智能紫外消毒系统在校园管理中的应用研究

摘  要：根据国家卫健委发布的指导意见，紫外线消毒灯是杀灭新冠病毒行之有效的方法之一。然而面对高等院校的使用场景，传统紫外线消毒灯存在使用安全性和消毒有效性等问题。文章针对以上痛点，提出了一种基于物联网的智能紫外消毒灯系统解决方案，在保留紫外灯消毒效果的同时，实现了高校消毒管理的实时化、自动化和可视化，为疫情过去后高校消毒的常态化管理奠定了基础。

关键词：紫外消毒;智能系统;校园消毒管理

Abstract：According to the guideline released by National Health Commission of the PRC，UV disinfection light is one of effective method to kill 2019-nCoV. But when we consider the typical scenario at colleges and universities，the usage security and effect of disinfection proved to be a problem of traditional UV disinfection light. This paper proposes an IoT based smart UV disinfection light system to solve these pain points. In addition to the disinfection effect，colleges and universities realize a real-time，automated and visualized disinfection management，which laid solid foundation for the regular disinfection management of colleges and universities even after novel coronavirus epidemic.

Keywords：UV disinfection;intelligent system;campus disinfection management

0  引  言

2020年初，一场突如其来的疫情影响了整个中国大地，面对来势汹汹的新冠病毒，习近平总书记领导党和全国人民一起开展了一场艰苦卓绝的大国抗疫战争。我们众志成城、我们守望相助。时近3月，已经取得了初步的阶段性胜利。我们有信心，也有决心最终战胜新冠病毒，然而反思新冠病毒的特点和疫情发展的过程，现在还不是松懈的时候，更需要考虑疫情过后，如何在复杂环境特别是人员密集区域实现消毒常规化和常态化。即将面临众多学生返校开课的高等院校，就是这样一种典型的环境。作为管理人员必须仔细思考、慎重规划、细致执行才能防患于未然，确保学生和教职工的安全，保证良好的教学和科研秩序。

据报道，新型冠状病毒可以人传人。目前已经确定的传播途径主要是飞沫传播（打喷嚏、咳嗽等）和接触传播（用接触过病毒的手挖鼻孔、揉眼睛等）。可以说，在人员相对比较密集的区域，传播的风险会持续增加。而因为高校的天然职能，每天都会存在多种人员相对密集的场景，比如说空气流通性差的图书馆、体育场馆，人员流流动性大的食堂以及教室、实验室、办公室、宿舍等每天都会活动的场所。如何最大限度地保证这些场所的安全是一个亟待解决的问题。

从国家卫健委发布的《關于应发新型冠状病毒感染的肺炎诊疗方案（试行第四版）》开始，已经增加了紫外线照射杀灭新冠病毒的指导意见。紫外线消毒具有安全性高、污染小、可以重复使用等诸多优点。现在市面上的紫外消毒灯主要有两种类型：一种灯光波长为253.7 nm，可以作用于生物体的遗传物质（DNA、RNA，此次新型冠状病毒是通过RNA复制的），使其遭到破坏;另外一种灯光波长为185.0 nm，为臭氧紫外线灯，与空气作用可以产生有强氧化作用的臭氧，也可有效消灭细菌，但不是直接通过紫外线作用于病菌本身。

1  现有消毒技术分析

由于紫外线的天然特性，在有人的情况下使用会对人体造成一定程度的伤害。因为紫外线对人体皮肤黏膜有一定损害，眼睛注视会造成导致出现眼睛流泪、受伤，还会导致皮肤脱皮等。如果人体受到过量的紫外线照射，会引起光化学反应，导致机体发生一系列变化。长期接触紫外线可引起电光性眼炎，电光性眼炎反复发作可导致结膜炎、慢性眼睑炎，甚至发生眼睑皮肤癌等病变。如何安全地使用紫外消毒灯，也是必须思考的重要问题。

通过分析传统紫外消毒灯，我们发现其具有以下一些痛点：

首先是安全性，如上所述，紫外光线会给眼睛和皮肤带来一定的伤害，需要在无人的情况下才能使用。而在使用臭氧紫外线灯时，还需要及时进行空气流通和循环。这在以往都需要由专人进行手动开关控制，而且面对数量众多的教室、办公室、食堂等公共设施，需要耗费大量的人力和资源。由于某些特殊场所（比如图书馆、教室等）只有在深夜的时候才会统一关闭，这需要工作人员在深夜进行操作。另外由于人的主观性，容易造成遗漏。

其次是紫光线消毒的有效性，缺少可视化、全局化的界面了解整体和细节，同时为确保紫外线辐射照度高于标准规定的下限，必须定期（每季度一次）用UV试纸或手持紫外线监测仪去检测紫外灯输出的紫外线辐射强度，当低于下限时需要及时更换灯管，这也占用了巨大的人力资源。

