校园学生体温监测（测温手环、额温枪）技术评析

1. 应用背景
 
        随着疫情发展进入常态化，全面复工复学成为必然。校园作为人员密集场所，防疫安全压力巨大。教育部要求疫情期间学校要落实每日三次测温。 根据疫情发展情况看，校园测温将成为常态化工作，简单事情反复做，对学校、老师、学生、家长都是考验。

2. 关于人体体温的基本概念
 
        正确的理解人体体温的基本概念，有助于提高学校对市面上各种商家宣传方案与指标的鉴别力。
        百度百科“正常体温”词条对体温的基本概念有完整说明。总结如下：
            A）每日早晚、人体各个部位及男女之间的体温均存在着差异。人体正常体温有一个较稳定的范围，但并不是恒定不变的，一天之内温差应小于0.8℃。
            B）测量体温一般常用3个部位，即口腔、腋窝及肛门。儿童正常体温在肛门处为36.5℃～37.5℃之间；儿童在口腔处为36.2℃～37.3℃之间；儿童在腋窝处为35.9℃～37.2℃之间
            C）人体正常体温平均在36～37℃之间，超出37.1℃就是发热，37.3～38℃是低烧，38.1～40℃是高烧。40℃ 以上随时有生命危险。
            D）正确的体温测量要求静止状态，测量口腔、腋窝及肛门的数据才能得到正确的体温数据。
        体温与体表温度不是同一个概念。体表温度是指人的皮肤温度，人的皮肤温度不同部位温度不同，会相差几度。体表温度受环境影响比较大。

3. 前期试点技术与效果分析
 
        从技术原理上看，专业红外测温仪在室内环境下可以准确的对人群进行体温筛查。但是，专业红外测温仪成本高昂，不具备在校园进行普及应用的条件。目前校园学生体温监测常采用的方案有3种：额温枪、人脸识别测温机、手环。下面对这三种测温技术原理以及实际应用效果进行分析。

        1) 额温枪
        额温枪主要采用红外测温原理，测量额头体表温度，结合环境温度与测量体表温度，通过特定的数据拟合算法，换算成体温值。额温枪的测温温度通常标称正负0.2度。实际上，额温枪要达到其标称的测量偏差在+-0.2度是要满足如下测量要求才能达到：

l  对准额头5-10cm。 这是因为红外感温传感器测量值是与距离相关的。
l  环境温度10-40度。32-36度之间偏差大于0.3。这是因为红外感温传感器测量值受环境温度的影响。
l  在少风环境下测量。这是因为有风的情况下，会影响额头体表温度。
l  测量额头。如上所述，人体不同部位体表温度不同，比如，额头体表温度就比手腕体表温度高2度左右。

        人脸识别测温一体机测温的原理是在人脸识别机上附加红外探头，实现对体温的采集。
        人脸识别测温一体机的优点在于同时实现人员身份识别与测温，无需人员干预。在疫情期间，人脸识别测温一体机在资金情况较好的学校应用较多。随着应用的增多，人们发现人脸识别测温一体机并非号称的那么完美。 首先是带口罩识别人员身份，疫情期间，不乏大厂忽悠能够100%识别带口罩的人脸，实际上目前的人脸识别技术还难以达到，学生在校门口通过测温时，要求摘下口罩，停留，测温三部曲，容易造成校门口拥塞，同时，由于红外传感器对于太阳光线直晒影响较大，校门口属于户外环境， 测温精度难以保证。此外，校门口安装的人脸识别红外测温一体机没办法实现一天3次测量。这也是为什么大部分学校仍然采用红外额温枪作为校园测温主要手段的原因。

        大部分人认为使用测温手环进行学生体温监测是较好的校园防疫测温手段，可以有效降低学校与老师的工作负担。然而理想很丰满，现实很骨感，使用测温手环进行学生体温监测，要解决的技术问题远远前两种技术方案多。
        测温手环要解决技术挑战主要有如下几点：
        A． 温度测量的准确性。
        首先是受成本以及手环体积的影响，目前在手环中温度采集传感器基本都是采用接触式温度传感器，而非红外传感器。接触式温度传感器要准确，就必须保证传感器与体表的良好接触，这一点实际上在手环的佩戴过程中很难满足，只有靠算法去解决测量偏差。
        其次手环测量的是腕部体表温度，腕部体表温度受环境与运动影响非常大。如何根据腕部测温温度准确换算出体温数据，需要做大量细致的研究工作。
        B． 测量环境的影响处理
        目前市场上大部分测温手环演示的都是室内静态下的测量数据。而在校园实际应用场景中，测温通常发生在校门口进出校以及校内测温点，基本都是室外环境、运动状态。在室外环境，风，高温，运动这些都会极大影响测量的准确性，必须通过算法进行有针对性的校正。这也是为什么手环测温在疫情爆发前那么多年没有太多厂家投入研发的原因。北京教委组织的试点效果也证实了上述分析。
        C． 数据采集传输
        以北京市教委高三学生测温手环试点视频来看(点击这里)，老师通过手机采集每一个学生手环测温数据。事实上，换个角度想，老师都要每个学生去采集体温数据，为什么不直接用额温枪测量采集，何必要花手环的成本，既降低不了老师的工作量，又增加学校家长成本。
        从学校的角度出发，最好是学生通过校门时能自动采集，异常告警，通过校内采集点时能自动采集，异常告警。这就要求数据采集系统能支持大量学生快速通过校门或者采集点是批量自动采集。
        D． 学生佩戴的意愿性
        如果学生佩戴一个手环，仅仅只用来测温，即使强制，也难以保证学生长期佩戴。要让学生能长期佩戴，一定是手环有学生喜欢或者必须要用的功能场景。

4. 拙进通信的探索
 
        针对校园学生错峰进出校以及体温监测需求，综合考虑成本，准确率以及应用场需求，拙进通信采用不同成本测温手环以及配套采集设备。

4.1. 配置方案一：卡式测温手环（考勤+测温）


4.2. 配置方案二（测温+考勤+计步睡眠数据采集+智能测温手环）


4.3. 全场景方案（测温+考勤+健康数据（计步睡眠心率血压）+ 运动评价）

        全场景方案功能场景配置如下：


        全场景方案基于智能测温手环，实现测温，考勤，运动评价，基础健康，一卡通等功能，其核心用户体验如下：

l  200人以上同时进出校100%进出校考勤识别准确率
l  200人以上同时进出校门实时批量采集体温数据，无漏报，无误报。
l  200人以上进出校门实时批量无感采集计步睡眠数据
l  校内轨迹识别点自动批量无感采集体温，计步，轨迹数据。
l  校内一卡通（门禁，消费，借书）
l  150mAh电池，一次充电，使用时间30天以上。