一种基于云平台的校园COVID-19防控管理系统研究

    

    

    

    摘要：根据校园常态化疫情防控需要，为提高校园疫情防控效率，该文利用物联网技术设计一种基于云平台的校园疫情防控管理系统，该系统具有多模态人脸识别、RFID校园卡考勤测温等，实现高精度测温、非接触测温、实时上报体温数据，体温异常报警等功能，满足智能化、实时化、科学化和功能化管理要求，为整个校园的防疫管理提供有力支持。

    关键词：云平台;管理系统;校园;新冠肺炎

    中图分类号：TP393? ? ? ?文献标识码：A

    文章编号：1009-3044（2021）17-0069-03

    开放科学（资源服务）标识码（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

    自新型冠状病毒肺炎疫情暴发以来，校园疫情防控一直未有松懈。根据校园防疫管理需求，各类学校都进行了封闭或半封闭式管理，外部截断病毒输入，内部做到高效及时的防疫监控。校方、老师、家长为了保障学生安全，降低疫情风险， 需要每天签到、登记、上报学生健康状况，使用的一般是传统的手动录入方式，低效耗时。针对学校传统考勤以及测温方式的效率低下、数据手动上传、疫情反应不及时等弊端， 本文提出一种基于云平台的校园疫情防控管理系统，具有多模态人脸识别、RFID校园卡考勤、测温，可达到远距离、不排队、检测快、筛查准的效果，实时上报体温数據和体温异常报警，不仅提高了学校工作人员的工作效率，而且降低了人与人近距离接触带来交叉感染的风险，让师生和家长们放心、安心。该系统同时也提供校车安全管理，校车上的智能终端具有校车运行轨迹上报，位置异常报警、超速报警，车内学生遗留报警等功能。

    系统以方便灵活的多种方式实现疫情常态化防控下学生在校生活的管理，不仅大大地降低了由于人为疏忽导致出错的风险，而且也极大地提高了相关工作人员的工作效率，解决了多种校园安全隐患，让学校和家长了解学生的校园生活轨迹。通过大数据分析校园生活数据，帮助学校实现智慧校园建设，使用云端数据管理及移动终端App，便于家长实时了解子女的在校状况。

    2系统的设计思路

    为把好学生入校第一关，做好体温检测以及学生的身份核验，系统设计了多模态的身份识别及体温测量智能终端，该终端设备可以安装在校车上、校园门禁闸机上、食堂、图书馆、教室、办公室等地，满足学校的固定场景安装和移动式体温监测的要求，具有人脸识别验证、刷卡身份验证等多模态的核验方式。

    身份识别及体温测量智能终端可以在多种环境下迅速部署，结合高保密性的云软件平台，极速响应，为过往人员同时进行考勤签到和体温测量，体温正常同时身份核验通过即可迅速通行，若体温异常或者身份异常则开启禁止开门模式，同时进行语音播报提醒向管理人员报警，管理人员进行二次体温复查和身份查验。该系统依托校园管理云平台，如图1所示。

    3平台的体系结构

    校园管理云平台采用分层体系结构，包括采集层、网络层，数据层、集成层和应用层，如图2所示。各个层之间相互支撑，各司其责，互不干扰，这样可以降低平台内部的耦合性，提供平台的健壮性。

    该平台采取云部署，聚合应用服务和其他服务，对外提供标准接口，与外部系统无缝结合。对内隐藏业务之间复杂的交互和依赖关系，提高系统的可维护性、可扩展性。

    采集层是平台的感知采集中心，负责采集不同终端的信息，例如摄像头采集人脸数据、测温仪采集温度数据等。为了适配各种类型的终端和采集方式的多样性，采集层采用采集层中间件针对不同终端进行适配，并向数据层上报采集的数据。

    数据层是平台的数据加工、处理、存储中心，负责将采集层采集的诸如文本、图片、视频、语音等不同类型的数据进行存储、处理、分析以及查找数据、修改数据、删除数据等原始操作，它为系统应用提供专业的基础数据支持和统。

    集成层体是平台的基础服务中心，集成各种公共服务，响应和处理来自上一层的请求， 根据请求内容，将向应用层返回请求的数据结果;集成层也与处于下一层的数据层进行交互，负责数据的查询提取、修改、删除和增加等，是整个平台系统的核心组成部分。

    应用层提供需要的各种业务服务，专注于自己的业务逻辑和界面呈现， 比如教务管理信息系统，通知信息发布系统等。

    平台专注于系统各种不同数据的采集、加工、集中处理和提供一些基础性的公共服务，应用系统则专注于基于平台之上的各种不同的应用业务系统，侧重于业务逻辑和交互处理。基于基础云平台上快速部署外接不用应用系统的模式使系统的扩展性大大地提高。新冠病毒肺炎防控管理系统就是基于云平台上的一个具体的应用系统。

    4系统的实现方案

    4.1人脸识别+体温检测

    针对学校等固定人员的场景 ，采用人脸识别+ 测量体温的工作方式。 内部固定人员在进行人脸信息采集之后下发到人脸识别智能终端上 ，实现通过人员的身份认证和识别，同时进行体温监测， 如为体温正常的内部固定人员，则可直接通行，如体温异常或者非内部固定人员，则会进行语音播报提醒。