2  智能紫外消毒灯控制系统解决方案

针对以上痛点，我们为高校设计了一套基于物联网（IoT）的智能紫外消毒灯控制系统，基于无线的连接方式（Wi-Fi、ZigBee、BLE等）和物联网网关将散落在各处的紫光消毒灯连成一张网，做到统一管理和控制，整体架构如图1所示。

除了紫外灯以外，系统会和几种类型的传感器配合使用。占位传感器监测是否有人，在有人的情况下及时关闭紫外杀毒灯避免对人体造成意外伤害;臭氧浓度传感器监测室内臭氧浓度，当浓度超过一定阈值的情况下，启动排风扇进行空气循环和流通;紫外线辐射照度传感器监测紫外线辐射强度，当低于某个阈值的时候，提前告警至相关管理人员，提示更换紫外灯以保证杀毒效果。

同时，如图2所示，系统基于大数据提供整个学校，以及各个区域的消毒报表、日志，实现实时监测和公示，做到在任何时刻都能对学校及各区域的消毒情况了然于胸。这些数据都会定时定期自动上报，在节省人力的同时也大大降低了遗报漏报的可能性。除此之外，系统还提供了丰富的资产管理能力，对资产进行可视化的集中管理和控制，实现了对资产的分布、状态和消毒有效性一目了然的管理。同时，为了避免不可预期的网络原因，系统应具备边缘计算能力，在失去网络连接的情况下，各场所紫外消毒灯可以按照既有的策略保持运行，直到网络问题修复，同时缓存失联期间的各项数据，在连接恢复后上传至云端做汇总处理。

系统可以配置各种自定义的消毒策略。如图3所示，在特定时间段（比如每周二的22：00～23：00）实现定时消毒;如图4所示，可以支持手动启动紫外消毒灯迅速进行即时消毒。也可以设置臭氧浓度阈值，当监测值超过时，自动启动排风扇进行空气流通。

最后系统还具有告警功能，如图5所示，当紫外消毒灯没有按照既定策略启动消毒，会发送相关告警至特定的邮箱。当紫外灯辐射值低于约定阈值时，也会提前发送消息给管理员提示及时更换灯具。

3  使用场景分析

基于这套系统，我们仔细分析，发现高校区域存在以下细分场景，一类是空气流通性差、人员密集的区域，比如图书馆、体育场馆等封闭场所。这类场所因为只在夜晚统一关闭，需要在深夜进行消毒，同时需要加装排风扇并和臭氧浓度传感器联动。二类场景是人员流动性大，有固定使用频率的区域，比如食堂。这类场所可以在非用餐时间关闭并进行消毒，因为空间大，并不需要特别进行臭氧杀毒和排风。三类场景是有固定使用频率的封闭式小区域，比如教室、办公室等。这类场所需要加装占位传感器，在有零散人员出现的情况下，及时关闭紫外杀毒灯。对于办公室环境可在下班后进行定时消杀，而教室在白天课程结束后，可轮流划片关闭，分批定时进行消毒，夜晚再进行统一杀毒迎接第二天的使用;四类场景是使用时间随机、不固定的封闭式小区域，比如实验室。这类场所需要在夜晚时分无人的情况下进行杀毒，同时需要加装占位传感器，在有零散人员出现的情况下，及时关闭紫外杀毒灯。五类场景是流动性高频次区域，比如说校车车队。这类场景需要在车库加装紫外消毒灯，在每次校车的使用间隔内进行约15分钟的多频次短时间杀毒，也可以考虑和车队调度系统进行联动。

4  结  论

以上我们论证了智能紫外灯消毒控制系统在高校的应用。紫外灯是一种相对低成本、可控、安全性高的消毒灯具。而增加了智能控制的紫外灯消毒系统，在保持既有优点的同时，也克服了众多缺点，是高等院校等人员密集场所行之有效的消毒解决方案。通过系统的使用，实现了高校消毒管理的实时化、自动化和可视化。

如今防疫形势有所好转，除了党和国家的大力支持以外，广大人民群众也做出了很大的贡献，此时此刻，我们更不能掉以轻心，要在这最吃劲的时刻，继续打攻坚战，巩固已经取得的来之不易的战疫成果。在战胜疫情之后，也要做到殺毒的常态化管理，为学校维护一个安全稳定有序的学习环境。

参考文献：

[1] 国家卫生健康委办公厅  国家中医药管理局办公室.新型冠状病毒感染的肺炎诊疗方案（试行第四版） [R/OL].（2020-01-27）.http：//www.nhc.gov.cn/yzygj/s7653p/202001/4294563ed35b43209b31739bd0785e67/files/7a9309111267475a99d4306962c8bf78.pdf.

[2] 黄成宏.9款紫外消毒灯口碑报告：使用不慎可能伤害眼睛，德国罗氏得到消费者好评 [EB/OL].（2020-02-27）.https：//www.ccreports.com.cn/show-28-31946-1.html.

作者简介：张秋卉（1982—），女，汉族，安徽宿州人，初级助理工程师，硕士研究生，研究方向：生物学。