基于微服务架构的校园疫情防控系统设计

王慧芳

（武昌工学院，湖北 武汉 430065）

2019年12月，一场突如其来的新冠疫情席卷全国，致使全国进入紧张的“抗疫”状态。在党的正确领导和指挥下，通过防疫人员和医护人员的不懈努力以及全国人民的积极配合，我国疫情得到了有效控制，但全球疫情仍在持续爆发，这也对我国人民的生命安全造成了严重威胁。因此，在当前国内疫情总体稳定的前提下，为了能够保证正常的生活、工作、学习，我国进入了疫情防控常态化管理阶段。从教育部关于从严从实做好教育系统疫情防控工作的系列主题会议要求可以看出，校园疫情防控是常态化疫情防控的重中之重。

随着复工、复产、复学工作的不断推进，各学校也在积极采取各种措施促进开学，返校学生的数量不断增加，给学校的防疫工作也带来了很大的压力。为了实现有效的防控，本文设计一款基于微服务架构的校园疫情防控系统。该系统可以高效安全地存储数据，提供日常打卡、场所打卡、校门出入管理等功能，使得校园疫情管理更加规范化、智能化，可以掌握学生的健康动态，如遇突发情况可以快速追溯学生的行动轨迹，大大节省了校园疫情常态化管理中的人力成本。

微服务架构是当前主流的系统开发技术，适用于各种项目的开发。微服务架构是一种分布式架构实现方案，系统按照业务功能模块进行划分，每个功能模块作为一个独立的项目而设计，称为一个服务。微服务很好地体现了软件开发设计原则中的单一职责原则，每个服务完成特定的功能，有效避免代码的重复开发，提高代码利用率，降低系统模块之间的耦合性。采用面向服务的开发方法，各个服务之间通过接口调用实现关联。

本系统采用Spring Cloud架构实现，Spring Cloud是一套完整的微服务架构实现方案，它是基于Spring Boot开发的，管理Spring Boot创建的各个微服务项目。

本系统根据业务功能分为系统管理模块、班级管理模块、部门管理模块、场所管理模块以及出入管理模块。每个功能模块为一个服务，对应自己独立的数据库，各个模块数据库之间没有关联，数据库采用MySQL实现。系统微服务架构图如图1所示。

图1 系统微服务架构图

根据以上架构图分析，应用Spring Cloud框架将此系统划分为8个微服务，其中包含5个业务功能服务，分别为系统管理服务、班级管理服务、部门管理服务、场所管理服务及出入管理服务；2个基础服务，分别为Eureka Server注册中心和gateway网关服务；另外还包含一个公共工程，为各个业务模块提供所需的工具类。

系统中的各个模块主要由服务实例Eureka Client实现，包含服务提供者及服务消费者。如班级管理模块中包含了class-provider与class-consumer两个工程。class-provider定义班级信息增删改查的接口（即Dao层定义），并提供控制层接口Controller。class-consumer中处理对班级信息操作的各种请求。服务消费者class-consumer通过Feign远程调用class-provider的接口，如在调用过程中出现问题，则会通过Hystrix进行熔断处理。

在全球疫情没有得到很好控制的情况下，国内疫情的态势也是变化难测，这也对当前的疫情常态化防控提出了新的要求，校园疫情防控要根据国家疫情防控要求不断地做出相应的调整，这就要求我们的校园疫情防控系统具备较好的扩展性和延展性，可以根据疫情防控需求及时做出调整，为此本系统采用基于微服务架构的方法进行设计，在疫情常态化防控下可以更好地满足校园疫情防控的需求。

本系统主要实现了以下功能模块：系统管理模块、班级管理模块、部门管理模块、场所管理模块、出入管理模块。基于微服务架构的校园疫情防控系统的总体框架如图2所示。

图2 校园疫情防控系统的总体框架

校园疫情防控系统的各个模块既相互独立，又密切相关。在校园疫情防控中，我们既需要掌握学生的健康信息及动态，又需要掌握教职工及在校家属的动态，因此，本系统既有学生管理模块也有教职工管理模块。不管是社会面还是校园中，出现疫情时最首要的任务是迅速找到密接人员进行隔离管理，因此，本系统有专门的场所管理模块，用来记录每天到过该场所的人员信息，便于快速找到相关人员。本系统后台运行主界面如图3所示。

图3 校园疫情防控系统主界面

下面将对各个模块进行详细介绍，并展示部分模块的运行界面图：

（1）系统管理模块。系统管理模块主要是由系统管理员和普通用户组成的，普通用户又分为学生和教职工。学生信息包含姓名、身份证号、学号、班级、学院、联系方式等，教职工信息包含姓名、身份证号、职工号、职工部门、联系方式等。系统管理员主要负责对系统中不同角色用户的管理，以及系统的后期维护等。对于普通用户的变动，都需要系统管理员及时完成人员信息的更新，这样才能保证信息的正确性，比如已经离职或者退学的用户信息要及时删除，避免非本校人员进入校园，对校园疫情防控造成影响，对于新入职教职工或新生也要及时完成信息录入，以方便接下来的管理。

