基于大數(shù)據(jù)的防疫支撐平臺分析

楊文超,徐小衛(wèi)

(南通市疾病預(yù)防控制中心,江蘇 南通 226001)

1 引言

目前全球已搭建疫情防控效果實時評估系統(tǒng)(全球平臺),主要模塊有:每日新增病例數(shù)、累計發(fā)病病例數(shù)、累計死亡病例數(shù)、累計治愈病例數(shù)、累計流行強度(1/100 萬)、流行強度(1/100 萬)、累計死亡率、累計治愈率、傳播力及防控效果、疫情趨勢研判及效果評估、國際聯(lián)防聯(lián)控預(yù)警等。 歷年來,動物源性病原體跨種傳播頻繁發(fā)生(新冠肺炎、SARS、MERS、各種類禽流感等)[1],烈性傳染病的跨國輸入與輸出以及對生物技術(shù)的繆用,均會導(dǎo)致新型生物威脅的產(chǎn)生,這就迫切需要運用大數(shù)據(jù)、人工智能、云計算、區(qū)塊鏈等信息技術(shù),針對每次疫情的不同進行分析監(jiān)測、病毒溯源、防控救治、迅速響應(yīng),從而進行資源合理調(diào)配以滿足應(yīng)急的需求。 各國構(gòu)建信息技術(shù)支撐的重大疫情防控救治體系、筑牢國家安全體系、打贏世界生物安全博弈戰(zhàn),是具有重大戰(zhàn)略意義的。

2 構(gòu)建疫情防控支撐平臺的目標

隨著信息化時代的到來,信息數(shù)據(jù)量也呈指數(shù)級增長,數(shù)據(jù)的內(nèi)容也涉及方方面面。 防疫支撐平臺就是要在海量大數(shù)據(jù)中找出最有價值的信息,通過預(yù)警預(yù)測、聯(lián)動篩查等措施構(gòu)建多部門、多角度、多層級、多維度聯(lián)防聯(lián)控,最終實現(xiàn)一圖一區(qū)一平臺多應(yīng)用的布局。

通過GIS 系統(tǒng)生成全市多圖層地圖,聯(lián)動不同功能圖層,催生數(shù)據(jù)可視化、防疫風險報警,形成防控結(jié)核的預(yù)警體系,構(gòu)建一張防疫大數(shù)據(jù)圖;協(xié)同各大平臺App(如南通百通等),建設(shè)防疫專區(qū),打通信息傳播渠道,構(gòu)筑群眾防疫城墻;對各部門各防疫系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)、服務(wù)、流程等集成,設(shè)置統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標準,進行全面綜合智能分析,篩選有效、真實、有價值的數(shù)據(jù),推送分析結(jié)果,協(xié)助防疫開展;綜合核酸檢測系統(tǒng)、疫情病原體檢測系統(tǒng)、疫苗接種預(yù)約系統(tǒng)、疫苗接種系統(tǒng)、公安等部門防控系統(tǒng)、出入境管理系統(tǒng)、藥物購買系統(tǒng)、傳染病多點觸發(fā)檢測預(yù)警系統(tǒng)等N個應(yīng)用系統(tǒng),通過大數(shù)據(jù)手段,以“外防輸入、內(nèi)防擴散”為目的[2],實現(xiàn)全方位自動化人員健康信息核驗系統(tǒng)、多源化防疫數(shù)據(jù)互通平臺、多維度防疫預(yù)警體統(tǒng)、防疫應(yīng)用專區(qū)管理等。 讓大數(shù)據(jù)蓄力疫情防控,做到迅速響應(yīng)、快速精準流調(diào)、嚴格管控、有效治療,第一時間遏制住疫情擴散,穩(wěn)定人心,增加社會信心,把握防控主動權(quán)。

3 平臺架構(gòu)

