智能紫外消毒系統(tǒng)在校園管理中的應(yīng)用研究

摘? 要：根據(jù)國(guó)家衛(wèi)健委發(fā)布的指導(dǎo)意見(jiàn)，紫外線消毒燈是殺滅新冠病毒行之有效的方法之一。然而面對(duì)高等院校的使用場(chǎng)景，傳統(tǒng)紫外線消毒燈存在使用安全性和消毒有效性等問(wèn)題。文章針對(duì)以上痛點(diǎn)，提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的智能紫外消毒燈系統(tǒng)解決方案，在保留紫外燈消毒效果的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了高校消毒管理的實(shí)時(shí)化、自動(dòng)化和可視化，為疫情過(guò)去后高校消毒的常態(tài)化管理奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：紫外消毒;智能系統(tǒng);校園消毒管理

Abstract：According to the guideline released by National Health Commission of the PRC，UV disinfection light is one of effective method to kill 2019-nCoV. But when we consider the typical scenario at colleges and universities，the usage security and effect of disinfection proved to be a problem of traditional UV disinfection light. This paper proposes an IoT based smart UV disinfection light system to solve these pain points. In addition to the disinfection effect，colleges and universities realize a real-time，automated and visualized disinfection management，which laid solid foundation for the regular disinfection management of colleges and universities even after novel coronavirus epidemic.

Keywords：UV disinfection;intelligent system;campus disinfection management

0? 引? 言

2020年初，一場(chǎng)突如其來(lái)的疫情影響了整個(gè)中國(guó)大地，面對(duì)來(lái)勢(shì)洶洶的新冠病毒，習(xí)近平總書(shū)記領(lǐng)導(dǎo)黨和全國(guó)人民一起開(kāi)展了一場(chǎng)艱苦卓絕的大國(guó)抗疫戰(zhàn)爭(zhēng)。我們眾志成城、我們守望相助。時(shí)近3月，已經(jīng)取得了初步的階段性勝利。我們有信心，也有決心最終戰(zhàn)勝新冠病毒，然而反思新冠病毒的特點(diǎn)和疫情發(fā)展的過(guò)程，現(xiàn)在還不是松懈的時(shí)候，更需要考慮疫情過(guò)后，如何在復(fù)雜環(huán)境特別是人員密集區(qū)域?qū)崿F(xiàn)消毒常規(guī)化和常態(tài)化。即將面臨眾多學(xué)生返校開(kāi)課的高等院校，就是這樣一種典型的環(huán)境。作為管理人員必須仔細(xì)思考、慎重規(guī)劃、細(xì)致執(zhí)行才能防患于未然，確保學(xué)生和教職工的安全，保證良好的教學(xué)和科研秩序。

據(jù)報(bào)道，新型冠狀病毒可以人傳人。目前已經(jīng)確定的傳播途徑主要是飛沫傳播（打噴嚏、咳嗽等）和接觸傳播（用接觸過(guò)病毒的手挖鼻孔、揉眼睛等）?？梢哉f(shuō)，在人員相對(duì)比較密集的區(qū)域，傳播的風(fēng)險(xiǎn)會(huì)持續(xù)增加。而因?yàn)楦咝５奶烊宦毮?，每天都?huì)存在多種人員相對(duì)密集的場(chǎng)景，比如說(shuō)空氣流通性差的圖書(shū)館、體育場(chǎng)館，人員流流動(dòng)性大的食堂以及教室、實(shí)驗(yàn)室、辦公室、宿舍等每天都會(huì)活動(dòng)的場(chǎng)所。如何最大限度地保證這些場(chǎng)所的安全是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。

從國(guó)家衛(wèi)健委發(fā)布的《關(guān)于應(yīng)發(fā)新型冠狀病毒感染的肺炎診療方案（試行第四版）》開(kāi)始，已經(jīng)增加了紫外線照射殺滅新冠病毒的指導(dǎo)意見(jiàn)。紫外線消毒具有安全性高、污染小、可以重復(fù)使用等諸多優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)在市面上的紫外消毒燈主要有兩種類(lèi)型：一種燈光波長(zhǎng)為253.7 nm，可以作用于生物體的遺傳物質(zhì)（DNA、RNA，此次新型冠狀病毒是通過(guò)RNA復(fù)制的），使其遭到破壞;另外一種燈光波長(zhǎng)為185.0 nm，為臭氧紫外線燈，與空氣作用可以產(chǎn)生有強(qiáng)氧化作用的臭氧，也可有效消滅細(xì)菌，但不是直接通過(guò)紫外線作用于病菌本身。

