（一） 項(xiàng)目簡(jiǎn)介
近些年來(lái)，隨著汽車數(shù)量的增加，與之相關(guān)的事故新聞也越來(lái)越多，經(jīng)常有小孩甚至大人因滯留在車內(nèi)而窒息死亡的事件發(fā)生，尤其是在冬夏兩季，有些車主開(kāi)著空調(diào)冷氣或者暖氣在車?yán)镄菹?，結(jié)果發(fā)生空調(diào)車內(nèi)一氧化碳中毒或窒息死亡的事故，一睡就沒(méi)有再醒過(guò)來(lái)。尤其在2018年夏季，發(fā)生嬰兒滯留車內(nèi)導(dǎo)致窒息死亡的事件十余起。慘痛事件的頻繁發(fā)生，而同時(shí)相關(guān)應(yīng)急措施的缺乏，已日益成為影響公共安全的一個(gè)痛點(diǎn)問(wèn)題
本項(xiàng)目——汽車滯留兒童險(xiǎn)情預(yù)警系統(tǒng)，針對(duì)解決車內(nèi)滯留兒童導(dǎo)致意外發(fā)生的痛點(diǎn)，采用環(huán)境感知、云計(jì)算技術(shù)、智能處理等先進(jìn)技術(shù)，構(gòu)建包含事件預(yù)警、狀態(tài)實(shí)時(shí)跟蹤、現(xiàn)場(chǎng)或遠(yuǎn)程智能報(bào)警等關(guān)鍵功能的解決方案。該系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集與傳輸、邊緣智能處理、人臉識(shí)別、云端數(shù)據(jù)協(xié)同、分級(jí)智能預(yù)警等功能模塊。
（二） 研究目的
通過(guò)本系統(tǒng)的構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)汽車密閉環(huán)境下空氣中二氧化碳濃度、溫度、人體的狀態(tài)監(jiān)測(cè)，結(jié)合關(guān)鍵智能技術(shù)，進(jìn)行意外事件可能發(fā)生的判斷，針對(duì)可能出現(xiàn)的險(xiǎn)情，通過(guò)APP、短信等多種方式，進(jìn)行智能的預(yù)警處理，有效杜絕車內(nèi)意外事件的發(fā)生。
（三） 研究?jī)?nèi)容
（1） 系統(tǒng)架構(gòu)
圖1.系統(tǒng)總體架構(gòu)圖
系統(tǒng)總體架構(gòu)圖如上所示，包括數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)采集、分級(jí)預(yù)警三大模塊
（2） 數(shù)據(jù)采集模塊
采集模塊包括傳感器模塊、報(bào)警單元、溫度監(jiān)測(cè)模塊、紅外監(jiān)測(cè)模塊、溫度監(jiān)測(cè)模塊。當(dāng)汽車停車及車門關(guān)閉后，紅外傳感器將對(duì)車內(nèi)的紅外信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)并將監(jiān)測(cè)所得的信息傳送至控制單元，主開(kāi)發(fā)板，若測(cè)得車內(nèi)有人的話，則氣體濃度傳感器和進(jìn)行監(jiān)測(cè)并將監(jiān)測(cè)所得的信息傳送至主開(kāi)發(fā)板，而溫度傳感器則對(duì)汽車內(nèi)的溫度信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)并將監(jiān)測(cè)所得的信息傳送至主開(kāi)發(fā)板芯片?？刂茊卧鶕?jù)各種傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，當(dāng)達(dá)到設(shè)定的報(bào)警條件時(shí)，觸發(fā)車內(nèi)報(bào)警系統(tǒng)并立即進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警，同時(shí)將報(bào)警信息遠(yuǎn)程發(fā)送答車主手機(jī)APP，車主確認(rèn)收到信息后報(bào)警系統(tǒng)關(guān)閉。數(shù)據(jù)采集與傳輸過(guò)程見(jiàn)圖2.
