“21世纪海上丝绸之路”医学地理信息系统的设计

倪杰文，刘文宝，徐 菲，刘夏阳，陈国良

“21世纪海上丝绸之路”医学地理信息系统的设计

倪杰文，刘文宝，徐 菲，刘夏阳，陈国良

为“21世纪海上丝绸之路”提供医学地理信息技术支持，以地理信息系统、计算机技术、网络通信技术为支撑，以数据库为核心，采用网络地理信息系统技术进行模块化设计。本系统具有遇险船只救援及落水人员搜救、卫生防疫、药材补给和伤病员医疗后送辅助决策的功能，能实现对“21世纪海上丝绸之路”沿线国家和地区医学地理信息的综合利用。

地理信息系统；医学地理信息系统；一带一路；21世纪海上丝绸之路

经济全球化和区域经济一体化是当今世界的一个大趋势，随着改革开放的深入，我国通过海路与各沿海国家的经贸、文化、政治交流不断加深。在此情形下，习近平主席提出了从中国沿海港口经南海到印度洋延伸到欧洲和从中国沿海港口经南海到南太平洋为重点方向的“21世纪海上丝绸之路”战略构想，串联起南太平洋、东南亚、南亚、西亚、东非、北非、欧洲各沿海国家和地区。该战略构想提出了一条共商、共建、共享、多赢的和平合作发展道路，进一步推动沿海国家的海上互联互通，同时也加大了我国对外交流的半径，将为我国及世界经济的发展增添新的动力[1]。海洋地理环境复杂多变，建立各沿海国家之间安全高效的互联互通航路需要熟悉了解相关海区的地理环境，并对地理信息加以利用。地理信息系统(geographic information system，GIS)是分析利用各种地理信息高效可靠的工具。本研究基于GIS及其相关技术，对“21世纪海上丝绸之路”医学地理信息系统(medical geographic information system，MGIS)进行初步设计。

1 GIS与MGIS

GIS是一种用于获取、存储、查询、分析和显示地理空间数据的计算机系统，由地理空间数据、硬件、软件、专业人员和组织环境构成[2]。GIS通过对包括空间定位数据、图形数据、遥感图像数据、属性数据多种地理空间实体数据及其关系的处理、管理，分析处理一定地理区域内分布的现象和过程，解决复杂的规划、决策和管理等问题[3]，具有图文并茂、形象直观、准确高效的特点。

MGIS，即GIS在医学领域的应用，是运用GIS及其技术，研究解决如疾病种类及其分布、医疗机构及资源配置、最佳救治路线规划等与空间及地理分布有关的宏观医学问题，发现其内在的空间规律性，为卫生管理人员及医学研究者提供参考。

2 MGIS设计目标

以“21世纪海上丝绸之路”沿线国家和地区的地理环境特点为基础，以医学地理信息及其应用为研究对象，以GIS技术及计算机技术为支撑，设计集信息采集、存储、编辑、处理、分析、显示、查询、描述及综合应用功能于一体的“21世纪海上丝绸之路”MGIS。其设计目标包括:①“21世纪海上丝绸之路”沿线国家和地区医学地理信息基础数据库的构建；②实现对沿线国家和地区医学地理信息综合应用；③通过系统研制为保证“21世纪海上丝绸之路”海上运输大通道安全高效提供医学技术支持。

3 MGIS总体设计

3.1 MGIS总体结构 本系统以Microsoft Visual Studio.NET作为开发平台，以数据库技术为核心采用模块化方式进行设计[4]，包括系统管理模块、海上搜救模块、卫生防疫模块、药材补给模块和医疗后送模块。系统按照逻辑功能分为数据服务层、应用服务层、表现层3层[5]。系统总体结构见图1。