基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的大數(shù)據(jù)[3]防疫系統(tǒng)采用B/S(瀏覽器服務(wù)器)和C/S(客戶端服務(wù)器)相結(jié)合的模式,服務(wù)器部署在衛(wèi)生信息中心和相關(guān)政府部門信息中心平臺上,采用H3C 超融合一體機和海康威視的服務(wù)器存儲整列,采用centos8+Tomcat+maven 搭建MVC 模型環(huán)境,數(shù)據(jù)庫采用Oracle。 B/S 模式有利于跨平臺使用,數(shù)據(jù)處理在服務(wù)器端進行邏輯實現(xiàn),便于集中管理,數(shù)據(jù)安全性也有所提高,同時多架構(gòu)服務(wù)器組建云計算平臺能夠最大限度地利用現(xiàn)有硬件設(shè)備,節(jié)約成本;一線防疫工作人員基數(shù)龐大,對于系統(tǒng)的可移動性和穩(wěn)定性都有較高的要求,采用C/S 模式,以App 的形式供基層工作人員使用,不僅提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性,也能夠適應(yīng)復(fù)雜多變的基層環(huán)境[4]。

該平臺的數(shù)據(jù)源來自各政府部門系統(tǒng)服務(wù)器,通過數(shù)據(jù)清洗技術(shù),統(tǒng)一數(shù)據(jù)標準,將數(shù)據(jù)提取至防疫平臺管理服務(wù)器(平臺服務(wù)器),采用雙機熱備份,平臺服務(wù)器對數(shù)據(jù)進行挖掘、分析、處理,以數(shù)據(jù)包的形式發(fā)送至移動應(yīng)用服務(wù)器,供基層工作人員使用。 大數(shù)據(jù)防疫平臺(業(yè)務(wù)協(xié)同層)使用FTTx+LAN 的介入方式與服務(wù)器進行通信,在保證傳輸速率的同時物理隔離外界網(wǎng)絡(luò)侵入,業(yè)務(wù)協(xié)同層集成各業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù),進行處理、分發(fā)、推送工作,后臺管理員操作也在業(yè)務(wù)協(xié)同層完成。 采用面向服務(wù)的體系架構(gòu)(Service-Oriented Architecture,SOA),利用VPN 技術(shù)向外界推送大疫情防控數(shù)據(jù),形成大疫情防控圖。 各App 平臺設(shè)置防疫專區(qū),使用大數(shù)據(jù)防疫平臺統(tǒng)一接口,進行統(tǒng)一認證、授權(quán)。 平臺架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 平臺架構(gòu)

平臺由6 層邏輯架構(gòu)組成,分別為安全基礎(chǔ)層、設(shè)備層、數(shù)據(jù)層、應(yīng)用支撐層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層、應(yīng)用終端層、用戶層,全平臺建設(shè)遵循標準規(guī)范體系及安全管理組織與權(quán)責、安全管理制度與規(guī)范。 安全基礎(chǔ)層在通信加密、身份管理、認證管理、權(quán)限管理、密碼管理、審計管理、通用安全等方面提供了技術(shù)支撐;設(shè)備層包含平臺運行所需的一切硬件設(shè)備,如:雙絞線、同軸電纜、光纖等網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備,IP 協(xié)議密碼機、安全路由器、線路密碼機、防火墻、信息核對一體機等網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備,數(shù)據(jù)服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器等服務(wù)器設(shè)備[5];數(shù)據(jù)層包含平臺數(shù)據(jù)庫、信息資源庫,并且提供數(shù)據(jù)交換平臺,提供數(shù)據(jù)快速無障礙傳輸;應(yīng)用支撐層為業(yè)務(wù)應(yīng)用層服務(wù),提供其所需的業(yè)務(wù)驗證輔助功能,如人臉識別、身份識別、二維碼讀取等;業(yè)務(wù)應(yīng)用層包含兩大業(yè)務(wù)區(qū)塊:外防輸入?yún)^(qū)、內(nèi)防擴散區(qū),對外要進行進口冷鏈食品申報追溯、入境人員疫情防控、隔離點管理等,對內(nèi)重點場所人員信息一體化核驗、重點區(qū)域視頻監(jiān)控、藥品購買記錄、發(fā)熱門診監(jiān)測等;應(yīng)用終端層對應(yīng)各重要部門的管理者,權(quán)限設(shè)置在指揮中心、政務(wù)辦公PC 及移動設(shè)備,與硬件設(shè)備綁定,由專人或團隊負責,可以溯源;用戶端層供個人使用,包括市領(lǐng)導(dǎo)、指揮中心及相關(guān)部門人員、市民等,具有便捷、易操作等特征。 系統(tǒng)嚴格遵循《全國衛(wèi)生信息化建設(shè)標準與規(guī)范(試行)》的應(yīng)用要求進行設(shè)計架構(gòu),為了嚴格保護醫(yī)療衛(wèi)生數(shù)據(jù)不被泄露,安全管理體系將會體現(xiàn)在系統(tǒng)信息交換和共享的各個環(huán)節(jié),提供整個架構(gòu)的安全保障[6]。 邏輯架構(gòu)如圖2 所示。

