基于ZigBee技術(shù)的校園體溫監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

劉凱文 金林華 樓超 董健 王歡

【摘 要】針對(duì)新冠肺炎的主要臨床表現(xiàn)癥狀，可以通過體溫監(jiān)測對(duì)人群中的潛在感染者進(jìn)行監(jiān)測識(shí)別。因此，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了校園大學(xué)生體溫?zé)o線監(jiān)測系統(tǒng)。系統(tǒng)利用非接觸式溫度傳感器，將人群中的高危人群信息通過無線網(wǎng)絡(luò)通知到系統(tǒng)，再由系統(tǒng)進(jìn)行活動(dòng)軌跡分析從而實(shí)現(xiàn)全程監(jiān)控。

【關(guān)鍵詞】體溫檢測;物聯(lián)網(wǎng);監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng);無線傳輸

引言

針對(duì)新冠肺炎的主要臨床表現(xiàn)癥狀，基于物聯(lián)網(wǎng)模式設(shè)計(jì)開發(fā)了一套體溫?zé)o線監(jiān)測系統(tǒng)，使用溫度傳感器采集溫度數(shù)據(jù)或者將該設(shè)備通過藍(lán)牙與校園閘機(jī)連接來測量學(xué)生體溫，然后利用無線網(wǎng)絡(luò)將學(xué)生信息發(fā)送到云服務(wù)器，使得校園管理人員和學(xué)生可通過客戶端跟蹤學(xué)生的活動(dòng)軌跡及其他信息[1]。當(dāng)檢測到異常溫度時(shí)，系統(tǒng)和客戶端會(huì)立即發(fā)出警報(bào)，通知學(xué)校疫情防控人員快速做出防疫響應(yīng)[2]。

1.系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

校園管理一部出入口包括校門、樓宇出入口、活動(dòng)場所出入口及廣場出入口等。監(jiān)控好出入口可以管控流動(dòng)人員的活動(dòng)軌跡，對(duì)學(xué)校防疫提供有價(jià)值的信息。校園一般采用校園卡等身份識(shí)別系統(tǒng)管控，因此可以和校園卡系統(tǒng)對(duì)接獲得學(xué)校人員信息，

人員通過校園卡設(shè)置的權(quán)限可以在限定的出入口進(jìn)出，并由出入口記錄出入信息，包括身份信息、出入時(shí)間、體溫狀況及是否預(yù)警。由于出入口設(shè)有人臉識(shí)別身份鑒別系統(tǒng)，因此可以防止非學(xué)生本人持卡通過的異常情況，保證人證合一。系統(tǒng)在校園已有的傳統(tǒng)門禁和閘機(jī)系統(tǒng)上增加了控制系統(tǒng)、人臉識(shí)別系統(tǒng)、溫度檢測系統(tǒng)以及防疫預(yù)警程序。為便于移動(dòng)防疫，系統(tǒng)數(shù)據(jù)可通過移動(dòng)基站上報(bào)到系統(tǒng)服務(wù)器，而防疫終端可采用普通臺(tái)式電腦或移動(dòng)終端滿足防疫人員的流動(dòng)防疫和戶外防疫的需求[3]。

校園一般覆蓋有運(yùn)營商基站，通過4G/5G信號(hào)可以穩(wěn)定地將數(shù)據(jù)傳輸?shù)较到y(tǒng)服務(wù)器、移動(dòng)防疫終端及終端電腦。系統(tǒng)服務(wù)器上部署了整個(gè)系統(tǒng)的核心，通過校園GIS可以方便地分析人員的軌跡以及

系統(tǒng)是以利舊為主并建立在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)之上的復(fù)合系統(tǒng)，既包括前端的門禁/閘機(jī)體溫檢測系統(tǒng)，又包含后端的防疫指揮、疫情大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，保證了指揮調(diào)度人員的需求，同時(shí)可滿足現(xiàn)場防疫一線人員的使用需求。

