智慧体温监测预警大数据平台的设计与实现方法

摘要

本发明公开了智慧体温监测预警大数据平台的设计与实现方法，涉及体温监测技术领域。本发明包括数据采集设备、数据分析模块和数据展示汇总模块，数据采集设备用于实时采集学生身份信息数据和体温数据，并将其传输至数据分析模块，数据分析模块用于对学生身份信息数据和体温数据进行全面分析，数据展示汇总模块用于对经数据分析模块分析后的学生身份信息数据和体温数据进行展示汇总。本发明通过红外检测技术、虹膜采集技术采集温度、虹膜等数据，并将数据发送至云平台，借助云服务器和体温大数据分析平台实时存储、分析数据，实现数据可视化，方便数据查询，实现实时预警。

说明书

技术领域

本发明属于体温监测技术领域，特别是涉及智慧体温监测预警大数据 平台的设计与实现方法。

背景技术

据临床表现统计，在我国39种法定传染病中，28种前期有发热症 状，体温升高是感染病毒的患者的显著特征，可以通过测量体温监测 一个人是否感染肺炎或其他疾病，校园中，由于人员集中，预防尤为 重要。

但是现有的校园测量体温预防新冠肺炎基本采用水银温度计测温或者 手持枪式体温计测温，精度不高，速度慢，且数据登记不便，难以追踪某 个学生最近一段时间的体温监测信息，测量效率低下，难以过滤掉由于运 动或其他情况导致的正常体温升高的影响因素，难以为预警工作提供可靠 的决策依据。

因此有必要对现有技术进行改进，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供智慧体温监测预警大数据平台的设计与实现方 法，通过红外检测技术、虹膜采集技术采集温度、虹膜等数据，并将数据 发送至云平台，借助云服务器和体温大数据分析平台实时存储、分析数据， 实现数据可视化，方便数据查询，实现实时预警，解决了现有的水银温度 计测温或者手持枪式体温计测温，精度不高，速度慢，且异常学生信息登 记不方便的问题。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明为智慧体温监测预警大数据平台的设计与实现方法，包括数据 采集设备、数据分析模块和数据展示汇总模块，所述数据采集设备用于实 时采集学生身份信息数据和体温数据，并将其传输至数据分析模块，所述 数据分析模块用于对学生身份信息数据和体温数据进行全面分析，所述数 据展示汇总模块用于对经数据分析模块分析后的学生身份信息数据和体温 数据进行展示汇总；

所述数据采集设备部署在学校校门口和教学楼必经通道口，所述数据 采集设备包括红外测温探头、显示面板、无线通信模块、微处理器、蜂鸣 器和学生身份虹膜采集器，所述红外测温探头的输出端和学生身份虹膜采 集器的输出端均与微处理器的输入端电性连接，所述微处理器的输出端分 别与显示面板的输入端和蜂鸣器的输入端电性连接，且所述微处理器通过 无线通信模块与数据分析模块网络连接，其中，云端平台上存储有全部学生的虹膜信息，通过学生身份虹膜采集器拍摄虹膜信息后，即可调出学生 的具体数据，姓名、学号、性别等；

所述数据分析模块的物理架构由集群服务器、ETL服务器、数据仓库和 Web服务器组成，所述数据分析模块的软件架构基于Hadoop和Spark框架 实现，所述数据分析模块包括数据接收单元、数据预处理单元、高并发处 理单元、大数据分析单元和数据存储单元；

所述数据展示汇总模块基于Web服务器加以实现，所述数据展示汇总 模块包括数据可视化单元、实时展示页面单元、数据查询单元、人员管理 单元、设备地图单元、设备管理单元和异常预警单元，所述数据可视化单 元将经数据分析模块分析的学生身份信息数据和体温数据进行二维、三维 图表的可视化显示，所述实时展示页面单元在网站主界面实时展示今日体 温统计和本周统计的折扇图，展示同学的实时体温监控，所述数据查询单元用于查看某个班级某位同学的最近体温记录情况以及学生个人基本信 息，所述人员管理单元包括对学生进行管理和对管理员进行管理，所述设 备地图单元用于显示在百度地图中已有设备的具体位置，管理员用户可方 便的查看设备所处位置，所述设备管理单元用于管理员对采集设备信息进 行录入和修改，所述异常预警单元用于当学生体温数据出现异常时，进行 预警，一方面网页上出现红色预警对话框，一方面采用短信发送至管理员 处进行预警。

进一步地，所述无线通信模块设置为嵌入式GPRS无线通信模块，所述 嵌入式GPRS无线通信模块由CPU、GPRS Modem、SIM卡座、配置/诊断单元、 TTL串行通信接口、扩展数据存储器组成，所述无线通信模块的上传数据频 率由用户自行设定，初始默认值为60s上传一次，GPRS网络技术具有网络 覆盖率高，可一天24小时在线，GPRS无线数据传输系统的操作能够实现预 期设计目标，并且具有数据传输安全可靠，结构设计简单安全，系统具有 使用价值等优点，适用于本平台需求。

