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高二男生设计智能公交车&具有防夹人防逃票防拥挤功能
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原标题：高二男生设计智能公交车 具有防夹人防逃票防拥挤功能
　　公交车是人们日常生活中重要的交通工具，在方便人们出行的同时，却也带来了很多烦恼：车内乘客密度不均，人流拥挤在车门处，造成上下车困难；早晚高峰，司机、售票员应接不暇，逃票、漏票情况难以避免；车门突然关闭，造成的伤人、夹人事件时有发生……
　　在前不久举办的北京市中小学生创客秀上，来自大兴八中高二（1）班的两名男生王鑫宇、王子敬展示了他们为解决上述问题特别设计的智能新型公交车，引起了大家的关注。目前，这个创新作品已在青少年科技创新大赛和金鹏论坛上分别获得了大兴区一等奖，两名高中生正在为参加市级比赛做准备。
　　让有限的空间承载更多的人
　　根据对现有情况的调查和分析，王鑫宇和王子敬总结出现行的公交车有3个有待改进的地方：第一，解决公交车车门夹人的问题，“我们需要设计一套智能防夹人的系统”；第二，解决车体内空间利用的问题，“让有限的空间能够承载更多的人，并提高乘车人的舒适感”；第三，设计一套可以自动统计人数的系统，既可以统计上下车的人数，防止逃票、漏票的现象，还可以记录车内总人数，减少超载的几率，提高行车的安全性。
　　那么，他们设计的智能公交车是如何实现“防夹人”功能的呢？王鑫宇解释，在智能公交车的车门处，安装有一个光电传感器，用来感应上下车的乘客，再由单片机作为主控，“在感应到乘客时，会自动控制车门的开闭”。此外，传感器连接着位于车头处的发光二极管，当感应到车门处有人的情况，车头的警示灯会自动点亮，提醒司机注意车门位置的情况。
　　为解决车体内空间利用的问题，两个男生也是颇费了一番心思。怎样才能让拥挤在车门处的人群均匀地分布在车内各处呢？他们决定将车门由两个变为4个，这样乘客上下车更加便捷，运输效率得到了提高，人流的压力也就得到了缓解。“最开始，为了实现分流，我们根据车门的位置，把公交车内部的空间分成了4个封闭的区域，但考虑到这样的划分太过死板，我们还是放弃了这个想法。”不能封闭各个区域之间的连接，男生们又想到利用座椅位置的排布来实现分流，“车内座位的布局变成横向，每个车门对应两排座椅”，根据调查，现有公交车（单机车）内座位最多有30个，而这样设计车内的座位是35个，比一般公交车多了约15%的座位，乘客的站立面积也对应提高了大约1平方米左右，提升了车内空间的利用率。
　　统计车内上下人数和防止逃票的功能则是由两块单片机、一个触控传感器、一个光电反射传感器和一个对射传感器共同作用完成的。“一个传感器感应上车乘客，一个传感器感应下车乘客，一个传感器感应刷卡和投币的情况，当上下车人数统计和投币人数不一致时，警报就会自动响起，提醒乘客自觉刷卡，从而避免了乘客逃票的情况发生。”这种设计同时也节约了人力，不再需要每个车门都配有一个售票员。另外，单片机则记录上下车人数的统计结果，提醒司机控制车载乘客的总量，防止超载情况的发生，提高行车安全。
　　克服传感器抗干扰差的难题
　　从高一开学，到高二前的暑假，这个智能公交车的制作经历了大半年时间。其间，两名男生克服了不少困难。王鑫宇介绍，在传感器的选择上，他们就颇费了一番心思。由于智能公交车的防夹人系统检测部分要实现判断车门处有没有乘客，他们根据所学的知识率先想到的就是利用红外传感器来实现这个功能，分别把发射部分和接收部分安装到车门处的两端。“起初，我们选用普通的红外传感器制作模型，但演示和测试的效果并不好。”测试中，他们发现这种传感器抗干扰能力很差，会受到太阳光和热光源的影响，变得不敏感，甚至做出错误的判断。此外，在制作模型的过程中，他们也发现红外对射传感器的一端很难固定在车体上，而且位置不准确，检测效果不好。后来在指导老师刘维维的启发下，经过多次测试，他们决定改用光电反射传感器，“这样才彻底解决了抗干扰的问题，而且只需要使用一个传感器安装在车门位置即可，只要有人或者物体遮挡，传感器就可以检测到信号，检验效果很好。”