（2）班级管理模块。班级管理模块主要是以班级为单位来管理学生的打卡信息，比如学生的班级信息、姓名、学号、每日健康打卡信息等。在校园疫情防控要求中第一项就是要随时观测学生的健康状况，通过系统每日健康打卡可以及时掌握学生的健康信息，对疫情防控发挥着不可忽视的作用。通过班级管理模块可以清晰地看到每个班级的学生人数、已完成打卡学生人数，以及未完成打卡学生人数，班级管理员也可以通过班级管理模块及时催促学生完成每日健康打卡。每日健康打卡都是有时间限制的，这个时间可以由系统管理员设置，因此，学生必须在有效时间内完成打卡，具体如图4所示。

图4 学生班级信息管理界面

（3）部门管理模块。部门管理模块主要是对教职工以及在校家属的信息进行管理。校园疫情防控不仅仅是针对学生，教职工及在校家属也属于重点防控对象，因此，我们在做好学生管理的同时，也要掌握教职工及在校家属的健康信息。同样，教职工及在校家属也是需要根据学校防疫要求完成每日健康打卡的，每个部门都有自己的部门系统管理员，该管理员可以查看本部门所有人员的打卡信息，方便管理，如果有人没有及时打卡可以对其进行提醒督促。

（4）场所管理模块。在疫情突然来袭的时候，最有效的控制方法就是精准找到每一个密切接触的人员，对这些人员进行管理，这样会使疫情的管控范围缩小，有效控制疫情。在本系统中，场所管理模块就是用来记录每天进入某场所（比如图书馆、实训室、教学楼的每一个教室等）人员的信息。当有疫情时，我们可以通过场所管理模块快速找出到过该场所的所有人员，精准地找到每一个密接人员，迅速做出反应，避免因相关人员记不住或记不清自己的行动轨迹而造成漏洞，防止校园疫情的扩散。

（5）出入管理模块。校园是一个相对封闭的场所，不管是人员还是车辆出入都要经过出入口，因此必须严格管理出入口。在校园疫情防控管理中，进出校园都是要记录的，出入管理模块就是用来记录出校及进校人员的信息。出入管理模块主要是用来记录进校人员从何地来，出校人员去往何地，这样做的目的是及时拦截来自中高风险区域的人员，不让其进入校园，从而避免将疫情带到校园。校园是一个人员相对密集的地方，一旦出现疫情，就会是一个大的爆发，所以，我们要掌握每一位进校人员的行动轨迹，便于后期随时追踪溯源，在其初次进校时就必须做好登记，同时，出入口也要严加管理，无关人员与车辆一律不让进入，避免将疫情带入校园。学生入校登记管理界面如图5所示。

图5 学生入校登记管理界面

如果某用户是首次进入校园疫情防控系统，则需要系统管理员先将他/她的信息录入系统，之后他/她才可以登录。用户使用本人身份证号登录，用户进入系统后可以查看自己的个人基本信息，如果有误需要上报系统管理员进行修改。在使用班级管理系统时，需要确认自己的班级是否正确，每日健康打卡是需要进行定位打卡的，如果出现定位识别不了，可以多次尝试，如果反复尝试多次都无法识别定位，则要上报系统管理员重新设置该人员的信息。除此之外，在每日健康打卡时还需要填写自己的健康状况。在使用场所管理系统时，需要每位进入该场所的人员主动去打卡，这样系统才会有记录，因此需要所有人员配合完成。在用户出入校门的时候，需要在进出管理系统中填写自己的离校或返校申请，出入地点是必填项，学校根据各地疫情防控要求进行记录，如若学生出入地点有疫情，可以通过出入管理系统迅速找到相关人员进行管控。

本系统可以通过班级管理模块和部门管理模块及时掌握每一位学生、教职工及在校家属的健康动态，通过场所管理模块可以看到校园中每一个场所中一天之内到访的人员信息，通过出入管理模块可以查看所有进出校园人员的信息。结合运用以上四个模块，管理人员可以随时查看学生、教职工及在校家属的健康信息以及在校动态轨迹，如果突发校园疫情，该系统可以有效促进校园疫情防控工作的开展，在一定程度上节约了人力和物力。在疫情常态化校园管理中，校门是第一道防线，本系统通过出入管理模块对进出校园的人员进行严格管理，牢牢把好校园疫情防控的第一关。

校园疫情突发危机事件的有效解决有赖于校园日常疫情防控管理系统的信息记录，从日常管理抓起，这样可以缩短事件处理时间，提高效力。因此，校园疫情防控系统的应用是非常有必要的，在大多数学校的疫情防控管理中都得到了充分的验证，其在校园疫情防控中起到了良好的作用。本校园疫情防控系统利用微服务架构方面的技术进行设计，降低了模块与模块之间的耦合性，并采用MySQL数据库对每一个模块的数据进行存储。该系统可以快速掌握每一位学生、教职工以及在校家属的每日健康状况，在突发疫情时，也可以迅速掌握每个人在校的行动轨迹，便于根据疫情防控需求进行精准查询。校园疫情常态化管理中，因为校园人员相对密集，人员的精准定位是我们必须要掌控的，这样可以做到将疫情传播控制在最小的范围内。