文摘

COVID-19大流行在2020年已成为公共卫生的优先级。社会安全距离是一个最有效的策略来阻止病毒的传播,因为它减少了剂量的感染性粒子,一个人可以接受。实时定位系统(RTLS)基于超宽频(超宽频),无线电频率识别(RFID),全球定位系统(GPS),或蓝牙低能量(bie)可以帮助员工在工作场所的安全。当前论文的目的是开发一个剂量计提议监视和控制工人之间的距离和曝光时间基于BLE信标技术考虑病毒载量。我们的建议是基于一组BLE灯塔和安全距离估计通过高斯滤波RSSI测量扩展卡尔曼滤波器。据估计距离值和曝光时间,有限状态机将警报当工人收到卫生部门定义的最大剂量。该系统可以应用于防止任何可以消除或降低风险,控制距离和/或博览会时间工人的职业风险。这个提议是健壮的,不贵,和尊重员工的隐私,其精度高于现有的智能手机应用程序。在未来的大流行的情况下,系统可以很容易地更新安全距离和病毒粒子剂量相关的新的风险代理。系统可以从额外风险保护将灯塔的额外风险识别如热、噪音,或辐射。

1。介绍

由于COVID-19的全球传播,有公共卫生关注人们暴露于病毒。武汉的初始报告以来,中国在2019年12月,直到2021年7月开始,超过1.88亿例和400万例死亡由病毒引起的正式报告了在世界上大多数国家(1]。一些医学专家、科学家、和组织正在研究药物和疫苗的发展,但他们并不是唯一的选择来防止病毒的传播。在先前的研究中,社会距离被揭露的缓解措施,建议在大流行的情况下,因为它们的有效性降低感染率(2,3]。COVID-19的具体情况,很多感染者不能出现症状但他们可以传播疾病4]。缺乏有效的药物和大量的感染者引起许多国家的封锁保持社会距离和控制大流行,但社会经济后果的引用封锁将很难解决在短期和中期5]。

在一些国家,领导人支持封锁更加严格的限制,而在其他国家,他们维持更逐步锁定(6),但基本卫生部门或物流行业的工人在任何情况下是必要的。然后,他们应该用最有效的预防措施,保护和使用个人防护设备应理性(7]。

世卫组织协议建议保持至少1米的距离按照最低安全社会距离(7]。在西班牙,这个安全距离是由西班牙政府建议增加到2米(8]。

重要的是要记住,在工作场所等因素相互作用与客户、供应商、患者、或其他工作者会增加疾病的传播(9]。

虽然COVID-19是一个新的职业的风险问题,控制安全问题的工人和他们的职业危害之间的距离,如噪声、电磁辐射、热辐射,重型设备,生物风险,或其他工人,是一个已知的问题,及其管理并不容易进行,特别是在动态环境中(10- - - - - -12]。

为了控制的暴露工人的消极后果的上述危害,通常定义一个最大剂量可以保护工人健康和限制他们的风险敞口。剂量值计算考虑剂粒子的浓度收到每分钟的曝光时间和工人在几分钟内所示

的生物制剂,对工人的健康剂量水平的危险可以被定义为最低感染量(中期)或生物制剂的最小数量,穿透宿主产生疾病。传染性生物制剂剂量可能不同,进入的路线,和主机电阻(13]。确定中期能引起感染和影响因素这一剂量是很重要的发展风险评估模型(14]。液滴产生在所有到期在健康和生病的科目和个人之间的巨大差距;如果吸入飞沫,必须达到最小感染量(15]。

COVID在特定的情况下,一些作者估计只有1000 SARS-CoV-2感染性病毒颗粒都需要(16,17),和浓度可以估计在每分钟33病毒颗粒在一个呼吸(17]。

