疫情之下讓未來城市更智慧

文｜李德仁

一、地理空間信息為疫情防控開展的工作

1、遙感助力火神山、雷神山監測

2020年1月23日至25日，武漢市政府參照“非典”期間小湯山模式先后啟動火神山、雷神山醫院建設。我的學生張過帶領團隊利用我國高分辨率對地觀測系統，借助國內外商業衛星公司力量，將航天遙感技術應用于監測：

通過高分辨率光學衛星監測醫院基建進展。例如對比高分二號2019年10月29日與吉林一號高分03 星2020年1月28日影像可看出，火神山醫院北區箱式板房基建工作大致完成，其他區域箱式板房建設工作也全面展開，整體工程進度良好。

圖1 火神山醫院多時相連續觀測（從上至下依次為2019年4月15日、2020年1月28日、2020年1月30日成像，由法國Pleiades 衛星免費提供）

通過高光譜衛星監測鄰近水域環境變化。例如對比珠海一號2020年1月19日與1月29日拍攝火神山醫院鄰近水域并進行高光譜分析，發現鄰近水域沒有形成明顯的渾濁度帶，兩個時相衛星影像大氣校正后水體光譜信號均沒有明顯變化，說明施工沒有對水環境產生較大影響。

通過合成孔徑雷達衛星監測建筑地表下沉狀況。例如依據哨兵1 號A 星拍攝火神山醫院建設區域2017年11月至2019年3月間24 景影像，進行基于時序合成孔徑雷達干涉技術的地表形變監測，發現該區域地基穩定，可以支持快速、高強度施工。

上述技術也應用于雷神山醫院建設，其中對臨近水域環境變化、建筑地表下沉狀況的監測仍在持續進行。這些應用為公眾了解醫院建設進展及施工對周邊環境影響提供了有效途徑，對安撫廣大民心、穩定社會情緒起到積極作用。

2、網格GIS 打通疫情防控最后一公里

早在2005年，時任湖北省委書記俞正聲便批示武漢市要建立網格化精細管理系統。在武漢市主要領導推動下，武漢市政府與武漢大學合作啟動了全市網格化管理與社會服務系統建設項目。如今該項目已建成基層治理體系重構的重要支點，覆蓋全市域1.6 萬個基礎網格、近1500 萬人口、400 萬房屋、109 萬法人組織、200 萬部件等社會治理要素。在此次疫情防控中，基于該系統開發的“武漢微領里”在線抗疫平臺，每小時訪問量最高達260 萬。平臺“自查上報”功能助力分級診療，截止3月2日零時收到自查肺炎上報41394 例；“關愛群”建立實現拉網式管理，社區網格員通過近5000 個關愛群了解被隔離居民的體溫和生活狀況；“心理防疫”版塊幫助維護心理健康，上線98 小時為 61023 位市民提供了心理疏導。該項目利用更精準周密、管用有效的網格GIS 防控，打通防控最后一公里，將基層治理、群治群防落到實處。

利用網格GIS 開展疫情防控的例子還包括將支付寶推出的“杭州健康碼”作為疫情期間復工人員流動的通行憑證；維智科技上線疾控分析平臺，實現病情溯源精細分析、風險預警精確提醒、人群預警、接觸預警、格網防控全局一體化管理等。

3、北斗時空體系精準助力疫情防控

面對疫情暴發，北斗衛星導航系統快速響應，融入防控疫情主戰場，為抗疫一線提供時空體系精準服務。

在火神山、雷神山醫院建設中，基于北斗系統的高精度定位設備，確保大部分工地放線測量一次完成，為醫院施工爭取了寶貴時間。在重點疫區，上百架無人機借助北斗定位導航，根據需求將一線急需的醫療和防護物資精準送到醫護人員手中。交通運輸部還通過在全國道路貨運車輛公共監管與服務平臺入網的北斗車載終端，向600 余萬聯網車輛持續推送疫情實況、道路優化及運輸服務信息。

4、人工智能助力疫情防控

新型冠狀病毒感染的肺炎CT 影像呈現數據量大、切片緯度高、病灶復雜等分型難點，我的學生張良培、杜博帶領團隊充分發揮在醫學人工智能、計算機視覺領域的技術優勢，針對上述難點提出輕量型網絡、特征自監督加全局信息的診斷解決方案。經連夜開發與測試，此人工智能診斷系統通過CT 影像，確診新冠肺炎敏感性可達97.6%，初篩普通和重癥型患者準確率可達91.5%。相比每例耗時5-15 分鐘的肉眼影像分析，人工智能病變檢測平均耗時僅為1.33 秒。

由武漢大學羅斌團隊、科技成果轉化企業立得空間參與開發的小珈機器人、小型智能消殺機器人，已在雷神山醫院承擔物資智能配送、自動消毒殺菌等工作，與一線醫護人員并肩作戰。

