智能紫外消毒系統在校園管理中的應用研究

摘? 要：根據國家衛健委發布的指導意見，紫外線消毒燈是殺滅新冠病毒行之有效的方法之一。然而面對高等院校的使用場景，傳統紫外線消毒燈存在使用安全性和消毒有效性等問題。文章針對以上痛點，提出了一種基于物聯網的智能紫外消毒燈系統解決方案，在保留紫外燈消毒效果的同時，實現了高校消毒管理的實時化、自動化和可視化，為疫情過去后高校消毒的常態化管理奠定了基礎。

關鍵詞：紫外消毒;智能系統;校園消毒管理

Abstract：According to the guideline released by National Health Commission of the PRC，UV disinfection light is one of effective method to kill 2019-nCoV. But when we consider the typical scenario at colleges and universities，the usage security and effect of disinfection proved to be a problem of traditional UV disinfection light. This paper proposes an IoT based smart UV disinfection light system to solve these pain points. In addition to the disinfection effect，colleges and universities realize a real-time，automated and visualized disinfection management，which laid solid foundation for the regular disinfection management of colleges and universities even after novel coronavirus epidemic.

Keywords：UV disinfection;intelligent system;campus disinfection management

0? 引? 言

2020年初，一場突如其來的疫情影響了整個中國大地，面對來勢洶洶的新冠病毒，習近平總書記領導黨和全國人民一起開展了一場艱苦卓絕的大國抗疫戰爭。我們眾志成城、我們守望相助。時近3月，已經取得了初步的階段性勝利。我們有信心，也有決心最終戰勝新冠病毒，然而反思新冠病毒的特點和疫情發展的過程，現在還不是松懈的時候，更需要考慮疫情過后，如何在復雜環境特別是人員密集區域實現消毒常規化和常態化。即將面臨眾多學生返校開課的高等院校，就是這樣一種典型的環境。作為管理人員必須仔細思考、慎重規劃、細致執行才能防患于未然，確保學生和教職工的安全，保證良好的教學和科研秩序。

據報道，新型冠狀病毒可以人傳人。目前已經確定的傳播途徑主要是飛沫傳播（打噴嚏、咳嗽等）和接觸傳播（用接觸過病毒的手挖鼻孔、揉眼睛等）。可以說，在人員相對比較密集的區域，傳播的風險會持續增加。而因為高校的天然職能，每天都會存在多種人員相對密集的場景，比如說空氣流通性差的圖書館、體育場館，人員流流動性大的食堂以及教室、實驗室、辦公室、宿舍等每天都會活動的場所。如何最大限度地保證這些場所的安全是一個亟待解決的問題。

從國家衛健委發布的《關于應發新型冠狀病毒感染的肺炎診療方案（試行第四版）》開始，已經增加了紫外線照射殺滅新冠病毒的指導意見。紫外線消毒具有安全性高、污染小、可以重復使用等諸多優點。現在市面上的紫外消毒燈主要有兩種類型：一種燈光波長為253.7 nm，可以作用于生物體的遺傳物質（DNA、RNA，此次新型冠狀病毒是通過RNA復制的），使其遭到破壞;另外一種燈光波長為185.0 nm，為臭氧紫外線燈，與空氣作用可以產生有強氧化作用的臭氧，也可有效消滅細菌，但不是直接通過紫外線作用于病菌本身。

1? 現有消毒技術分析

由于紫外線的天然特性，在有人的情況下使用會對人體造成一定程度的傷害。因為紫外線對人體皮膚黏膜有一定損害，眼睛注視會造成導致出現眼睛流淚、受傷，還會導致皮膚脫皮等。如果人體受到過量的紫外線照射，會引起光化學反應，導致機體發生一系列變化。長期接觸紫外線可引起電光性眼炎，電光性眼炎反復發作可導致結膜炎、慢性眼瞼炎，甚至發生眼瞼皮膚癌等病變。如何安全地使用紫外消毒燈，也是必須思考的重要問題。

通過分析傳統紫外消毒燈，我們發現其具有以下一些痛點：

首先是安全性，如上所述，紫外光線會給眼睛和皮膚帶來一定的傷害，需要在無人的情況下才能使用。而在使用臭氧紫外線燈時，還需要及時進行空氣流通和循環。這在以往都需要由專人進行手動開關控制，而且面對數量眾多的教室、辦公室、食堂等公共設施，需要耗費大量的人力和資源。由于某些特殊場所（比如圖書館、教室等）只有在深夜的時候才會統一關閉，這需要工作人員在深夜進行操作。另外由于人的主觀性，容易造成遺漏。

其次是紫光線消毒的有效性，缺少可視化、全局化的界面了解整體和細節，同時為確保紫外線輻射照度高于標準規定的下限，必須定期（每季度一次）用UV試紙或手持紫外線監測儀去檢測紫外燈輸出的紫外線輻射強度，當低于下限時需要及時更換燈管，這也占用了巨大的人力資源。