圖2 邏輯架構(gòu)

4 關(guān)鍵技術(shù)

4.1 可視化應(yīng)用

使用JS(Java Script)腳本編程語言中的ECharts 庫來實現(xiàn)動態(tài)圖表顯示及交互功能, ECharts 是EnterpriseCharts 的縮寫,是一個基于HTML5 Canvas 的JavaScirpt 圖標庫,因為JavaScript 是一種Web 客戶端輕量級的腳本語言,所以在數(shù)據(jù)展現(xiàn)方面更加便捷。

ECharts 作為一種圖表類的庫,在ZRender(二維繪圖引擎)基礎(chǔ)上創(chuàng)建了坐標系、圖表示例、工具箱等組件,利用基礎(chǔ)組件構(gòu)建出各種展示圖,例如折線圖、柱狀圖、散點圖、K 線圖、地圖等,具有可移植性、兼容性強等特點,可提供更加優(yōu)越的交互體驗[8]。

4.2 異步調(diào)度

Ajax 即Web 數(shù)據(jù)交互方式,它能夠在不刷新整個頁面資源的情況下,及時更新用戶界面的數(shù)據(jù),節(jié)約資源,提高效率。 使用Ajax 進行異步調(diào)度與局部刷新,調(diào)取服務(wù)器數(shù)據(jù),分配線程,在ECharts 圖表上進行局部更新,便可以實現(xiàn)實時更新效果。

4.3 地理信息技術(shù)

此平臺采用空間地理的概念,在目前成熟的基礎(chǔ)地理信息框架上,融合多元數(shù)據(jù),在多層面、多維度、多角度提供地理信息指標及相關(guān)分析數(shù)據(jù)展現(xiàn),滿足疫情防控空間上的實時跟蹤處理需求。 在應(yīng)用開發(fā)軟件上,設(shè)計人員選擇WebGIS,它不同于傳統(tǒng)的GIS系統(tǒng),在Web 開發(fā)上有更好的契合度,提供豐富的網(wǎng)絡(luò)接口資源。 同時能夠與網(wǎng)絡(luò)其他資源無縫集成,融合形成復(fù)雜性較高的數(shù)據(jù)分析地圖。 運用WebGIS 可以繪制出進出入流量地圖、疫情多點暴發(fā)預(yù)警地圖等綜合性防疫圖,結(jié)合異步調(diào)度,形成實時防疫管控地圖。

5 主要功能設(shè)計

5.1 重點場域出入境人員信息一體化功能

使用無感知、非接觸、高便利的防疫一體化機,集成身份證識別、健康碼、行程碼核驗、人像識別、紅外測溫等功能,融合五重檢測,形成非接觸式、智能存儲通行數(shù)據(jù)。 此系統(tǒng)功能主要運用于人口較密集的商超、車站、機場及重點口岸等[7]。 通過人臉識別和身份證件號檢測獲取人員信息,對接公安居民信息庫核驗信息真?zhèn)?結(jié)合紅外線體溫檢測、疫情防控大數(shù)據(jù)網(wǎng)自動完成居民個人防疫健康相關(guān)信息,進行居民健康畫像,出現(xiàn)問題自動警報。