2.主要軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)平臺(tái)在設(shè)計(jì)上充分考慮防疫預(yù)案的要求，進(jìn)行了靈活部署和應(yīng)用整合。系統(tǒng)采用典型的微服務(wù)分布式架構(gòu)，云端部署，支持高并發(fā)、高流量訪問。在互聯(lián)網(wǎng)出口部署中心訪問節(jié)點(diǎn)和全域流量負(fù)載均衡，通過應(yīng)用防火墻進(jìn)行Web安全防護(hù)，通過中心均衡系統(tǒng)進(jìn)行負(fù)載均衡，通過網(wǎng)關(guān)進(jìn)行負(fù)載分類、流量控制以及訪問控制，通過負(fù)載內(nèi)存數(shù)據(jù)庫和高性能數(shù)據(jù)庫提升訪問性能。

圖3中左側(cè)是需要對(duì)接的外部系統(tǒng)，右側(cè)是信息安全部分。由于數(shù)據(jù)在運(yùn)營商的無線網(wǎng)絡(luò)中傳輸，因此需要考慮數(shù)據(jù)的安全性問題。從下到上分為3個(gè)層次，分別是測溫監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集層、測溫監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)分析層和測溫監(jiān)控指揮層。從左到右分為3個(gè)子系統(tǒng)，分別是外部對(duì)接子系統(tǒng)、核心業(yè)務(wù)子系統(tǒng)和防疫數(shù)據(jù)安全子系統(tǒng)。

測溫監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集層由通信模塊獲取來自無線網(wǎng)絡(luò)中的刷卡、體溫檢測和人臉識(shí)別終端數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)通過體溫檢測模塊分析和人臉識(shí)別模塊分析，最終匯聚產(chǎn)生基礎(chǔ)信息，如姓名、編號(hào)、單位、本人手機(jī)、聯(lián)系人手機(jī)、出入定位點(diǎn)、時(shí)間、溫度及狀態(tài)等信息，可對(duì)接其他外部基礎(chǔ)系統(tǒng)以獲取更多信息，如學(xué)生管理系統(tǒng)、教師管理系統(tǒng)、教務(wù)管理系統(tǒng)以及車輛管理系統(tǒng)等[7]。

測溫監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)分析層可以與外部GIS系統(tǒng)對(duì)接，獲取出入口的定位信息，進(jìn)而分析人員的活動(dòng)軌跡和人群流動(dòng)。分析結(jié)果結(jié)合大數(shù)據(jù)可以對(duì)體溫進(jìn)行預(yù)測，針對(duì)個(gè)體可以進(jìn)行防疫預(yù)警，將預(yù)警信息通知給附近的現(xiàn)場防疫人員，針對(duì)群體可以對(duì)預(yù)測結(jié)果進(jìn)行預(yù)警，通知到上層指揮系統(tǒng)。

測溫監(jiān)控指揮層由防疫指揮模塊與外部調(diào)度系統(tǒng)對(duì)接，以調(diào)度人員、車輛及醫(yī)療資源等。通過電子地圖、防疫大數(shù)據(jù)以及防疫沙盤，可以在電子大屏上模擬和指揮預(yù)案，輔助防疫領(lǐng)導(dǎo)小組開展工作[8]。

3.結(jié)語

設(shè)計(jì)的系統(tǒng)將非接觸式電子溫度傳感器集成在已有的門禁/閘機(jī)系統(tǒng)上，不增加過多的防疫成本，可以防止患者在不知情的情況下到處移動(dòng)導(dǎo)致人群交叉感染;可避免紅外溫度計(jì)使用不規(guī)范造成無法實(shí)時(shí)聯(lián)網(wǎng)而導(dǎo)致防疫一線與防疫指揮脫節(jié)的問題。由于測溫過程沒有人為干擾因素，因此設(shè)計(jì)的系統(tǒng)可在一定程度上消除受試者因反感或緊張導(dǎo)致讀數(shù)不準(zhǔn)確而引起的防疫效率不高的問題。防疫人員能夠通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器實(shí)時(shí)監(jiān)測受試人群的體溫狀況，并獲得連續(xù)的體溫變化群體大數(shù)據(jù)，從而對(duì)疫情進(jìn)行管理、預(yù)警及指揮。此外，系統(tǒng)通過無線傳輸可以實(shí)現(xiàn)一套系統(tǒng)監(jiān)測多個(gè)區(qū)域人群體溫狀況，減少了交叉感染的風(fēng)險(xiǎn)，降低了防疫人員的工作強(qiáng)度，提升了工作效率。

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作者簡介：

劉凱文，1994年08月，男，漢，江蘇金壇，本科，助教，研究方向：大學(xué)生思想政治。

（作者單位：江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院）