基于ZigBee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控疫情預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘? 要：新冠肺炎引起的急性呼吸道傳染病，存在“人傳人”的現(xiàn)象。體溫異常為判斷疑似和確診新冠肺炎的重要指標(biāo)之一，人工測(cè)體溫不僅耗時(shí)、費(fèi)力，最主要的是增加傳染概率?；赯igBee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)對(duì)新冠肺炎疫情預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，節(jié)省人力，對(duì)新冠肺炎的預(yù)防能在第一時(shí)間獲得數(shù)據(jù)，防止校園大規(guī)模爆發(fā)，并且能夠降低新冠肺炎在人工測(cè)量時(shí)帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，有效控制新冠肺炎。

關(guān)鍵詞：ZigBee;無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò);新冠肺炎;預(yù)警系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TN929.5;TP212.9? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2020）05-0171-02

Design of New Coronary Pneumonia Early Warning System

Based on ZigBee Wireless Sensor Network

——A Case Study on the Early Warning System of COVID-19 in Gansu Medical College was Presented

MU Yamei

（Gansu Medical College，Pingliang? 744000，China）

Abstract：COVID-19 caused by acute respiratory infections，there is a “human-to-human” phenomenon. Abnormal body temperature is one of the important indicators to judge suspected and confirmed，manual temperature measurement is not only time-consuming，laborious，the most important is to increase the probability of infection. ZigBee wireless sensor network based on the new crown pneumonia outbreak early warning system design，save manpower，the prevention of new crown pneumonia in the first time to obtain data，prevent large-scale outbreak on campus，and can reduce the risk of new crown pneumonia in manual measurement，effectively control new crown pneumonia

Keywords：ZigBee;wireless sensor network;COVID-19;early warning system

0? 引? 言

新型冠狀病毒肺炎，簡(jiǎn)稱“新冠肺炎”，是2019新型冠狀病毒感染導(dǎo)致的肺炎，存在“人傳人”，衛(wèi)生防疫專家強(qiáng)調(diào)，可以確定的新冠肺炎傳播途徑主要為直接傳播、氣溶膠傳播和接觸傳播，這種傳染性極強(qiáng)的疾病，對(duì)我國(guó)公共衛(wèi)生防疫帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。

以甘肅醫(yī)學(xué)院為例，甘肅醫(yī)學(xué)院地處甘肅平?jīng)?，占地面積805畝，現(xiàn)有全日制在校生8 018人，教職工302人，三級(jí)甲等直屬附屬醫(yī)院1所，校園人群密集，教職工和學(xué)生每天出入各大教學(xué)樓、實(shí)驗(yàn)樓、圖書館、附屬醫(yī)院，一旦有新冠肺炎傳染將發(fā)生大規(guī)模爆發(fā)，情況將非常嚴(yán)重，因此，高校作為育人的重要基地，做好新冠肺炎防控是第一要?jiǎng)?wù)。

由于新冠肺炎最主要的臨床特性為發(fā)熱，如果采取人工測(cè)量，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)疑似病例，而且工作量大，增加傳染概率，耗時(shí)較多，嚴(yán)重影響學(xué)校正常教學(xué)進(jìn)度。基于ZigBee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的預(yù)警系統(tǒng)是利用無(wú)線傳感技術(shù)，把帶有編號(hào)的不同節(jié)點(diǎn)傳感器連接起來(lái)，發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)作用，通過數(shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)高精準(zhǔn)測(cè)量。無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)精度高，可靠性強(qiáng)，性價(jià)比高，在緊急通信、環(huán)境監(jiān)測(cè)、醫(yī)療護(hù)理、智能家居和工廠數(shù)據(jù)測(cè)量等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用[1]。針對(duì)新冠肺炎疾病特性，基于ZigBee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)對(duì)新冠肺炎疫情預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要通過溫度傳感器對(duì)人體體溫進(jìn)行定點(diǎn)、連續(xù)或者隨機(jī)采集和測(cè)量，并將體溫?cái)?shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)中心進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，對(duì)疫情預(yù)防能在第一時(shí)間獲得數(shù)據(jù)，防止大規(guī)模爆發(fā)，并且能夠有效降低防疫人員測(cè)量風(fēng)險(xiǎn)。和傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方式相比，該系統(tǒng)節(jié)約大量人力、物力，提高效率，有效降低了感染率[2]。