然后,如果中期和已知浓度变量取决于距离工人的风险敞口,职业风险可以控制控制工人的相对距离和位置。现有的基于技术的解决方案解决定位问题在工作场所使用不同的实时定位系统(RTLS)基于超宽频[(UWB)18,19],射频识别(RFID) [20.,21),全球定位系统(22,23,计算机视觉24,25),和BLE信标26]。

几个RTLS的例子可以发现在不同的工作环境(表1)。

例如,在建筑业,许多避免系统提出了使用各种技术,如射频识别(35,36)或超宽频(18,37),以防止职业事故。定位和跟踪技术也被应用于办公设施。最近,研究人员决定是否一个RTLS可以测量和空间定位不稳定和固定行为的成年人在办公室工作的工作环境(38]。同样,祝福灯塔结合加速度计的距离特性进行测试,以确定办公室人员把时间花在工作的地方(39]。一致,一些作者开发和实现了一个算法来确定身体活动发生使用接近传感器加上一个广泛使用的物理活动监视器(40]。超过职业安全问题,其他研究人员应用RTLS跟踪病人的流动在医院(41)和映射社会互动的学生在学校42]。此外,其他作者讨论了工人对预警的影响在现实工作场所(43,44]。

一些特定的系统基于BLE灯塔防止COVID-19传播的文献中发现了(45,46];然而,系统只考虑社会距离,他们不包括相关方面的病毒载量。

因此,当前论文的目的是开发一个建议的剂量计来监测和控制工人之间的距离基于BLE信标技术考虑病毒载量。

剩下的论文结构如下:部分2描述了相关技术和艺术对信号灯的状态。部分3描述了系统的所有组件,提出了过滤的方法,以及检测的状态的状态机工人。最后,在节4结论和未来工作。

2。相关的工作

能够探测和预警的技术工人在危险存在距离问题需要在危险的工作场所(47]。与这个问题,RTLS被显示为一个有效的方法来识别和跟踪一个物体或人的位置在室内和室外工作场所(27]。当前RTLS使用不同的定位技术,如无线电频率、超宽频,GPS,或视觉分析,但他们中的许多人现在的一些重要限制精度低、不一致、或不可靠48,49]。

无线电频率是一个扩展战略位置的目的(20.,21,28- - - - - -30.]。使用RFID是常见的复杂的室内工作场所如办公室和医院,而且它提供了一个灵活的方法来识别工人和设备27),虽然其准确性很低(47]。相比之下,使用成本高与其他技术相比(47]。

超宽频是另一个扩展技术,属于射频地位的家庭,和更好的结果在室内环境中,虽然其准确性降低在大面积和障碍的存在19,31日,32]。超宽频系统的另一个显著的限制是需要连接局域网(LAN),不可以在每一个工作场所(50]。

作为替代引用技术,GPS是常用的获取物体或人的位置位于室外环境(51]。以前的应用程序的位置跟踪设备或材料报告准确性低于4 m [22,33]。然而,建议将GPS与RFID提高它的准确性(52]。视觉分析系统可以用来检测到不安全的工人的行为(34]。最近,一些作者应用视觉分析检测人们的距离保持社会距离(25),但这只检测到人,不监控距离或曝光时间。

最近,安全系统基于祝福已被证明是一个有效的工具来管理距离工人职业风险。在先前的研究中,测量和评价的正确使用方法利用在建筑工地根据BLE开发(26]。在引用系统中,从工人到潜在危险区域的距离估计根据BLE信号。同样,这些作者开发了一个系统的虚拟栅栏基于BLE避免入侵(53]。其他作者提出了一个智能glasses-based人员基于BLE预警系统(54]。此外,祝福系统可以提高添加补充技术(55]。可以找到一个例子的提议BLE系统与模糊技术集成(56]。

尽管RTLS精度是非常相关的因素,其他额外的特征是重要的评估这些系统。设备的尺寸和重量,权力或来源,存储成本和维护、社会问题、数据处理、传输,或与其他系统集成应考虑选择最适当的技术(47]。