2? 智能紫外消毒燈控制系統解決方案

針對以上痛點，我們為高校設計了一套基于物聯網（IoT）的智能紫外消毒燈控制系統，基于無線的連接方式（Wi-Fi、ZigBee、BLE等）和物聯網網關將散落在各處的紫光消毒燈連成一張網，做到統一管理和控制，整體架構如圖1所示。

除了紫外燈以外，系統會和幾種類型的傳感器配合使用。占位傳感器監測是否有人，在有人的情況下及時關閉紫外殺毒燈避免對人體造成意外傷害;臭氧濃度傳感器監測室內臭氧濃度，當濃度超過一定閾值的情況下，啟動排風扇進行空氣循環和流通;紫外線輻射照度傳感器監測紫外線輻射強度，當低于某個閾值的時候，提前告警至相關管理人員，提示更換紫外燈以保證殺毒效果。

同時，如圖2所示，系統基于大數據提供整個學校，以及各個區域的消毒報表、日志，實現實時監測和公示，做到在任何時刻都能對學校及各區域的消毒情況了然于胸。這些數據都會定時定期自動上報，在節省人力的同時也大大降低了遺報漏報的可能性。除此之外，系統還提供了豐富的資產管理能力，對資產進行可視化的集中管理和控制，實現了對資產的分布、狀態和消毒有效性一目了然的管理。同時，為了避免不可預期的網絡原因，系統應具備邊緣計算能力，在失去網絡連接的情況下，各場所紫外消毒燈可以按照既有的策略保持運行，直到網絡問題修復，同時緩存失聯期間的各項數據，在連接恢復后上傳至云端做匯總處理。

系統可以配置各種自定義的消毒策略。如圖3所示，在特定時間段（比如每周二的22：00～23：00）實現定時消毒;如圖4所示，可以支持手動啟動紫外消毒燈迅速進行即時消毒。也可以設置臭氧濃度閾值，當監測值超過時，自動啟動排風扇進行空氣流通。

最后系統還具有告警功能，如圖5所示，當紫外消毒燈沒有按照既定策略啟動消毒，會發送相關告警至特定的郵箱。當紫外燈輻射值低于約定閾值時，也會提前發送消息給管理員提示及時更換燈具。

3? 使用場景分析

基于這套系統，我們仔細分析，發現高校區域存在以下細分場景，一類是空氣流通性差、人員密集的區域，比如圖書館、體育場館等封閉場所。這類場所因為只在夜晚統一關閉，需要在深夜進行消毒，同時需要加裝排風扇并和臭氧濃度傳感器聯動。二類場景是人員流動性大，有固定使用頻率的區域，比如食堂。這類場所可以在非用餐時間關閉并進行消毒，因為空間大，并不需要特別進行臭氧殺毒和排風。三類場景是有固定使用頻率的封閉式小區域，比如教室、辦公室等。這類場所需要加裝占位傳感器，在有零散人員出現的情況下，及時關閉紫外殺毒燈。對于辦公室環境可在下班后進行定時消殺，而教室在白天課程結束后，可輪流劃片關閉，分批定時進行消毒，夜晚再進行統一殺毒迎接第二天的使用;四類場景是使用時間隨機、不固定的封閉式小區域，比如實驗室。這類場所需要在夜晚時分無人的情況下進行殺毒，同時需要加裝占位傳感器，在有零散人員出現的情況下，及時關閉紫外殺毒燈。五類場景是流動性高頻次區域，比如說校車車隊。這類場景需要在車庫加裝紫外消毒燈，在每次校車的使用間隔內進行約15分鐘的多頻次短時間殺毒，也可以考慮和車隊調度系統進行聯動。

4? 結? 論

以上我們論證了智能紫外燈消毒控制系統在高校的應用。紫外燈是一種相對低成本、可控、安全性高的消毒燈具。而增加了智能控制的紫外燈消毒系統，在保持既有優點的同時，也克服了眾多缺點，是高等院校等人員密集場所行之有效的消毒解決方案。通過系統的使用，實現了高校消毒管理的實時化、自動化和可視化。

如今防疫形勢有所好轉，除了黨和國家的大力支持以外，廣大人民群眾也做出了很大的貢獻，此時此刻，我們更不能掉以輕心，要在這最吃勁的時刻，繼續打攻堅戰，鞏固已經取得的來之不易的戰疫成果。在戰勝疫情之后，也要做到殺毒的常態化管理，為學校維護一個安全穩定有序的學習環境。

參考文獻：

[1] 國家衛生健康委辦公廳? 國家中醫藥管理局辦公室.新型冠狀病毒感染的肺炎診療方案（試行第四版） [R/OL].（2020-01-27）.http：//www.nhc.gov.cn/yzygj/s7653p/202001/4294563ed35b43209b31739bd0785e67/files/7a9309111267475a99d4306962c8bf78.pdf.

[2] 黃成宏.9款紫外消毒燈口碑報告：使用不慎可能傷害眼睛，德國羅氏得到消費者好評 [EB/OL].（2020-02-27）.https：//www.ccreports.com.cn/show-28-31946-1.html.

作者簡介：張秋卉（1982—），女，漢族，安徽宿州人，初級助理工程師，碩士研究生，研究方向：生物學。