物聯網技術在校園防疫平臺建設中的應用

平頂山職業(yè)技術學院機電工程系 姚東永

為了保障校園安全免受疫情影響，研究基于物聯網技術而建設了校園防疫平臺。依靠物聯網技術優(yōu)勢，設計出人體體溫檢測、可視化管理系統(tǒng)及校園管理系統(tǒng)，幫助學校實施精準防控，成為校園防疫工作中有力的支撐。

1 物聯網技術在校園防疫中的應用

物聯網自疫情爆發(fā)以來，依靠著強大的信息技術，通過對各項技術的高度集成以及綜合運用，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)揮物聯網技術的重要作用，應用到校園防疫工作中，提升校園健康防疫水平。

1.1 應用于無接觸、高精度、可預警人體體溫檢測系統(tǒng)

校園是人流密集場所，為保證全校師生在疫情期間的健康安全，防止產生交叉感染，需做好疫情防控處置工作，制定出快速、科學、高校、精準的防控方案，利用物聯網技術實現提早發(fā)現、預警、上報、處置，避免疫情進一步蔓延。本研究提出的人體體溫檢測系統(tǒng)，是一種無線檢測系統(tǒng)，通過溫度傳感器將采集的溫度數據上傳到防疫平臺，個人信息須借助藍牙、小程序等方式與學校后臺系統(tǒng)進行連接，一旦檢測的體溫信息異常時，系統(tǒng)會出發(fā)預警，將信息上報給防疫平臺，學校即可根據學生的信息做進一步處理，以此鑒定被檢測人是否出現疫情?；谖锫摼W的人體體溫檢測系統(tǒng)，可設在校門口、寢室門口、各教學樓門口等重要場所，對各個區(qū)域進行活動監(jiān)控，保證基礎防疫工作有效進行。

1.2 校園疫情防控與網絡教學可視化平臺

當校園發(fā)生疫情時，為保證全校師生健康，制定出線上和線下兩種教學方式，通過應用物聯網技術，對學生實施可視化的跟蹤。為解決學生生源分布廣泛、信息收集困難問題，通過應用物聯網技術制定科學的管理方案，對全校學生實施全面的健康監(jiān)測，在學生返校方案及防控處置中提供數據支持，校園防控可視化平臺具有重要作用。在線上模式教學時，利用疫情防控平臺顯示全校師生的健康狀態(tài)，保證校內外防控信息實現暢通。利用物聯網技術為教學管理提供幫助，為疫情管控工作提供支持，為線下教學提供準備。當校園處于線下模式時，網絡教學可視化平臺能夠完成開學審核工作，有效的實現教學管理，保證學生能夠在校園獲得良好的學習保障。

1.3 人臉識別系統(tǒng)

在疫情期間，為實現健康數據自動采集工作，提高防疫工作效率，應用人臉識別系統(tǒng)和其他檢測模塊相結合的方式，對數據實時采集。研究基于物聯網技術而開發(fā)的人臉識別系統(tǒng)，當人體靠近時，自身的攝像頭進入工作狀態(tài)，對人臉進行掃描檢測，結合體溫檢測模塊或其他檢測模塊，實現數據的整合上傳工作。在校園防疫平臺中，通過與存儲的人臉庫數據的對比，從而完成身份確認工作。該過程需將個人上傳照片及信息上傳到平臺服務器上，平臺包含全校師生的人臉，通過物聯網技術和人工智能的結合，生成用戶的人臉I(yè)D。當校園師生通過人臉檢測設備后，設備將會對人臉信息進行鑒別和確認，再將收集到的數據信息上傳至校園防疫平臺，平臺即會對采集的相關信息進行匹配，對人員進行健康狀況的監(jiān)測，當疫情發(fā)生時能夠有效實施排查、預警工作，便于校園疫情的把控處理。

2 基于物聯網的校園防疫平臺建設

隨著新冠疫情的爆發(fā)，國家更加重視校園防疫平臺的建設工作，基于校園人員密集、易感染、大范圍傳播特點，研究通過應用物聯網技術、網絡、人工智能、大數據等前沿科技，搭建校園防疫平臺，實現防疫管控工作高效運行，保障全校師生學習、生活、出行安全。因此，研究基于物聯網技術的人體體溫檢測系統(tǒng)、可視化系統(tǒng)、疫情防控系統(tǒng)為研究對象，建設防疫平臺。

