基于5g網(wǎng)絡(luò)的智能機器人在發(fā)熱病人檢測中的應(yīng)用

基于5g網(wǎng)絡(luò)的智能機器人在發(fā)熱病人檢測中的應(yīng)用

5g是移動通信網(wǎng)絡(luò)的五個特點。由于其高度和時間差，它為許多新的應(yīng)用程序產(chǎn)生了許多新的應(yīng)用程序，并解決了由于移動網(wǎng)絡(luò)帶寬而時間短而導(dǎo)致的應(yīng)用問題。如自動駕駛、無人機操縱、智能電網(wǎng)云計算能使資源得以集中管理和方便訪問，但從終端設(shè)備到云計算中心，數(shù)據(jù)傳輸要產(chǎn)生大量的時延，這對于實時性要求高的緊急應(yīng)用，產(chǎn)生了極大的制約；而對于高清圖片和音頻、視頻流的傳輸，時延將更加明顯。邊緣計算或者說霧計算通過霧計算，如果機器人能夠連接到網(wǎng)絡(luò)，那么一部分繁重的計算任務(wù)就可以卸載到一個或一組具有更高計算能力的霧節(jié)點上通過使用移動性很強的智能機器人，通過5G快速網(wǎng)絡(luò)連接及邊緣計算的快速身份及來源地識別能力支持，可以在任何進(jìn)出口進(jìn)行紅外體溫檢測及身份核驗工作，取代人工核驗，減少工作人員感染的概率，是目前一種非常高效及切實可行的工作方法。1智能機器人檢測使用智能機器人進(jìn)行急性傳染病發(fā)熱病人初步檢查，其必要性有三點：(1）急性傳染病發(fā)熱病人傳染性非常強，工作人員的感染率高居不下；此類傳染病一氣一病，癥狀相似，傳染性強，易于流行，而且發(fā)病急驟。如果由人工進(jìn)行檢查，工作人員必須手持體溫計等近距離測試受檢人員，如果受檢人員是感染源，那就很容易傳染到工作人員。(2）當(dāng)前工作人員非常緊缺，部分工作人員工作負(fù)荷過重，有些甚至累倒、病倒在工作崗位上；檢查人員工作時是高度精力集中和緊張的，工作強度大，一般幾個小時必須更換一次，這使一個卡口一天要配置好幾個班次共好幾個人。(3）沒法快速確定被檢測人是否是從重點疫區(qū)來。由于擔(dān)心相互傳染，有些工作人員不敢過于靠近受檢人員，這導(dǎo)致測試體溫不準(zhǔn)確；有些則是操作不專業(yè)，造成多次操作才成功。而智能機器人可以更加靠近并一直保持固定的距離而實現(xiàn)較高的操作水平，這使使用智能機器人檢測更加快速準(zhǔn)確。急性傳染病發(fā)熱病人排查（安檢）的成本非常的高，不僅因為工作人員的成本提高了，還有因為排查人員的緊缺造成一些通道通過的速度變慢了，如果是排查人員業(yè)務(wù)不熟，還會造成通過人群的抱怨。使用智能機器人進(jìn)行排查，不但可以減少排查人員，而且還能做到一些人工方式做不到的地方。比如，現(xiàn)在好的智能機器人不但可以通過人臉進(jìn)行身份的快速識別，還可以通過虹膜、語音進(jìn)行身份識別，能讓被檢人在配戴口罩的情況下識別出身份，這是人工難以實現(xiàn)的。智能機器人在虹膜識別和身份證查詢時，還可以結(jié)合邊緣計算的大數(shù)據(jù)追蹤平臺查詢是否是來自重點疫區(qū)的？是否是網(wǎng)上在逃嫌疑犯？這是人工檢查所不能比擬的。本系統(tǒng)設(shè)計的智能機器人自身配有高能鋰電池，能在無交流供電的情況下持續(xù)工作數(shù)小時。電池用完，接上交流電，能工作的同時還可以給電池充電。智能機器人左手持額部測溫儀，右手持刷卡式身份證讀卡器；其兩只眼睛是高清攝像頭，可以進(jìn)行面部識別和眼睛的虹膜識別兩種方式；嘴部為揚聲器，用以進(jìn)行語音播報。工作人員還可以使用遙控器遙控本機器人慢速移動。智能機器人外觀圖如圖2所示。