1? ZigBee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)概述

目前，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相對(duì)成熟，其應(yīng)用主要在環(huán)境檢測(cè)、遠(yuǎn)程醫(yī)療護(hù)理、智慧城市建設(shè)、精準(zhǔn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、工業(yè)自動(dòng)化控制、智能電網(wǎng)、智能交通、智能家居等領(lǐng)域[3]。無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)是傳感網(wǎng)絡(luò)中的一種，相較于傳統(tǒng)的有線傳感網(wǎng)絡(luò)，它能夠進(jìn)行密集空間及短距離數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)，傳感模塊集成在類似于終端的模板上使得傳感節(jié)點(diǎn)小型化、低成本化，并因此可以通過在有限空間內(nèi)部署大量傳感節(jié)點(diǎn)以提高監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性，同時(shí)借此降低單個(gè)節(jié)點(diǎn)的精準(zhǔn)度要求，使得整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具備相當(dāng)高的容錯(cuò)性[4]。ZigBee屬于無(wú)線通信技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)是距離短、功耗低、通信距離長(zhǎng)、穩(wěn)定性好。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是基于IEEE 802.15.4的一種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，主要致力于低速率短距離低功耗的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信[5]。相比其他通信方式，ZigBee技術(shù)的通信速度較低，最快可以達(dá)到250 kB/s，由此決定ZigBee只能用于傳輸速度要求較低的場(chǎng)合[6]。當(dāng)前，在中國(guó)ZigBee工作的頻率為2.4 GHz，傳輸速度最大為250 kB/s，基本能滿足大多數(shù)用戶需求。

2? 新冠肺炎疫情預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

2.1? 監(jiān)測(cè)環(huán)境

基于ZigBee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控環(huán)境為校門口、教學(xué)樓、宿舍樓、實(shí)驗(yàn)樓、圖書館、食堂等所有學(xué)校公共區(qū)域。根據(jù)學(xué)校作息時(shí)間進(jìn)行設(shè)置，比如早晨7點(diǎn)到8點(diǎn)之間可以在北校門、南校門對(duì)進(jìn)校教師進(jìn)行固定數(shù)據(jù)集中采集，在食堂對(duì)學(xué)生進(jìn)行采集，10點(diǎn)到10點(diǎn)20分的大課間在教學(xué)樓、1號(hào)實(shí)驗(yàn)樓、2號(hào)實(shí)驗(yàn)樓、圖書館對(duì)學(xué)生進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，確定固定時(shí)間可以對(duì)學(xué)校后勤保障人員進(jìn)出校門進(jìn)行定時(shí)、定點(diǎn)采集，同時(shí)可以對(duì)體溫異常者進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(cè)，建立體溫異常者檔案，隨時(shí)上報(bào)學(xué)生處、人事處、校醫(yī)室備案。

2.2? 工作原理

將新冠肺炎疫情預(yù)警系統(tǒng)分為四部分：即數(shù)據(jù)收集，監(jiān)測(cè)中心、數(shù)據(jù)處理中心、報(bào)警中心。其工作原理是，傳感器根據(jù)時(shí)間設(shè)置將對(duì)人體體溫?cái)?shù)據(jù)送到監(jiān)控機(jī)房，監(jiān)控機(jī)房匯總數(shù)據(jù)并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，高于37.3°則進(jìn)行報(bào)警，并將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳送學(xué)校學(xué)生處、人事處、校醫(yī)室，學(xué)生處、人事處對(duì)體溫異常者相關(guān)信息進(jìn)行篩選，立即報(bào)送二級(jí)教學(xué)管理部門和相關(guān)校領(lǐng)導(dǎo)，快速找到疑似人員，進(jìn)行醫(yī)學(xué)隔離。

