.家長到校車門口接學(xué)生

（1）家長到車接送子系統(tǒng)主要功能。實(shí)現(xiàn)家長精準(zhǔn)接學(xué)生、校車全方位視頻監(jiān)控、司機(jī)的行為分析預(yù)警、家長和學(xué)校可實(shí)時(shí)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(gòu)。車載主機(jī)作為中心設(shè)備，連接人臉識(shí)別攝像機(jī)、司機(jī)人臉檢測(cè)相機(jī)（內(nèi)置駕駛行為分析儀）、視頻監(jiān)控?cái)z像機(jī)、聯(lián)動(dòng)車門和顯示屏。車載主機(jī)通過5G/4G網(wǎng)絡(luò)和學(xué)校綜合安防平臺(tái)（安防指揮中心）連接。

（3）家長到車接送子系統(tǒng)設(shè)備部署。部署2臺(tái)人臉識(shí)別攝像機(jī)、1臺(tái)司機(jī)人臉檢測(cè)相機(jī)（內(nèi)置駕駛行為分析儀）、5臺(tái)視頻監(jiān)控?cái)z像機(jī)、1個(gè)聯(lián)動(dòng)車門和1塊顯示屏。

①人臉識(shí)別攝像機(jī)。人臉識(shí)別攝像機(jī)1鏡頭面向車門外側(cè)，用于對(duì)家長進(jìn)行身份鑒定；人臉識(shí)別攝像機(jī)2鏡頭面向車門內(nèi)側(cè)，用于對(duì)車內(nèi)學(xué)生進(jìn)行身份鑒定。

②司機(jī)人臉檢測(cè)相機(jī)。部署1臺(tái)司機(jī)人臉檢測(cè)相機(jī)于車廂前部的車內(nèi)頂板，鏡頭面向司機(jī)，主要拍攝司機(jī)駕駛情況，對(duì)司機(jī)面部行為進(jìn)行采集。內(nèi)置的司機(jī)駕駛行為分析儀對(duì)司機(jī)的面部行為進(jìn)行分析，對(duì)駕駛員疲勞駕駛、打電話、抽煙、不目視前方等危險(xiǎn)情況進(jìn)行預(yù)警，預(yù)警信息實(shí)時(shí)傳回學(xué)校安全指揮中心。

③視頻監(jiān)控?cái)z像機(jī)。視頻監(jiān)控?cái)z像機(jī)主要負(fù)責(zé)全程采集車內(nèi)外的音視頻信息。要求攝像機(jī)的覆蓋范圍要到達(dá)95%以上。部署5臺(tái)視頻監(jiān)控?cái)z像機(jī)：車前攝像機(jī)（1號(hào)攝像機(jī)）：位于在汽車擋風(fēng)玻璃后面車內(nèi)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(biāo)志信息、紅綠燈等，有利于提高駕駛員的交通規(guī)則意識(shí)，保障行車安全。車門攝像機(jī)（2號(hào)攝像機(jī)）：位于駕駛座后方的車內(nèi)頂板，鏡頭朝向車門，拍攝記錄學(xué)生上車、下車情況。車廂攝像機(jī)（3、4號(hào)攝像機(jī)）：位于車廂前部天花板，鏡頭向后朝向，可基本拍攝到車內(nèi)的所有位置，拍攝記錄學(xué)生行為。車廂外攝像機(jī)（5號(hào)攝像機(jī)）：安裝于校車門外，鏡頭朝家長，用于記錄家長接送學(xué)生的情況。

車載主機(jī)。校車所有攝像機(jī)采集的視頻圖像聲音通過網(wǎng)線傳輸?shù)杰囕d主機(jī)，車載主機(jī)將視頻圖像聲音以及內(nèi)置GPS模塊采集到的GPS信息，通過5G/4G網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳輸回學(xué)校綜合安防平臺(tái)及其存儲(chǔ)設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的處理、存儲(chǔ)。同時(shí)車載主機(jī)也存儲(chǔ)一份視頻圖像聲音和GPS信息。所有攝像機(jī)由車載主機(jī)通過網(wǎng)線進(jìn)行POE供電。

顯示屏。部署1塊顯示屏于校車門內(nèi)側(cè)，用于實(shí)時(shí)顯示家長已到位的學(xué)生信息。

5.特殊情況處理

如出現(xiàn)個(gè)別人臉識(shí)別失敗情況，校門區(qū)域安保人員、校車內(nèi)管理人員將及時(shí)進(jìn)行人工處理。

三、本系統(tǒng)在信息科技學(xué)科教學(xué)上的應(yīng)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(chǔ)學(xué)生和家長的頭像照片、監(jiān)控視頻，而這些信息屬于個(gè)人隱私信息，其信息安全保護(hù)應(yīng)被高度重視。我國擁有自主可控的核心技術(shù)，為信息安全保護(hù)提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。信息科技學(xué)科教師可以結(jié)合本系統(tǒng)設(shè)計(jì)“信息隱私與安全”模塊的教學(xué)資源，在教學(xué)過程中闡明保障個(gè)人信息安全的重要意義，讓學(xué)生養(yǎng)成保護(hù)個(gè)人信息的好習(xí)慣和掌握自主可控核心技術(shù)的意識(shí)，從而培養(yǎng)學(xué)生的信息意識(shí)核心素養(yǎng)。