圖2.數(shù)據(jù)采集與傳輸
（3） 數(shù)據(jù)處理模塊
主控芯片接收所有傳感器傳輸來(lái)的數(shù)據(jù)并處理，判斷人體是否存在，溫度是否過(guò)高，二氧化碳濃度是否過(guò)高，并將分析后的數(shù)據(jù)通過(guò)通信模塊傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫(kù)，用戶APP聯(lián)網(wǎng)調(diào)取數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理分析整合。在云服務(wù)器建立本項(xiàng)目的數(shù)據(jù)庫(kù)，主控模塊將各傳感器采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，通過(guò)通信模塊發(fā)送到云服務(wù)器，存儲(chǔ)在云數(shù)據(jù)庫(kù)中，詳見(jiàn)圖3。
圖3.云數(shù)據(jù)存儲(chǔ)
（4） 分級(jí)預(yù)警模塊
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的采集信息（詳見(jiàn)圖4），進(jìn)行智能處理與判斷，實(shí)現(xiàn)多級(jí)預(yù)警的機(jī)制（圖5所示）。
  
圖4.現(xiàn)場(chǎng)信息展示
圖5. 分級(jí)預(yù)警示意圖
（四） 國(guó)、內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展動(dòng)態(tài)
從市場(chǎng)層面來(lái)看，有關(guān)車內(nèi)窒息事件比較完善的解決方案并沒(méi)有出現(xiàn)，多數(shù)廠商考慮到綜合利益對(duì)此沒(méi)有什么作為，只是把這種事件當(dāng)做個(gè)案忽略。專業(yè)研究人員也沒(méi)有真正開(kāi)發(fā)出能夠比較全面、完美地解決這種類事件的項(xiàng)目。
（五） 創(chuàng)新點(diǎn)與項(xiàng)目特色
創(chuàng)新點(diǎn)：
1. 系統(tǒng)關(guān)鍵處理機(jī)制如socket模塊，web后臺(tái)模塊，數(shù)據(jù)庫(kù)模塊，采取分布式的方式，讓功能職責(zé)清晰明了，降低云平臺(tái)系統(tǒng)的耦合性。進(jìn)而加強(qiáng)系統(tǒng)性能的提升和系統(tǒng)的穩(wěn)定。
2. 后臺(tái)數(shù)據(jù)處理：云平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以在接收數(shù)據(jù)后及時(shí)處理數(shù)據(jù)并發(fā)送給用戶，降低了數(shù)據(jù)從檢測(cè)的數(shù)據(jù)的時(shí)間延遲。
3. 用戶APP：將數(shù)據(jù)以分級(jí)形式展示，使用戶既能直觀感受也能 詳細(xì)數(shù)據(jù).
4. 邊緣智能處理，計(jì)算個(gè)體參數(shù)，自動(dòng)調(diào)整預(yù)警條件，提供個(gè)性化服務(wù)
5. 人臉識(shí)別技術(shù)，配合紅外，使對(duì)報(bào)警條件的判斷更加準(zhǔn)確。
項(xiàng)目特色：
1. 系統(tǒng)成本：成本低，使用簡(jiǎn)單、方便，體積小，不占用車內(nèi)過(guò)多空間，只要將系統(tǒng)安裝在車內(nèi)合適位置即可工作。
2. 系統(tǒng)合理性：系統(tǒng)通過(guò)軟硬件結(jié)合，遠(yuǎn)程和現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警結(jié)合，實(shí)現(xiàn)車內(nèi)滯留兒童防窒息預(yù)警的功能，具有一定的合理性。
3. 系統(tǒng)及時(shí)性：硬件收集到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送到云服務(wù)器上。
4. 系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)價(jià)值：系統(tǒng)應(yīng)用前景廣，同類型產(chǎn)品少，能夠市場(chǎng)化產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
5. 系統(tǒng)實(shí)用價(jià)值：系統(tǒng)設(shè)計(jì)目的明確，功能實(shí)現(xiàn)可靠，具有較高實(shí)用價(jià)值。
（六） 技術(shù)路線、擬解決的問(wèn)題及預(yù)期成果
項(xiàng)目的技術(shù)路線
一、 技術(shù)路線
在開(kāi)發(fā)中，將本系統(tǒng)劃分為硬件部分，用戶APP部分以及云服務(wù)器部分。其中硬件部分包含了感知層，控制層和傳輸層的功能，在主控芯片STM32F103C8T6的控制下，各傳感器收集采集到的數(shù)據(jù)并經(jīng)過(guò)處理后通過(guò)GPRS模塊傳輸?shù)皆品?wù)器數(shù)據(jù)層。APP從數(shù)據(jù)庫(kù)獲取數(shù)據(jù)并展示給用戶。主要技術(shù)包括：
（1） 云服務(wù)器
采用阿里云服務(wù)器并使用CentOS 7.3版Linux系統(tǒng)。采用Mysql作為云服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)。用Anaconda作為Python的環(huán)境管理器，使用Python作為服務(wù)器端的編寫語(yǔ)言，采用最新的Python3.7版本，使用Pycharm作為編譯器。利用socket與硬件、客戶端進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
（2） GPRS模塊