2.3? 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在學(xué)校公共場(chǎng)所根據(jù)人群特點(diǎn)，放置溫度傳感器，數(shù)據(jù)采集端實(shí)時(shí)將采集到的人體體溫?cái)?shù)據(jù)通過ZigBee傳送監(jiān)測(cè)中心，監(jiān)測(cè)中心由學(xué)校信息中心負(fù)責(zé)，監(jiān)測(cè)中心將所有數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、對(duì)比。數(shù)據(jù)對(duì)比結(jié)束后如果超過37.3°時(shí)報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行報(bào)警，這時(shí)工作人員對(duì)數(shù)據(jù)來(lái)源進(jìn)行追溯，上報(bào)學(xué)生處、人事處、校醫(yī)室，確保第一時(shí)間對(duì)體溫異常者進(jìn)行醫(yī)學(xué)隔離。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示。

2.4? 硬件組成

由ZigBee無(wú)線網(wǎng)關(guān)組建網(wǎng)絡(luò)，通過自動(dòng)搜索匹配到無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、溫度采集模塊、RF無(wú)線射頻模塊、顯示模塊、串口模塊等。

2.5? 軟件組成

基于ZigBee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控疫情預(yù)警系統(tǒng)軟件主要由數(shù)據(jù)庫(kù)中心系統(tǒng)、客戶端、PC機(jī)相關(guān)軟件組成。數(shù)據(jù)庫(kù)中心系統(tǒng)由信息中心監(jiān)管，客戶端主要由學(xué)生處、人事處、校醫(yī)室一級(jí)客戶端構(gòu)成，二級(jí)客戶端為二級(jí)教學(xué)管理部門（護(hù)理系、醫(yī)療系、中藥系、藥學(xué)系）、后勤保障處、各宿舍樓，根據(jù)服務(wù)對(duì)象不同，權(quán)限不同，進(jìn)行客戶端開放。數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器主要任務(wù)為根據(jù)教工、學(xué)生、后勤保障人員信息庫(kù)，建立不同時(shí)間節(jié)點(diǎn)體溫記錄，為校園網(wǎng)實(shí)時(shí)訪問Web監(jiān)控模塊提供數(shù)據(jù)支撐。

3? 應(yīng)用前景

ZigBee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的使用，優(yōu)點(diǎn)在于監(jiān)測(cè)的連續(xù)性、時(shí)延短、安全性高，可以全天候無(wú)間斷工作和在線報(bào)警等，在公共衛(wèi)生防疫方面具有廣闊的應(yīng)用前景，同時(shí)可以緩解我國(guó)醫(yī)療衛(wèi)生人員短缺的困難，利用傳感網(wǎng)絡(luò)可以代替護(hù)士對(duì)病人的生理信息進(jìn)行不間斷測(cè)試，醫(yī)生可以“遠(yuǎn)程看病”，在這個(gè)基礎(chǔ)上可以增加就診人數(shù)，未來(lái)可以創(chuàng)造智能醫(yī)療系統(tǒng)，改善當(dāng)前醫(yī)院的就醫(yī)方式，從根本上解決當(dāng)前醫(yī)療資源緊張的難題。[7]

4? 結(jié)? 論

在新冠肺炎可能成為一種類似流感的常見病長(zhǎng)期存在下去的形勢(shì)下，基于ZigBee技術(shù)的短距離無(wú)線通信協(xié)議費(fèi)用低，基于ZigBee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)對(duì)甘肅醫(yī)學(xué)院新冠肺炎疫情預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)場(chǎng)所通過體溫傳感器能快速監(jiān)測(cè)疫情，進(jìn)行預(yù)警，同時(shí)可以對(duì)疫情發(fā)展程度進(jìn)行有效評(píng)估，可以為緊急應(yīng)急措施的準(zhǔn)備贏得時(shí)間，最終達(dá)到降低傳染風(fēng)險(xiǎn)，控制大學(xué)疫情蔓延的目的，同時(shí)，也為公共防疫提供了技術(shù)支撐和理論依據(jù)。

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作者簡(jiǎn)介：穆亞梅（1981-），女，回族，甘肅平?jīng)鋈?，副教授，碩士，研究方向：物聯(lián)網(wǎng)、信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)教學(xué)。