进一步地，所述数据接收单元具有多个接收入口，可同时接收多个数 据采集设备发送的数据，所述数据接收单元使用Socket技术完成数据接收 和保存至数据存储单元。

进一步地，所述数据预处理单元的处理过程包括数据的清洗、集成、 整合和标准化，所述数据预处理单元采用ETL服务器加以实现，ETL服务器 将从数据采集设备采集到的数据进行抽取、清洗转换，之后加载到数据仓 库中。

进一步地，所述高并发处理单元通过引入redis用于减轻当网站的处 理和访问量非常大时的数据库的读写压力，避免数据库损坏。

进一步地，所述大数据分析单元基于大数据对学生身份信息数据和体 温数据进行分析，采用数据融合算法对采集到的由于运动或其他情况导致 的正常体温升高和平时的体温数据进行融合，为监测预警工作提供可靠的 决策依据。

进一步地，所述数据存储单元包括HDFS分布式存储系统和Hbase数据 库，所述数据存储单元采用集群服务器、数据仓库加以实现，所述HDFS分 布式文件系统存储海量的学生体温数据，并将数据按照集群节点数量切分 保存并备份。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明基于红外测温探头采集学生体温数据，基于虹膜采集器采集 学生身份信息，借助大数据分析平台处理数据，在大数据平台上展示结果， 让管理人员方便快捷了解学生真实状态，相比传统的水银温度计测温或者 手持枪式体温计测温，通过传感器检测学生体温精度高，速度快，在经过 智能大数据平台的分析后数据更真实，并且使得管理员能够快速精确找到 异常学生。

2、本发明通过设置数据预处理单元，监测数据经清洗、集成、整合、 标准化等过程处理后，能更加的准确，且通过设置ETL服务器，用户从数 据源抽取出需要的数据，经过数据清洗，按照预先定义好的数据仓库模型， 将数据加载到数据仓库中去，这样可以分担数据库系统的负载，降低数据 的预处理所花费的时间。

3、本发明通过设置高并发处理单元，减轻当网站的处理和访问量非常 大时的数据库的读写压力，避免数据库损坏，使得该智慧体温监测预警大 数据平台可同时监测大量的学生，监测效率得到大大提高。

4、本发明通过设置大数据分析单元，通过大数据进行分析，采用数据 融合算法对采集到的由于运动或其他情况导致的正常体温升高和平时的体 温数据进行融合，为监测预警工作提供更加可靠的决策依据。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有 优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所 需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动 的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的整体架构图；

图2为本发明的数据采集设备结构示意图；

图3为本发明的数据分析模块结构示意图；

图4为本发明的数据展示汇总模块结构示意图；

图5为本发明的数据采集设备原理框图；

图6为本发明的无线通信模块工作流程图；

图7为本发明的数据分析模块物理架构图；

图8为本发明的数据分析模块软件架构图；

图9为本发明的数据预处理单元架构图；

图10为本发明的高并发处理单元架构图；

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、数据采集设备；2、数据分析模块；3、数据展示汇总模块；101、 红外测温探头；102、显示面板；103、无线通信模块；104、微处理器；105、 蜂鸣器；106、学生身份虹膜采集器；201、数据接收单元；202、数据预处 理单元；203、高并发处理单元；204、大数据分析单元；205、数据存储单 元；301、数据可视化单元；302、实时展示页面单元；303、数据查询单元； 304、人员管理单元；305、设备地图单元；306、设备管理单元；307、异 常预警单元。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进 行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例， 而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没 有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的 范围。

请参阅图1所示，本发明为智慧体温监测预警大数据平台的设计与实 现方法，包括数据采集设备1、数据分析模块2和数据展示汇总模块3，数 据采集设备1用于实时采集学生身份信息数据和体温数据，并将其传输至 数据分析模块2，数据分析模块2用于对学生身份信息数据和体温数据进行 全面分析，数据展示汇总模块3用于对经数据分析模块2分析后的学生身 份信息数据和体温数据进行展示汇总。

其中如图2、5所示，数据采集设备1部署在学校校门口和教学楼必经 通道口，数据采集设备1包括红外测温探头101、显示面板102、无线通信 模块103、微处理器104、蜂鸣器105和学生身份虹膜采集器106，红外测 温探头101的输出端和学生身份虹膜采集器106的输出端均与微处理器104 的输入端电性连接，微处理器104的输出端分别与显示面板102的输入端 和蜂鸣器105的输入端电性连接，且微处理器104通过无线通信模块103 与数据分析模块2网络连接，通过学生身份虹膜采集器106识别学生身份， 通过红外测温探头101实时监测学生体温，并将学生身份信息和体温数据 传输给微处理器104，微处理器104将体温具体数据实时显示在显示面板 102上，并通过无线通信模块103将学生身份信息和体温数据通过无线网络 传输至云服务器上，若一旦有学生体温超过37.3℃，则微处理器104控制蜂鸣器105鸣响引起注意。

