一種基于云平臺(tái)的校園COVID-19防控管理系統(tǒng)研究

摘要：根據(jù)校園常態(tài)化疫情防控需要，為提高校園疫情防控效率，該文利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)一種基于云平臺(tái)的校園疫情防控管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有多模態(tài)人臉識(shí)別、RFID校園卡考勤測(cè)溫等，實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)溫、非接觸測(cè)溫、實(shí)時(shí)上報(bào)體溫?cái)?shù)據(jù)，體溫異常報(bào)警等功能，滿足智能化、實(shí)時(shí)化、科學(xué)化和功能化管理要求，為整個(gè)校園的防疫管理提供有力支持。

關(guān)鍵詞：云平臺(tái);管理系統(tǒng);校園;新冠肺炎

中圖分類號(hào)：TP393? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）17-0069-03

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Research on A Campus COVID-19 Safeguard Management System Based on Cloud Platform

LI Zhi-yong

（School of Digital Creation & Animation， Shenzhen Polytechnic， Shenzhen 518055， China）

Abstract： According to the needs of normal COVID-19 prevention and control on campus，In order to improve the efficiency of campus COVID-19 safeguard，. This paper uses the Internet of things technology to design a campus COVID-19 safeguard? management system based on cloud platform. The system has the functions of multi-modal， use face recognition and? RFID campus card to report attendance ，take temperature and so on，To achieve high-precision temperature measurement， non-contact temperature measurement， real-time temperature data reporting， abnormal temperature alarm and other functions.This system Meets the requirements of intelligent， real-time， scientific and functional management，Provide strong support for the whole campus epidemic prevention management.

Key words： cloud platform; management system; campus; COVID-19

1引言

自新型冠狀病毒肺炎疫情暴發(fā)以來，校園疫情防控一直未有松懈。根據(jù)校園防疫管理需求，各類學(xué)校都進(jìn)行了封閉或半封閉式管理，外部截?cái)嗖《据斎?，?nèi)部做到高效及時(shí)的防疫監(jiān)控。校方、老師、家長(zhǎng)為了保障學(xué)生安全，降低疫情風(fēng)險(xiǎn)， 需要每天簽到、登記、上報(bào)學(xué)生健康狀況，使用的一般是傳統(tǒng)的手動(dòng)錄入方式，低效耗時(shí)。針對(duì)學(xué)校傳統(tǒng)考勤以及測(cè)溫方式的效率低下、數(shù)據(jù)手動(dòng)上傳、疫情反應(yīng)不及時(shí)等弊端， 本文提出一種基于云平臺(tái)的校園疫情防控管理系統(tǒng)，具有多模態(tài)人臉識(shí)別、RFID校園卡考勤、測(cè)溫，可達(dá)到遠(yuǎn)距離、不排隊(duì)、檢測(cè)快、篩查準(zhǔn)的效果，實(shí)時(shí)上報(bào)體溫?cái)?shù)據(jù)和體溫異常報(bào)警，不僅提高了學(xué)校工作人員的工作效率，而且降低了人與人近距離接觸帶來交叉感染的風(fēng)險(xiǎn)，讓師生和家長(zhǎng)們放心、安心。該系統(tǒng)同時(shí)也提供校車安全管理，校車上的智能終端具有校車運(yùn)行軌跡上報(bào)，位置異常報(bào)警、超速報(bào)警，車內(nèi)學(xué)生遺留報(bào)警等功能。

系統(tǒng)以方便靈活的多種方式實(shí)現(xiàn)疫情常態(tài)化防控下學(xué)生在校生活的管理，不僅大大地降低了由于人為疏忽導(dǎo)致出錯(cuò)的風(fēng)險(xiǎn)，而且也極大地提高了相關(guān)工作人員的工作效率，解決了多種校園安全隱患，讓學(xué)校和家長(zhǎng)了解學(xué)生的校園生活軌跡。通過大數(shù)據(jù)分析校園生活數(shù)據(jù)，幫助學(xué)校實(shí)現(xiàn)智慧校園建設(shè)，使用云端數(shù)據(jù)管理及移動(dòng)終端App，便于家長(zhǎng)實(shí)時(shí)了解子女的在校狀況。

2系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路

為把好學(xué)生入校第一關(guān)，做好體溫檢測(cè)以及學(xué)生的身份核驗(yàn)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了多模態(tài)的身份識(shí)別及體溫測(cè)量智能終端，該終端設(shè)備可以安裝在校車上、校園門禁閘機(jī)上、食堂、圖書館、教室、辦公室等地，滿足學(xué)校的固定場(chǎng)景安裝和移動(dòng)式體溫監(jiān)測(cè)的要求，具有人臉識(shí)別驗(yàn)證、刷卡身份驗(yàn)證等多模態(tài)的核驗(yàn)方式。

