基于物联网的中暑预警系统

最新推荐文章于 2025-12-12 15:59:56 发布

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#中暑 #物联网 #用户界面

中暑预防系统 for Young Athletes

摘要

我们开发了一种系统，用于预测初高中学生在课外活动中发生中暑的风险。该系统基于日本环境省发布的湿球黑球温度（WBGT）、训练强度以及学生的饮水量。本系统的特点在于，通过将塑料瓶物联网（IoT）化，能够实时掌握每位学生的饮水量，而饮水量与中暑的发生密切相关。

关键词

中暑，物联网，用户界面

一、引言

全球变暖的影响增加了中暑风险。特别是在初高中学生的课外活动中，他们往往过于投入训练，导致饮水不足且未能进行适当休息。因此，我们开发了一套系统，通过向每位学生提示中暑风险，以防止中暑的发生。

该系统利用日本环境省定期发布的湿球黑球温度（WBGT）以及根据预先注册的训练计划得出的训练强度。通过将塑料瓶物联网（IoT）化，识别每位学生的饮水量，从而能够结合WBGT、训练强度和量化后的每位学生饮水量，预测每位学生中暑风险的水平。随后，该风险将以个人头像的形式显示在学生训练场所设置的平板电脑上。该系统使学生能够轻松了解自身的中暑风险。如果它超过风险阈值时，平板电脑会向学生发出报警，或通过社交网络服务（SNS）将风险通知给负责该活动的负责教师（图1）。该系统鼓励学生通过饮水或休息来自我管理，同时减轻教师的负担。

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II. 相关工作

基于热指数的中暑风险预警系统已应用于户外工作场景。然而，现有系统存在需要配备专用热指数测量仪器，或仅能在现场内发出警报的问题[1]。我们开发的系统无需任何专用仪器，而是通过掌握学生的饮水量（已被指出与中暑相关）来向每位学生发出预警。

III. 中暑预防系统

A. 系统配置

图2显示了由物联网化的塑料瓶设备（塑料瓶物联网设备）、平板电脑和平板电脑和云服务器组成的中暑预防系统。假设将平板电脑设置在学生练习的现场，它具有根据输入的各个信息估算中暑程度、将结果以头像形式告知每位学生以及向教师通知风险的核心功能。各项功能概述如下。

1) 训练计划注册功能：团队助理或教师可通过简单的触摸操作注册训练计划。

2) 数据接收功能：每30分钟从日本环境省中暑预防信息网站下载湿球黑球温度（WBGT）数据至逗号分隔值（CSV）文件，同时塑料瓶物联网设备传输每位学生饮水量的数据。

3) 中暑风险计算功能：根据获取的数据计算中暑风险。

4) 头像生成与显示功能：通过使用头像向团队成员通知中暑风险。

5) LINE通知功能：通过云服务器将LINE消息作为社交网络消息发送给教师。

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B. 塑料瓶物联网设备

我们将贴有薄膜压力传感器的氯乙烯板粘贴在塑料瓶底部，以便使用单板计算机实时测量塑料瓶重量。测量重量通过无线局域网实时传输到平板电脑上的数据接收功能（图3）。

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C. 评估

我们开发了原型系统并进行了评估实验。实验结果表明，湿球黑球温度（WBGT）根据级别以颜色显示，注册的训练计划与训练时间一同呈现，学生饮水量通过头像实时变化（图4）。此外，我们确认当风险超过预设阈值时，平板电脑会通过LINE向教师发送警报或警告消息。在对高中棒球队相关人员进行访谈时，他们表示该系统在教育领域具有有效性，因为学生可以进行自我管理，且警报可自动发送给教师。