通過人體紅外線檢測技術(shù),無接觸式獲取體溫信息,結(jié)合系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫人員身份信息、人臉識別、健康碼、行程碼等數(shù)據(jù),對比分析實時記錄訪客人員的信息及健康狀況,智能生成來訪記錄,存儲子云端服務(wù)器,便于回溯查看。 一旦發(fā)現(xiàn)身份及體溫異常人員,系統(tǒng)會實時報警,發(fā)送報警電話及信息給管理人員,迅速響應(yīng),便于人員勘察處理。 報警信息實時存檔記錄,方便后續(xù)查看統(tǒng)計及分析。 服務(wù)器劃分虛擬區(qū)塊,存儲工作人員信息、行為軌跡及健康監(jiān)測,可以自動地對比每日健康信息變化,實時高效地監(jiān)測工作人員的身體狀況,通過物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備(健康手環(huán)、健康電子表等),實時獲取工作人員的健康情況,打通數(shù)據(jù)壁壘,數(shù)據(jù)可實時傳送給醫(yī)療機構(gòu)進行健康分析,出現(xiàn)異常情況及時報警(嚴重情況直通120 急救熱線)。

5.2 重點區(qū)域視頻監(jiān)測功能

對隔離點、商超、校園等進行實時監(jiān)控,數(shù)據(jù)上傳云端,隨時調(diào)取使用,打通指揮中心與一線防疫的信息溝壑,及時互通信息。 存儲方式采用本地緩存(定期備份),同時開辟專用虛擬傳輸通道,采用VPN(設(shè)定時間期限進行覆蓋)和云服務(wù)器存儲,設(shè)置不同級別授權(quán)查閱視頻資源,開通光纖傳輸通道,保證數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定快速。 智能化圖片識別分析技術(shù)固定周期對存儲數(shù)據(jù)進行對比分析,發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)及時警報。

5.3 隔離點管理功能

隔離點的作用就是隔離監(jiān)護患者或者疑似患者,一方面用來確定病情,另一方面防止病毒擴散。 利用互聯(lián)網(wǎng)信息化技術(shù)實現(xiàn)各隔離點的集中管控,信息同步,使隔離點人員全面健康監(jiān)測和準確核酸檢測數(shù)據(jù)能夠流傳,供指揮部專業(yè)人員及時審核和研判,科學(xué)地制定管理措施,掌握各案社區(qū)的管控情況,直觀地獲取隔離人員是否閉環(huán)管理信息,同時能夠有效生成各類電子臺賬,供數(shù)據(jù)工作人員調(diào)取多部門數(shù)據(jù)查詢各案信息[9]。 被隔離和管控人員也能夠順暢地與管理人員進行交流,及時反饋信息,及時得到回復(fù),及時解決問題。

系統(tǒng)充分運用了集成電路、無線通信、軟件系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡(luò)等高新技術(shù),實現(xiàn)了集隔離點基本信息管理、人員管理、人員定位、體溫檢測于一體的電子自動化功能,將整個體溫檢測與控制過程簡單化、高效化,提高了對流行性疾病的管控能力。

系統(tǒng)上位機(發(fā)出指令)由政務(wù)網(wǎng)PC(電腦)管理端、互聯(lián)網(wǎng)移動端(手機等)兩部分組成,并且保證數(shù)據(jù)互通。 PC 管理端提供給系統(tǒng)管理員錄入數(shù)據(jù)信息、導(dǎo)入、修改、刪除、篩選列表查詢等,將隔離點大致分為普通隔離點、居家隔離點、定點醫(yī)院3 類。 移動端包含登記人員審核和人員隔離管理兩大功能:(1)支持居民自行注冊登記人員基本信息及醫(yī)學(xué)觀察方式(隔離方式、隔離地點),隔離點管理員可以通過系統(tǒng)對居民填寫的信息進行登記審核,刪除誤掃人員信息,對填錯人員的信息進行校正并補充隔離管理信息(隔離時間等),實時監(jiān)控隔離點人員的身體健康情況;(2)隔離點管理員可以新增隔離人員、錄入隔離人員信息、管理健康狀況檢測信息、管理核酸檢測信息、查詢?nèi)藛T訴求等,通過系統(tǒng)記錄平時數(shù)據(jù)以及人員的心理狀況,匯總形成醫(yī)學(xué)觀察責任表,并對特殊問題及時備注,最終達到一表觀全貌的效果。

