平頂山職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系 姚東永

為了保障校園安全免受疫情影響，研究基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)而建設(shè)了校園防疫平臺(tái)。依靠物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)出人體體溫檢測(cè)、可視化管理系統(tǒng)及校園管理系統(tǒng)，幫助學(xué)校實(shí)施精準(zhǔn)防控，成為校園防疫工作中有力的支撐。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在校園防疫中的應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)自疫情爆發(fā)以來(lái)，依靠著強(qiáng)大的信息技術(shù)，通過(guò)對(duì)各項(xiàng)技術(shù)的高度集成以及綜合運(yùn)用，在疫情防控工作中發(fā)揮了重要的作用。本研究將充分發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的重要作用，應(yīng)用到校園防疫工作中，提升校園健康防疫水平。

1.1 應(yīng)用于無(wú)接觸、高精度、可預(yù)警人體體溫檢測(cè)系統(tǒng)

校園是人流密集場(chǎng)所，為保證全校師生在疫情期間的健康安全，防止產(chǎn)生交叉感染，需做好疫情防控處置工作，制定出快速、科學(xué)、高校、精準(zhǔn)的防控方案，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)提早發(fā)現(xiàn)、預(yù)警、上報(bào)、處置，避免疫情進(jìn)一步蔓延。本研究提出的人體體溫檢測(cè)系統(tǒng)，是一種無(wú)線檢測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)溫度傳感器將采集的溫度數(shù)據(jù)上傳到防疫平臺(tái)，個(gè)人信息須借助藍(lán)牙、小程序等方式與學(xué)校后臺(tái)系統(tǒng)進(jìn)行連接，一旦檢測(cè)的體溫信息異常時(shí)，系統(tǒng)會(huì)出發(fā)預(yù)警，將信息上報(bào)給防疫平臺(tái)，學(xué)校即可根據(jù)學(xué)生的信息做進(jìn)一步處理，以此鑒定被檢測(cè)人是否出現(xiàn)疫情?；谖锫?lián)網(wǎng)的人體體溫檢測(cè)系統(tǒng)，可設(shè)在校門口、寢室門口、各教學(xué)樓門口等重要場(chǎng)所，對(duì)各個(gè)區(qū)域進(jìn)行活動(dòng)監(jiān)控，保證基礎(chǔ)防疫工作有效進(jìn)行。

1.2 校園疫情防控與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)可視化平臺(tái)

當(dāng)校園發(fā)生疫情時(shí)，為保證全校師生健康，制定出線上和線下兩種教學(xué)方式，通過(guò)應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對(duì)學(xué)生實(shí)施可視化的跟蹤。為解決學(xué)生生源分布廣泛、信息收集困難問(wèn)題，通過(guò)應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)制定科學(xué)的管理方案，對(duì)全校學(xué)生實(shí)施全面的健康監(jiān)測(cè)，在學(xué)生返校方案及防控處置中提供數(shù)據(jù)支持，校園防控可視化平臺(tái)具有重要作用。在線上模式教學(xué)時(shí)，利用疫情防控平臺(tái)顯示全校師生的健康狀態(tài)，保證校內(nèi)外防控信息實(shí)現(xiàn)暢通。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為教學(xué)管理提供幫助，為疫情管控工作提供支持，為線下教學(xué)提供準(zhǔn)備。當(dāng)校園處于線下模式時(shí)，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)可視化平臺(tái)能夠完成開學(xué)審核工作，有效的實(shí)現(xiàn)教學(xué)管理，保證學(xué)生能夠在校園獲得良好的學(xué)習(xí)保障。

1.3 人臉識(shí)別系統(tǒng)

在疫情期間，為實(shí)現(xiàn)健康數(shù)據(jù)自動(dòng)采集工作，提高防疫工作效率，應(yīng)用人臉識(shí)別系統(tǒng)和其他檢測(cè)模塊相結(jié)合的方式，對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集。研究基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)而開發(fā)的人臉識(shí)別系統(tǒng)，當(dāng)人體靠近時(shí)，自身的攝像頭進(jìn)入工作狀態(tài)，對(duì)人臉進(jìn)行掃描檢測(cè)，結(jié)合體溫檢測(cè)模塊或其他檢測(cè)模塊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的整合上傳工作。在校園防疫平臺(tái)中，通過(guò)與存儲(chǔ)的人臉庫(kù)數(shù)據(jù)的對(duì)比，從而完成身份確認(rèn)工作。該過(guò)程需將個(gè)人上傳照片及信息上傳到平臺(tái)服務(wù)器上，平臺(tái)包含全校師生的人臉，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和人工智能的結(jié)合，生成用戶的人臉I(yè)D。當(dāng)校園師生通過(guò)人臉檢測(cè)設(shè)備后，設(shè)備將會(huì)對(duì)人臉信息進(jìn)行鑒別和確認(rèn)，再將收集到的數(shù)據(jù)信息上傳至校園防疫平臺(tái)，平臺(tái)即會(huì)對(duì)采集的相關(guān)信息進(jìn)行匹配，對(duì)人員進(jìn)行健康狀況的監(jiān)測(cè)，當(dāng)疫情發(fā)生時(shí)能夠有效實(shí)施排查、預(yù)警工作，便于校園疫情的把控處理。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)的校園防疫平臺(tái)建設(shè)