2.1 人體體溫無線檢測系統(tǒng)

在校園防疫平臺建設上，出于對不同疫情特點的分析，需要設計一套人體體溫檢測系統(tǒng)，為防止產生身體接觸，研究基于無線網絡設計出人臉識別體溫檢測系統(tǒng)。

（1）系統(tǒng)總體結構設計

人體體溫無線檢測系統(tǒng)的原理是當人體進入人臉識別和體溫測量范圍內，系統(tǒng)根據學生的門禁卡讀取學生信息，若溫度檢測系統(tǒng)檢測出人體體溫狀況不良，系統(tǒng)將會發(fā)出提示預警，采集的人臉信息及體溫數據將會回傳至防疫平臺，平臺接收到預警后也將對被測人進行進一步的檢測，直至確認是否感染疫情。利用防疫平臺和人體體溫檢測系統(tǒng)，對可疑人群實施跟蹤管控，隨時監(jiān)控其體溫的變化，或者根據人體溫度的變化和接觸人群情況提出相應的預防建議。防疫平臺根據收集的實時數據繪制出圖表和GIS數據，為防疫指揮和應急準備提供數據支持，同時保證防疫工作能夠有的放矢。

（2）無線溫度檢測系統(tǒng)集成結構設計

無線溫度監(jiān)測系統(tǒng)是基于原有校園門禁和閘機基礎上進行了系統(tǒng)集成設計，既節(jié)約了應用成本，又實現了基于物聯網的防疫溫度檢測系統(tǒng)設計。系統(tǒng)的硬件部分由三部分構成，即溫度采集、數據處理以及數據傳輸。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。當人體靠近時，接近傳感器即會進入工作狀態(tài)，通過無線模塊、溫顯模塊及報警模塊的協(xié)調工作，實現人體體溫無線監(jiān)測。系統(tǒng)結構圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)集成結構

系統(tǒng)插電和聯網后即可進行工作狀態(tài)，實現多個人員的移動體溫測量，可有效地降低交叉感染風險。系統(tǒng)一旦檢測體溫異常，系統(tǒng)首先確認是否在靜默狀態(tài)，同時做出數據上傳及延時再次確認操作，對采集的數據進行二次確認。防疫平臺將對被檢測人實施相應的監(jiān)控，確保檢測個人及周邊師生的健康安全。通過設計無線溫度監(jiān)測系統(tǒng)，能夠在保證防疫工作者安全的同時，提高了工作的效率。

（3）無線溫度監(jiān)測系統(tǒng)軟件設計

系統(tǒng)在軟件設計上充分考慮了防疫平臺的要求，采用了靈活的部署，使應用能夠被很好的整合。研究以防疫平臺為基礎，進行測溫監(jiān)控系統(tǒng)的搭建。軟件架構為測溫監(jiān)控數據采集層、測溫監(jiān)控數據分析層以及測溫監(jiān)控指揮層。三層結構分別和相應的子系統(tǒng)進行對接，共同實現溫度檢測軟件系統(tǒng)的功能。

測溫監(jiān)控數據采集層也是該系統(tǒng)的第一層結構，通過通信網絡采集人體溫度數據和人臉信息；測溫監(jiān)控數據分析層可實現與GIS系統(tǒng)對接，以此獲得被檢測人的活動軌跡及定位。當人體體溫異常時，通過與采集數據的結合，推測出個體的健康情況，實施針對性的防疫預警，便于防疫工作者進行防疫控制，實施個體干預，從而避免疫情擴大化；測溫監(jiān)控指揮層主要負責防疫指揮工作及外部調度工作，實現對系統(tǒng)的有效控制。

基于物聯網技術的無線溫度監(jiān)測系統(tǒng)設計以防疫為基礎，充分考慮不同時期、不同階段、人口數量等因素，采取科學化的系統(tǒng)設計，在保證防疫使用需求的前提下，降低防疫工作的強度，提高整體工作效率。

2.2 可視化系統(tǒng)設計

為滿足疫情防控需求，學校會根據實際情況采取線上和線下兩種教學模式。因此，可視化系統(tǒng)是基于物聯網技術而進行開發(fā)設計的，在線上模式中能夠實現全校師生健康監(jiān)測，保證學生和老師的防控信息和活動軌跡在有效控制范圍內，便于線下開學模式工作的開展。在線下模式中，利用可視化系統(tǒng)進行教學管理，保證校園防疫工作有序進行。

