基于物聯網和人工智能的校園健康防疫保障平臺研究

許莉麗

(浙江經貿職業技術學院，浙江 杭州 310018)

1 研究背景

隨著經濟的發展與人民生活水平的提高，社會主義新中國的發展逐步邁向了綠色健康環保的可持續發展道路，其中一塊則體現在對于突發公共衛生事件的應急處理與保障建設上。國家十分重視突發公共衛生事件應急機制的建設，從保護廣大人民群眾身體健康，落實以人為本和全面、協調、可持續的科學發展觀出發，需要做到從各個層級各個單位加強突發公共衛生事件應急機制的建設，強化預防和應急準備，需要從細微處著手，開展網格化的實時數據采集、嚴密跟蹤監控和大數據分析預警等工作，利用計算機前沿技術和互聯網+手段提高衛生應急能力，開創這類衛生應急工作的新局面，是促進社會和諧發展的重要組成部分[1]。

社會主義新中國的教育事業蓬勃發展，各級學校承載著培養國家所需的各級各類人才的任務與作用，當前各類校園是人員密集與聚集工作學習甚至生活的地方。尤其近年來隨著大學擴招，大學的人數與規模不斷擴大，各類校園尤其是大學校園儼然成為突發公共衛生事件的多發場所：每年的秋冬季節，各類流感病毒在校園的教室與寢室大規模傳播；春夏的腸道病菌也時常會光顧食堂和寢室。除了大學校園存在聚集性居住以外，很多高中也存在集體宿舍與集體食堂，這也將成為突發公共衛生事件的多發場所。而中小學低齡段學生個人自我管控和衛生管理的能力相對較弱，教室食堂聚集性學習和聚餐的時候不注意個人衛生習慣和個人衛生管理，也會造成這些校園場所成為突發公共衛生事件的多發場所。

基于上述國家可持續發展的戰略思路與當前校園突發衛生公共事件的數據采集、監控管理與應急處理的現狀需求，有效應用物聯網、人工智能、大數據分析等計算機前沿技術手段，研究如何架構互聯網+模式下的校園健康防疫保障平臺將解決當前突發公共衛生事件多發場所的各級校園的健康防疫保障問題，從而為國家突發公共衛生事件應急處理與保障建設貢獻一分力量。

2 研究思路

研究的思路在于應用物聯網、人工智能與移動互聯網等信息前沿技術手段實現互聯網+模式下的校園健康防疫，解決校園這個突發公共衛生事件多發場所的健康數據實時采集、監管、大數據分析與監控預警的健康校園保障問題，構建健康綠色的新型校園工作學習生活環境，成為支撐國家突發公共衛生事件應急機制建設的強有力基石，核心思路包括以下3個方面：(1) 基于阿里物聯網開發平臺的樹莓派數據實時采集技術的應用，實現網格化點對點健康體溫數據的采集和基于人工智能技術的人臉識別信息匹配實現校園健康數據的網格化點對點健康數據實時收集與監控。(2) 基于阿里云服務器、Java SSM服務器架構和微信小程序開發技術的移動互聯網健康狀況報備、多層級監管與校醫診療。(3) 基于阿里云服務器與大數據分析的校園健康全局監管與大數據展示，整個研究思路如圖1所示。

圖1 研究思路

3 研究內容與實施

研究校園健康防疫保障平臺其應用于大中小學校的健康衛生防御保障的功能，主要包括實時監管活躍于校園內的各類群體人員包括教職工、師生和后勤保障人員的健康實時數據自動采集監控、校內員工師生的健康狀況問題主動報備、師生互聯網+校醫診療、校內多層級人員數據監管預警和全校衛生健康數據全局監管大數據分析預警，研究內容根據研究思路包括以下3個方面。