2g時延分析在5G網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)覆蓋的公共場所，智能機器人擺在哪里都不用布網(wǎng)絡(luò)線，甚至可以隨時移動位置。這就解決了排查點的移動性和靈活性問題，對于有些地方根據(jù)人流量臨時設(shè)置的排查點，更加顯示出其優(yōu)越性。智能機器人使用5G移動通信網(wǎng)絡(luò)與基站進(jìn)行通訊，5G通信產(chǎn)生的空中接口時延大概在1ms以內(nèi)，而服務(wù)器的訪問時延一般可達(dá)到小于50ms。如果在基站附近設(shè)置邊緣計算服務(wù)節(jié)點，則5G傳輸時延加邊緣計算時延的總和可以控制在51ms左右網(wǎng)絡(luò)帶寬方面，5G在設(shè)計上將為終端用戶提供10G的接入帶寬，目前的實測速度已經(jīng)達(dá)到1Gbps以上。而在時延上，在理想情況下端到端時延為將小于1ms，目前4G的則約為10ms,LTE的端到端典型時延是50-100ms。對于減少空口接入時延采用的主要技術(shù)手段是超短幀和提高載波本振頻率源短期頻率穩(wěn)定度3視頻壓縮技術(shù)的唯一性如圖4所示，人的眼睛結(jié)構(gòu)由鞏膜、虹膜、瞳孔晶狀體、視網(wǎng)膜等部分組成，如圖4所示。虹膜是位于黑色瞳孔和白色鞏膜之間的圓環(huán)狀部分，其包含有很多相互交錯的斑點、細(xì)絲、冠狀、條紋、隱窩等的細(xì)節(jié)特征。而且虹膜在胎兒發(fā)育階段形成后，在整個生命歷程中將是保持不變的。這些特征決定了虹膜特征的唯一性，同時也決定了身份識別的唯一性虹膜識別技術(shù)目前已經(jīng)十分成熟，最新的識別距離接近1.2米，識別速度小于2秒，是所有的生物識別技術(shù)中，最安全可靠的一種之一。在很多火車站、機場、汽車站等都得到了應(yīng)用，有些車站能使用電子車票，取票時輸入乘車人的虹膜，在后面的車票查檢中，均可以使用虹膜來作為車票憑據(jù)，至今尚未聽說用相似的虹膜來假冒認(rèn)證得以通過的現(xiàn)象，使用改進(jìn)算法后的虹膜識別技術(shù)可以達(dá)到99.423%的識別精度當(dāng)虹膜識別不能判斷來人身份時，可以要求其居民身份證，智能機器人手上持有身份證查驗終端，讀出身份證號后通過5G網(wǎng)絡(luò)快速傳遞到邊緣計算服務(wù)器，通過查詢乘車乘機起點站或所經(jīng)過的站點，來進(jìn)行“疫區(qū)來源地”追蹤查詢，或其它更人工智能深度學(xué)習(xí)的辨識工作。4查詢和反饋確認(rèn)云計算實現(xiàn)了虛擬化與公布式計算融合的強大的計算能力、服務(wù)能力、存儲容量，但從終端設(shè)備到云需要花費雙倍的長途傳輸時間，這使得一些需要快速查詢響應(yīng)的應(yīng)用不能適應(yīng)。比如自動駕駛，我僅需要查詢前后車及當(dāng)前路口交通燈的狀態(tài)時，如果通過云平臺進(jìn)行查詢和反饋，那從自動駕駛汽車發(fā)送查詢信號到云服務(wù)器的時間T1，再等云服務(wù)器查詢送返還查詢結(jié)果的等待時間T2，再到把查詢結(jié)果傳輸?shù)浇K端設(shè)備的時間T3，這總時間T=T1+T2+T3，讓自動駕駛汽車可能因為時延太長而錯過了處理一些動作。而如果我們在交通燈塔還是附近設(shè)置的5G基站上設(shè)置霧計算節(jié)點，那么相應(yīng)的過程為：從自動駕駛汽車發(fā)送查詢信號到霧計算服務(wù)器的時間t1，再等霧計算服務(wù)器查詢送返還查詢結(jié)果的等待時間t2，再到把查詢結(jié)果傳輸?shù)浇K端設(shè)備的時間t3，這總時間t=t1+t2+t3。