ПРОГРАММНО-АППАРАТНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО БЕСКОНТАКТНОГО ВЫЯВЛЕНИЯ ПОВЫШЕННОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ НА ПОВЕРХНОСТИ ТЕЛА И БИОМЕТРИЧЕСКОЙ ИДЕНТИФИКАЦИИ

Предлагаемое программно-аппаратное устройство относится к устройствам дистанционного бесконтактного измерения температуры поверхности тела людей и предназначено для выявления повышенной температуры посетителей на входе в учреждение для оперативного обнаружения заболевших и потенциально заболевших людей с целью предупреждения дальнейшего распространения инфекции.
Распространение коронавирусной инфекции SARS-CoV-2 на территории РФ и в мире побудило к поиску новых решений для профилактики заражения и выявления ранних симптомов заболевания с целью предотвращения пандемии.
Согласно рекомендациям Роспотребнадзора для работодателей по профилактике коронавирусной инфекции на рабочих местах от 29.09.2020 г., работодателям рекомендуется обеспечить контроль температуры тела работников при входе в организацию (предприятие) и в течение рабочего дня (по показаниям) с применением аппаратов для измерения температуры тела бесконтактным или контактным способом (электронные, инфракрасные термометры, переносные тепловизоры) с обязательным отстранением от нахождения на рабочем месте лиц с повышенной температурой тела и с признаками инфекционного заболевания [1]. Постановление Главного государственного санитарного врача Российской Федерации от 30.06.2020 №16 «Об утверждении санитарно-эпидемиологических правил СП 3.1/2.4 3598 -20 «Санитарно-эпидемиологические требования к устройству, содержанию и организации работы образовательных организаций и других объектов социальной инфраструктуры для детей и молодежи в условиях распространения новой коронавирусной инфекции (COVID-19)» требует проведение термометрии у лиц, находящихся в организации при круглосуточном режиме ее работы, а также у лиц, посещающих организацию (на входе) с занесением результатов измерений в журнал в отношении лиц с температурой тела 37,1°С и выше в целях учета при проведении противоэпидемических мероприятий [2]. Также в методических рекомендациях Роспотребнадзора от 20.04.2020 №02/7376-2020-24, MP 3.1/2.2.0172/5-20 «О направлении рекомендаций по организации работы предприятий в условиях распространения рисков COVID-19» организациям рекомендуется ежедневно перед началом рабочей смены организовать «входной фильтр» с проведением бесконтактного контроля температуры тела работника [3].
В связи с этим актуальным становится вопрос о применении бесконтактных методов выявления повышенной температуры тела человека. На данный момент известно множество решений, направленных на бесконтактное измерение температуры тела человека.
Известно устройство «Инфракрасный термометр» (RU 74282 U1, опубликован 2008.06.27). На внешней стороне корпуса устройства установлены кнопка пуска и дисплей, внутри корпуса - инфракрасное сенсорное устройство, приемник излучения, аналого-цифровой преобразователь и автономный источник питания. «Инфракрасный термометр» предназначен для бесконтактного и контактного измерения температуры тела человека. Для бесконтактного измерения температуры тела известный «Инфракрасный термометр» направляют на исследуемую зону поверхности тела человека и нажимают кнопку включения, по истечении 1-2 секунд на дисплей выводится значение температуры [4].
Недостатком известной полезной модели является обязательность участия другого человека при проведении измерений, что задействует трудовые ресурсы организации и подвергает риску заражения респираторными заболеваниями измеряющего температуру работника.
Известно изобретение «Система дистанционного мониторинга температуры тела человека» (RU 113 943 U1, опубликовано 2012.03.10), содержащее устройство контроля температуры тела, блок обработки и отображения информации с модулем беспроводной передачи данных стандарта Wi-Fi. Система предполагает крепление на тело исследуемого датчика, который периодически (не менее одного раза в 10 минут) измеряет температуру тела человека и с помощью модуля Wi-Fi передает информацию о температуре на сервер консолидации данных [5].
Недостатком известного изобретения является использование прикрепляемого к телу устройства контроля температуры, что ведет к невозможности его применения в общественных местах для выявления повышенной температуры тела среди потока людей.
