基于疫情防控的人員監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)

夏 炎，夏 明，陳思旭，陳久順，趙建翔，連 輝

（1.西南民族大學(xué) 計(jì)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(jiǎn)稱“新冠肺炎”）疫情在武漢爆發(fā)，并迅速蔓延至全國(guó)各地。近一年來(lái)，在全國(guó)人民的不懈努力下，新增病例數(shù)持續(xù)下降，國(guó)內(nèi)疫情得到良好的控制，總體疫情形勢(shì)相對(duì)平穩(wěn)，各地也已經(jīng)開(kāi)始復(fù)工、復(fù)產(chǎn)、復(fù)學(xué)，但上億的人口流動(dòng)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(wú)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(wú)癥狀患者的隔離以及檢測(cè)。在日常的社會(huì)生活中，獲取人們的體溫是最容易的檢測(cè)方式，并且在救治與康復(fù)階段，體溫監(jiān)測(cè)也是對(duì)患者進(jìn)行生理評(píng)估的重要參數(shù)之一，所以體溫檢測(cè)仍然是一些公眾場(chǎng)合的主要防疫措施。鑒于體溫檢測(cè)的重要性和人工檢測(cè)體溫的繁雜性，需要對(duì)現(xiàn)有防疫措施進(jìn)行高效化和智能化的改變。針對(duì)疫情防控的體溫監(jiān)測(cè)問(wèn)題，本文提出了將體溫檢測(cè)、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(cè)以及在疫情發(fā)生后對(duì)數(shù)據(jù)處理時(shí)存在的問(wèn)題。

1 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

在疫情發(fā)生時(shí)，為了能夠?qū)εc感染病毒患者接觸或在同一場(chǎng)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(cè)站并對(duì)出入人員做好個(gè)人信息記錄。人工記錄體溫的缺點(diǎn)也隨著疫情工作的開(kāi)展慢慢展現(xiàn)出來(lái)。第一，人工檢測(cè)體溫耗費(fèi)較大的人力資源，后勤人員需要在各個(gè)點(diǎn)位進(jìn)行體溫檢測(cè)，無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)未進(jìn)行測(cè)溫以及測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)造假的人員，制約了體溫監(jiān)測(cè)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(shí)，耗費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)，并且容易造成人員聚集，增大感染病毒的風(fēng)險(xiǎn)。第三，僅在需要的時(shí)間點(diǎn)檢測(cè)體溫，無(wú)法呈現(xiàn)體溫的連續(xù)和總體情況，可能會(huì)丟失很多體溫變化的“過(guò)程信息”。當(dāng)疫情發(fā)生時(shí)，對(duì)疑似病例的追蹤存在一定的阻礙。在一些需要封閉的場(chǎng)所，如學(xué)校和公司，防疫措施要求會(huì)更高。假如疫情在校園里爆發(fā)，學(xué)校一般會(huì)選擇停課來(lái)緩解病毒的傳播。但是如果大面積停課和隔離，可能會(huì)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(jiǎn)化和改進(jìn)此措施，綜合運(yùn)用體溫檢測(cè)和數(shù)據(jù)分析，本系統(tǒng)做出如下功能設(shè)計(jì)。

1.1 體溫異常警報(bào)

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

1.2 網(wǎng)頁(yè)端和手機(jī)端實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

設(shè)備通過(guò)無(wú)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(gè)人信息、時(shí)間、地點(diǎn)等信息后，會(huì)實(shí)時(shí)展示在網(wǎng)頁(yè)端和手機(jī)端。管理人員可以隨時(shí)通過(guò)檢測(cè)網(wǎng)頁(yè)端和手機(jī)端，監(jiān)測(cè)人員錄入的情況和信息，并通過(guò)客戶端跟蹤被檢測(cè)人員的活動(dòng)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(tái)分析與檢索

每臺(tái)設(shè)備都會(huì)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接至后臺(tái)服務(wù)器，系統(tǒng)也會(huì)對(duì)上傳的體溫、個(gè)人信息、時(shí)間、地點(diǎn)等信息進(jìn)行篩選和儲(chǔ)存，管理人員可以在后臺(tái)利用關(guān)鍵字進(jìn)行人員查找。通過(guò)對(duì)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(duì)此次疫情，后臺(tái)錄入數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存時(shí)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(huì)將與此人同一時(shí)段出入同一場(chǎng)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(duì)與其出入同一場(chǎng)所次數(shù)較多的同伴進(jìn)行第二次篩選，然后以網(wǎng)頁(yè)端和手機(jī)端的形式展示，管理人員可以對(duì)兩次篩選的人員進(jìn)行針對(duì)性的隔離和檢測(cè)，有效避免了大面積的人員隔離。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本設(shè)備通過(guò)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(duì)采集點(diǎn)的時(shí)間和地點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確記錄。記錄后的信息會(huì)實(shí)時(shí)上傳到后臺(tái)服務(wù)器，在這些數(shù)據(jù)量的基礎(chǔ)上，后臺(tái)系統(tǒng)則可對(duì)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(jì)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(chǔ)

