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一种室外环境体温自动快速筛查系统

2020-05-20 00:00

【导语】针对疫情中对流动车辆司乘人员和各种入口处行人体温人工筛查存在的有感染风险、效率低、测温不稳定、无安全感和劳动强度大等问题，摩擦学国家重点实验室微纳制造分室刘辛军教授团队与烟台清科嘉机器人联合研究院有限公司合作研制了“荼与[1]机器人”体温自动快速筛查系统，可实现室外无人化快速检测：室内和室外环境，测温准确度均达0.2 ℃；对于流动车辆，在20秒内即可完成一辆车所有司乘人员的体温筛查；对于行人，可以实现2秒通行。可应用于高速路、机场、车站、检查站、医院、学校、银行、办公区、居民小区、超市等各种通道的车辆司乘人员和行人室外体温筛查。

病毒是全人类的共同敌人，对因病毒造成的重大疫情进行有效防控具有巨大挑战性，其关键是阻断或最大程度减少病原体在人际间传播，体温初步筛查是防控任务的关键手段之一。

用于体温测量的非接触式温度计有红外额温计、红外筛检仪、红外耳温计等，其中额温计和筛检仪在体温筛查中被广泛采用，准确度一般为0.3–0.5 ℃。在具体使用时，存在如下问题：①一般要求在室内无风环境中使用(通常要求20 ℃左右)；②人体面部覆盖物（如化妆品、灰尘、头发等）易导致测温准确性不稳定，室外使用会产生较大偏差；③室内体温筛查，会导致被感染人将病原体带到室内，增加了感染风险，将加大防控难度；④手持测温有交叉感染风险，且可能给被测人带来不安全感和信息统计不方便；⑤室外人工体温筛查，增加了操作人员的劳动强度。因此，室外环境的无人化快速准确测温是疫情防控中体温筛查的有效且安全的手段。

以高速路、车站、机场、办公区、居民小区等各种通道的流动车辆司乘人员和入口行人的体温筛查为例，现有筛查工作主要通过人员手持红外额温计进行。该方法涉及人员近距离接触，有交叉感染和不安全风险，且效率低，车辆通行不流畅。因此，研制体温自动筛查机器人是应对疫情防控的重要手段和当务之急。针对上述痛点问题，摩擦学国家重点实验室微纳制造分室刘辛军教授团队与烟台清科嘉机器人联合研究院有限公司在机器人本体、测温装置及温补算法、视觉语义感知、控制策略等方面进行技术攻关，研制出了“荼与机器人”体温自动快速筛查系统，能够在室外实现对体温的准确测量，具有如下特点：

1）采用深度神经网络和超声与视觉融合的多维数据集，可实现车辆司乘人员的精确识别和人像分割，并准确统计人数和相应位置，识别置信度达92%以上；

2）温湿度环境适应性智能补偿算法，采用手腕脉搏处非接触式测温，能够实现高准确度的体温安全检测，受环境温度、湿度影响小，室内和室外环境测温准确度均达0.2 ℃（北京市计量检测科学研究院的测试证书（编号：RC20C-DA000003）和检测报告（编号：2020KC-025））;

3）通过视觉识别、超声波探测、红外探测等多传感器融合方式，可实现车辆位置、司乘人员和行人的快速定位与体温自助检测：对于流动车辆，可20秒内完成一辆乘用车所有司乘人员的检测；对于行人，可实现2秒通行；体温合格则通行，不合格则报警（北京市计量检测科学研究院的测试证书（编号：RC20C-DA000003）和检测报告（编号：2020KC-025））；

4）集成刷卡、健康二维码识别技术，建立了身份信息与体温的关联，实现了实时测温记录、温度异常提醒、个人轨迹跟踪、个人温度曲线分析等云平台管理。

“荼与机器人”体温自动快速筛查系统，有两种机器人配置，一种用于流动车辆司乘人员的体温筛查（图1、图2），另外一种用于入口处行人的体温筛查（图3）。目前，该技术成果已申请10项中国发明专利，填补了国内外空白。用于流动车辆筛查的荼与机器人体温自动快速筛查系统已应用于烟台开发区(图1)和清华大学内部停车场(图2)，用于行人体温筛查的阿荼机器人已在北京协和医院(图3)、北京华信医院、武汉的同济医院以及烟台一中、烟台开发区高级中学、龙口一中、招远一中、烟台外国语实验学校等多所中学进行体温检测，其中北京协和医院每天的测温量达6,200多人次，用户认为本机器人测温“准确、快速、便捷”、“测温精确度高，与水银体温计结果接近”，受环境影响小，解决了疫情防控中体温快速、准确筛查的挑战性难题，技术成果被CETV1（图4）等多家媒体跟踪报道。据悉，该测温机器人系统也即将助力清华大学6月份的复学。

该系统还可应用于高速路、机场、汽车站、检查站、医院、学校、银行、会议场所、展览馆、办公区、宾馆、住宅小区、超市停车场等需要体温快速筛查的通道。