從終端設(shè)備到基站，就一段鏈路時間，此時的t1要比T1小得多；再等基站的霧計算服務(wù)器返還查詢結(jié)果，這個時間為t2，它也比T2小得多；查詢結(jié)果從霧計算服務(wù)器到終端設(shè)備的傳輸時間是t3，這個和t1差不多，但相對T3來說要小得多。5邊緣服務(wù)器輔助查詢智能機器人放置在人流通道出入口，正對著進(jìn)入的人流，其左手持著紅外測溫器從體溫檢測和人員身份識別，到信息通過5G紅外體溫測量槍使用文獻(xiàn)如果邊緣計算服務(wù)器的居民虹膜數(shù)據(jù)庫中無該被測人的虹膜信息，則返回虹膜識別失敗的提示信息，返還給機器人，讓機器發(fā)音提示被測人需出示身份證，把身份證放到機器人右手上的身份證讀卡器上進(jìn)行身份識別，識別好的身份證號再發(fā)到邊緣服務(wù)器，通過交通信息數(shù)據(jù)庫鏡像進(jìn)行行蹤查詢，以判斷是否近期經(jīng)過主要疫區(qū)。如圖6所示。邊緣服務(wù)器不但負(fù)責(zé)虹膜身份識別、體溫是否為“疑似”的判斷和記錄，還同時查詢該被測人員最近是否經(jīng)過或者是來自疫區(qū)等。這依靠邊緣計算服務(wù)器利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，與政府的公共交通數(shù)據(jù)庫平臺互聯(lián)，平時就每天進(jìn)行戶籍?dāng)?shù)據(jù)庫、交通乘客數(shù)據(jù)庫的本地鏡像存儲。6仿真實驗過程為了實現(xiàn)這個架構(gòu)的一整套應(yīng)用模擬測試，在學(xué)校圖片館大樓的網(wǎng)絡(luò)中心機房設(shè)置一高性能數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，存放被檢測人的人身份證信息、眼部虹膜信息，以及模擬最近乘車軌跡的交通大數(shù)據(jù)庫；在實訓(xùn)大樓的五樓小IDC機房放置邊緣計算服務(wù)節(jié)點，在小IDC機房隔壁的通訊實驗室入口處放置智能檢測機器人，智能檢測機器人通過實驗室的5G信息，接入到小IDC機房。先在網(wǎng)絡(luò)中心的服務(wù)器上采集一批受測人的身份信息，并使用虹膜采集器也采集這些人的虹膜信息（即這些被檢測人的高清虹膜照片）；并錄入這些被檢測人最近經(jīng)過城市的仿真交通軌跡數(shù)據(jù)，定義其中一小部分城市為主要疫區(qū)，大部分為非疫區(qū)或風(fēng)險等級為較小的疫區(qū)。為了仿真，給這些被檢測人都輸入一些乘車和乘機經(jīng)過的城市，他們當(dāng)中有少量經(jīng)過主要疫區(qū)，其余大部分經(jīng)過的城市則不是主要疫區(qū)。然后再在小IDC機房的邊緣計算服務(wù)器上建立和網(wǎng)絡(luò)中心相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，使用數(shù)據(jù)庫訂閱服務(wù)設(shè)置，每晚24時整進(jìn)行數(shù)據(jù)同步一次，確保邊緣計算服務(wù)器上的數(shù)據(jù)和模擬政府大數(shù)據(jù)平臺的網(wǎng)絡(luò)中心數(shù)據(jù)庫當(dāng)天同步一次。手機端的監(jiān)控軟件使用PHP+MySQL+Apache編寫基于WEB的實時更新程序，部分代碼如下：在邊緣計算服務(wù)器部署后，在手機上登陸網(wǎng)頁查看的效果和界面如圖7所示。