(1) 研究基于物聯網與人工智能技術的網格化點對點健康數據實時自動采集信息匹配與監控。研究物聯網與人工智能應用模式下的健康數據自動實時采集，人員到達校園內部各類場所入口處(如：教學樓、宿舍和食堂等)通過物聯網設備自動采集體溫等健康數據，繼而通過人臉監測技術精準采集人臉數據，主要包括人臉監測模塊和體溫監測模塊。人臉監測模塊通過物聯網攝像頭設備感應到有人接近后進行人臉檢測，會自動將人臉保存至樹莓派設備中。體溫檢測模塊紅外體溫檢測設備將會同時進行體溫的自動檢測，多次采集體溫，通過特定算法取得最接近真實體溫的數據，保存至樹莓派設備中信息匹配；研究校園常規用戶通過微信小程序端在平臺注冊賬號上傳個人照片和填寫相關信息保存在云端的Web服務器上，Web服務器上聚集了相關的用戶的人臉庫，通過人工智能對人臉庫進行機器學習，并生成與用戶信息匹配的人臉ID。樹莓派將存儲的人臉照片上傳到人臉庫服務器，人臉庫服務器將通過人臉搜索算法進行人臉搜索，最后將搜索的結果(人臉的唯一ID)返回至設備。最后通過樹莓派對返回的人臉信息、體溫信息進行預處理以及封裝，將數據返回到阿里云物聯網平臺，存儲到云端。云端將數據發送至Web服務器，與云端的Web服務器內用戶信息進行匹配精準定位健康數據的人員信息，方便做好實時數據的精準定位與異常數據的排查預警[2]。

(2) 研究基于移動互聯網的健康狀況報備、多層級監管預警和校醫診療。研究通過微信小程序端提供主動健康狀況報備、平臺用戶不同角色的多層監管預警和互聯網+模式的校醫診療的各項功能，包括健康狀況報備功能，當學生察覺身體不舒服時，通過微信小程序主動上報自身身體狀況信息給班主任后再聯系校醫，經過校醫的判斷安排線上或線下診療。診療結束后，無論該學生身體狀況如何，校醫發送消息與班主任確認，記錄后臺數據庫；多層級監管預警功能，由于校園中層(班主任、系主任、輔導員等)較多，學生或者老師生病的信息難以很快地傳遞到上層，因此“?？祵殹蔽⑿判〕绦?，根據不同用戶的身份，展現出不同的監管權限。全校擁有最高權限的人(校長、書記等)可以監管下一級用戶的身體健康信息，就這樣一級監管一級，直到每一個普通用戶(學生)都被監管到。若是某一層級中的某個成員身體狀況信息顯示“異常”，管理者則可以非常直觀地看見該層處于警戒狀態；互聯網+校醫診療功能，校醫通過對學生的病情判斷(是否復診、是否為慢性病、病情是否嚴重等)，選擇線上診療與線下診療這兩種模式。線上診療即為互聯網線上面對面答疑解惑，線下診療即為學生預約校醫診療[3]。

(3) 研究基于大數據分析與Java SSM框架技術的全校監管與預警。研究平臺如何充分考慮用戶的需求，采用時下流行的Java SSM框架(Spring MVC，Spring，Mybatis)搭建后臺服務器，擁有IOC，AOP等特性，為后臺開發提供了更高的生產力與易維護性，包括通過對物聯網設備提供的數據采集與阿里云物聯網開發平臺的上收云端數據進行總合，結合大數據分析，通過后臺SSM服務器以網頁的形式展現，實現全校學生健康狀況的可視化，數值化，使管理者對全校學生健康狀況一目了然，通過對健康危險的閾值與對應閾值對應的應急預案預先設置，對數據智能分析，實現全校學生健康狀況出現問題進行主動預警，并自動啟用應急預案。整個平臺的研究內容如圖2所示。

圖2 研究內容

4 研究總結

平臺研究實現了校園內網格化的點對點數據自動采集與精準匹配，應用當前最先進的人工智能人臉識別算法，對采集到的人臉圖像數據與云端已有的信息進行精準匹配，并有效篩選異常數據的人員，繼而進行全局控制端的通報和個人預警。平臺研究互聯網+校醫診療功能實現校園內尤其是大學校園內將醫務室校醫院的診療場景從線下診療室模式到線上移動互聯網+模式，大學生可以通過平臺微信小程序實現預約校醫、急癥移動端設備面對面視頻校醫溝通診療和慢癥復診平臺留言校醫異步診療各類基于移動互聯網+的校醫診療模式，跨越了時間和空間的局限性和弊端，進一步讓整個校園健康安全防范更加縝密和實時；平臺研究能夠精準定位校園內不同角色類型管理人員對所管轄的人員或學生的自動采集數據與健康報備數據的監管與預警，使全校建立自下而上的報告制度，實現從上往下的層層監管，不出現斷層；平臺研究搭載實時數據分析系統，通過對采集的數據分析，做到以準確、實時、全面地數據處理與分析統計當前概況，以報表，圖表的形式呈現給監管者，讓監管者可以一目了然地了解到自己下屬班級的當前健康情況，為管理層的工作提供有效的數據支撐，并通過大數據分析對信息統計進行相關算法的匹配和對應的公共衛生應急預案的啟動，保證了健康防疫的實時性和保障性。