　　而在实现人数统计的功能时，男生们也遇到了困难，“怎样利用传感器辨别出上下车的乘客，这是个问题。”他们最初设计使用一个光电传感器来实现人数统计的功能，但在试验中发现，单一的传感器并不能分辨出车门处感应到的乘客是上车还是下车，这对后续的人数统计带来了很大的困难。经过反复思考，男生们想到可以通过两个光电传感器同时判断来解决这个问题。“在车门内外依次安装两个传感器，当一个乘客经过传感器的顺序是先内后外时，说明他是一位下车的乘客；当经过顺序为先外后内时，则是一位上车的乘客。”这样，上下车乘客的判别问题就迎刃而解了，“上车加一，下车减一，这样系统就可以记录每个车门处上下车的人数，实现人数统计了。”
　　小科技迷还曾发明智能盲杖
　　大兴八中是科技特色示范校，从初中起就在这儿上学的王鑫宇一直都是个小科技迷。在他上科技创新校本课的实验教室里，王鑫宇给记者展示了他自初中以来参与制作的各种创新发明作品。智能停车场可实现停车数量、剩余车位的统计和提示，“在无空位的情况下，停车场亮起红色的提示灯，且‘只进不出’。有车位时，可以通过传感器和指示灯连接自动引导车辆开往空车位。”智能盲杖则通过高低位置不同的传感器的分布，与位于手柄处舵机的连接，可以提示使用者注意避开高低不同的障碍物，“盲杖上的警示灯在光线昏暗时也会自动亮起，提示行人注意主动避让”……
　　针对这一次发明、制作的智能公交车，王鑫宇认为还有不少亟待改进之处，毕竟目前的试验都是在考虑理想条件的情况下进行的。如果考虑到老年人及儿童等不需要购票的群体，防逃票的系统则需要重新设计和排布；如果同时有四五名上下车乘客经过传感器前，传感器能不能敏感地完成反应、统计的过程……这些都是他们仍在探索和试图解决的问题。
　　“首先我们打算在公交车的外部安装一个LED的光屏，提示等车的行人车内的人数情况。同时，通过光屏颜色的变化起到警示的作用：当车内满员时，光屏显示红色；车内人数较多时，则显示黄色；如果环境较为宽松，显示绿色。这样可以提醒等车乘客，根据自己的出行情况和车内人数的情况选择是否上车。”这项改良功能，他们打算在即将到来的寒假实现。（孙乐琪 文并图）
(责编：李依环(实习生)、林露)
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优质期刊推荐教室的室内定位系统的设计与开发--《华东师范大学》2013年硕士论文
教室的室内定位系统的设计与开发
【摘要】：目前,室内定位技术对于一些特定场合的实用性和必要性日益显著。针对定位精度、时间以及环境等条件限制,相关研究人员提出了很多室内定位技术解决方案,如红外线、超声波、蓝牙、射频识别、超宽带、ZigBee和无线局域网等。同时,随着室内定位技术应用领域的扩展,教学研究领域急需一套可以用于教室的室内定位系统。然而,市场上现有的室内定位产品或成本高昂,或定位精度不够,难以满足教室定位的实际需求,’进而导致适用于教师课堂行为研究的产品匮乏。
本文结合教室环境、教师行为的特殊性以及课堂研究的需求,尝试设计开发一套低功耗、低成本、高精度的室内定位与跟踪系统。该系统基于TDoA(到达时间差)算法原理,采用红外线与超声波传感器技术实现节点间测距,并基于信标建立空间坐标系,运用球面相交法实现了教室内的高精度定位。
与传统的室内定位系统相比,该系统基于时分通信技术,采用红外线编码与识别,实现了被测目标(教师)面部朝向的监测功能；基于Visual C#平台开发上位机软件,实现对被测目标(教师)的位置、面部朝向以及停留时间等信息进行实时监测和储存,并对历史数据按照既定模式进行分析与呈现。
受设备环境和个人时间等条件限制,系统尚存在一定的缺陷,仍需进一步完善。系统的定位空间受超声波发射端功率限制,需进一步改善；同时,教师面部朝向信息还不够精细,该系统中只做面向学生和背对学生两个方向的区分。
总之,此款针对于教室专用的室内定位系统,不但给欲解决教室内定位技术的业内人士提供一个很好的借鉴,也为教师课堂行为研究人员的研究工作开展提供了有力的技术支持。
【学位授予单位】：华东师范大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2013【分类号】：TN929.5
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