身份識(shí)別及體溫測(cè)量智能終端可以在多種環(huán)境下迅速部署，結(jié)合高保密性的云軟件平臺(tái)，極速響應(yīng)，為過往人員同時(shí)進(jìn)行考勤簽到和體溫測(cè)量，體溫正常同時(shí)身份核驗(yàn)通過即可迅速通行，若體溫異?；蛘呱矸莓惓t開啟禁止開門模式，同時(shí)進(jìn)行語(yǔ)音播報(bào)提醒向管理人員報(bào)警，管理人員進(jìn)行二次體溫復(fù)查和身份查驗(yàn)。該系統(tǒng)依托校園管理云平臺(tái)，如圖1所示。

3平臺(tái)的體系結(jié)構(gòu)

校園管理云平臺(tái)采用分層體系結(jié)構(gòu)，包括采集層、網(wǎng)絡(luò)層，數(shù)據(jù)層、集成層和應(yīng)用層，如圖2所示。各個(gè)層之間相互支撐，各司其責(zé)，互不干擾，這樣可以降低平臺(tái)內(nèi)部的耦合性，提供平臺(tái)的健壯性。

該平臺(tái)采取云部署，聚合應(yīng)用服務(wù)和其他服務(wù)，對(duì)外提供標(biāo)準(zhǔn)接口，與外部系統(tǒng)無(wú)縫結(jié)合。對(duì)內(nèi)隱藏業(yè)務(wù)之間復(fù)雜的交互和依賴關(guān)系，提高系統(tǒng)的可維護(hù)性、可擴(kuò)展性。

采集層是平臺(tái)的感知采集中心，負(fù)責(zé)采集不同終端的信息，例如攝像頭采集人臉數(shù)據(jù)、測(cè)溫儀采集溫度數(shù)據(jù)等。為了適配各種類型的終端和采集方式的多樣性，采集層采用采集層中間件針對(duì)不同終端進(jìn)行適配，并向數(shù)據(jù)層上報(bào)采集的數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)層是平臺(tái)的數(shù)據(jù)加工、處理、存儲(chǔ)中心，負(fù)責(zé)將采集層采集的諸如文本、圖片、視頻、語(yǔ)音等不同類型的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、處理、分析以及查找數(shù)據(jù)、修改數(shù)據(jù)、刪除數(shù)據(jù)等原始操作，它為系統(tǒng)應(yīng)用提供專業(yè)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持和統(tǒng)。

集成層體是平臺(tái)的基礎(chǔ)服務(wù)中心，集成各種公共服務(wù)，響應(yīng)和處理來自上一層的請(qǐng)求， 根據(jù)請(qǐng)求內(nèi)容，將向應(yīng)用層返回請(qǐng)求的數(shù)據(jù)結(jié)果;集成層也與處于下一層的數(shù)據(jù)層進(jìn)行交互，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的查詢提取、修改、刪除和增加等，是整個(gè)平臺(tái)系統(tǒng)的核心組成部分。

應(yīng)用層提供需要的各種業(yè)務(wù)服務(wù)，專注于自己的業(yè)務(wù)邏輯和界面呈現(xiàn)， 比如教務(wù)管理信息系統(tǒng)，通知信息發(fā)布系統(tǒng)等。

平臺(tái)專注于系統(tǒng)各種不同數(shù)據(jù)的采集、加工、集中處理和提供一些基礎(chǔ)性的公共服務(wù)，應(yīng)用系統(tǒng)則專注于基于平臺(tái)之上的各種不同的應(yīng)用業(yè)務(wù)系統(tǒng)，側(cè)重于業(yè)務(wù)邏輯和交互處理?；诨A(chǔ)云平臺(tái)上快速部署外接不用應(yīng)用系統(tǒng)的模式使系統(tǒng)的擴(kuò)展性大大地提高。新冠病毒肺炎防控管理系統(tǒng)就是基于云平臺(tái)上的一個(gè)具體的應(yīng)用系統(tǒng)。

4系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案

4.1人臉識(shí)別+體溫檢測(cè)

