夏 炎，夏 明，陳思旭，陳久順，趙建翔，連 輝

（1.西南民族大學(xué) 計算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院，四川 成都 610041；2.西南民族大學(xué) 電子信息學(xué)院，四川 成都 610041；3.西南民族大學(xué) 電氣工程學(xué)院，四川 成都 610041）

0 引 言

2019年末新型冠狀病毒（COVID-19，簡稱“新冠肺炎”）疫情在武漢爆發(fā)，并迅速蔓延至全國各地。近一年來，在全國人民的不懈努力下，新增病例數(shù)持續(xù)下降，國內(nèi)疫情得到良好的控制，總體疫情形勢相對平穩(wěn)，各地也已經(jīng)開始復(fù)工、復(fù)產(chǎn)、復(fù)學(xué)，但上億的人口流動成為疫情防控的新一輪難題。

根據(jù)目前的確診數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，無癥狀或者癥狀輕微患者的比例在感染者中占有30%～60%。因此，更應(yīng)該注意無癥狀患者的隔離以及檢測。在日常的社會生活中，獲取人們的體溫是最容易的檢測方式，并且在救治與康復(fù)階段，體溫監(jiān)測也是對患者進(jìn)行生理評估的重要參數(shù)之一，所以體溫檢測仍然是一些公眾場合的主要防疫措施。鑒于體溫檢測的重要性和人工檢測體溫的繁雜性，需要對現(xiàn)有防疫措施進(jìn)行高效化和智能化的改變。針對疫情防控的體溫監(jiān)測問題，本文提出了將體溫檢測、疑似病例的篩查與高速網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的智能互聯(lián)設(shè)備，可以有效解決疫情防控期間體溫監(jiān)測以及在疫情發(fā)生后對數(shù)據(jù)處理時存在的問題。

1 系統(tǒng)功能設(shè)計

在疫情發(fā)生時，為了能夠?qū)εc感染病毒患者接觸或在同一場所停留的相關(guān)人員進(jìn)行追蹤和隔離，各地在人流量較多的地方設(shè)立體溫監(jiān)測站并對出入人員做好個人信息記錄。人工記錄體溫的缺點(diǎn)也隨著疫情工作的開展慢慢展現(xiàn)出來。第一，人工檢測體溫耗費(fèi)較大的人力資源，后勤人員需要在各個點(diǎn)位進(jìn)行體溫檢測，無法及時發(fā)現(xiàn)未進(jìn)行測溫以及測溫數(shù)據(jù)造假的人員，制約了體溫監(jiān)測在早期防疫工作中的作用。第二，在進(jìn)入者需要填寫體溫表時，耗費(fèi)時間較長，并且容易造成人員聚集，增大感染病毒的風(fēng)險。第三，僅在需要的時間點(diǎn)檢測體溫，無法呈現(xiàn)體溫的連續(xù)和總體情況，可能會丟失很多體溫變化的“過程信息”。當(dāng)疫情發(fā)生時，對疑似病例的追蹤存在一定的阻礙。在一些需要封閉的場所，如學(xué)校和公司，防疫措施要求會更高。假如疫情在校園里爆發(fā)，學(xué)校一般會選擇停課來緩解病毒的傳播。但是如果大面積停課和隔離，可能會造成經(jīng)濟(jì)損失甚至群眾恐慌。在類似于學(xué)校這種封閉環(huán)境中，更需要注意加強(qiáng)疫情防控，避免大面積停課。為了簡化和改進(jìn)此措施，綜合運(yùn)用體溫檢測和數(shù)據(jù)分析，本系統(tǒng)做出如下功能設(shè)計。

1.1 體溫異常警報

本設(shè)備本質(zhì)上還是一臺測量人體手腕體溫的儀器，所以也具備體溫測量功能。傳感器將測量后的體溫數(shù)據(jù)上傳至后臺服務(wù)器后，系統(tǒng)會對溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行比對和分析。當(dāng)人體表面溫度超過37.5 ℃時，會觸發(fā)設(shè)備外部警報以及系統(tǒng)后臺的內(nèi)部提醒。系統(tǒng)會在網(wǎng)頁端和手機(jī)端彈出消息提示，提醒相關(guān)后勤人員對體溫異常人員進(jìn)行必要的復(fù)查或者隔離。