1? 現(xiàn)有消毒技術(shù)分析

由于紫外線的天然特性，在有人的情況下使用會(huì)對(duì)人體造成一定程度的傷害。因?yàn)樽贤饩€對(duì)人體皮膚黏膜有一定損害，眼睛注視會(huì)造成導(dǎo)致出現(xiàn)眼睛流淚、受傷，還會(huì)導(dǎo)致皮膚脫皮等。如果人體受到過(guò)量的紫外線照射，會(huì)引起光化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致機(jī)體發(fā)生一系列變化。長(zhǎng)期接觸紫外線可引起電光性眼炎，電光性眼炎反復(fù)發(fā)作可導(dǎo)致結(jié)膜炎、慢性眼瞼炎，甚至發(fā)生眼瞼皮膚癌等病變。如何安全地使用紫外消毒燈，也是必須思考的重要問(wèn)題。

通過(guò)分析傳統(tǒng)紫外消毒燈，我們發(fā)現(xiàn)其具有以下一些痛點(diǎn)：

首先是安全性，如上所述，紫外光線會(huì)給眼睛和皮膚帶來(lái)一定的傷害，需要在無(wú)人的情況下才能使用。而在使用臭氧紫外線燈時(shí)，還需要及時(shí)進(jìn)行空氣流通和循環(huán)。這在以往都需要由專(zhuān)人進(jìn)行手動(dòng)開(kāi)關(guān)控制，而且面對(duì)數(shù)量眾多的教室、辦公室、食堂等公共設(shè)施，需要耗費(fèi)大量的人力和資源。由于某些特殊場(chǎng)所（比如圖書(shū)館、教室等）只有在深夜的時(shí)候才會(huì)統(tǒng)一關(guān)閉，這需要工作人員在深夜進(jìn)行操作。另外由于人的主觀性，容易造成遺漏。

其次是紫光線消毒的有效性，缺少可視化、全局化的界面了解整體和細(xì)節(jié)，同時(shí)為確保紫外線輻射照度高于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的下限，必須定期（每季度一次）用UV試紙或手持紫外線監(jiān)測(cè)儀去檢測(cè)紫外燈輸出的紫外線輻射強(qiáng)度，當(dāng)?shù)陀谙孪迺r(shí)需要及時(shí)更換燈管，這也占用了巨大的人力資源。

2? 智能紫外消毒燈控制系統(tǒng)解決方案

針對(duì)以上痛點(diǎn)，我們?yōu)楦咝ＴO(shè)計(jì)了一套基于物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的智能紫外消毒燈控制系統(tǒng)，基于無(wú)線的連接方式（Wi-Fi、ZigBee、BLE等）和物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)將散落在各處的紫光消毒燈連成一張網(wǎng)，做到統(tǒng)一管理和控制，整體架構(gòu)如圖1所示。

除了紫外燈以外，系統(tǒng)會(huì)和幾種類(lèi)型的傳感器配合使用。占位傳感器監(jiān)測(cè)是否有人，在有人的情況下及時(shí)關(guān)閉紫外殺毒燈避免對(duì)人體造成意外傷害;臭氧濃度傳感器監(jiān)測(cè)室內(nèi)臭氧濃度，當(dāng)濃度超過(guò)一定閾值的情況下，啟動(dòng)排風(fēng)扇進(jìn)行空氣循環(huán)和流通;紫外線輻射照度傳感器監(jiān)測(cè)紫外線輻射強(qiáng)度，當(dāng)?shù)陀谀硞€(gè)閾值的時(shí)候，提前告警至相關(guān)管理人員，提示更換紫外燈以保證殺毒效果。

同時(shí)，如圖2所示，系統(tǒng)基于大數(shù)據(jù)提供整個(gè)學(xué)校，以及各個(gè)區(qū)域的消毒報(bào)表、日志，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和公示，做到在任何時(shí)刻都能對(duì)學(xué)校及各區(qū)域的消毒情況了然于胸。這些數(shù)據(jù)都會(huì)定時(shí)定期自動(dòng)上報(bào)，在節(jié)省人力的同時(shí)也大大降低了遺報(bào)漏報(bào)的可能性。除此之外，系統(tǒng)還提供了豐富的資產(chǎn)管理能力，對(duì)資產(chǎn)進(jìn)行可視化的集中管理和控制，實(shí)現(xiàn)了對(duì)資產(chǎn)的分布、狀態(tài)和消毒有效性一目了然的管理。同時(shí)，為了避免不可預(yù)期的網(wǎng)絡(luò)原因，系統(tǒng)應(yīng)具備邊緣計(jì)算能力，在失去網(wǎng)絡(luò)連接的情況下，各場(chǎng)所紫外消毒燈可以按照既有的策略保持運(yùn)行，直到網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題修復(fù)，同時(shí)緩存失聯(lián)期間的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，在連接恢復(fù)后上傳至云端做匯總處理。

系統(tǒng)可以配置各種自定義的消毒策略。如圖3所示，在特定時(shí)間段（比如每周二的22：00～23：00）實(shí)現(xiàn)定時(shí)消毒;如圖4所示，可以支持手動(dòng)啟動(dòng)紫外消毒燈迅速進(jìn)行即時(shí)消毒。也可以設(shè)置臭氧濃度閾值，當(dāng)監(jiān)測(cè)值超過(guò)時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)排風(fēng)扇進(jìn)行空氣流通。