系統(tǒng)可以通過手機定位功能跟蹤查看隔離人員的行為軌跡,實時監(jiān)控隔離情況,制定活動區(qū)域,對于超出隔離范圍活動的人員發(fā)出及時警告,并將異常信息發(fā)送至隔離管理人員,這樣隔離點工作人員對隔離信息、行為軌跡等能夠清晰觀察,掌控隔離全過程[10]。 配置物聯(lián)網(wǎng)健康監(jiān)測設(shè)備,實時匯總隔離點管控人員的健康信息,監(jiān)測隔離人員全天的健康情況,關(guān)聯(lián)大數(shù)據(jù)平臺檢測結(jié)果進行智能分析并將分析報告一并提供給隔離點管理人員。

通過大數(shù)據(jù)技術(shù)及時將隔離點滿員情況進行統(tǒng)計匯總,合理分配隔離點資源,監(jiān)測隔離點的整改情況,對未能達到隔離要求的隔離點及時發(fā)出警報,限定期限進行整改,整體規(guī)劃所有區(qū)域隔離點數(shù)目及布局要求,根據(jù)陽性病例分布情況動態(tài)分配隔離點所在區(qū)域及數(shù)量。

5.4 傳染病多點觸發(fā)監(jiān)測預(yù)警智能平臺

此平臺以大數(shù)據(jù)、人工智能、移動物聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代信息技術(shù)為支撐,是以新冠肺炎監(jiān)測為首要目標的傳染病多點觸發(fā)監(jiān)測預(yù)警機制的系統(tǒng),根據(jù)傳染病多點監(jiān)測數(shù)據(jù),建設(shè)傳染病多點觸發(fā)預(yù)警監(jiān)測數(shù)據(jù)倉庫,通過繪制預(yù)警畫像,對傳染病的可能走向進行預(yù)測預(yù)警,為決策人員提供多種可能方案,更好地輔助決策人員做出更加合理的判斷,制定合適的策略。 加強公共衛(wèi)生機構(gòu)、醫(yī)療機構(gòu)及基層社區(qū)機構(gòu)全面協(xié)同,遵循“預(yù)防為先、管控為主、救治為本”三大原則,一旦發(fā)現(xiàn)疫情苗頭,能夠快速響應(yīng),實現(xiàn)“秒級發(fā)現(xiàn)、分鐘隔離、小時阻斷”的快速應(yīng)急響應(yīng)機制,保障社會活動、經(jīng)濟發(fā)展與疫情常態(tài)化管控的動態(tài)平衡。

基于傳染病的流行病學(xué)數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù),通過數(shù)據(jù)清理、數(shù)據(jù)集成、數(shù)據(jù)歸約與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、去冗余等技術(shù),統(tǒng)一融合多源多形式數(shù)據(jù),建立標準預(yù)警監(jiān)測數(shù)據(jù)庫,為日常監(jiān)測以及研判提供強力的工具支持。 整合公衛(wèi)、醫(yī)療、地理等多方位數(shù)據(jù),利用大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù),圍繞人、地、物異常指標進行第一時間風險的分級預(yù)警,并且通過多種方式將風險信息第一時間通知各級工作組人員,建立大數(shù)據(jù)模型,結(jié)合當?shù)毓芸卣呖焖俳⒎袭數(shù)靥厣臉藴驶L險觸發(fā)體系、觸發(fā)規(guī)則邏輯、風險級別、預(yù)警消息可完全本地化、可視化配置,最終能夠?qū)崿F(xiàn)全面、實時、準確的防控預(yù)警。

6 結(jié)語

該平臺以數(shù)據(jù)為支撐,依靠高新技術(shù)手段打通數(shù)據(jù)屏障,融合各地政府及民間組織等各部門系統(tǒng),通過人工智能分析,繪制疫情防控一張圖。 預(yù)判疫情發(fā)生的可能性,提出疫情防控策略,快速響應(yīng)疫情實時動態(tài),管控疫情發(fā)展態(tài)勢,獲取疫情當前數(shù)據(jù),劃分疫情等級區(qū)域。 延伸提前預(yù)警時間,縮短疫情處置時間,節(jié)約疫情物資成本,降低人員的工作難度,減少居民的恐慌程度。