其中如图6所示，无线通信模块103设置为嵌入式GPRS无线通信模块， 嵌入式GPRS无线通信模块由CPU、GPRS Modem、SIM卡座、配置/诊断单元、 TTL串行通信接口、扩展数据存储器组成，无线通信模块103的上传数据频 率由用户自行设定，初始默认值为60s上传一次。

其中如图3、7、8所示，数据分析模块2的物理架构由集群服务器、 ETL服务器、数据仓库和Web服务器组成，数据分析模块2的软件架构基于 Hadoop和Spark框架实现，数据分析模块2包括数据接收单元201、数据 预处理单元202、高并发处理单元203、大数据分析单元204和数据存储单 元205，引入大数据生态圈的多个组件作为此平台的支撑技术，可以满足在 同一时间处理4至8万条数据的需求，Hadoop以分布式文件系统HDFS和 MapReduce计算框架为核心，以及一些支持Hadoop的其他子项目的通用工 具组成的分布式计算系统，主要用于海量数据的高效存储、管理和分析， Spark可以使用Hadoop的YARN等作为它的资源管理和调度器，并且可以处 理所有Hadoop支持的数据，包括HDFS、HBase等，部署Hadoop集群，不 需要做任何数据迁移就可以使用Spark强大的处理能力，Spark基于内存的 运算要快100倍以上，而基于磁盘的运算也要快10倍以上，可对Hadoop 上存储的大数据进行计算，满足本平台实时数据分析的需求。

数据接收单元201具有多个接收入口，可同时接收多个数据采集设备1 发送的数据，数据接收单元201使用Socket技术完成数据接收和保存至数 据存储单元205。

其中如图9所示，数据预处理单元202的处理过程包括数据的清洗、 集成、整合和标准化，数据预处理单元202采用ETL服务器加以实现，ETL 服务器将从数据采集设备1采集到的数据进行抽取、清洗转换，之后加载 到数据仓库中，从而将分散、零乱、标准不统一的数据整合到一起。

其中如图10所示，高并发处理单元203通过引入redis用于减轻当网 站的处理和访问量非常大时的数据库的读写压力，避免数据库损坏，其具 体工作过程为，当前端发送请求、后端进行和mysql数据库交互，操作sql 查询时读写比较慢，这时引入redis，把从mysql的数据放入redis中， 下次读取时候性能就会提高，因此当数据量很大时，数据信息等通过后台 定时批量写入缓存数据库当中，这样替数据库挡流量，减轻数据库读写压 力，间接保护了数据库。

大数据分析单元204基于大数据对学生身份信息数据和体温数据进行 分析，采用数据融合算法对采集到的由于运动或其他情况导致的正常体温 升高和平时的体温数据进行融合，为监测预警工作提供可靠的决策依据。

数据存储单元205包括HDFS分布式存储系统和Hbase数据库，数据存 储单元205采用集群服务器、数据仓库加以实现，HDFS分布式文件系统存 储海量的学生体温数据，并将数据按照集群节点数量切分保存并备份。

其中如图4所示，数据展示汇总模块3基于Web服务器加以实现，数 据展示汇总模块3包括数据可视化单元301、实时展示页面单元302、数据 查询单元303、人员管理单元304、设备地图单元305、设备管理单元306 和异常预警单元307，数据可视化单元301将经数据分析模块2分析的学生 身份信息数据和体温数据进行二维、三维图表的可视化显示，实时展示页 面单元302用于当用户登录平台后，在主界面可看到今日体温统计和本周 统计的折扇图，图中展示体温正常和异常两种数据的比例，用柱状图表示 一周中每天测量的总次数汇总，界面右边展示同学的实时体温监控，其中 包括学生姓名、学号、测量地点和测量时间四个部分，数据查询单元303 用于查看某个班级某位同学的最近体温记录情况以及学生个人基本信息， 学生个人基本信息主要包括学生系部、学号、姓名、班级、出生年月等个人基本信息，在学生信息栏下面有最近五次测量的体温数据和测量时间， 人员管理单元304包括对学生进行管理和对管理员进行管理，用于查询、 增加、删改学生基本信息等，在对学生信息进行管理前，输入管理员自身 信息，进行存储，避免管理员乱改信息，便于追责，设备地图单元305用 于显示在百度地图中已有设备的具体位置，管理员用户可方便的查看设备 所处位置，设备管理单元306用于管理员对采集设备信息进行录入和修改， 异常预警单元307用于当学生体温数据出现异常时，进行预警，一方面网 页上出现红色预警对话框，一方面采用短信发送至管理员处进行预警。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体 示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或 者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述 术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体 特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合 适的方式结合。

以上仅为本发明的优选实施例，并不限制本发明，任何对前述各实施 例所记载的技术方案进行修改，对其中部分技术特征进行等同替换，均属 于在本发明的保护范围。