根据图1BLE设备很便宜时相比,目前的技术。他们的尺寸和重量低,电池可以运行了一年多。他们的数据可以很容易地传播,它们可以与其他技术集成。关于隐私等社会问题和法律问题,该系统提供了一种微创方法比智能手机,因为你只监视数据从受体与职业健康安全有关。受体与ID相关联的工人和可追溯性是可能的,但是可以匿名评价数据,尤其是当没有安全警告。此外,该设备只在工作场所使用;然后,你的隐私当你不工作不是入侵。

3所示。建议的方法

发达移动距离和预警系统是基于通信协议(图2)。

系统可以应用于一群工人。唯一的必要条件是,工人携带接收机和发射机的灯塔。在本节中,我们描述了建议的解决方案,包括电子设备和RSSI信号的行为。

工人之间的距离估计从BLE信标信号。每个工人的信标信号发送和接收工人的接收机。然后,接收到的信号由接近检测过滤,过滤和基于过滤过程中,工人的地位可以被估计。过滤器提供亲密检测概率的形式,和工人地位可以建模为一个有限状态机。虽然职工没有保持安全距离,曝光时间记录的系统。一旦曝光时间接近允许的最大风险敞口,工人将被提醒系统(红色)。系统也能够提醒工人如果他下面的安全距离(黄色)。提出的基本描述系统如图2。

每个工人都有附加BLE信标接收机(Br)和一个可编程单片机和BLE发射机(Bt)。BLE发射机是使用一个快速连接和低功率。祝福的频谱是由40通道隔开2 MHz,其中只有三个是用于发送广告包。

随机延迟降低碰撞概率不同BLE设备配置。报警设备(是)是基于德州仪器cc2551。

他们提供可配置的参数,可以操作一年以上只有一枚硬币电池配置他们的广告费。

BLE接收器是基于ESP32为物联网应用程序而设计的3。设备功能wi - fi和蓝牙芯片ESP32模块与射频组件和力量。BLE接收器RSSI值提供广告信息收到。ESP32被配置为扫描信号和储存成一个FIFO缓冲区。

嘈杂的RSSI值,可以受对象或电磁干扰的影响。在图4,RSSI值从3种不同信标聚集在绘制从0到5米的距离。它可以观察到信号的滤波是必要的。结果是,接近检测应用过滤器。双滤波器由一个高斯滤波器和扩展卡尔曼滤波器(EKF)被选中。这个解决方案已成功应用在一个先前的研究(26]。使用高斯滤波器的估计距离观察,卡尔曼滤波器是一个离散滤波器,使用第一阶段的结果来估计我们最后的距离。过滤器的更多细节可以在引用的研究。基于过滤的过程,它可以估计的剂量受到工人。工人的位置对风险的来源估计先前描述的基于距离的过滤器。工人剂量可以建模为一个有限状态机器(图5)。探测器有三种状态。在第一状态,工人不接受任何剂量,因为他是风险保持安全距离。在第二个,工人暴露在危险中,因为他的安全距离是较低的,但收到的剂量并不高于阈值的推荐。在第三个,工人收到了允许的最大剂量。时间计数器记录每个工人的曝光时间。当暴露累积达到的最大级别设定,系统会警告工人这种情况。然后,工人应放置在安全距离其他工人。

系统精度高于其他可穿戴设备。例如,一个手腕可穿戴不同的50厘米只有人类手臂的自然运动。提出了系统参数可以根据未来更新暴露阈值的研究。系统可以扩展到任何职业风险,距离和/或曝光时间是影响变量,以防止可能的损害工人(热辐射、机械在运动下,削减,等等)。只有增加信标的风险集中和进入必要的安全距离的额外风险和最大曝光时间允许监控风险。