1.2 網(wǎng)頁端和手機(jī)端實(shí)時監(jiān)測

設(shè)備通過無線網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)器建立通信連接，服務(wù)器接收到設(shè)備上傳的體溫、個人信息、時間、地點(diǎn)等信息后，會實(shí)時展示在網(wǎng)頁端和手機(jī)端。管理人員可以隨時通過檢測網(wǎng)頁端和手機(jī)端，監(jiān)測人員錄入的情況和信息，并通過客戶端跟蹤被檢測人員的活動軌跡。這樣可以大大減少人力資源，充分體現(xiàn)設(shè)備的高效化。

1.3 后臺分析與檢索

每臺設(shè)備都會通過網(wǎng)絡(luò)連接至后臺服務(wù)器，系統(tǒng)也會對上傳的體溫、個人信息、時間、地點(diǎn)等信息進(jìn)行篩選和儲存，管理人員可以在后臺利用關(guān)鍵字進(jìn)行人員查找。通過對新冠病毒相關(guān)數(shù)據(jù)的觀察，科研人員發(fā)現(xiàn)了病毒在人體里的潛伏期為14天左右。針對此次疫情，后臺錄入數(shù)據(jù)的儲存時間可達(dá)15天。假如有一人確診為新冠肺炎病毒感染患者，系統(tǒng)首先會將與此人同一時段出入同一場所的人員進(jìn)行第一次篩選，然后進(jìn)行后續(xù)分析。利用大數(shù)據(jù)算法對與其出入同一場所次數(shù)較多的同伴進(jìn)行第二次篩選，然后以網(wǎng)頁端和手機(jī)端的形式展示，管理人員可以對兩次篩選的人員進(jìn)行針對性的隔離和檢測，有效避免了大面積的人員隔離。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

本設(shè)備通過非接觸式設(shè)備獲取傳感器終端采集到的體溫、身份等基本信息，并對采集點(diǎn)的時間和地點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確記錄。記錄后的信息會實(shí)時上傳到后臺服務(wù)器，在這些數(shù)據(jù)量的基礎(chǔ)上，后臺系統(tǒng)則可對指定的人員進(jìn)行分析和追蹤。服務(wù)器管理人員可根據(jù)系統(tǒng)給出的反饋信息實(shí)施相應(yīng)的措施，達(dá)到疫情防控的目的。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計的技術(shù)路線如圖1所示。

圖1 技術(shù)路線示意圖

2.1 數(shù)據(jù)采集與存儲

在智能傳感器方面，采用非接觸式紅外測溫模塊獲取人體體溫數(shù)據(jù)，RFID射頻識別模塊識別學(xué)生身份信息，以ESP8266作為網(wǎng)絡(luò)通信模塊，實(shí)現(xiàn)WiFi通信和數(shù)據(jù)傳輸；通過TCP/IP協(xié)議以Socket方式將硬件傳感器與服務(wù)端連接，實(shí)現(xiàn)了未采集模塊聯(lián)網(wǎng)的功能，將體溫、身份信息、地點(diǎn)數(shù)據(jù)上傳至云端數(shù)據(jù)庫，對數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時存儲。要求存儲數(shù)據(jù)持久化且達(dá)到15天以上，則采用MySQL數(shù)據(jù)庫存儲；同時使用阿里云OSS存儲，可用于存儲照片信息等小容量文件。

2.2 系統(tǒng)后端整體架構(gòu)

