（一） 項目簡介
近些年來，隨著汽車數量的增加，與之相關的事故新聞也越來越多，經常有小孩甚至大人因滯留在車內而窒息死亡的事件發生，尤其是在冬夏兩季，有些車主開著空調冷氣或者暖氣在車里休息，結果發生空調車內一氧化碳中毒或窒息死亡的事故，一睡就沒有再醒過來。尤其在2018年夏季，發生嬰兒滯留車內導致窒息死亡的事件十余起。慘痛事件的頻繁發生，而同時相關應急措施的缺乏，已日益成為影響公共安全的一個痛點問題
本項目——汽車滯留兒童險情預警系統，針對解決車內滯留兒童導致意外發生的痛點，采用環境感知、云計算技術、智能處理等先進技術，構建包含事件預警、狀態實時跟蹤、現場或遠程智能報警等關鍵功能的解決方案。該系統包括數據采集與傳輸、邊緣智能處理、人臉識別、云端數據協同、分級智能預警等功能模塊。
（二） 研究目的
通過本系統的構建，實現汽車密閉環境下空氣中二氧化碳濃度、溫度、人體的狀態監測，結合關鍵智能技術，進行意外事件可能發生的判斷，針對可能出現的險情，通過APP、短信等多種方式，進行智能的預警處理，有效杜絕車內意外事件的發生。
（三） 研究內容
（1） 系統架構
圖1.系統總體架構圖
系統總體架構圖如上所示，包括數據處理、數據采集、分級預警三大模塊
（2） 數據采集模塊
采集模塊包括傳感器模塊、報警單元、溫度監測模塊、紅外監測模塊、溫度監測模塊。當汽車停車及車門關閉后，紅外傳感器將對車內的紅外信息進行監測并將監測所得的信息傳送至控制單元，主開發板，若測得車內有人的話，則氣體濃度傳感器和進行監測并將監測所得的信息傳送至主開發板，而溫度傳感器則對汽車內的溫度信息進行監測并將監測所得的信息傳送至主開發板芯片。控制單元根據各種傳感器的數據進行判斷，當達到設定的報警條件時，觸發車內報警系統并立即進行現場報警，同時將報警信息遠程發送答車主手機APP，車主確認收到信息后報警系統關閉。數據采集與傳輸過程見圖2.
圖2.數據采集與傳輸
（3） 數據處理模塊
主控芯片接收所有傳感器傳輸來的數據并處理，判斷人體是否存在，溫度是否過高，二氧化碳濃度是否過高，并將分析后的數據通過通信模塊傳輸到數據庫，用戶APP聯網調取數據庫數據并進行處理分析整合。在云服務器建立本項目的數據庫，主控模塊將各傳感器采集到的數據進行處理后，通過通信模塊發送到云服務器，存儲在云數據庫中，詳見圖3。
圖3.云數據存儲
（4） 分級預警模塊
根據現場的采集信息（詳見圖4），進行智能處理與判斷，實現多級預警的機制（圖5所示）。
  
圖4.現場信息展示
圖5. 分級預警示意圖
（四） 國、內外研究現狀和發展動態
從市場層面來看，有關車內窒息事件比較完善的解決方案并沒有出現，多數廠商考慮到綜合利益對此沒有什么作為，只是把這種事件當做個案忽略。專業研究人員也沒有真正開發出能夠比較全面、完美地解決這種類事件的項目。
（五） 創新點與項目特色
創新點：
1. 系統關鍵處理機制如socket模塊，web后臺模塊，數據庫模塊，采取分布式的方式，讓功能職責清晰明了，降低云平臺系統的耦合性。進而加強系統性能的提升和系統的穩定。
2. 后臺數據處理：云平臺數據庫的優化設計，可以在接收數據后及時處理數據并發送給用戶，降低了數據從檢測的數據的時間延遲。
3. 用戶APP：將數據以分級形式展示，使用戶既能直觀感受也能 詳細數據.
