智能校园生活：【校园】+校园盲区防范欺凌预警系统 简单

1 、场景分析

 根据联合国教科文组织报告：全球每年近 3 亿的学生遭受校园霸 凌，根据英国国家儿童发展研究中心的数据显示，遭受校园暴力的孩 子在成年后面临更多的心理困扰。现在校园内监控设施比较完备，校 园欺凌的行为往往会避开监控区域，施暴者会在监控死角的地方欺负 受害者，例如卫生间等隐私地方发生为了验证校园监控盲区无法有效 地预警霸凌行为的发生这一猜想，我们团队设计了关于此主题的调查 问卷，主要针对初中各年级的学生开展匿名调查问卷：是否自身发生 过被欺凌的行为？发生在什么地方？后续采取什么措施来解决问 题？通过问卷分析发现近 22％学生在学校公共卫生间等监控盲区的 地方被人欺凌，13％的学生在监控盲区被欺凌后，向老师举报，但苦 于没有证据不了了之；这种问题的存在，导致了施暴者的气焰嚣张、 肆无忌惮，导致受害人心理问题加剧。

我们团队于 3 月 17 日使用网络，针对校园盲区无法有效预警欺 凌行为的问题，使用“校园盲区、欺凌 ”关键词、分组通过百度搜索 引擎和百度学术进行相关文献、产品、应用系统或使用者的调查研究 进行搜索，得出的结果是：百度搜索并未有明确的产品应用该场景， 仅找到中国青年报于 2023 月 3 月 10 日发布的文章：《填补“视野盲

区 ”，让校园欺凌不再隐身》。百度学术仅搜索到《电子制作》2023年第 10 期刊登的《校园防欺凌系统的设计与实现》的文章，该文章 认为：随着时代的发展校园欺凌已成为一种普遍的热门社会问题。校园欺凌事件可能伴随在教育的各个成长的时间阶段。因此,校园防欺 凌系统设计来源于针对“如何有效地预防校园欺凌并增强保护生命  意识 ”的问题。防欺凌报警器集语音与AI为一体的系统,并通过声音 关键词的识别自动报警进而缓解紧急情况。可以完成在无法安装摄像 头的安全盲区,从而保护学生的人身安全。通过我们对网络信息的检 索，发现关于校园盲区欺凌预警系统设计的相关文献、产品、应用系 统或使用者的调查研究少之又少，是个值得开发和研究的项目，可实 施性很高。

2 、作品方案

根据校园霸凌情况发生的越来越隐蔽，我们将设计一款既不影响 隐私保密、又能震慑霸凌行为的作品：我们在监控盲区的地方，如学 校的室内、室外卫生间安装校园霸凌预警系统，当监控盲区发生霸凌 行为，预警系统会检测受害者大声呼叫的内容或施暴者辱骂受害者的 词汇，当检测到关键词时；或受害者、旁观者按下报警按键时，警报 响起，威慑施暴者的行为；呼救信息将第一时间通过物联网模块发送 到学校的预警平台，便于学校及时行动，制止霸凌行为；同时，预警 系统在检测到关键词后，自动开启实时录音功能且此录音可以提取， 为后期的欺凌情况调查提供佐证。

我们的设计是从以下四个方面开展的：

一、预设关键词，使用语音识别功能，检测卫生间等监控盲区的 对话内容，如果检测到关键词，则执行相应程序；

二、检测欺凌行为，震慑施暴者：当卫生间等监控盲区，发生欺 凌行为，施暴者辱骂受害者、受害者求救的对话内容存在预设的关键 词，预警系统播放警告语音，震慑欺凌行为；

三、检测欺凌行为，远程报警：当卫生间等监控盲区，发生欺凌 行为，施暴者辱骂受害者、受害者求救的对话内容存在预设的关键词， 预警系统的发送端，通过搭建的物联网平台，向教师和相关部门及时 通报突发情况，便于教师及时干预，制止欺凌行为；

四、检测关键词，自动录音：当卫生间等监控盲区，发生欺凌行 为，施暴者辱骂受害者、受害者求救的对话内容存在预设的关键词，预警系统的发送端会自动开启录音功能，且该录音可以提取，为后期 的调查工作提供佐证；

五、万物互联，随时随地掌握情况：我们通过搭建物联网模块， 使用一个行空板作为预警系统的接收端，然后在监控盲区设置多块行 空板作为发送端，所有行空板通过物联网模块相连接；且可以通过手 机浏览器登录物联网平台，随时随地的查收消息。

