甘肅省疫情“目標人”監測系統研究

王 愷

(甘肅省基礎地理信息中心, 甘肅 蘭州 730099)

0 引言

新型冠狀病毒肺炎(COVID-19)重大疫情突襲人類社會,其病毒潛伏期長、傳染性強和檢測難,導致疫情爆發突然、發展迅猛。2019年12月,疫情在湖北省武漢市爆發,并迅速在湖北省內蔓延開來[1]。隨后受春運影響,疫情迅速在全國蔓延,全國各省區均出現確診病例,甘肅省由湖北返甘人員也逐漸增多,使得疫情防控任務日趨嚴峻。

近年來,地理信息系統(Geographic Information System，GIS)在公共衛生領域發揮著巨大的作用,具有一套較為成熟的、完備的數據準備、平臺搭建、分析模型構建和地圖制作的工作技術流程,而大數據技術在多源大數據快速匯聚、信息快速可視化傳播等方面也有諸多應用。《國家衛生健康委辦公廳關于加強信息化支撐新型冠狀病毒感染的肺炎疫情防控工作的通知》中強調,要充分發揮信息化在輔助疫情研判、創新診療模式、提升服務效率等方面的支撐作用,切實做好疫情發現、防控和應急處置工作[2]。

因此,綜合利用GIS和大數據技術,快速獲取返甘“目標人”的基本情況,實時精確地掌握“目標人”的動向,實現科學管控疫情“目標人”,及時為決策者提供疫情動態信息,才能更快捷地為疫情的發現、防控、決策和行動提供及時的技術支持[3-6]。本文從以下幾個方面進行研究[7]:

(1)多源信息獲取

通過多源數據監測、大數據技術獲取“目標人”的基本情況、動態行蹤、歷史活動軌跡、高頻次活動區域等信息,減少基層人工統計匯總的工作。

(2)實時行蹤掌控

通過對“目標人”的統一管理和位置的實時獲取,實現省、市、縣、鄉、村各級行政區內“目標人”分布情況、變化情況的實時統計、目標人員的實時位置查詢、歷史軌跡查詢。達到對疫情“目標人”的科學管控,實時準確掌握。

(3)防控預警

對“目標人”進行動態監控,當該人員離開觀察區域或者到達某些特定禁入場所后就產生報警。從源頭上化解,將危機控制在潛伏期狀態,有利于疫情的防控。

1 系統總體設計

系統研究技術路線依托天地圖·甘肅基礎地理信息服務平臺,利用移動運營商實時定位平臺提供的位置信息,基于安卓系統移動終端進行業務應用開發。技術路線如圖1所示。

圖1 系統技術路線圖

1.1 以天地圖·甘肅為地理信息可視化支撐平臺

天地圖·甘肅作為甘肅省內權威可靠的地理信息平臺,提供了各類地理信息數據、服務和二次開發支撐能力,能夠有效支撐各類地理信息可視化應用系統開發。本研究利用天地圖·甘肅作為地理信息可視化支撐平臺開展建設能夠充分利用權威、準確的地理信息數據,確保疫情防疫工作的高效開展。

1.2 基于移動基站的實時物聯網定位技術

為了更準確、及時地了解疫情目標人員的實時位置數據,實現疫情“目標人”的定位管控,需要借助移動運營商的實時手機定位數據。本研究基于移動基站的實時物聯網定位技術,打通移動、聯動、電信三大運營商的手機實時定位數據以及歷史軌跡數據,從而實現疫情目標人員的定位監控,確保“目標人”流動可查、可管、可控。

1.3 基于移動終端的移動業務應用開發技術

隨著社會經濟和信息技術的不斷發展,移動終端設備的應用范圍、場景更加廣泛,基于安卓系統移動終端的業務辦公和疫情排查,能夠更加靈活機動地實現全省疫情信息的采集、應用和展示。本研究重點基于安卓移動終端實現疫情目標人在移動終端設備的移動無線管控監管功能。