4. 邊緣智能處理，計算個體參數，自動調整預警條件，提供個性化服務
5. 人臉識別技術，配合紅外，使對報警條件的判斷更加準確。
項目特色：
1. 系統成本：成本低，使用簡單、方便，體積小，不占用車內過多空間，只要將系統安裝在車內合適位置即可工作。
2. 系統合理性：系統通過軟硬件結合，遠程和現場報警結合，實現車內滯留兒童防窒息預警的功能，具有一定的合理性。
3. 系統及時性：硬件收集到的數據實時發送到云服務器上。
4. 系統經濟價值：系統應用前景廣，同類型產品少，能夠市場化產生經濟價值。
5. 系統實用價值：系統設計目的明確，功能實現可靠，具有較高實用價值。
（六） 技術路線、擬解決的問題及預期成果
項目的技術路線
一、 技術路線
在開發中，將本系統劃分為硬件部分，用戶APP部分以及云服務器部分。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據并經過處理后通過GPRS模塊傳輸到云服務器數據層。APP從數據庫獲取數據并展示給用戶。主要技術包括：
（1） 云服務器
采用阿里云服務器并使用CentOS 7.3版Linux系統。采用Mysql作為云服務器數據庫，設計數據庫。用Anaconda作為Python的環境管理器，使用Python作為服務器端的編寫語言，采用最新的Python3.7版本，使用Pycharm作為編譯器。利用socket與硬件、客戶端進行數據交換。
（2） GPRS模塊
對接收的數據進行解析與編碼的轉換是算法的難點之一。我們將在程序的開始對該模塊進行初始化:首先需要注冊GPRS網絡，然后是查詢IP狀態，下面以發送GPRS數據為例說明一下該模塊的工作流程，其工作流程如圖再配置場景，然后需要激活上下文，最后才能與服務器建立連接。下面以發送GPRS數據為例說明一下該模塊的工作流程，其工作流程如圖所示：
圖6.數據傳輸流程
后臺將不間斷監聽硬件端發送的數據，解析后做初步的處理。并將處理結果存入基本數據庫，留待其他進程處理。
（3）用戶APP
用戶APP主要功能分為兩個模塊，分別是車內實時信息顯示，報警通知。其工作流程如圖下所示。當使用者打開用戶APP后會顯示歡迎界面，之后用戶進行登錄，輸入賬號和密碼，登錄成功后，便可進行信息查看。在APP中用戶可查看到車內實時環境信息，若有人員在車內且車內環境狀況不佳，APP則會發出報警通知。
圖7.APP工作流程圖
二、擬解決問題
1、 相關硬件配置的設置及連接：傳感器、通信模塊的配置，如果配置出現問題，影響基礎數據的檢測，進而影響相關預警。
2、 云平臺及數據庫配置問題：如果云平臺及數據庫優化不足，導致數據傳輸延遲加大，將會影響到系統的實時性。
3、 APP相關的開發：APP應要簡介易用，主要數據要最先被發現，相關重要數據不能間接顯示。
4、 后端管理系統的設計：后端要保證實時接收通信模塊傳輸的數據并發送出去，及時響應請求。隨著用戶設備的增多，對云平臺的收發要求都會加大，要及時維護或增加后臺的運行能力，保證系統的正常運行。
三、預期成果
（1）開發出基本實用的險情預警系統；
（2）參加省級以上學科競賽并爭取獲獎2項以上；
（3）申請軟件著作權1項以上；
（4）培養硬件開發人員2-3人，軟件開發人員1-2名；
（5）撰寫并提交項目研究總結報告。
（七） 已有基礎
1. 與本項目有關的研究積累和已取得的成績
已有的研究積累是實現基礎功能，包括數據傳輸、云平臺接收并發送給用戶APP，用戶APP根據接收數據進行預警判斷并報警。 
圖8 作品成果圖
圖9 工作流程圖
   
圖10. APP主要功能圖
用戶進入APP后可以查看相關數據并進一步查看數據曲線：
圖11. APP數據展示
已獲得的成績：
長沙理工大學物聯網校賽一等獎
湖南省（第二屆）大學生物聯網創新設計競賽一等獎
2. 已具備的條件，尚缺少的條件及解決方法
系統依托學院的學生創新實驗室進行開發，實驗室具備研發多個數據采集節點的基本條件；通過學生賬號可申請阿里云的一般計算資源，可開展原型系統的開發與測試。為使得研發的系統原型進一步成熟，需要一定的資金投入，實現采集節點的功能拓展、處理芯片升級及節點封裝，保證系統功能的穩定及良好的外觀展示；同時需要租用相對高端的計算資源及開發包，實現數據的智能處理。
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