隨著新冠疫情的爆發(fā)，國(guó)家更加重視校園防疫平臺(tái)的建設(shè)工作，基于校園人員密集、易感染、大范圍傳播特點(diǎn)，研究通過(guò)應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)、人工智能、大數(shù)據(jù)等前沿科技，搭建校園防疫平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)防疫管控工作高效運(yùn)行，保障全校師生學(xué)習(xí)、生活、出行安全。因此，研究基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的人體體溫檢測(cè)系統(tǒng)、可視化系統(tǒng)、疫情防控系統(tǒng)為研究對(duì)象，建設(shè)防疫平臺(tái)。

2.1 人體體溫?zé)o線檢測(cè)系統(tǒng)

在校園防疫平臺(tái)建設(shè)上，出于對(duì)不同疫情特點(diǎn)的分析，需要設(shè)計(jì)一套人體體溫檢測(cè)系統(tǒng)，為防止產(chǎn)生身體接觸，研究基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)出人臉識(shí)別體溫檢測(cè)系統(tǒng)。

（1）系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

人體體溫?zé)o線檢測(cè)系統(tǒng)的原理是當(dāng)人體進(jìn)入人臉識(shí)別和體溫測(cè)量范圍內(nèi)，系統(tǒng)根據(jù)學(xué)生的門禁卡讀取學(xué)生信息，若溫度檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)出人體體溫狀況不良，系統(tǒng)將會(huì)發(fā)出提示預(yù)警，采集的人臉信息及體溫?cái)?shù)據(jù)將會(huì)回傳至防疫平臺(tái)，平臺(tái)接收到預(yù)警后也將對(duì)被測(cè)人進(jìn)行進(jìn)一步的檢測(cè)，直至確認(rèn)是否感染疫情。利用防疫平臺(tái)和人體體溫檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)可疑人群實(shí)施跟蹤管控，隨時(shí)監(jiān)控其體溫的變化，或者根據(jù)人體溫度的變化和接觸人群情況提出相應(yīng)的預(yù)防建議。防疫平臺(tái)根據(jù)收集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)繪制出圖表和GIS數(shù)據(jù)，為防疫指揮和應(yīng)急準(zhǔn)備提供數(shù)據(jù)支持，同時(shí)保證防疫工作能夠有的放矢。

（2）無(wú)線溫度檢測(cè)系統(tǒng)集成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

無(wú)線溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是基于原有校園門禁和閘機(jī)基礎(chǔ)上進(jìn)行了系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)，既節(jié)約了應(yīng)用成本，又實(shí)現(xiàn)了基于物聯(lián)網(wǎng)的防疫溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。系統(tǒng)的硬件部分由三部分構(gòu)成，即溫度采集、數(shù)據(jù)處理以及數(shù)據(jù)傳輸。溫度傳感器為滿足使用需求，又包含了紅外溫度傳感器、環(huán)境溫度傳感器等。當(dāng)人體靠近時(shí)，接近傳感器即會(huì)進(jìn)入工作狀態(tài)，通過(guò)無(wú)線模塊、溫顯模塊及報(bào)警模塊的協(xié)調(diào)工作，實(shí)現(xiàn)人體體溫?zé)o線監(jiān)測(cè)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)集成結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)插電和聯(lián)網(wǎng)后即可進(jìn)行工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)多個(gè)人員的移動(dòng)體溫測(cè)量，可有效地降低交叉感染風(fēng)險(xiǎn)。系統(tǒng)一旦檢測(cè)體溫異常，系統(tǒng)首先確認(rèn)是否在靜默狀態(tài)，同時(shí)做出數(shù)據(jù)上傳及延時(shí)再次確認(rèn)操作，對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行二次確認(rèn)。防疫平臺(tái)將對(duì)被檢測(cè)人實(shí)施相應(yīng)的監(jiān)控，確保檢測(cè)個(gè)人及周邊師生的健康安全。通過(guò)設(shè)計(jì)無(wú)線溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能夠在保證防疫工作者安全的同時(shí)，提高了工作的效率。