針對(duì)學(xué)校等固定人員的場(chǎng)景 ，采用人臉識(shí)別+ 測(cè)量體溫的工作方式。 內(nèi)部固定人員在進(jìn)行人臉信息采集之后下發(fā)到人臉識(shí)別智能終端上 ，實(shí)現(xiàn)通過人員的身份認(rèn)證和識(shí)別，同時(shí)進(jìn)行體溫監(jiān)測(cè)， 如為體溫正常的內(nèi)部固定人員，則可直接通行，如體溫異?；蛘叻莾?nèi)部固定人員，則會(huì)進(jìn)行語(yǔ)音播報(bào)提醒。

人臉識(shí)別技術(shù)屬于生物特征識(shí)別技術(shù)，它是基人的臉部特征為識(shí)別依據(jù)，進(jìn)行人的身份甄別的一種技術(shù)。因其準(zhǔn)確度高、體驗(yàn)性好等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于金融、公安、交通、教育、稅務(wù)等行業(yè)。

人臉識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用過程包括：圖像采集及預(yù)處理、人臉檢測(cè)與分析、特征校準(zhǔn)與身份辨識(shí)等三個(gè)部分。圖像采集及預(yù)處理主要包括圖像采樣、訓(xùn)練學(xué)習(xí)、建立個(gè)體特征信息庫(kù)等內(nèi)容。人臉檢測(cè)及分析主要包括識(shí)別人臉檢測(cè)、關(guān)鍵點(diǎn)定位，人臉特征提取，活體特征判斷等內(nèi)容。特征校準(zhǔn)與身份辨識(shí)主要包括特征模型調(diào)整優(yōu)化、人臉對(duì)比，身份驗(yàn)證等內(nèi)容 [1]。

該系統(tǒng)通過人臉識(shí)別+體溫檢測(cè)可以快速確認(rèn)人員身份信息并做體溫檢測(cè)，人臉識(shí)別與測(cè)溫功能一體機(jī)，減少設(shè)備維護(hù)管理的花費(fèi)。通過非接觸式紅外精準(zhǔn)測(cè)溫，無(wú)感通行，避免交叉感染風(fēng)險(xiǎn)。 通過測(cè)溫儀采集到的測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳至平臺(tái)進(jìn)行統(tǒng)一管理，做到實(shí)時(shí)準(zhǔn)確，便于第一時(shí)間進(jìn)行決策和處理緊急情況。系統(tǒng)建有人臉庫(kù)，做到快速識(shí)別，秒速通行。 采用智能寬帶動(dòng)態(tài)傳感器，紅外和RGB雙補(bǔ)光、可以進(jìn)行弱光識(shí)別。該系統(tǒng)還可智能聯(lián)動(dòng)，支持與第三方人員通道對(duì)接，人員權(quán)限管控，并輸出 I /O 開關(guān)量控制閘機(jī)開門。

4.2 RFID學(xué)生證識(shí)別+體溫檢測(cè)

在學(xué)校門口，食堂、圖書館門口部署閘機(jī)，閘機(jī)內(nèi)置RFID接收器，學(xué)生用內(nèi)嵌RFID電子校園卡驗(yàn)證身份，閘機(jī)檢測(cè)體溫，體溫?cái)?shù)據(jù)與學(xué)生信息上傳至校園管理大數(shù)據(jù)庫(kù)，體溫正常才允許學(xué)生通過。

無(wú)線射頻識(shí)別即射頻識(shí)別技術(shù)（Radio Frequency Identification，RFID）技術(shù)是一種非接觸式自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，可以在有沖擊、振動(dòng)、電磁、污染等惡劣環(huán)境下穩(wěn)定工作，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀寫和傳輸，無(wú)須人工干預(yù)。該技術(shù)通過無(wú)線射頻方式進(jìn)行非接觸雙向數(shù)據(jù)通信，利用無(wú)線射頻方式對(duì)記錄媒體（電子標(biāo)簽或射頻卡）進(jìn)行讀寫，從而達(dá)到識(shí)別目標(biāo)和數(shù)據(jù)交換的目的[2]，因其具有識(shí)別效率高、識(shí)別速度快、識(shí)別距離遠(yuǎn)、識(shí)別信息量大、識(shí)別可靠性高等傳統(tǒng)識(shí)別技術(shù)所不可比擬的優(yōu)勢(shì)，被認(rèn)為是一種具有革命性的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，也是21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ男畔⒓夹g(shù)之一。

