平顶山职业技术学院机电工程系 姚东永
为了保障校园安全免受疫情影响，研究基于物联网技术而建设了校园防疫平台。依靠物联网技术优势，设计出人体体温检测、可视化管理系统及校园管理系统，帮助学校实施精准防控，成为校园防疫工作中有力的支撑。
物联网自疫情爆发以来，依靠着强大的信息技术，通过对各项技术的高度集成以及综合运用，在疫情防控工作中发挥了重要的作用。本研究将充分发挥物联网技术的重要作用，应用到校园防疫工作中，提升校园健康防疫水平。
1.1 应用于无接触、高精度、可预警人体体温检测系统
校园是人流密集场所，为保证全校师生在疫情期间的健康安全，防止产生交叉感染，需做好疫情防控处置工作，制定出快速、科学、高校、精准的防控方案，利用物联网技术实现提早发现、预警、上报、处置，避免疫情进一步蔓延。本研究提出的人体体温检测系统，是一种无线检测系统，通过温度传感器将采集的温度数据上传到防疫平台，个人信息须借助蓝牙、小程序等方式与学校后台系统进行连接，一旦检测的体温信息异常时，系统会出发预警，将信息上报给防疫平台，学校即可根据学生的信息做进一步处理，以此鉴定被检测人是否出现疫情。基于物联网的人体体温检测系统，可设在校门口、寝室门口、各教学楼门口等重要场所，对各个区域进行活动监控，保证基础防疫工作有效进行。
1.2 校园疫情防控与网络教学可视化平台
当校园发生疫情时，为保证全校师生健康，制定出线上和线下两种教学方式，通过应用物联网技术，对学生实施可视化的跟踪。为解决学生生源分布广泛、信息收集困难问题，通过应用物联网技术制定科学的管理方案，对全校学生实施全面的健康监测，在学生返校方案及防控处置中提供数据支持，校园防控可视化平台具有重要作用。在线上模式教学时，利用疫情防控平台显示全校师生的健康状态，保证校内外防控信息实现畅通。利用物联网技术为教学管理提供帮助，为疫情管控工作提供支持，为线下教学提供准备。当校园处于线下模式时，网络教学可视化平台能够完成开学审核工作，有效的实现教学管理，保证学生能够在校园获得良好的学习保障。
1.3 人脸识别系统
在疫情期间，为实现健康数据自动采集工作，提高防疫工作效率，应用人脸识别系统和其他检测模块相结合的方式，对数据实时采集。研究基于物联网技术而开发的人脸识别系统，当人体靠近时，自身的摄像头进入工作状态，对人脸进行扫描检测，结合体温检测模块或其他检测模块，实现数据的整合上传工作。在校园防疫平台中，通过与存储的人脸库数据的对比，从而完成身份确认工作。该过程需将个人上传照片及信息上传到平台服务器上，平台包含全校师生的人脸，通过物联网技术和人工智能的结合，生成用户的人脸ID。当校园师生通过人脸检测设备后，设备将会对人脸信息进行鉴别和确认，再将收集到的数据信息上传至校园防疫平台，平台即会对采集的相关信息进行匹配，对人员进行健康状况的监测，当疫情发生时能够有效实施排查、预警工作，便于校园疫情的把控处理。
随着新冠疫情的爆发，国家更加重视校园防疫平台的建设工作，基于校园人员密集、易感染、大范围传播特点，研究通过应用物联网技术、网络、人工智能、大数据等前沿科技，搭建校园防疫平台，实现防疫管控工作高效运行，保障全校师生学习、生活、出行安全。因此，研究基于物联网技术的人体体温检测系统、可视化系统、疫情防控系统为研究对象，建设防疫平台。
2.1 人体体温无线检测系统
在校园防疫平台建设上，出于对不同疫情特点的分析，需要设计一套人体体温检测系统，为防止产生身体接触，研究基于无线网络设计出人脸识别体温检测系统。
（1）系统总体结构设计
人体体温无线检测系统的原理是当人体进入人脸识别和体温测量范围内，系统根据学生的门禁卡读取学生信息，若温度检测系统检测出人体体温状况不良，系统将会发出提示预警，采集的人脸信息及体温数据将会回传至防疫平台，平台接收到预警后也将对被测人进行进一步的检测，直至确认是否感染疫情。利用防疫平台和人体体温检测系统，对可疑人群实施跟踪管控，随时监控其体温的变化，或者根据人体温度的变化和接触人群情况提出相应的预防建议。防疫平台根据收集的实时数据绘制出图表和GIS数据，为防疫指挥和应急准备提供数据支持，同时保证防疫工作能够有的放矢。
（2）无线温度检测系统集成结构设计
无线温度监测系统是基于原有校园门禁和闸机基础上进行了系统集成设计，既节约了应用成本，又实现了基于物联网的防疫温度检测系统设计。系统的硬件部分由三部分构成，即温度采集、数据处理以及数据传输。温度传感器为满足使用需求，又包含了红外温度传感器、环境温度传感器等。当人体靠近时，接近传感器即会进入工作状态，通过无线模块、温显模块及报警模块的协调工作，实现人体体温无线监测。系统结构图如图1所示。
图1 系统集成结构
系统插电和联网后即可进行工作状态，实现多个人员的移动体温测量，可有效地降低交叉感染风险。系统一旦检测体温异常，系统首先确认是否在静默状态，同时做出数据上传及延时再次确认操作，对采集的数据进行二次确认。防疫平台将对被检测人实施相应的监控，确保检测个人及周边师生的健康安全。通过设计无线温度监测系统，能够在保证防疫工作者安全的同时，提高了工作的效率。