對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析與編碼的轉(zhuǎn)換是算法的難點(diǎn)之一。我們將在程序的開(kāi)始對(duì)該模塊進(jìn)行初始化:首先需要注冊(cè)GPRS網(wǎng)絡(luò)，然后是查詢IP狀態(tài)，下面以發(fā)送GPRS數(shù)據(jù)為例說(shuō)明一下該模塊的工作流程，其工作流程如圖再配置場(chǎng)景，然后需要激活上下文，最后才能與服務(wù)器建立連接。下面以發(fā)送GPRS數(shù)據(jù)為例說(shuō)明一下該模塊的工作流程，其工作流程如圖所示：
圖6.數(shù)據(jù)傳輸流程
后臺(tái)將不間斷監(jiān)聽(tīng)硬件端發(fā)送的數(shù)據(jù)，解析后做初步的處理。并將處理結(jié)果存入基本數(shù)據(jù)庫(kù)，留待其他進(jìn)程處理。
（3）用戶APP
用戶APP主要功能分為兩個(gè)模塊，分別是車內(nèi)實(shí)時(shí)信息顯示，報(bào)警通知。其工作流程如圖下所示。當(dāng)使用者打開(kāi)用戶APP后會(huì)顯示歡迎界面，之后用戶進(jìn)行登錄，輸入賬號(hào)和密碼，登錄成功后，便可進(jìn)行信息查看。在APP中用戶可查看到車內(nèi)實(shí)時(shí)環(huán)境信息，若有人員在車內(nèi)且車內(nèi)環(huán)境狀況不佳，APP則會(huì)發(fā)出報(bào)警通知。
圖7.APP工作流程圖
二、擬解決問(wèn)題
1、 相關(guān)硬件配置的設(shè)置及連接：傳感器、通信模塊的配置，如果配置出現(xiàn)問(wèn)題，影響基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的檢測(cè)，進(jìn)而影響相關(guān)預(yù)警。
2、 云平臺(tái)及數(shù)據(jù)庫(kù)配置問(wèn)題：如果云平臺(tái)及數(shù)據(jù)庫(kù)優(yōu)化不足，導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸延遲加大，將會(huì)影響到系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。
3、 APP相關(guān)的開(kāi)發(fā)：APP應(yīng)要簡(jiǎn)介易用，主要數(shù)據(jù)要最先被發(fā)現(xiàn)，相關(guān)重要數(shù)據(jù)不能間接顯示。
4、 后端管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)：后端要保證實(shí)時(shí)接收通信模塊傳輸?shù)臄?shù)據(jù)并發(fā)送出去，及時(shí)響應(yīng)請(qǐng)求。隨著用戶設(shè)備的增多，對(duì)云平臺(tái)的收發(fā)要求都會(huì)加大，要及時(shí)維護(hù)或增加后臺(tái)的運(yùn)行能力，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
三、預(yù)期成果
（1）開(kāi)發(fā)出基本實(shí)用的險(xiǎn)情預(yù)警系統(tǒng)；
（2）參加省級(jí)以上學(xué)科競(jìng)賽并爭(zhēng)取獲獎(jiǎng)2項(xiàng)以上；
（3）申請(qǐng)軟件著作權(quán)1項(xiàng)以上；
（4）培養(yǎng)硬件開(kāi)發(fā)人員2-3人，軟件開(kāi)發(fā)人員1-2名；
（5）撰寫并提交項(xiàng)目研究總結(jié)報(bào)告。
（七） 已有基礎(chǔ)
1. 與本項(xiàng)目有關(guān)的研究積累和已取得的成績(jī)
已有的研究積累是實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)功能，包括數(shù)據(jù)傳輸、云平臺(tái)接收并發(fā)送給用戶APP，用戶APP根據(jù)接收數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)警判斷并報(bào)警。 
圖8 作品成果圖
圖9 工作流程圖
   
圖10. APP主要功能圖
用戶進(jìn)入APP后可以查看相關(guān)數(shù)據(jù)并進(jìn)一步查看數(shù)據(jù)曲線：
圖11. APP數(shù)據(jù)展示
已獲得的成績(jī)：
長(zhǎng)沙理工大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)校賽一等獎(jiǎng)
湖南省（第二屆）大學(xué)生物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)競(jìng)賽一等獎(jiǎng)
2. 已具備的條件，尚缺少的條件及解決方法
系統(tǒng)依托學(xué)院的學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行開(kāi)發(fā)，實(shí)驗(yàn)室具備研發(fā)多個(gè)數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)的基本條件；通過(guò)學(xué)生賬號(hào)可申請(qǐng)阿里云的一般計(jì)算資源，可開(kāi)展原型系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與測(cè)試。為使得研發(fā)的系統(tǒng)原型進(jìn)一步成熟，需要一定的資金投入，實(shí)現(xiàn)采集節(jié)點(diǎn)的功能拓展、處理芯片升級(jí)及節(jié)點(diǎn)封裝，保證系統(tǒng)功能的穩(wěn)定及良好的外觀展示；同時(shí)需要租用相對(duì)高端的計(jì)算資源及開(kāi)發(fā)包，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的智能處理。
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