Наиболее близким аналогом к заявляемой полезной модели по технической сущности и достигаемому техническому результату является «Метод и система для определения лихорадки» (US 754 8776 В2, опубликован 2009.06.16). Указанная система для выявления повышенной температуры тела включает в себя блок обнаружения теплового изображения (инфракрасная камера) и блок обнаружения видимого спектра, которые используются для распознавания одного человека в момент времени. Также в составе системы есть блок обработки, который используется для анализа и сравнения данных теплового изображения с данными изображения видимого спектра с целью определения наличия повышенной температуры тела у исследуемого человека, и блок отображения, используемый для вывода результата анализа, выполненного блоком обработки. Система позволяет определить температуру поверхности кожи лица человека, и, в случае обнаружения участка кожи лица с повышенной температурой, в блок отображения поступает предупреждение, указывающее на то, что у исследуемого человека жар [6].
Использование блока отображения видимого спектра совместно с блоком обнаружения теплового изображения позволяет исключить погрешность измерения, связанную с рассеиванием тепла из-за волос, маски или более темной одежды исследуемого человека (если человек зайдет с улицы, где солнечно, волосы, маски, черные очки и одежда будут рассеивать больше тепла в помещении из-за большего количества тепла, поглощаемого солнечным светом на этих участках, в результате чего инфракрасная камера принимает ошибочное решение о повышении температуры тела для испытуемого из-за проблемы рассеивания тепла, возникающей на этих предметах).
Но в то же время невозможно утверждать, что данный метод предполагает наиболее точное выявление повышенной температуры тела, так как воздействие некоторых условий (например, погодных условий или ношение теплого головного убора) может влиять на распределение температуры на поверхности кожи лица.
Следовательно, возникает вопрос о создании устройства с более высокой точностью автоматизированного бесконтактного измерения температуры поверхности тела человека при входе в здание с минимизацией влияния внешних факторов.
Таким образом, задачей, на решение которой направлено предлагаемая полезная модель, является измерение температуры тела у входящих в здание людей с минимизацией влияния внешних условий на точность измерений.
Поставленная задача решается тем, что программно-аппаратное устройство для автоматизированного бесконтактного выявления повышенной температуры на поверхности тела и биометрической идентификации включено в металлический корпус, в состав которого входит блок питания, камера для идентификации человека путем распознавания лица, микрокомпьютер, осуществляющий обработку данных температуры, и выводящий данные о человеке и информацию об измеренной температуре, полученной с двух датчиков, на экран и тревожный сигнал в случае превышения установленной пороговой температуры в виде звука на динамике и мигания светодиода, причем данные о температуре, в отличие от прототипа, в микрокомпьютер поступают с двух входящих в состав устройства датчиков: тепловизионного модуля, измеряющего температуру на лице, и инфракрасного датчика, измеряющего температуру на запястье.
Техническим результатом, достигаемым при использовании полезной модели, является повышение точности автоматизированного бесконтактного измерения температуры при выявлении лиц с повышенной температурой тела на входе в здание.
На Фиг. 1. представлена обобщенная схема структуры программно-аппаратного устройства для автоматизированного бесконтактного выявления повышенной температуры на поверхности тела и биометрической идентификации.
Программно-аппаратное устройство имеет металлический корпус и включает в себя следующие составные компоненты: микрокомпьютер (1), блок питания (2), инфракрасный датчик температуры (3), тепловизионный модуль (4), камера (5), экран (6), динамик (7), светодиод (8). Блок питания (1) соединяется с микрокомпьютером (2) и обеспечивает электропитанием устройство путем подключения к сети (220 В, 50 Гц). Микрокомпьютер (2) соединяется проводами с остальными составными элементами (с номерами 3-8). Устройства ввода (3-5) собирают данные (инфракрасный датчик (3) и тепловизионный модуль (4) о температуре поверхности тела, камера (5) -изображение в видимом спектре), которые обрабатывает микрокомпьютер (2) и отображает на устройствах вывода (6-8). Экран (6) показывает информацию о человеке и его температуре, динамик (7) и светодиод (8) осуществляют индикацию при превышении порогового значения температуры. Составные элементы устанавливаются в корпус при помощи ложементов.
