紅外熱成像測溫系統(tǒng)在疫情防控時(shí)期的應(yīng)用解析

王濤

【摘? 要】論文首先介紹了紅外熱成像測溫系統(tǒng)的原理，然后介紹了紅外熱成像測溫系統(tǒng)的應(yīng)用組成，最后聯(lián)系2020年疫情期間的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出紅外熱成像測溫系統(tǒng)常用的六種場景：基層單位、公共交通、社區(qū)、工區(qū)、校區(qū)和公共場所節(jié)點(diǎn)。

【Abstract】This paper firstly introduces the principle of infrared thermal imaging temperature measurement system， and then introduces the application composition of infrared thermal imaging temperature measurement system. Finally， combined with the actual work experience during the epidemic in 2020， this paper summarizes six commonly applied scenarios of infrared thermal imaging temperature measurement system： grassroots units， public transportation， communities， work areas， campus and public place nodes.

【關(guān)鍵詞】紅外熱成像;輻射;測溫

【Keywords】infrared thermal imaging; radiation; temperature measurement

【中圖分類號】TN215;R184? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2020）07-0166-02

1 引言

目前來說，疫情防控面臨最大的挑戰(zhàn)就是隨著復(fù)工復(fù)產(chǎn)復(fù)學(xué)的大規(guī)模人員流動產(chǎn)生的感染風(fēng)險(xiǎn)，學(xué)校、地鐵、車站、工廠等都是人員密集的地方，人員來自五湖四海，且層次各不相同，這就要求社會必須時(shí)刻提高警惕，既要防止感染源的輸入，同時(shí)，也要防止感染其他人員。通過紅外熱成像測溫系統(tǒng)，實(shí)時(shí)對每一位進(jìn)入公共場所的人員進(jìn)行體溫測量，再通過有線或無線網(wǎng)絡(luò)將被測人員的人臉及對應(yīng)的體溫信息上傳至疫情監(jiān)控平臺數(shù)據(jù)庫，異常體溫及時(shí)告警，同時(shí)，推送告警站點(diǎn)定位及人臉圖片等信息，啟動預(yù)警流程，實(shí)現(xiàn)“不漏一人”的目標(biāo)，筑牢外防輸入、內(nèi)防擴(kuò)散的數(shù)字化防線。

2 技術(shù)原理

自然界中，一切物體只要其溫度高于絕對零度（-273℃）都能輻射電磁波，隨著溫度變化，電磁波的輻射強(qiáng)度與波長分布特性也隨之改變，波長介于0.75～1000μm的電磁波被稱為“紅外線”，而人類視覺可見的“可見光”介于0.4～0.75μm。紅外線在地表傳送時(shí)，會受到大氣組成物質(zhì)（特別是CO2、H2O、CH4、O3、N2O等）的吸收，強(qiáng)度會明顯下降，僅在短波3μ～5μm及長波8～14μm的兩個(gè)波段有較好的穿透率，通稱大氣窗口（Atmospheric Window），大部分的紅外熱成像測溫系統(tǒng)就是針對這兩個(gè)波段進(jìn)行檢測、計(jì)算并顯示物體的表面溫度。此外，由于紅外線對絕大部分的固體及液體物質(zhì)的穿透能力極差，故此，現(xiàn)代紅外熱成像測溫系統(tǒng)的工作原理是使用光電設(shè)備來檢測和測量物體表面的紅外線輻射，即主要通過采集熱紅外波段（短波3μ～5μm及長波8～14μm）的光，從而探測物體發(fā)出的熱輻射，再利用紅外輻射原理——輻射定律：

式（1）中，E為輻射的出射度數(shù)，單位為W/m3;σ為斯蒂芬-波爾茲曼常數(shù)，σ=5.67×10-8W/（m2·K4）;ε為物體的輻射率;T為物體的溫度，單位為K;T0為物體周圍的環(huán)境溫度，單位為K。測量出物體所發(fā)射的E，就可得出人體溫度[1]。原理如圖1所示。

3 系統(tǒng)組成

紅外熱成像測溫系統(tǒng)由采集識別終端、傳輸網(wǎng)絡(luò)、管理平臺組成，如圖2所示。

采集識別終端：集測溫、人臉識別、口罩佩戴檢測、數(shù)據(jù)上傳等功能于一體。測溫模塊和人臉識別模塊可同時(shí)完成體溫的測量及人臉照片的采集，再利用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)，通過全目標(biāo)結(jié)構(gòu)化分析技術(shù)，對被測人員是否佩戴口罩進(jìn)行識別，當(dāng)體溫異常及未佩戴口罩時(shí)觸發(fā)終端設(shè)備語音報(bào)警，啟動預(yù)警處置流程[2]。