    人脸识别技术属于生物特征识别技术，它是基人的脸部特征为识别依据，进行人的身份甄别的一种技术。因其准确度高、体验性好等优点被广泛应用于金融、公安、交通、教育、税务等行业。

    人脸识别技术的应用过程包括：图像采集及预处理、人脸检测与分析、特征校准与身份辨识等三个部分。图像采集及预处理主要包括图像采样、训练学习、建立个体特征信息库等内容。人脸检测及分析主要包括识别人脸检测、关键点定位，人脸特征提取，活体特征判断等内容。特征校准与身份辨识主要包括特征模型调整优化、人脸对比，身份验证等内容 [1]。

    该系统通过人脸识别+体温检测可以快速确认人员身份信息并做体温检测，人脸识别与测温功能一体机，减少设备维护管理的花费。通过非接触式红外精准测温，无感通行，避免交叉感染风险。 通过测温仪采集到的测温数据实时上传至平台进行统一管理，做到实时准确，便于第一时间进行决策和处理紧急情况。系统建有人脸库，做到快速识别，秒速通行。 采用智能宽带动态传感器，红外和RGB双补光、可以进行弱光识别。该系统还可智能联动，支持与第三方人员通道对接，人员权限管控，并输出 I /O 开关量控制闸机开门。

    4.2 RFID学生证识别+体温检测

    在学校门口，食堂、图书馆门口部署闸机，闸机内置RFID接收器，学生用内嵌RFID电子校园卡验证身份，闸机检测体温，体温数据与学生信息上传至校园管理大數据库，体温正常才允许学生通过。

    无线射频识别即射频识别技术（Radio Frequency Identification，RFID）技术是一种非接触式自动识别技术，可以在有冲击、振动、电磁、污染等恶劣环境下稳定工作，实现数据的读写和传输，无须人工干预。该技术通过无线射频方式进行非接触双向数据通信，利用无线射频方式对记录媒体（电子标签或射频卡）进行读写，从而达到识别目标和数据交换的目的[2]，因其具有识别效率高、识别速度快、识别距离远、识别信息量大、识别可靠性高等传统识别技术所不可比拟的优势，被认为是一种具有革命性的自动识别技术，也是21世纪最具发展潜力的信息技术之一。

    电子标签（Tag）、阅读器（Reader）和天线（Antenna）三部分构成了一套完整的RFID系统。RFID系统的核心是电子标签，它是系统数据存储中心，充当数据载体的角色。电子标签附着在被标识物体上用来标识目标对象，每个标签都具有唯一的电子编码和数据存储区。阅读器就是一个射频收发器，通过天线发射一定频率的射频信号，一旦标签进入到阅读器磁场感应范围之内时，标签凭借感应电流所获取的能量而被激活，将自身电子编码和存储在标签内的相关信息通过内置天线发送出去。阅读器接受由标签反射会的射频信号并读取信息，并送至计算机主机应用系统进行有关数据处理。工作原理图如图3所示[3]：

    本系统在校园内相关地方部署RFID阅读器，通过读取内嵌RFID的学生校园卡实时采集识别学生身份、位置、活动轨迹等信息，实现相关信息采集和识别的智能化、实时化和精确化。结合系统对数据进行相关的处理，可以实现校园定位、电子围栏、轨迹追踪，紧急上报位置，多卡监控，历史轨迹回放等功能。学生校园卡不仅轻薄小巧、便携方便、还可以对学生卡中的RFID标签信息进行多样配置，例如存储配置学生的姓名、学号、身份证号、班级等身份信息以及其他信息。

    4.3 校车智能管理终端+体温检测

    针对校车应用场景，通过刷校园卡或人脸识别来验证上车学生身份，并完成体温检测。体温数据与学生信息上传至校园管理大数据库，体温正常才允许学生上车，为学校把好疫情防护第一关。系统中预存有乘车人员相关信息，在学生上下车时会进行对比检测和甄别，在学生上错车时会自动提示，避免坐错车。校车行驶时，系统会通过内置于座位处的感应器对乘客未系安全带进行报警，也会通过GPS或北斗系统和4G/5G网络实时上报校车位置、行驶路径以及校车车内视频，家长可以通过移动终端App实时获取以上信息。校车熄火停驶时，系统会自动检测车内是否有遗留人员、乘客未系安全带报警等。

    5 结束语

    本文设计的基于一种云平台的校园新冠病毒肺炎防控管理系统，基于云平台部署便捷，多模态人脸识别、RFID校园卡识别与测温一体，非接触式测温，检测时间短，准确率高，人脸识别准，超温自动报警，安全高效。系统接入已有云管理平台系统，终端可以快速部署至校园和校车上。通过该系统可以方便灵活地实现多种方式实现疫情常态化防控下学生在校生活的管理，不仅工作人员的工作效率得到了大大的提高，而且人为疏忽的风险极大地降低了，解决了多种校园安全隐患。

    参考文献：

    [1] 卢文峰.人脸识别研究技术发展综述[J].电子世界，2017（17）：97.

    [2] 李成渊.射频识别技术的应用与发展研究[J].无线互联科技，2016（20）：146-148.

    [3] 李志勇，陈立.一种车联网体系结构的设计[J].电脑知识与技术，2014，10（2）：387-390，413.

    【通联编辑：梁书】