（3）無(wú)線溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)在軟件設(shè)計(jì)上充分考慮了防疫平臺(tái)的要求，采用了靈活的部署，使應(yīng)用能夠被很好的整合。研究以防疫平臺(tái)為基礎(chǔ)，進(jìn)行測(cè)溫監(jiān)控系統(tǒng)的搭建。軟件架構(gòu)為測(cè)溫監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集層、測(cè)溫監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)分析層以及測(cè)溫監(jiān)控指揮層。三層結(jié)構(gòu)分別和相應(yīng)的子系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)接，共同實(shí)現(xiàn)溫度檢測(cè)軟件系統(tǒng)的功能。

測(cè)溫監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集層也是該系統(tǒng)的第一層結(jié)構(gòu)，通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)采集人體溫度數(shù)據(jù)和人臉信息；測(cè)溫監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)分析層可實(shí)現(xiàn)與GIS系統(tǒng)對(duì)接，以此獲得被檢測(cè)人的活動(dòng)軌跡及定位。當(dāng)人體體溫異常時(shí)，通過(guò)與采集數(shù)據(jù)的結(jié)合，推測(cè)出個(gè)體的健康情況，實(shí)施針對(duì)性的防疫預(yù)警，便于防疫工作者進(jìn)行防疫控制，實(shí)施個(gè)體干預(yù)，從而避免疫情擴(kuò)大化；測(cè)溫監(jiān)控指揮層主要負(fù)責(zé)防疫指揮工作及外部調(diào)度工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的有效控制。

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的無(wú)線溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)以防疫為基礎(chǔ)，充分考慮不同時(shí)期、不同階段、人口數(shù)量等因素，采取科學(xué)化的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在保證防疫使用需求的前提下，降低防疫工作的強(qiáng)度，提高整體工作效率。

2.2 可視化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為滿足疫情防控需求，學(xué)校會(huì)根據(jù)實(shí)際情況采取線上和線下兩種教學(xué)模式。因此，可視化系統(tǒng)是基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)而進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)的，在線上模式中能夠?qū)崿F(xiàn)全校師生健康監(jiān)測(cè)，保證學(xué)生和老師的防控信息和活動(dòng)軌跡在有效控制范圍內(nèi)，便于線下開學(xué)模式工作的開展。在線下模式中，利用可視化系統(tǒng)進(jìn)行教學(xué)管理，保證校園防疫工作有序進(jìn)行。

（1）系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

可視化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能夠滿足校園師生體溫監(jiān)測(cè)、位置查詢、疫情態(tài)勢(shì)防控以及實(shí)時(shí)性可視化展示；同時(shí)，系統(tǒng)在線下模式下對(duì)師生返校的狀態(tài)、體溫情況等實(shí)施監(jiān)測(cè)管理，杜絕疫情從校園外進(jìn)入校園內(nèi)。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路是通過(guò)防疫平臺(tái)將可視化系統(tǒng)與相應(yīng)的疫情防控系統(tǒng)和教學(xué)管理系統(tǒng)相連接，并通過(guò)多種途徑獲得公共數(shù)據(jù)，再將數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信發(fā)送回防疫平臺(tái)服務(wù)器，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)的計(jì)算、存儲(chǔ)、分析后，進(jìn)行可視化展示，使整個(gè)防疫工作都在可視化管控下，便于防疫人員對(duì)公共事件的快速處理。數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)如圖2所示。

圖2 平臺(tái)數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)示意圖

（2）系統(tǒng)主要模塊

可視化系統(tǒng)主要包括人員信息、視覺檢測(cè)、線上教學(xué)三個(gè)模塊。當(dāng)疫情發(fā)生時(shí)，通過(guò)校園防疫平臺(tái)中可視化系統(tǒng)對(duì)師生的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集和分析，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)并通過(guò)多種渠道將疫情數(shù)據(jù)集狀態(tài)、線上教學(xué)情況、線下教學(xué)管理、學(xué)生活動(dòng)軌跡等多數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化展示。人員信息、視覺檢測(cè)、線上教學(xué)可通過(guò)手機(jī)、校園大屏幕、電腦等方式直觀的展示。