傳輸網(wǎng)絡(luò)：采集識別終端數(shù)據(jù)的傳輸可以采用無線（4G或WiFi）傳輸和有線傳輸兩種方式。

管理平臺：是本系統(tǒng)的核心所在，是執(zhí)行日常監(jiān)控、管理采集識別終端設(shè)備及修改設(shè)備參數(shù)、報(bào)警處理、應(yīng)急響應(yīng)等功能的監(jiān)控綜合管理平臺，同時(shí)，可將信息上報(bào)至轄區(qū)管理部門，接入城市管理平臺，其是一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)化平臺。基于網(wǎng)絡(luò)傳播模型、智能畫像分析、知識圖譜挖掘等關(guān)鍵技術(shù)，通過疫情相關(guān)大數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、知識關(guān)聯(lián)、融合分析，能夠高效追蹤人群流動方向和地點(diǎn)、挖掘可疑病毒攜帶者的行動軌跡、及時(shí)發(fā)現(xiàn)“高危群體”和超級傳播源[3]。

4 應(yīng)用場景及模式

針對人員精準(zhǔn)管控場景下的測溫需求，通過在出入口部署具備測溫功能的手持測溫槍、安檢門、測溫?cái)z像頭+高精度黑體、通道閘機(jī)等，即可實(shí)現(xiàn)對過往人員體溫檢測和權(quán)限控制。如發(fā)現(xiàn)體溫異常則拒絕其通行，并提醒值守人員進(jìn)行進(jìn)一步處置。同時(shí)，通過有/無線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送至區(qū)或市的防疫監(jiān)控管理部門，其工作人員收到預(yù)警信息后，立即指派人員奔赴預(yù)警點(diǎn)，根據(jù)推送的人臉照片找到預(yù)警人員，進(jìn)行體溫復(fù)檢，若確認(rèn)為發(fā)燒，立即帶到隔離區(qū)并按規(guī)定流程處理。在此過程中，實(shí)現(xiàn)疫情感染人員位置狀態(tài)軌跡的點(diǎn)、線、面、體結(jié)合，再利用疫情三維實(shí)景一張圖，賦能防控全息網(wǎng)格化。

4.1 公共交通

安檢門測溫：通過即測溫、掃描留痕。

測溫?cái)z像頭+高精度黑體：掃描留痕、智能測溫、異常告警。

站臺或車廂：掃描留痕。

通道閘機(jī)：加裝測溫模塊，通行即測溫。

4.2 社區(qū)

出入口：掃描留痕、口罩檢測、測溫槍。

4.3 工區(qū)

園區(qū)出入口：批量測溫、掃描留痕、口罩檢測。

樓棟門口：掃描留痕、批量測溫、異常告警。

通道閘機(jī)：加裝測溫模塊，通行即測溫。

4.4 公共場所節(jié)點(diǎn)

在疫情防御的關(guān)鍵時(shí)期，佩戴口罩是最便捷、最實(shí)用的防御手段之一。在公共場所未佩戴口罩，不僅是對自己的不負(fù)責(zé)，更是對他人生命安全的不負(fù)責(zé)。利用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)，通過全目標(biāo)結(jié)構(gòu)化分析技術(shù)，對公共區(qū)域人員是否佩戴口罩進(jìn)行識別，一可及時(shí)發(fā)現(xiàn)未戴口罩的人員，進(jìn)行預(yù)警;二可利用行人再識別技術(shù)和大數(shù)據(jù)處理技術(shù)對未戴口罩人員進(jìn)行軌跡追溯，回溯該目標(biāo)去過的地方，接觸過的群體。

4.5 應(yīng)用模式

紅外熱成像測溫系統(tǒng)的工作流程如圖3所示。

5 結(jié)語

隨著疫情的發(fā)展，紅外熱成像測溫系統(tǒng)是當(dāng)前政府機(jī)關(guān)、企事業(yè)、學(xué)校等單位復(fù)工復(fù)產(chǎn)復(fù)學(xué)的必需設(shè)備，屬于疫情防控的重要物資。如何盡快研制出一系列更方便快捷、無接觸式、全天候、檢測率高、實(shí)名制關(guān)聯(lián)的測溫系統(tǒng)，將是當(dāng)前努力的方向。后疫情時(shí)代，結(jié)合AI、大數(shù)據(jù)、5G等新技術(shù)可實(shí)現(xiàn)紅外熱成像測溫系統(tǒng)在電力、工礦、醫(yī)療等民生領(lǐng)域的應(yīng)用和航天、軍事等國防領(lǐng)域的應(yīng)用。

【參考文獻(xiàn)】

【1】邢素霞.紅外熱成像與信號處理[M].北京：國防工業(yè)出版社，2011.

【2】邸旭.微光與紅外成像技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

【3】王宏志.大數(shù)據(jù)分析原理與實(shí)踐[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2017.