基于ZigBee技術的校園體溫監測系統設計

劉凱文 金林華 樓超 董健 王歡

【摘 要】針對新冠肺炎的主要臨床表現癥狀，可以通過體溫監測對人群中的潛在感染者進行監測識別。因此，基于物聯網技術，設計實現了校園大學生體溫無線監測系統。系統利用非接觸式溫度傳感器，將人群中的高危人群信息通過無線網絡通知到系統，再由系統進行活動軌跡分析從而實現全程監控。

【關鍵詞】體溫檢測;物聯網;監測預警系統;無線傳輸

引言

針對新冠肺炎的主要臨床表現癥狀，基于物聯網模式設計開發了一套體溫無線監測系統，使用溫度傳感器采集溫度數據或者將該設備通過藍牙與校園閘機連接來測量學生體溫，然后利用無線網絡將學生信息發送到云服務器，使得校園管理人員和學生可通過客戶端跟蹤學生的活動軌跡及其他信息[1]。當檢測到異常溫度時，系統和客戶端會立即發出警報，通知學校疫情防控人員快速做出防疫響應[2]。

1.系統總體結構設計

校園管理一部出入口包括校門、樓宇出入口、活動場所出入口及廣場出入口等。監控好出入口可以管控流動人員的活動軌跡，對學校防疫提供有價值的信息。校園一般采用校園卡等身份識別系統管控，因此可以和校園卡系統對接獲得學校人員信息，

人員通過校園卡設置的權限可以在限定的出入口進出，并由出入口記錄出入信息，包括身份信息、出入時間、體溫狀況及是否預警。由于出入口設有人臉識別身份鑒別系統，因此可以防止非學生本人持卡通過的異常情況，保證人證合一。系統在校園已有的傳統門禁和閘機系統上增加了控制系統、人臉識別系統、溫度檢測系統以及防疫預警程序。為便于移動防疫，系統數據可通過移動基站上報到系統服務器，而防疫終端可采用普通臺式電腦或移動終端滿足防疫人員的流動防疫和戶外防疫的需求[3]。

校園一般覆蓋有運營商基站，通過4G/5G信號可以穩定地將數據傳輸到系統服務器、移動防疫終端及終端電腦。系統服務器上部署了整個系統的核心，通過校園GIS可以方便地分析人員的軌跡以及

系統是以利舊為主并建立在移動網絡基礎之上的復合系統，既包括前端的門禁/閘機體溫檢測系統，又包含后端的防疫指揮、疫情大數據分析系統，保證了指揮調度人員的需求，同時可滿足現場防疫一線人員的使用需求。

2.主要軟件系統設計

系統平臺在設計上充分考慮防疫預案的要求，進行了靈活部署和應用整合。系統采用典型的微服務分布式架構，云端部署，支持高并發、高流量訪問。在互聯網出口部署中心訪問節點和全域流量負載均衡，通過應用防火墻進行Web安全防護，通過中心均衡系統進行負載均衡，通過網關進行負載分類、流量控制以及訪問控制，通過負載內存數據庫和高性能數據庫提升訪問性能。

圖3中左側是需要對接的外部系統，右側是信息安全部分。由于數據在運營商的無線網絡中傳輸，因此需要考慮數據的安全性問題。從下到上分為3個層次，分別是測溫監控數據采集層、測溫監控數據分析層和測溫監控指揮層。從左到右分為3個子系統，分別是外部對接子系統、核心業務子系統和防疫數據安全子系統。

測溫監控數據采集層由通信模塊獲取來自無線網絡中的刷卡、體溫檢測和人臉識別終端數據。這些數據通過體溫檢測模塊分析和人臉識別模塊分析，最終匯聚產生基礎信息，如姓名、編號、單位、本人手機、聯系人手機、出入定位點、時間、溫度及狀態等信息，可對接其他外部基礎系統以獲取更多信息，如學生管理系統、教師管理系統、教務管理系統以及車輛管理系統等[7]。

測溫監控數據分析層可以與外部GIS系統對接，獲取出入口的定位信息，進而分析人員的活動軌跡和人群流動。分析結果結合大數據可以對體溫進行預測，針對個體可以進行防疫預警，將預警信息通知給附近的現場防疫人員，針對群體可以對預測結果進行預警，通知到上層指揮系統。

測溫監控指揮層由防疫指揮模塊與外部調度系統對接，以調度人員、車輛及醫療資源等。通過電子地圖、防疫大數據以及防疫沙盤，可以在電子大屏上模擬和指揮預案，輔助防疫領導小組開展工作[8]。

3.結語

設計的系統將非接觸式電子溫度傳感器集成在已有的門禁/閘機系統上，不增加過多的防疫成本，可以防止患者在不知情的情況下到處移動導致人群交叉感染;可避免紅外溫度計使用不規范造成無法實時聯網而導致防疫一線與防疫指揮脫節的問題。由于測溫過程沒有人為干擾因素，因此設計的系統可在一定程度上消除受試者因反感或緊張導致讀數不準確而引起的防疫效率不高的問題。防疫人員能夠通過移動網絡和服務器實時監測受試人群的體溫狀況，并獲得連續的體溫變化群體大數據，從而對疫情進行管理、預警及指揮。此外，系統通過無線傳輸可以實現一套系統監測多個區域人群體溫狀況，減少了交叉感染的風險，降低了防疫人員的工作強度，提升了工作效率。

參考文獻：

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[3]陳新華，蔣建文，周華，等.COVID-19疫情背景下的醫院人工智能快速布局和發展戰略探討[J].中國工程科學，2020，22（2）：130-137.

[4]郭子云，甘長虹，楊娟.非接觸式電子體溫計與水銀體溫計在臨床應用中的比較[J].中華全科醫學，2015，13（8）：1360-1361，1373.

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[6]孫利民，李建中，陳渝，等.無線傳感器網絡[M].北京：清華大學出版社，2005.

[7]張鴻濤，徐連明，張一文，等.物聯網關鍵技術及系統應用[M].北京：機械工業出版社，2012.

作者簡介：

劉凱文，1994年08月，男，漢，江蘇金壇，本科，助教，研究方向：大學生思想政治。

（作者單位：江蘇農林職業技術學院）