2 總體框架

以人口數據為基礎,依托手機基站定位數據,通過地理信息、大數據、物聯網技術,實現各類時空數據的整合、關聯分析,通過建立“目標人”員數據庫(重點人員身份證號、手機號),與各類時空位置數據實時比對分析重點人員的活動區域,構建重點目標人員軌跡專題數據庫,提供重點目標人員實時位置監控、軌跡一鍵式查詢、封閉區域預警、出入重點場所預警、報警消息實時推送等能力,基于行政區劃實現分市州、縣區按日期進行統計,并根據統計數據動態生成全省漫入人員累計增長趨勢圖和每日變化趨勢圖。確保全省重點目標人員的全天候、全方位監控,為保障當前形勢下疫情不擴散、少擴散提供強有力的信息化支撐[8-9]。系統研究的總體框架如圖2所示。

圖2 系統總體框架圖

2.1 數據層

依托手機基站定位數據,通過地理信息、大數據、物聯網技術,通過設計FME轉換器實現多源、多類時空數據的匯聚、存儲、清洗和統一管理,包括目標人、定點醫院、行政區數據等,支撐前端數據的加載、瀏覽、查詢與分析。

數據入庫:需要將數據入庫到sqlite中供系統調用,研發了shp入庫到sqlite數據庫的工具,實現目標人群、定點醫院、行政區劃等數據建庫,支撐前端數據展示和統計分析。數據切片:為了提升海量數據在移動端的顯示效率和跨平臺適用性,研發矢量瓦片切片工具對行政區劃數據、定點醫院數據、目標人群數據進行矢量瓦片的切片,以支持移動端數據的展示與屬性的查詢。

2.2 平臺層、服務層

基于天地圖·甘肅平臺的地圖數據、影像數據、地名地址數據服務和移動運營商實時定位平臺的“目標人”定位信息服務,快速搭建在線訪問地圖數據、影像數據、地名地址數據查詢服務接口,支撐客戶端基礎地理信息的實時在線可視化顯示、位置查詢服務、信息瀏覽等。

2.3 應用層

基于Andriod操作系統,進行移動端應用層功能的研發,主要包括實時監控、歷史軌跡、危險預警、數據管理維護、系統運維管理、統計分析等應用功能。

3 功能設計[10-12]

甘肅省疫情“目標人”定位跟蹤系統建設實現“目標人”實時監控、歷史軌跡查詢、危險行為預警等功能,具體功能構成如圖3所示。

圖3 系統功能構成圖

3.1 “目標人”實時監控展示

實現重點目標人員的實時位置監控展示和基本的地圖可視化,主要功能包括:地圖定位,通過區劃展示面板或者輸入固定的坐標點,選中需要切換到的行政區劃,即可將地圖定位到指定區劃或者地點;目標人實時位置展示,實現重點目標人員的實時位置的基于地圖的可視化實時定位展示功能;目標人員查詢,提供根據姓名、身份證號、電話號碼、所住區域進行目標人員的查詢定位功能,并將結構在地圖上進行展示。

3.2 “目標人”歷史軌跡查詢

輸入目標人員身份證、手機號,展示經過整合過的軌跡,查明人員歷史活動信息中的各個活動節點和移動線路以及在時空坐標上的分布情況,在地圖上用帶箭頭的單向虛線連接點狀符號表示重點目標人員的時空軌跡信息。

3.3 “目標人”危險行為預警

禁入區預警,主要實現禁止進入區域的進入預警功能。通過在地圖上繪制禁入區空間范圍,當有重點目標人進入該范圍后,系統實時自動進行預警,并將預警信息發送到進出該區域的目標人員所處區域的疫情管理人員手機中,由疫情管理人員根據掌握的情況,進行預警信息的實際排查和反饋。

封閉管控預警,針對疑似或者高風險重點人員,已經確定封閉管控的,自動實現重點人員出封閉管控區域的實時預警。可單個或批量對管控人員進行封閉管控范圍設定,并可根據管控人員的管控范圍和實時位置,判定該管控人員活動是否正常,一旦發現管控人員在管控范圍外出現系統自動報警。

報警短信自動推送,對接短信網關,出現報警信息時,能自動根據重點目標人所屬管轄區域,將該報警信息發送至該區域疫情管理人員及相關領導手機中。

3.4 “目標人”統計分析

目標人區域統計,根據重點目標人員的實時數據,對重點目標人員的區域分布數據量進行匯總統計展示,并在地圖上以專題圖的形式進行展現。具體包括地市區域統計和分縣的區域統計。