可視化系統(tǒng)的首頁(yè)功能模塊設(shè)計(jì)，包含了系統(tǒng)中的基礎(chǔ)信息、體溫信息、位置信息以及防疫工作宣傳等。依靠物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將個(gè)人的信息、健康狀況、活動(dòng)軌跡上傳至防疫平臺(tái)服務(wù)器，系統(tǒng)即會(huì)對(duì)師生的數(shù)據(jù)進(jìn)行展示；線上教學(xué)模塊與學(xué)校的教育系統(tǒng)對(duì)接，對(duì)各個(gè)教學(xué)單位進(jìn)行教學(xué)安排和管理，學(xué)生的課程內(nèi)容、學(xué)習(xí)任務(wù)、任務(wù)提交情況等內(nèi)容將會(huì)以表格或圖形的方式在可視化系統(tǒng)中展示，方便教師掌握課程的進(jìn)度及學(xué)生的學(xué)習(xí)效果；可視化校園模塊設(shè)計(jì)，使全校師生的健康情況都能通過(guò)地圖進(jìn)行3D位置展示，防疫工作者可通過(guò)觀察系統(tǒng)頁(yè)面及時(shí)的發(fā)現(xiàn)異常人員，并通過(guò)位置信息及時(shí)的找到異常人員，實(shí)施有效的防護(hù)措施。

2.3 校園疫情管理系統(tǒng)

研究設(shè)計(jì)的校園疫情管理系統(tǒng)是為保證疫情期間教學(xué)工作的順利進(jìn)行而設(shè)計(jì)的?；贓caharts數(shù)據(jù)分析為基礎(chǔ)，為防疫工作者減輕負(fù)擔(dān)，同時(shí)提高師生教學(xué)的效率，并為學(xué)校提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。

（1）校園疫情管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)涉及到校園各個(gè)方面，通過(guò)各個(gè)功能模塊的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)校園疫情的高效管理。系統(tǒng)的總體框架如圖3所示。校園疫情管理系統(tǒng)主要包括系統(tǒng)管理模塊、宿舍管理模塊、課上課下管理模塊、校內(nèi)外人員出入管理模塊以及數(shù)據(jù)分析模塊等。其中，系統(tǒng)管理模塊管理學(xué)生的各種信息數(shù)據(jù)；宿舍管理模塊的功能是對(duì)學(xué)生的日常住宿進(jìn)行管理，保證學(xué)生的體溫及身體狀況正常，并按照宿舍管理規(guī)定進(jìn)行作息安排；課上課下管理模塊的設(shè)計(jì)是掌握學(xué)生情況的保證；通過(guò)控制校內(nèi)外人員的出入，從源頭進(jìn)行把控，杜絕疫情進(jìn)入校園；數(shù)據(jù)分析模塊的是利用采集的數(shù)據(jù)，并通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)通信對(duì)師生的活動(dòng)、接觸的人群、身體健康狀況進(jìn)行整合分析，為疫情防控提供數(shù)據(jù)支持。

圖3 系統(tǒng)總體架構(gòu)

（2）校園疫情管理系統(tǒng)操作流程

校園疫情管理系統(tǒng)界面上設(shè)置了賬號(hào)登錄窗口，學(xué)生可輸入學(xué)號(hào)進(jìn)行登錄，登錄成功后需申請(qǐng)個(gè)人賬號(hào)。系統(tǒng)每天會(huì)對(duì)學(xué)生的上課情況、住宿情況、出入學(xué)校情況實(shí)施打卡考勤制，只有符合校園規(guī)定的行為才會(huì)被允許，對(duì)未按照規(guī)定進(jìn)行打卡的同學(xué)，系統(tǒng)將會(huì)啟動(dòng)提醒模式，進(jìn)一步的約束學(xué)生的校園和校外行為。如果同學(xué)違反系統(tǒng)規(guī)定，系統(tǒng)將會(huì)對(duì)學(xué)生提出警告并進(jìn)行詢問(wèn)，從而保證學(xué)生在疫情下均能按照系統(tǒng)管理進(jìn)行學(xué)習(xí)活動(dòng)，為學(xué)校管理提供重要保障。

總結(jié)：為保證校園免受疫情的影響，研究基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建設(shè)的校園防疫平臺(tái)，通過(guò)設(shè)計(jì)人體體溫?zé)o線檢測(cè)系統(tǒng)、可視化系統(tǒng)以及校園疫情管理系統(tǒng)，共同組成了校園的防疫安全屏障，從各個(gè)方面保障校園師生健康安全；同時(shí)，本平臺(tái)可以提高防疫工作效率，減輕工作人員的負(fù)擔(dān)，通過(guò)不斷的發(fā)展將成為未來(lái)校園防疫工作中的重要支撐。