物聯網技術在校園防疫平臺建設中的應用

平頂山職業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。依靠物聯網技術優勢，設計出人體體溫檢測、可視化管理系統及校園管理系統，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揮了重要的作用。本研究將充分發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

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，是一種無線檢測系統，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進行連接，一旦檢測的體溫信息異常時，系統會出發預警，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，可設在校門口、寢室門口、各教學樓門口等重要場所，對各個區域進行活動監控，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，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

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的人臉識別系統，當人體靠近時，自身的攝像頭進入工作狀態，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ID。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測，當疫情發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，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、可視化系統、疫情防控系統為研究對象，建設防疫平臺。

2.1 人體體溫無線檢測系統

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，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。

（1）系統總體結構設計

人體體溫無線檢測系統的原理是當人體進入人臉識別和體溫測量范圍內，系統根據學生的門禁卡讀取學生信息，若溫度檢測系統檢測出人體體溫狀況不良，系統將會發出提示預警，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，對可疑人群實施跟蹤管控，隨時監控其體溫的變化，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）無線溫度檢測系統集成結構設計

無線溫度監測系統是基于原有校園門禁和閘機基礎上進行了系統集成設計，既節約了應用成本，又實現了基于物聯網的防疫溫度檢測系統設計。系統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，通過無線模塊、溫顯模塊及報警模塊的協調工作，實現人體體溫無線監測。系統結構圖如圖1所示。

圖1 系統集成結構

系統插電和聯網后即可進行工作狀態，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。系統一旦檢測體溫異常，系統首先確認是否在靜默狀態，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測系統，能夠在保證防疫工作者安全的同時，提高了工作的效率。

（3）無線溫度監測系統軟件設計

系統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，進行測溫監控系統的搭建。軟件架構為測溫監控數據采集層、測溫監控數據分析層以及測溫監控指揮層。三層結構分別和相應的子系統進行對接，共同實現溫度檢測軟件系統的功能。

測溫監控數據采集層也是該系統的第一層結構，通過通信網絡采集人體溫度數據和人臉信息；測溫監控數據分析層可實現與GIS系統對接，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，實現對系統的有效控制。

基于物聯網技術的無線溫度監測系統設計以防疫為基礎，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，可視化系統是基于物聯網技術而進行開發設計的，在線上模式中能夠實現全校師生健康監測，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，利用可視化系統進行教學管理，保證校園防疫工作有序進行。

（1）系統設計思路

可視化系統的設計能夠滿足校園師生體溫監測、位置查詢、疫情態勢防控以及實時性可視化展示；同時，系統在線下模式下對師生返校的狀態、體溫情況等實施監測管理，杜絕疫情從校園外進入校園內。系統的設計思路是通過防疫平臺將可視化系統與相應的疫情防控系統和教學管理系統相連接，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）系統主要模塊

可視化系統主要包括人員信息、視覺檢測、線上教學三個模塊。當疫情發生時，通過校園防疫平臺中可視化系統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、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。

可視化系統的首頁功能模塊設計，包含了系統中的基礎信息、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頁面及時的發現異常人員，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

研究設計的校園疫情管理系統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，并為學校提供優質的服務。

（1）校園疫情管理系統設計

該系統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。系統的總體框架如圖3所示。校園疫情管理系統主要包括系統管理模塊、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 系統總體架構

（2）校園疫情管理系統操作流程

校園疫情管理系統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，只有符合校園規定的行為才會被允許，對未按照規定進行打卡的同學，系統將會啟動提醒模式，進一步的約束學生的校園和校外行為。如果同學違反系統規定，系統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、可視化系統以及校園疫情管理系統，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，通過不斷的發展將成為未來校園防疫工作中的重要支撐。