Программно-аппаратное устройство предназначено для эксплуатации в диапазоне рабочих температур от плюс 1° до плюс 35°С (предельные рабочие температуры - от плюс 1° до плюс 40°С в соответствии с климатическим исполнением УХЛ4 по ГОСТ 15150). Такие условия должны быть обеспечены для сохранения работоспособности устройства, расположенного на территории проходной здания, при изменении погодных условий.
Анализ патентов, объектов патентов и научно-технической литературы, размещенных на открытых доступных источниках, показал, что измерение температуры двумя способами, а именно с использованием тепловизионного модуля и инфракрасного датчика, на разных участках кожи человека для обнаружения человека с повышенной температурой совместно с функцией биометрической идентификации личности не представлено ни одним заявленным устройством, что подтверждает соответствие предлагаемой полезной модели критерию «новизна».
Схема работы программно-аппаратного устройства для автоматизированного бесконтактного выявления повышенной температуры на поверхности тела и биометрической идентификации предполагает следующий алгоритм действий: человек заходит в здание и подходит к устройству. При приближении человека на экран выводится его изображение в реальном времени с камеры 5, далее проводится биометрическая идентификация личности исследуемого, и на экран выводятся данные о человеке и результаты измерения температуры поверхности тела с двух устройств (тепловизионного модуля 4 и инфракрасного датчика 3). С помощью тепловизионного модуля 4 происходит измерение температуры поверхности лица, путем нахождения точки максимальной температуры, с помощью инфракрасного датчика 3 температура исследуемого человека измеряется на запястье. Данные измерений передаются в микрокомпьютер 1, который обрабатывает полученные результаты и сравнивает их с максимально допустимой нормой. В случае выявления у исследуемого человека повышенной температуры система выдает звуковой сигнал (динамик 7), запускает мигание светодиода 8 и выводит тревожное сообщение на экране 6.
Предлагаемая полезная модель может быть применима в образовательных, культурно-досуговых, административных, спортивных и иных организациях с целью профилактики распространения инфекции.
На данный момент предлагаемое техническое решение апробировано в двух общеобразовательных учреждениях, Городском классическом лицее (г.Кемерово) и МБОУ «СОШ №8» (г.Топки), и главном корпусе Кемеровского государственного университета
Технический результат достигается за счет использования двух источников данных о температуре, вследствие чего минимизируется количество ошибок, происходящих из-за влияния внешних условий (например, погодных), что приводит к повышению точности измерений. Также встроенная в программно-аппаратное устройство система биометрической идентификации личности в случае вывода тревожного сообщения позволяет в краткий промежуток времени найти человека, у которого температура выше заданной, и изолировать его от других посетителей учреждения.
Список литературы:
1. Федеральная служба по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека / [Электронный ресурс]. - Режим доступа: URL: https://www.rospotrebnadzor.ru/about/info/news/news_details.php?ELEMENT_ID=14190 (дата обращения: 10.11.2020).
2. Федеральная служба по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека / [Электронный ресурс]. - Режим доступа: URL: https://www.rospotrebnadzor.ru/files/news/0001202007030021.pdf (дата обращения: 10.11.2020).
3. Охрана труда / [Электронный ресурс]. - Режим доступа: URL: https://vip.lotruda.ru/#/document/99/564719003/ZAP21PK3GL/?of-copy-25df228ca (дата обращения: 10.11.2020).
4. Патент «Инфракрасный термометр» / [Электронный ресурс]. -Режим доступа: URL: https://yandex.ru/patents/doc/RU74282U1_20080627 (дата обращения: 10.11.2020).
5. Патент «Система дистанционного мониторинга температуры тела человека» / [Электронный ресурс]. - Режим доступа: URL: https://yandex.ru/patents/doc/RU113943U1_20120310 (дата обращения: 10.11.2020).
6. Патент «Method and system for performing fever triage» / [Электронный ресурс]. - Режим доступа: URL: https://patents.google.com/patent/US7548776B2/en?oq=US+7%2c548%2c776 (дата обращения: 10.11.2020).