二、目前存在的問題

此次疫情中的新型冠狀病毒缺少有效手段精準識別“四類人員”（確診病例、疑似病例、發熱病人和密切接觸者），從而造成重點疫區不得不全面封鎖的被動局面，暴露出與地理空間信息技術相關的如下問題：

1、時空軌跡數據不全、精度不高

移動智能終端（手機）可記錄用戶位置和軌跡數據，但目前主流基站定位僅能達到城區100 米、非城區300-500 米精度。另外，“四類人員”數據由衛生部門主管，用戶軌跡數據由工信部門主管的三大電信運營商持有，而這些數據屬于用戶隱私，由公安部門負責調用，因此各部門難以獲取與疫情相關的完整數據。

2、城市網格管理精細程度不夠

很多城市開展網格化管理，主要以服務大眾的智慧城管為建設目標。面對更為復雜的病毒引起的疫情災害時，上述網格化系統難以精細管理到城市每位居民和每個角落。

3、部門間數據共享程度不夠

疫情暴發后，衛生部門、工信部門分別掌握防控對象醫療數據、軌跡數據，另外還有其他政府部門掌握各自職能內與疫情相關的數據。部門間數據不能及時共享，難以構建完整協同、不斷更新的疫情數據庫，無法充分發揮各類數據的防控作用。

4、公民知情權與隱私權存在矛盾

開展精準疫情防控時，公民對自己近期是否接觸過感染病患或高危場所擁有知情權。但識別上述信息需調取公民個人活動軌跡數據，于是存在公民知情權與隱私權之間的矛盾。該矛盾需要通過完善法律法規解決。

三、常態化疫情防控體系讓智慧城市更智慧

因為無法有效甄別無風險對象，超過99%市民的正常生活和工作受到極大限制，社會經濟發展亦將受到嚴重影響。因此開展新型智慧城市建設，必須借助物聯網、大數據、云計算、人工智能和5G 技術，打造智慧高效、常態化運營的疫情防控服務體系，避免將來疫情災害發生時只能選擇對社會秩序運轉具有重大影響的物理封鎖手段。

1、手機多源融合室內外高精度定位與導航

如今電子地圖應用已成為智能手機的標配，它能幫助用戶準確找到最優路徑，這源于北斗等衛星定位技術的持續進步。在室內環境下，移動通信網絡技術同樣能為用戶帶來較高精度服務，這背后是“羲和計劃”不斷突破的結果。該計劃是我國正在自主研制的室內外定位導航系統，旨在向大眾提供全空域、全時域、室內外無縫高精度定位導航服務。此計劃的一大特點是與北斗系統相融合，在室外利用地基增強系統提高精度，在室內則通過聲、光、電、場等與地面網絡結合，基于“羲和計劃”的通導融合等關鍵技術，實現室內外無縫高精度服務。基于手機的多源融合室內外無縫米級高精度定位與導航服務，為利用時空大數據開展疫情防控創造了必要條件。

圖2 基于時空大數據的常態化疫情防控服務體系框架設計

2、基于時空大數據的疫情防控服務體系

現有疫情防控措施對于識別病患在陌生環境的接觸對象存在很大困難，對于病患確診前主要活動場所缺乏考慮，造成病毒再次傳播風險，而這也恰恰是傳染病監測和早期預警的重點和難點。

針對上述問題，利用時空大數據開展的防控工作，已在此次抗擊疫情中發揮出不可替代的作用：病毒可能存在多代傳染源，為找出傳染源，利用電信運營商信令數據定位用戶，查清某段時間來自疫情高發地區人員；某些地方外來人員隱瞞疫區旅行史，導致出現聚集性疫情，通過查詢手機定位數據可追溯外來人員旅行軌跡，從而進行針對性隔離；基于衛生健康委提供的確診和疑似感染數據，結合電信運營商及地圖導航公司數據，可以通過活動軌跡排查密切接觸者。目前，網上已出現類似系統，用戶輸入自己乘坐的航班或車次信息，即可查詢同行程是否有確診患者或疑似病例。

為了充分發揮時空大數據在疫情防控中的作用，我正聯名多位院士提出建議：通過設立重大專項，完善我國時空大數據疫情防控服務并內置于公眾移動智能終端，形成基于時空大數據的常態化疫情防控服務體系。一旦出現可以“人傳人”的急性傳染病，可由國家權威部門即時啟動該服務系統，通過時空大數據快速獲取有效信息，精準實施防控手段，取代無針對性的大范圍封鎖模式。這是未來智慧城市建設的必然發展方向。

另外，該服務體系的數據庫不僅用于疫情防控，還能在應對多種公共突發事件時發揮關鍵作用，為創造新型智慧城市，構建居民美好生活提供保障。