為便于后勤人員對系統(tǒng)的操作，建立相應(yīng)數(shù)據(jù)庫，對數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和處理。分析系統(tǒng)整體的微服務(wù)架構(gòu)，其后端采用SpringBoot進(jìn)行開發(fā)，同時也使用了Nacos、OpenFegin、Hysiotrx去實(shí)現(xiàn)服務(wù)間的調(diào)用協(xié)調(diào)；采用GateWay進(jìn)行請求路由的轉(zhuǎn)發(fā)，登錄板塊采用單點(diǎn)登錄；將token值存儲至Redis緩存數(shù)據(jù)庫中并用于之后的認(rèn)證對比；在注冊板塊中使用了阿里云短信服務(wù)，通過短信驗(yàn)證碼綁定手機(jī)號完成注冊；對于大量數(shù)據(jù)的導(dǎo)入，則使用了EasyExcel技術(shù)讀取Excel文件，并對文件內(nèi)容進(jìn)行篩選，最終實(shí)現(xiàn)將數(shù)據(jù)導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫；同時對于數(shù)據(jù)的刪除采用邏輯刪除，且便于恢復(fù)；使用SpringSecurity進(jìn)行權(quán)限認(rèn)證、權(quán)限分發(fā)等功能。

2.3 數(shù)據(jù)分析

對數(shù)據(jù)的分析過程使用Python基于樸素貝葉斯分類算法來實(shí)現(xiàn)，對上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分類篩選，最終實(shí)現(xiàn)可通過指定人員ID獲取與其同一時間段出入同一地點(diǎn)的其他人員信息等功能。對于需要導(dǎo)入的人員數(shù)據(jù)，使用EasyExcel技術(shù)讀取Excel文件，并對文件內(nèi)容進(jìn)行篩選，最終導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫。

2.4 系統(tǒng)前端整體結(jié)構(gòu)

前端基于Node.js，主要采用Vue+ElementUI開發(fā)，通過Axios發(fā)送請求向后端接口請求數(shù)據(jù)；使用Echarts插件對部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行渲染，以圖表的形式展現(xiàn)在網(wǎng)頁端及其他平臺。

3 系統(tǒng)應(yīng)用及優(yōu)勢

3.1 應(yīng)用對象

設(shè)備需要被檢測人員配備含相應(yīng)芯片的ID卡，如學(xué)生校園卡，以此來識別被檢測人員的身份信息。所以設(shè)備可以有效針對學(xué)校、公司和社區(qū)等相對封閉且人員固定的生產(chǎn)生活范圍，利用物聯(lián)網(wǎng)的特性為需要暫時封閉和隔離的社會群體服務(wù)。

3.2 技術(shù)優(yōu)勢

目前，針對疫情的輔助篩查系統(tǒng)仍然處于試用甚至開發(fā)階段。與其他體溫檢測儀器相比，如人像體溫檢測儀，體溫監(jiān)測分析系統(tǒng)不僅結(jié)合了數(shù)據(jù)庫、后臺處理、身份證明等功能，而且造假的可能性更低。在大型隔離環(huán)境中，對人員的監(jiān)控和排查具有高效性和準(zhǔn)確性，同時本體溫監(jiān)測系統(tǒng)還具有較高的可靠性和可擴(kuò)展性。

3.3 綜合評價

近年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的使用頻率也大大提升，智能化和高效化成為其顯著優(yōu)勢。本系統(tǒng)將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與疫情防控措施相結(jié)合，既符合國家疫情防控要求，又能大大減少體溫檢測和體溫數(shù)據(jù)化處理的時間。疫情防控期間，能夠有效地完成基本體溫檢測任務(wù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行長時間地儲存。疫情突發(fā)時，可以對傳染源進(jìn)行有效地分析和對被感染者準(zhǔn)確地篩查，解決了學(xué)校、公司等相對封閉場所的疫情防控難題，使防控措施簡化，并且具有針對性。

4 結(jié) 語

本文基于疫情防控的措施，提出了一種將體溫檢測、數(shù)據(jù)處理與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合的基于疫情防控的健康分析系統(tǒng)，介紹和分析了本設(shè)備的功能和實(shí)用性。同時，在原有的體溫檢測措施中，加入了體溫異常分析和數(shù)據(jù)化追蹤。物聯(lián)網(wǎng)智能系統(tǒng)在疫情防控中的應(yīng)用不僅解決了體溫監(jiān)測的繁雜性問題，還能有效控制病毒的蔓延，對感染人群進(jìn)行針對性隔離；通過網(wǎng)頁端和手機(jī)端，可以快速查找和查看體溫記錄的詳細(xì)情況。當(dāng)然，體溫監(jiān)測分析系統(tǒng)還可以進(jìn)一步完善，使設(shè)備具有更多價值。