（3）无线温度监测系统软件设计
系统在软件设计上充分考虑了防疫平台的要求，采用了灵活的部署，使应用能够被很好的整合。研究以防疫平台为基础，进行测温监控系统的搭建。软件架构为测温监控数据采集层、测温监控数据分析层以及测温监控指挥层。三层结构分别和相应的子系统进行对接，共同实现温度检测软件系统的功能。
测温监控数据采集层也是该系统的第一层结构，通过通信网络采集人体温度数据和人脸信息；
测温监控数据分析层可实现与GIS系统对接，以此获得被检测人的活动轨迹及定位。当人体体温异常时，通过与采集数据的结合，推测出个体的健康情况，实施针对性的防疫预警，便于防疫工作者进行防疫控制，实施个体干预，从而避免疫情扩大化；
测温监控指挥层主要负责防疫指挥工作及外部调度工作，实现对系统的有效控制。
基于物联网技术的无线温度监测系统设计以防疫为基础，充分考虑不同时期、不同阶段、人口数量等因素，采取科学化的系统设计，在保证防疫使用需求的前提下，降低防疫工作的强度，提高整体工作效率。
2.2 可视化系统设计
为满足疫情防控需求，学校会根据实际情况采取线上和线下两种教学模式。因此，可视化系统是基于物联网技术而进行开发设计的，在线上模式中能够实现全校师生健康监测，保证学生和老师的防控信息和活动轨迹在有效控制范围内，便于线下开学模式工作的开展。在线下模式中，利用可视化系统进行教学管理，保证校园防疫工作有序进行。
（1）系统设计思路
可视化系统的设计能够满足校园师生体温监测、位置查询、疫情态势防控以及实时性可视化展示；
同时，系统在线下模式下对师生返校的状态、体温情况等实施监测管理，杜绝疫情从校园外进入校园内。系统的设计思路是通过防疫平台将可视化系统与相应的疫情防控系统和教学管理系统相连接，并通过多种途径获得公共数据，再将数据通过网络通信发送回防疫平台服务器，经过数据的计算、存储、分析后，进行可视化展示，使整个防疫工作都在可视化管控下，便于防疫人员对公共事件的快速处理。数据流转如图2所示。
图2 平台数据流转示意图
（2）系统主要模块
可视化系统主要包括人员信息、视觉检测、线上教学三个模块。当疫情发生时，通过校园防疫平台中可视化系统对师生的实时数据信息进行采集和分析，基于物联网技术并通过多种渠道将疫情数据集状态、线上教学情况、线下教学管理、学生活动轨迹等多数据进行可视化展示。人员信息、视觉检测、线上教学可通过手机、校园大屏幕、电脑等方式直观的展示。
可视化系统的首页功能模块设计，包含了系统中的基础信息、体温信息、位置信息以及防疫工作宣传等。依靠物联网技术将个人的信息、健康状况、活动轨迹上传至防疫平台服务器，系统即会对师生的数据进行展示；
线上教学模块与学校的教育系统对接，对各个教学单位进行教学安排和管理，学生的课程内容、学习任务、任务提交情况等内容将会以表格或图形的方式在可视化系统中展示，方便教师掌握课程的进度及学生的学习效果；
可视化校园模块设计，使全校师生的健康情况都能通过地图进行3D位置展示，防疫工作者可通过观察系统页面及时的发现异常人员，并通过位置信息及时的找到异常人员，实施有效的防护措施。
2.3 校园疫情管理系统
研究设计的校园疫情管理系统是为保证疫情期间教学工作的顺利进行而设计的。基于Ecaharts数据分析为基础，为防疫工作者减轻负担，同时提高师生教学的效率，并为学校提供优质的服务。
（1）校园疫情管理系统设计
该系统涉及到校园各个方面，通过各个功能模块的设计，实现校园疫情的高效管理。系统的总体框架如图3所示。校园疫情管理系统主要包括系统管理模块、宿舍管理模块、课上课下管理模块、校内外人员出入管理模块以及数据分析模块等。其中，系统管理模块管理学生的各种信息数据；
宿舍管理模块的功能是对学生的日常住宿进行管理，保证学生的体温及身体状况正常，并按照宿舍管理规定进行作息安排；
课上课下管理模块的设计是掌握学生情况的保证；
通过控制校内外人员的出入，从源头进行把控，杜绝疫情进入校园；
数据分析模块的是利用采集的数据，并通过物联网技术及网络通信对师生的活动、接触的人群、身体健康状况进行整合分析，为疫情防控提供数据支持。
图3 系统总体架构
（2）校园疫情管理系统操作流程
校园疫情管理系统界面上设置了账号登录窗口，学生可输入学号进行登录，登录成功后需申请个人账号。系统每天会对学生的上课情况、住宿情况、出入学校情况实施打卡考勤制，只有符合校园规定的行为才会被允许，对未按照规定进行打卡的同学，系统将会启动提醒模式，进一步的约束学生的校园和校外行为。如果同学违反系统规定，系统将会对学生提出警告并进行询问，从而保证学生在疫情下均能按照系统管理进行学习活动，为学校管理提供重要保障。
总结：为保证校园免受疫情的影响，研究基于物联网技术建设的校园防疫平台，通过设计人体体温无线检测系统、可视化系统以及校园疫情管理系统，共同组成了校园的防疫安全屏障，从各个方面保障校园师生健康安全；
同时，本平台可以提高防疫工作效率，减轻工作人员的负担，通过不断的发展将成为未来校园防疫工作中的重要支撑。