（1）系統(tǒng)設計思路

可視化系統(tǒng)的設計能夠滿足校園師生體溫監(jiān)測、位置查詢、疫情態(tài)勢防控以及實時性可視化展示；同時，系統(tǒng)在線下模式下對師生返校的狀態(tài)、體溫情況等實施監(jiān)測管理，杜絕疫情從校園外進入校園內。系統(tǒng)的設計思路是通過防疫平臺將可視化系統(tǒng)與相應的疫情防控系統(tǒng)和教學管理系統(tǒng)相連接，并通過多種途徑獲得公共數據，再將數據通過網絡通信發(fā)送回防疫平臺服務器，經過數據的計算、存儲、分析后，進行可視化展示，使整個防疫工作都在可視化管控下，便于防疫人員對公共事件的快速處理。數據流轉如圖2所示。

圖2 平臺數據流轉示意圖

（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、線上教學三個模塊。當疫情發(fā)生時，通過校園防疫平臺中可視化系統(tǒng)對師生的實時數據信息進行采集和分析，基于物聯網技術并通過多種渠道將疫情數據集狀態(tài)、線上教學情況、線下教學管理、學生活動軌跡等多數據進行可視化展示。人員信息、視覺檢測、線上教學可通過手機、校園大屏幕、電腦等方式直觀的展示。

可視化系統(tǒng)的首頁功能模塊設計，包含了系統(tǒng)中的基礎信息、體溫信息、位置信息以及防疫工作宣傳等。依靠物聯網技術將個人的信息、健康狀況、活動軌跡上傳至防疫平臺服務器，系統(tǒng)即會對師生的數據進行展示；線上教學模塊與學校的教育系統(tǒng)對接，對各個教學單位進行教學安排和管理，學生的課程內容、學習任務、任務提交情況等內容將會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度及學生的學習效果；可視化校園模塊設計，使全校師生的健康情況都能通過地圖進行3D位置展示，防疫工作者可通過觀察系統(tǒng)頁面及時的發(fā)現異常人員，并通過位置信息及時的找到異常人員，實施有效的防護措施。

2.3 校園疫情管理系統(tǒng)

研究設計的校園疫情管理系統(tǒng)是為保證疫情期間教學工作的順利進行而設計的?；贓caharts數據分析為基礎，為防疫工作者減輕負擔，同時提高師生教學的效率，并為學校提供優(yōu)質的服務。

（1）校園疫情管理系統(tǒng)設計

該系統(tǒng)涉及到校園各個方面，通過各個功能模塊的設計，實現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、校內外人員出入管理模塊以及數據分析模塊等。其中，系統(tǒng)管理模塊管理學生的各種信息數據；宿舍管理模塊的功能是對學生的日常住宿進行管理，保證學生的體溫及身體狀況正常，并按照宿舍管理規(guī)定進行作息安排；課上課下管理模塊的設計是掌握學生情況的保證；通過控制校內外人員的出入，從源頭進行把控，杜絕疫情進入校園；數據分析模塊的是利用采集的數據，并通過物聯網技術及網絡通信對師生的活動、接觸的人群、身體健康狀況進行整合分析，為疫情防控提供數據支持。

圖3 系統(tǒng)總體架構

（2）校園疫情管理系統(tǒng)操作流程

校園疫情管理系統(tǒng)界面上設置了賬號登錄窗口，學生可輸入學號進行登錄，登錄成功后需申請個人賬號。系統(tǒng)每天會對學生的上課情況、住宿情況、出入學校情況實施打卡考勤制，只有符合校園規(guī)定的行為才會被允許，對未按照規(guī)定進行打卡的同學，系統(tǒng)將會啟動提醒模式，進一步的約束學生的校園和校外行為。如果同學違反系統(tǒng)規(guī)定，系統(tǒng)將會對學生提出警告并進行詢問，從而保證學生在疫情下均能按照系統(tǒng)管理進行學習活動，為學校管理提供重要保障。

總結：為保證校園免受疫情的影響，研究基于物聯網技術建設的校園防疫平臺，通過設計人體體溫無線檢測系統(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，從各個方面保障校園師生健康安全；同時，本平臺可以提高防疫工作效率，減輕工作人員的負擔，通過不斷的發(fā)展將成為未來校園防疫工作中的重要支撐。