3 、主要创新点

1 、智能识别关键词：Gravity:I2C  离线语音识别模块，是一款以 Gravity :I2C 作为连接接口的、针对中文进行识别的模块。该模块采用 由 ICRoute 公司设计的 LD3320 “语音识别”专用芯片，只需要在程序中 设定好要识别的关键词语列表并下载进主控的 MCU 中，语音识别模 块就可以对用户说出的关键词语进行识别，并根据程序进行相应的处 理。本品不需要用户事先训练和录音就可以完成非特定人语音识别， 识别准确率高达 95%。当预警系统运行时，语音识别模块不断地对周围环境进行检测。 当检测到“救命（jiuming） ”、“别打我（biedawo） ”、“干什么  （ganshenme）”、“放开我（fangkaiwo）”、“我没有钱（womeiyouqian）”、 “不许哭（buxuku）”等关键词语进行识别，预警系统一方面播放警 告录音震慑欺凌行为；一方面开始录音，为后续调查提供佐证；另一 方面通过物联网模块向系统终端（接收端）发送消息，及时通知学校 和老师干预欺凌行为。

2 、 自动录音功能：行空板自带录音功能，你可以在“行空板 ” 里的“音频录放 ”分类下找到 录音 {凸 秒直到结束，文件名“厂2cQ厂d  .H己u ” 完成声音的录制。录音文件“record.wav”被存放 在行空板缓存文件夹中，你可以打开“文件系统”的“行空板中的文件”→”mindplus” →”cache” ，点击项目名称文件夹寻找录音文件。当系 统识别到关键词后，行空板启动录音功能，该录音可以作为后期调查 欺凌行为的佐证。

4 、作品实现过程

我们确定主题后，开始选择主控板及开源硬件。一开始我们选择 使用Arduino Uno 主控板及物联网模块进行物联网的搭建，但是效果 不稳定，经常出现断网的问题。之后，我们讨论如何解决这个问题， 经过大家的讨论，决定放弃使用Arduino Uno 主控板，改用 DFrobot    自主研发的行空板开发板。行空板内置的物联网模块效果稳定，适合 这个项目。我们初步设想使用两块行空板进行联接，一个作为发射端， 安置在卫生间；一个作为接收端，由负责此事的老师携带，便于随时 处理问题。主控板选定后，我们的作品需要对环境进行语音识别关键 词，所以我们使用 Gravity: I2C 语音识别模块实现此效果。语音识别  模块和作为发射端的行空板搭配，进行关键词的语音识别；当成功识 别后，行空板通过外接喇叭播放警告，震慑欺凌行为；同时发射端通 过物联网向接收端发送报警信息，接收端收到消息后，红色 LED 灯和 蜂鸣器工作，提示有警报信息。我们使用最容易得到的快递纸盒，一 个放置发射端的行空板、语音识别模块和外接喇叭，一个放置接收端 的行空板、红色 LED 灯和蜂鸣器，两个纸盒再放置锂电池充电宝提供 电源。设计好外形和开源硬件后，我们使用 mind+编程软件进行编程， 并测试效果。经过测试后，效果良好，识别比较准确，两块行空板的 消息传输也比较顺畅。在实验室里，我们通过调试达到了使用效果。

接下来，我们要实地测试作品运行效果。我们把它放置在厕所的 高处，防止在实际操作中，有淘气的学生把设备弄坏。我们的组员一 人假扮施暴者，一人假扮受害者，在厕所发生欺凌行为。受害者呼救，施暴者辱骂受害者。这时候，预警系统识别到关键词“救命 ”、“别 打我 ”、“收拾你 ”等内容，但是识别成功的几率较小；当识别成功 后，消息却无法从发射端发送到接收端，导致首次测试以失败而告终。 大家返回实验室后，讨论失败的原因，总结有三：一是识别词设置过 少，我们应该多设置几组关键词，提高识别几率；二是物联网的 IP  地址设置错误，应该统一设置为接收端的 IP 地址，这样才能将消息 顺利传递消息出去；三是学校的无线网络效果有限，有时候导致网络 不通畅，我们改用手机的热点实现无线网络传输顺利。然后我们根据 这三点进行程序的优化，增加关键词提高识别效果；发送端和接收端 的 MQTT 的 SLOT 服务器地址设置为一致的，都采用接收端的服务器 地址。同时，我们在研究行空板的使用教程时，发现行空板有录音功 能，这样我们就可以利用这个录音功能实现在监控盲区出现欺凌情况 的时候，学校进行调查的时候，提取出当时的录音，帮助学校弄清事 实。这个功能的发现，帮助我们实现了作品的迭代更新：作品具备识 别关键词、无线报警的基础上，增加了识别录音功能，为后期调查问 题提供了佐证。