電子標(biāo)簽（Tag）、閱讀器（Reader）和天線（Antenna）三部分構(gòu)成了一套完整的RFID系統(tǒng)。RFID系統(tǒng)的核心是電子標(biāo)簽，它是系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中心，充當(dāng)數(shù)據(jù)載體的角色。電子標(biāo)簽附著在被標(biāo)識(shí)物體上用來標(biāo)識(shí)目標(biāo)對(duì)象，每個(gè)標(biāo)簽都具有唯一的電子編碼和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。閱讀器就是一個(gè)射頻收發(fā)器，通過天線發(fā)射一定頻率的射頻信號(hào)，一旦標(biāo)簽進(jìn)入到閱讀器磁場(chǎng)感應(yīng)范圍之內(nèi)時(shí)，標(biāo)簽憑借感應(yīng)電流所獲取的能量而被激活，將自身電子編碼和存儲(chǔ)在標(biāo)簽內(nèi)的相關(guān)信息通過內(nèi)置天線發(fā)送出去。閱讀器接受由標(biāo)簽反射會(huì)的射頻信號(hào)并讀取信息，并送至計(jì)算機(jī)主機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理。工作原理圖如圖3所示[3]：

本系統(tǒng)在校園內(nèi)相關(guān)地方部署RFID閱讀器，通過讀取內(nèi)嵌RFID的學(xué)生校園卡實(shí)時(shí)采集識(shí)別學(xué)生身份、位置、活動(dòng)軌跡等信息，實(shí)現(xiàn)相關(guān)信息采集和識(shí)別的智能化、實(shí)時(shí)化和精確化。結(jié)合系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)的處理，可以實(shí)現(xiàn)校園定位、電子圍欄、軌跡追蹤，緊急上報(bào)位置，多卡監(jiān)控，歷史軌跡回放等功能。學(xué)生校園卡不僅輕薄小巧、便攜方便、還可以對(duì)學(xué)生卡中的RFID標(biāo)簽信息進(jìn)行多樣配置，例如存儲(chǔ)配置學(xué)生的姓名、學(xué)號(hào)、身份證號(hào)、班級(jí)等身份信息以及其他信息。

4.3 校車智能管理終端+體溫檢測(cè)

針對(duì)校車應(yīng)用場(chǎng)景，通過刷校園卡或人臉識(shí)別來驗(yàn)證上車學(xué)生身份，并完成體溫檢測(cè)。體溫?cái)?shù)據(jù)與學(xué)生信息上傳至校園管理大數(shù)據(jù)庫(kù)，體溫正常才允許學(xué)生上車，為學(xué)校把好疫情防護(hù)第一關(guān)。系統(tǒng)中預(yù)存有乘車人員相關(guān)信息，在學(xué)生上下車時(shí)會(huì)進(jìn)行對(duì)比檢測(cè)和甄別，在學(xué)生上錯(cuò)車時(shí)會(huì)自動(dòng)提示，避免坐錯(cuò)車。校車行駛時(shí)，系統(tǒng)會(huì)通過內(nèi)置于座位處的感應(yīng)器對(duì)乘客未系安全帶進(jìn)行報(bào)警，也會(huì)通過GPS或北斗系統(tǒng)和4G/5G網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)上報(bào)校車位置、行駛路徑以及校車車內(nèi)視頻，家長(zhǎng)可以通過移動(dòng)終端App實(shí)時(shí)獲取以上信息。校車熄火停駛時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)檢測(cè)車內(nèi)是否有遺留人員、乘客未系安全帶報(bào)警等。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的基于一種云平臺(tái)的校園新冠病毒肺炎防控管理系統(tǒng)，基于云平臺(tái)部署便捷，多模態(tài)人臉識(shí)別、RFID校園卡識(shí)別與測(cè)溫一體，非接觸式測(cè)溫，檢測(cè)時(shí)間短，準(zhǔn)確率高，人臉識(shí)別準(zhǔn)，超溫自動(dòng)報(bào)警，安全高效。系統(tǒng)接入已有云管理平臺(tái)系統(tǒng)，終端可以快速部署至校園和校車上。通過該系統(tǒng)可以方便靈活地實(shí)現(xiàn)多種方式實(shí)現(xiàn)疫情常態(tài)化防控下學(xué)生在校生活的管理，不僅工作人員的工作效率得到了大大的提高，而且人為疏忽的風(fēng)險(xiǎn)極大地降低了，解決了多種校園安全隱患。

參考文獻(xiàn)：

[1] 盧文峰.人臉識(shí)別研究技術(shù)發(fā)展綜述[J].電子世界，2017（17）：97.

[2] 李成淵.射頻識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展研究[J].無(wú)線互聯(lián)科技，2016（20）：146-148.

[3] 李志勇，陳立.一種車聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2014，10（2）：387-390，413.

【通聯(lián)編輯：梁書】