4所示。结果和实验

一个真实场景测试来验证我们的建议。两个健康的工人们选择,其中一个是应该作为COVID-19来源。他们被放置在一个办公室。其中一个是在一个静态位置穿着BLE接收器,和第二个移动第一个穿着BLE信标。他们开始在一起没有任何安全距离,和第二个被转移到第一个2米的距离。然后,工人停下来,花100秒保持相同的距离。之后,他走到4米的距离,不再有60秒钟。最后,他走了,搬回一个2.30米的距离。灯塔RSSI读数和地面真理距离显示在图6。从图中可以观察到的结果6,原始RSSI数据还不够确定的距离;然后,有必要应用邻近过滤器。结果应用后的过滤和有限状态机如图7。时间曲线图显示以下值:距离估计灯塔,灯塔地面真理,和亲密状态。由于可能的估计误差,保守的标准被使用,并成立于3米的安全距离。尽管信号滤波、高不确定性的信标信号不能被完全移除。然而,结果估计接近真实值的准确性得到地面真理。错误的分布计算可以观察到在图8和预期的错误是27厘米。值得注意的是,选择阈限值可以扩展或减少在我们系统根据医疗建议和安全程序。

最后,剂量估计计算由系统使用曝光时间亲密检测和估计,考虑到SARS-COV-2浓度可以估计大约一分钟33病毒颗粒在一个呼吸(17]。详细的公式

一些作者估计只有1000 SARS-CoV-2感染性病毒颗粒都需要(16,17]。当剂量估计不到引用值,工人将被认为是安全的。它引人注目,被限制可以更新根据新发现的身体有关疾病的知识,和它可以适应其他类似的疾病。此外,增加工人的安全条件,可以降低安全系数的极限。

5。结论和未来的研究

提出基于BLE信标系统监控COVID-19已经证明是一种有效的和健壮的工具来控制安全社会距离和减少暴露于可能的感染。关键系统的新颖的组合是安全距离与病毒载量估计剂量收到,包括高斯扩展卡尔曼滤波器。一套便宜的BLE信号灯和接收器配置监视工人在工作场所和保持安全距离。尽管先前的研究发现了问题,他们中的大多数复杂的解决方案提出了基于替代技术与复杂的安装,校准精度低、困难。在办公室创建的系统进行了测试。两名工人穿着BLE信标接收机和其中一个是移动另一个。准确性和稳定性的实验结果可以被认为是可接受的目标系统。发达的控制流程展示了潜在的解决室内或室外工作场所安全距离。

此外,该系统设计可采用防止其他安全或卫生风险,距离工人的风险是一个关键变量对对象了,热辐射,或从高处坠落。只使用一个灯塔每额外风险控制,建立所需的最小安全距离系统将监控风险,它会提醒工人违反了安全风险。

在未来,如果医学研究人员关于COVID-19获得新数据的安全距离或数字或粒子需要感染,引用参数的更新将在当前系统容易被更新。

此外,该系统是便宜,容易配置和健壮。为进一步分析数据可以记录和传播,和他们可以帮助管理工作环境和任务分配,为了改善健康,安全,和工人的生产力。

最后但并非最不重要的,员工的隐私更保护相比,智能手机或类似设备常用的工作场所。

5.1。研究的局限性

系统的主要限制是与可能在收到RSSI信号强度变化存在一些障碍。然而,在大多数情况下为窗口,面板、门、或列,障碍会减弱信号并将减少或消除感染剂量收到的工人。

5.2。未来的研究

当前系统的集成与额外的技术或额外的控制为了检查个人防护设备的正确使用可以改善羟基在工作场所的条件。

其他警告信号,如振动、声音、或者短信可以被包括在当前系统检查和测试系统的有效性工人感知不同的预警方法。

添加日志功能可以允许系统来跟踪潜在感染者。然而,一些重要的问题关于隐私的工人应该解决在这个函数的实现系统。

数据可用性

对数据的访问是受限制的,因为我们正在未来的商业应用的发展。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项研究是由大学德Malaga-Plan自动。