2.數(shù)據(jù)與編碼

本系統(tǒng)采集的學(xué)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(shè)備傳輸、處理和存儲(chǔ)。信息科技學(xué)科教師可以結(jié)合本系統(tǒng)設(shè)計(jì)“數(shù)據(jù)與編碼”模塊的教學(xué)資源，通過教學(xué)使學(xué)生認(rèn)識(shí)數(shù)據(jù)在信息社會(huì)中的重要作用；讓學(xué)生了解編碼的應(yīng)用，認(rèn)識(shí)數(shù)據(jù)編碼的目的，體驗(yàn)信息存儲(chǔ)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(xué)生利用信息科技解決問題的能力，從而培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新核心素養(yǎng)。

3.身邊的算法

本系統(tǒng)的人臉識(shí)別攝像機(jī)對(duì)家長、學(xué)生進(jìn)行活體人臉識(shí)別并將數(shù)據(jù)傳到學(xué)校綜合安防平臺(tái)，學(xué)校綜合安防平臺(tái)將該數(shù)據(jù)與已存儲(chǔ)的頭像數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)來判斷是否是本人，采用了分支結(jié)構(gòu)的算法。信息科技學(xué)科教師可以結(jié)合本系統(tǒng)設(shè)計(jì)“身邊的算法”模塊的教學(xué)資源，通過教學(xué)使學(xué)生了解利用算法求解問題的基本方式，培養(yǎng)學(xué)生初步運(yùn)用算法思維的習(xí)慣，形成設(shè)計(jì)與分析簡單算法的能力，從而培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維核心素養(yǎng)。

4.過程與控制

本系統(tǒng)的人臉識(shí)別攝像機(jī)對(duì)家長、學(xué)生進(jìn)行活體人臉識(shí)別并將數(shù)據(jù)作為整個(gè)系統(tǒng)的輸入，數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中經(jīng)過計(jì)算后生成相應(yīng)的工作指令，門禁按照工作指令進(jìn)行開關(guān)門動(dòng)作。整個(gè)系統(tǒng)的工作過程包含輸入、計(jì)算、輸出三個(gè)環(huán)節(jié)。信息科技學(xué)科教師可以結(jié)合本系統(tǒng)設(shè)計(jì)“過程與控制”模塊的教學(xué)資源，通過教學(xué)幫助學(xué)生了解過程與控制的特征和實(shí)現(xiàn)方式，掌握利用計(jì)算機(jī)解決問題的方法，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)過程與控制自身的特點(diǎn)和規(guī)律，從而培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新核心素養(yǎng)。

5.互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用與創(chuàng)新

本系統(tǒng)的攝像機(jī)、門禁、顯示屏、交換機(jī)、服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備等設(shè)備均通過IP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互聯(lián)互通，涉及系統(tǒng)架構(gòu)圖、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D、IP地址規(guī)劃、VLAN規(guī)劃、路由規(guī)劃等網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和部署信息資源。信息科技學(xué)科教師可以結(jié)合本系統(tǒng)設(shè)計(jì)“互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用與創(chuàng)新”模塊的教學(xué)資源，通過教學(xué)使學(xué)生初步了解互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，知道網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)的編碼、傳輸和呈現(xiàn)的原理，并通過知識(shí)遷移理解生活中其他涉及網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用場景的工作原理，從而培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新核心素養(yǎng)。

6.物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐與探索

本系統(tǒng)的攝像機(jī)、門禁、顯示屏、交換機(jī)、服務(wù)器等設(shè)備均被配置了唯一的IP地址，通過IP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互聯(lián)互通，并由統(tǒng)一的網(wǎng)管后臺(tái)進(jìn)行管理，涵蓋了物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)中的感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層，組成了典型的物聯(lián)網(wǎng)。信息科技學(xué)科教師可以結(jié)合本系統(tǒng)設(shè)計(jì)“物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐與探索”模塊的教學(xué)資源，通過教學(xué)使學(xué)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(yīng)用的特點(diǎn)，能設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)具有簡單物聯(lián)功能的數(shù)字系統(tǒng)，從而培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新核心素養(yǎng)。

7.人工智能

本系統(tǒng)的人臉識(shí)別功能采用的是人工智能中的模式識(shí)別技術(shù)。信息科技學(xué)科教師可以結(jié)合本系統(tǒng)設(shè)計(jì)“人工智能”模塊的教學(xué)資源，通過教學(xué)使學(xué)生了解本系統(tǒng)中基于人工智能的人臉識(shí)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(shù)基礎(chǔ)，了解人工智能帶來的倫理和安全挑戰(zhàn)，從而培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會(huì)責(zé)任核心素養(yǎng)。

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

【參考文獻(xiàn)】

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