目標人時間統計,根據重點目標人員的實時數據,對重點目標人員的時間序列發展趨勢進行統計分析展現。以折線圖的方式,對目標人隨時間變化趨勢進行統計展示。

目標人預警統計,按時間維度,對目標人員的異常報警信息進行統計分析展示,實現異常報警信息的時間、空間雙重維度的統計展示。

3.5 “目標人”管理

通過對重點人員進行歸類和管理,加強對重點人員身份監控。同時為了提高管理的靈活性,系統提供動態管理功能,可以從已有的系統中導入數據,也可以把通過碰撞、分析出來的數據自動轉入到重點人員庫中。同樣地,也可以通過走查,把這些身份數據手工錄入系統中。主要包括重點人員的姓名、身份證、戶籍地、現住地等基本信息,關聯手機信息及重點人員分類信息。

3.6 疫情防護人員管理

實現疫情防護人員的管理維護功能,對疫情防護人員的基本信息和負責管轄、聯系區域信息進行增加、刪除、修改、查詢等功能操作。主要包括疫情防護人員姓名、身份證、戶籍地、現住地等基本信息,關聯手機信息及疫情防護人員的管理、聯系的區域信息。

3.7 系統運行管理

系統運行管理模塊定位于為整個系統的角色、權限、用戶、系統日志進行統一的管理和維護,為整個系統的正常運行提供支撐。

系統日志主要用于記錄用戶登錄退出事件、系統配置操作和系統業務操作。具體包括事件ID、用戶、時間、操作事件、使用子系統、計算機IP、計算機機器名、描述等信息。

用戶管理,即對系統用戶進行管理,可增加用戶,設置用戶登錄密碼和權限,還可以刪除系統用戶。

系統角色管理包括新建角色,修改角色權限,刪除角色。

權限管理包括角色權限管理、區域權限管理。

4 關鍵技術及創新點

4.1 基于移動端的矢量數據存儲及渲染技術

矢量瓦片是以一定的格式分塊地傳輸在終端進行渲染顯示,能夠充分利用終端機器的計算、渲染能力,動態繪制地圖要素,數據展示更加精細具體,能夠滿足各種分辨率的設備的使用需求,極大地提升了用戶的體驗。由于人員定位數據涉及個人隱私,信息屬于敏感數據,因此,本研究開發了移動端的矢量切片工具和融合工具,實現移動端矢量數據的動態實時可視化渲染顯示。

4.2 定位實時信息接入處理技術

通過“低滯后、高效能”的實時流式數據接入與處理技術,結合內存數據庫技術,實現各類移動定位信息的實時接入、處理與分發,提供高效的實時信息處理能力,滿足大規模動態時空信息的處理與分發要求,從而實現疫情目標人員的定位監控,確保目標人員流動可控,可查,可管。

4.3 基于信息融合的可視化交互模式

由于系統數據量較大,結合移動終端的實際顯示效果,為了更好地實現各類重點人員的空間分布態勢和發展趨勢,系統采取數據融合的技術手段,根據不同的地圖可視域范圍,綜合采用多種可視化展現效果：在省級可視域范圍,以空間熱力圖的方式進行時空分布展示;在市州可視域范圍,采用空間聚類分析的方式進行可視域展示；在區縣及更詳細的可視域區域,以數據撒點的方式進行海量數據的疊加顯示。

5 結束語

本研究通過GIS和大數據技術的融合,實現了快速數據匯聚,構建了疫情“目標人員”庫,實現全省“目標人員”的實時位置空間和時間序列的動態變化,準確把握湖北漫入甘肅人員信息的時空分布趨勢,解決了目標定位數據到決策人手中的最后一公里問題;通過實時比對分析重點人員的活動區域,進入特殊區域實時預警分析,確定坐標位置并關聯相關疫情處置預案形成預警指令下發,實現了人員流動與空間分布估算,及時發現重點風險區域,為疫情防控的措施制定提供了堅實的空間信息支撐。

從本次疫情服務保障工作來看,當前和未來,GIS和大數據技術的應用依然存在許多挑戰和有待研究的方向。數據層面,大數據匯集尚缺乏成熟方案,快速深度融合應用依然是研究的重中之重。GIS方面,主要挑戰在于如何改進傳統技術方法來提高速度和準確度,從而實現快速地為社會管理提供準確信息。