當(dāng)被檢查人的體溫雖然正常，但經(jīng)過邊緣計算服務(wù)器的政府公共交通數(shù)據(jù)庫查詢，查詢到被檢測人是來自于“重點疫區(qū)”時，機器人也發(fā)出聲光報警。不管哪類報警，都將呼叫和通過網(wǎng)絡(luò)把消息傳給工作人員，讓工作人員進(jìn)一步根據(jù)是發(fā)熱或“重點疫區(qū)”人員進(jìn)行相應(yīng)地隔離或醫(yī)學(xué)觀察等處理。7重點實驗設(shè)計使用基于5G與邊緣計算的發(fā)熱病人出入口排查系統(tǒng)后，原先需要兩三個人的卡口只需一人就足夠了，而由于此時的人是輔助和監(jiān)督為主，站在機器人身后幾米，工作強度比使用智能機器人之前大大降低了，因此他們的工作時間比之前的兩小時一班延長了，實際上每個卡口日均使用人數(shù)減少得更多。由于使用機器人持紅外體溫槍，不用擔(dān)心工作人員感染，因此比人工檢測距離更加穩(wěn)定精準(zhǔn)，測量得的體溫更加快速準(zhǔn)確。機器人的兩個視頻攝像頭可以快速通過虹膜識別，通過邊緣計算的大數(shù)據(jù)分析可以快速知道被檢查人的身份及是否來源于重點疫區(qū)，并決定截留或放行。雖不是發(fā)熱病人，但要查驗身份證，看看是不是來自重點疫區(qū)，要掏出身份證，插入讀卡器，還回給受檢人，這個過程增加了急性傳染病傳播的概率，使用虹膜識別技術(shù)則可以減少甚至避免這個過程的發(fā)生，在紅外測體溫時一次完成。經(jīng)過對上海76個機場、火車站、地鐵、菜場、小區(qū)出入口、校園大門口、商場入口等傳統(tǒng)的人工檢查卡口的調(diào)研，有些卡口24小時通行，安檢人員分為6班；有些卡口只有白天開放，只有兩班人。經(jīng)過數(shù)據(jù)統(tǒng)計，和使用智能機器人檢查的智能卡口的通行性能及使用工作人員數(shù)對比，得如表1所示。由表1制作出的二維百分比堆積柱狀圖如圖8所示。從表1和圖8中可以看出智能機器人卡口在身份識別時間、每卡口全天需要的工作人員數(shù)都大幅度降低，花在體溫測量的時間相當(dāng)，體溫的準(zhǔn)確度方面還因操作準(zhǔn)確穩(wěn)定，而稍有所提升。使用智能機器人進(jìn)行檢查，可以方便地進(jìn)行卡口設(shè)置?？梢愿鶕?jù)人流情況，整個車站等檢查通行的速度決定是否增加新的卡口，如果增加新的卡口，只要在待檢隊列兩側(cè)的地面設(shè)置警界標(biāo)示，出口處站立一個智能機器人，就立即完成，不用象別的檢測方式要安裝門框等復(fù)雜的施工過程。由于5G的工作頻率接近4900MHz，所以它的波長比4G、3G更短了，所以它的傳輸距離和穿透距離都變小了，地下建筑信號強度就比不上4G、3G了,有時需要使用傳統(tǒng)的室內(nèi)覆蓋方式和微站覆蓋方式12結(jié)合來解決地下場所的5G信號覆蓋問題。8g與邊緣計算的發(fā)熱病人智能排查系統(tǒng)的應(yīng)用要能使用虹膜識別技術(shù)，要求國家的戶籍管理數(shù)據(jù)庫對公民進(jìn)行虹膜信息采集為前提。在短短的幾年時間里，我們差不多都實現(xiàn)了臉部識別技術(shù)的應(yīng)用，近幾年急性傳染病疫情的出現(xiàn)，逼迫我們早日實現(xiàn)全民的虹膜采集，這樣可以在佩戴口罩的情況下進(jìn)行無接觸的居民身份識別。對于每個人來說，虹膜的結(jié)構(gòu)各不相同，并且這種獨特的虹膜結(jié)構(gòu)在人的一生中幾乎不發(fā)生變化13。有了真實準(zhǔn)確的身份數(shù)據(jù)，就可以查詢可種交通部門數(shù)據(jù)庫，知道被檢測人從哪里來、剛剛經(jīng)過了哪些車站、機場等等。