我们再次把作品带到卫生间，进行第二次实地测试。组员模拟欺 凌场景，当施暴者辱骂受害者时，辱骂词包括“buxuku（不许哭）”、 “不许动（buxudong） ”、“dasini（打死你） ”等内容；受害者祈 求施暴者的语言包括“womeiyouqian（我没有钱）”、“biedawo（别 打我）”、“jiuming（救命）”等内容时，语音识别模块触发报警程 序，喇叭播放警报语音，威慑施暴者立刻停止欺凌行为；物联网模块发送求救消息到接收端，教师及时介入，制止欺凌行为；发送端开始 录音 600 秒。十分钟模拟教师的组员从学校学校内任何地点及时赶往 事发地处理问题。可以说本次测试已经完成了目标，达到了预警效果。

5 、作品成果

功能介绍：

1 、智能语音识别：预警系统中应用了语音识别模块，并通过程 序设置关键词进行识别，当识别到关键词时，执行相应程序；

2 、播放警告语音：行空板主控板搭配喇叭，可以实现当识别到 关键词，播放警报语音，震慑欺凌行径；

3 、无线传输报警：当预警系统中语音识别模块，识别到关键词 时，发送端通过行空板内置物联网模块，向位于同一网络下的接收端 发送求救信息，教师接收信息后及时赶往事发地；

4 、可视化大屏：通过 mind+的可视化大屏，打造监控盲区无死 角的预警系统，情况一目了然。

演示效果：

1 、当施暴者或受害者的言语中，包含了程序中预设的关键词时， 识别成功后，执行之后的报警程序；

2 、当识别到关键词后，发射端的喇叭开始播放警报语音，威慑 欺凌行径；

3 、当识别到关键词后，发射端通过物联网模块，向接收端发送 警报消息，提醒教师及时赶往事发地；

4 、当识别到关键词后，发射端的行空板开始600 秒录音，以音 频形式记录当时情况，为后续处理提供佐证。

5 、通过 mind+编程软件的可视化面板功能，连接接收端的物联 网平台，可以对监控盲区实现“可听化 ”预警。

6 、作品测试情况

第一次测试情况：

当假扮施暴者和受害者的组员相互对话时，语音识别模块进行识 别，但是由于程序中预设的关键词比较少，识别效果较差，识别成功 几率低；偶尔识别成功后，却无法向接收端发送报警信息。第一次测 试失败。通过组员分析得知失败的原因：一是预设的关键词过少，可 以通过增加关键词的方式提高识别几率；二是发送端和接收端使用同 样 SIOT 服务器地址，并用手机热点作为连接行空板，提供稳定的网 络。

第二次测试情况：

在第一次测试失败总结经验的基础上，改进了关键词的语音识别， 并使用稳定的手机热点网络，同时在此基础上，加入了行空板的录音  功能，实现了智能录音的效果。当再次实地模拟发生欺凌的场景时， 语音识别成功，录音功能开启，录制 10 分钟，为后期处理问题提供  佐证；当识别成功后，发送端的喇叭播放警告语音，震慑欺凌行径；  当识别成功后，发送端向接收端发送报警消息，提醒教师及时赶往事  发地处置；最后又利用 mind 编程软件的可视化面板功能，清晰明了  的显示校园监控盲区的“可听化 ”情况。

7 、总结与展望

对于我们农村初中生来说，科创之路是一条充满挑战与探索的旅  程。在这段旅途中，我们团队经历了无数次的尝试与失败，也收获了  成长与感悟。从初识科研的懵懂少年，到逐渐在人工智能与开源硬件  学习的海洋中探索的求知者，这段经历让我们深刻领悟到科创的魅力  和意义。初入学校科技社团，我们对科创一词尚感陌生。然而，在一  次次课堂学习中，我们逐渐感受到了科研的魅力。在辅导员老师的引  导下，我们逐渐了解了科创的基本知识和方法。通过不断地摸索前行， 我们逐渐掌握了科创的基本方法和技能，学会了如何查阅文献、设计  实验、分析数据。在这个过程中，令我印象最深刻的就是参与大创项  目的经历了。在辅导员老师的指导下，我们小组成员聚焦校园监控盲  区的欺凌行径如何预警进行了深入研究。从确认科研主题到调查问卷， 从文献查阅到作品设计确定，再到无数次的重复实验和数据整理，直  至最终的成果产出。这一路走来，我们不仅得到了科研能力的锻炼， 还有对心性的磨练——大胆尝试，勇于试错，不骄不躁，持之以恒， 这些都为我们日后的科研的开展奠定了坚实的基础。

从作品的调试，我们发现如果校园覆盖了稳定的无线网络的话， 就可以实现更好的数据传输，甚至可以降低作品的成本，不再采用语 音识别模块，继而采用讯飞在线的识别系统去检测，相信识别会更加 准确。同时电源可以改成太阳能供电，实现低碳的效果。