最后系統(tǒng)還具有告警功能，如圖5所示，當(dāng)紫外消毒燈沒(méi)有按照既定策略啟動(dòng)消毒，會(huì)發(fā)送相關(guān)告警至特定的郵箱。當(dāng)紫外燈輻射值低于約定閾值時(shí)，也會(huì)提前發(fā)送消息給管理員提示及時(shí)更換燈具。

3? 使用場(chǎng)景分析

基于這套系統(tǒng)，我們仔細(xì)分析，發(fā)現(xiàn)高校區(qū)域存在以下細(xì)分場(chǎng)景，一類(lèi)是空氣流通性差、人員密集的區(qū)域，比如圖書(shū)館、體育場(chǎng)館等封閉場(chǎng)所。這類(lèi)場(chǎng)所因?yàn)橹辉谝雇斫y(tǒng)一關(guān)閉，需要在深夜進(jìn)行消毒，同時(shí)需要加裝排風(fēng)扇并和臭氧濃度傳感器聯(lián)動(dòng)。二類(lèi)場(chǎng)景是人員流動(dòng)性大，有固定使用頻率的區(qū)域，比如食堂。這類(lèi)場(chǎng)所可以在非用餐時(shí)間關(guān)閉并進(jìn)行消毒，因?yàn)榭臻g大，并不需要特別進(jìn)行臭氧殺毒和排風(fēng)。三類(lèi)場(chǎng)景是有固定使用頻率的封閉式小區(qū)域，比如教室、辦公室等。這類(lèi)場(chǎng)所需要加裝占位傳感器，在有零散人員出現(xiàn)的情況下，及時(shí)關(guān)閉紫外殺毒燈。對(duì)于辦公室環(huán)境可在下班后進(jìn)行定時(shí)消殺，而教室在白天課程結(jié)束后，可輪流劃片關(guān)閉，分批定時(shí)進(jìn)行消毒，夜晚再進(jìn)行統(tǒng)一殺毒迎接第二天的使用;四類(lèi)場(chǎng)景是使用時(shí)間隨機(jī)、不固定的封閉式小區(qū)域，比如實(shí)驗(yàn)室。這類(lèi)場(chǎng)所需要在夜晚時(shí)分無(wú)人的情況下進(jìn)行殺毒，同時(shí)需要加裝占位傳感器，在有零散人員出現(xiàn)的情況下，及時(shí)關(guān)閉紫外殺毒燈。五類(lèi)場(chǎng)景是流動(dòng)性高頻次區(qū)域，比如說(shuō)校車(chē)車(chē)隊(duì)。這類(lèi)場(chǎng)景需要在車(chē)庫(kù)加裝紫外消毒燈，在每次校車(chē)的使用間隔內(nèi)進(jìn)行約15分鐘的多頻次短時(shí)間殺毒，也可以考慮和車(chē)隊(duì)調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)。

4? 結(jié)? 論

以上我們論證了智能紫外燈消毒控制系統(tǒng)在高校的應(yīng)用。紫外燈是一種相對(duì)低成本、可控、安全性高的消毒燈具。而增加了智能控制的紫外燈消毒系統(tǒng)，在保持既有優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，也克服了眾多缺點(diǎn)，是高等院校等人員密集場(chǎng)所行之有效的消毒解決方案。通過(guò)系統(tǒng)的使用，實(shí)現(xiàn)了高校消毒管理的實(shí)時(shí)化、自動(dòng)化和可視化。

如今防疫形勢(shì)有所好轉(zhuǎn)，除了黨和國(guó)家的大力支持以外，廣大人民群眾也做出了很大的貢獻(xiàn)，此時(shí)此刻，我們更不能掉以輕心，要在這最吃勁的時(shí)刻，繼續(xù)打攻堅(jiān)戰(zhàn)，鞏固已經(jīng)取得的來(lái)之不易的戰(zhàn)疫成果。在戰(zhàn)勝疫情之后，也要做到殺毒的常態(tài)化管理，為學(xué)校維護(hù)一個(gè)安全穩(wěn)定有序的學(xué)習(xí)環(huán)境。

參考文獻(xiàn)：

[1] 國(guó)家衛(wèi)生健康委辦公廳? 國(guó)家中醫(yī)藥管理局辦公室.新型冠狀病毒感染的肺炎診療方案（試行第四版） [R/OL].（2020-01-27）.http：//www.nhc.gov.cn/yzygj/s7653p/202001/4294563ed35b43209b31739bd0785e67/files/7a9309111267475a99d4306962c8bf78.pdf.

[2] 黃成宏.9款紫外消毒燈口碑報(bào)告：使用不慎可能傷害眼睛，德國(guó)羅氏得到消費(fèi)者好評(píng) [EB/OL].（2020-02-27）.https：//www.ccreports.com.cn/show-28-31946-1.html.

作者簡(jiǎn)介：張秋卉（1982—），女，漢族，安徽宿州人，初級(jí)助理工程師，碩士研究生，研究方向：生物學(xué)。