在智能傳感器方面，采用非接觸式紅外測(cè)溫模塊獲取人體體溫?cái)?shù)據(jù)，RFID射頻識(shí)別模塊識(shí)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(guò)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(kù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)存儲(chǔ)。要求存儲(chǔ)數(shù)據(jù)持久化且達(dá)到15天以上，則采用MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)；同時(shí)使用阿里云OSS存儲(chǔ)，可用于存儲(chǔ)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(duì)系統(tǒng)的操作，建立相應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)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(kāi)發(fā)，同時(shí)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(qǐng)求路由的轉(zhuǎn)發(fā)，登錄板塊采用單點(diǎn)登錄；將token值存儲(chǔ)至Redis緩存數(shù)據(jù)庫(kù)中并用于之后的認(rèn)證對(duì)比；在注冊(cè)板塊中使用了阿里云短信服務(wù)，通過(guò)短信驗(yàn)證碼綁定手機(jī)號(hào)完成注冊(cè)；對(duì)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(duì)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(kù)；同時(shí)對(duì)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(duì)數(shù)據(jù)的分析過(guò)程使用Python基于樸素貝葉斯分類算法來(lái)實(shí)現(xiàn)，對(duì)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(guò)指定人員ID獲取與其同一時(shí)間段出入同一地點(diǎn)的其他人員信息等功能。對(duì)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(duì)文件內(nèi)容進(jìn)行篩選，最終導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫(kù)。

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(kāi)發(fā)，通過(guò)Axios發(fā)送請(qǐng)求向后端接口請(qǐng)求數(shù)據(jù)；使用Echarts插件對(duì)部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行渲染，以圖表的形式展現(xiàn)在網(wǎng)頁(yè)端及其他平臺(tái)。

3 系統(tǒng)應(yīng)用及優(yōu)勢(shì)

3.1 應(yīng)用對(duì)象

設(shè)備需要被檢測(cè)人員配備含相應(yīng)芯片的ID卡，如學(xué)生校園卡，以此來(lái)識(shí)別被檢測(cè)人員的身份信息。所以設(shè)備可以有效針對(duì)學(xué)校、公司和社區(qū)等相對(duì)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(shí)封閉和隔離的社會(huì)群體服務(wù)。

3.2 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

目前，針對(duì)疫情的輔助篩查系統(tǒng)仍然處于試用甚至開(kāi)發(fā)階段。與其他體溫檢測(cè)儀器相比，如人像體溫檢測(cè)儀，體溫監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)不僅結(jié)合了數(shù)據(jù)庫(kù)、后臺(tái)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(duì)人員的監(jiān)控和排查具有高效性和準(zhǔn)確性，同時(shí)本體溫監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還具有較高的可靠性和可擴(kuò)展性。

3.3 綜合評(píng)價(jià)

近年來(lái)，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(shì)。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(guó)家疫情防控要求，又能大大減少體溫檢測(cè)和體溫?cái)?shù)據(jù)化處理的時(shí)間。疫情防控期間，能夠有效地完成基本體溫檢測(cè)任務(wù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間地儲(chǔ)存。疫情突發(fā)時(shí)，可以對(duì)傳染源進(jìn)行有效地分析和對(duì)被感染者準(zhǔn)確地篩查，解決了學(xué)校、公司等相對(duì)封閉場(chǎng)所的疫情防控難題，使防控措施簡(jiǎn)化，并且具有針對(duì)性。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文基于疫情防控的措施，提出了一種將體溫檢測(cè)、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(shí)，在原有的體溫檢測(cè)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(cè)的繁雜性問(wèn)題，還能有效控制病毒的蔓延，對(duì)感染人群進(jìn)行針對(duì)性隔離；通過(guò)網(wǎng)頁(yè)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(cè)分析系統(tǒng)還可以進(jìn)一步完善，使設(shè)備具有更多價(jià)值。