图1 “21世纪海上丝绸之路”MGIS总体结构

3.2 MGIS网络架构 为了便于各种平台终端的用户接入，系统采用浏览器/服务器和客户端/服务端结构相结合的形式，基于网络GIS技术进行网络架构。服务器端用于安装数据库及存储数据、安装系统程序和进行网络发布。对于用户终端，使用浏览器实现对服务器的访问和对系统的综合应用，平板电脑和智能手机移动终端则通过开发应用程序实现对iOS、Android多系统平台的支持[6]。在网络可及性方面，鉴于“21世纪海上丝绸之路”所涉及的地理范围广泛，且以海上航道为重点，用户可以通过有线宽带、无线宽带、通信卫星和手机通信基站接入因特网对系统进行访问。安全性方面，通过设置防火墙保护系统，同时用户登录时以用户名加密码和电子证书相结合的方式进行身份验证和应用系统时的权限区分。此种架构的优点是系统可以实现跨平台、跨网络、跨语言等被多种用户调用[7]，并利用服务器端强大的计算能力进行大量的数据处理[8]，且系统容易扩展升级[9]，但缺点是对于网络带宽要求较高。系统网络架构见图2。

图2 “21世纪海上丝绸之路”MGIS网络架构

3.3 MGIS数据库设计 数据库是系统运行的核心，本系统数据库采用Microsoft SQL Server进行统一管理，分为3大部分。

3.3.1 用户管理数据库 采用关系数据库模型，以加密的形式储存用户名、密码及对应的电子证书和用户基本信息，并标志分组信息以区分不同组别用户对系统的应用权限。

3.3.2 地理信息数据库 采用基于关系型数据库的地理数据库数据模型，分为空间数据部分和属性数据部分[2]。空间数据部分，用以储存系统运行所需要的空间数据，包括“21世纪海上丝绸之路”沿线国家和地区基础地图数据和传染病及地方病空间分布、医疗机构位置、医药公司及仓库位置专题地理数据。由于“21世纪海上丝绸之路”覆盖南海至印度洋沿岸及环太平洋地区，空间数据采用基于WGS84 (world geodetic system 1984，1984世界级地理坐标系)大地基准为基础的通用横轴墨卡托格网系统作为坐标系以确保空间位置的准确度[10]。属性数据部分，用以储存空间要素的对应属性数据，包括基础地图要素的属性数据；传染病及地方病名称、症状、体征、传染源、传播途径、易感人群、防治方法；医疗机构基本信息、床位数量、卫生人员数量及分类、手术能力、创伤救治能力、大型医疗设备数量；医药公司及仓库基本信息、储备能力、常备药品器材品种数量。

3.3.3 影像文档资料库 为地理信息数据库的附属资料库，储存与地图空间要素、传染病及地方病、医疗机构、医药公司及仓库相关的图像、视频、音频多媒体资料和文档资料以供系统以超链接的方式进行调用。

4 MGIS功能设计

4.1 MGIS基本功能设计“21世纪海上丝绸之路”MGIS应具备GIS最基本功能，包括:①电子地图基本操作，如地图漫游、放大、缩小、测量、标注和图层控制功能；②数据储存、分析、查询、统计、输出、传输和管理功能[11]。此外，系统还应具有信息传递、指令发布功能。

4.2 MGIS模块功能设计

4.2.1 系统管理模块 为取得管理权限的系统维护人员所使用的模块。主要功能有:①系统的发布、升级、错误修正，以保证系统运行稳定、响应及时和功能更新；②数据采集录入、校正、更新、修改、删除、备份，保证数据完整、准确、可靠；③安全性维护，防止系统受到非法访问、病毒感染和网络攻击。

4.2.2 海上搜救模块 主要功能是为海上事故救援提供遇险船只及落水人员的实时位置预测以缩小搜救范围，从而保证第一时间救援。模块提取数据库内相关海域及航道的海洋地理及风浪、洋流、潮汐等水文气象信息作为数据基础并计算建立相应预测模型。当发生船只遇险及人员落水后，搜救指挥人员在指挥端输入事故发生的时间地点，系统根据事故海域当时的海况及水文气象信息，通过预测模型并结合遇险船只或落水人员的定位信号，计算预测其当前可能的位置，并通过指令发布的形式通知附近船只参与搜救行动。

4.2.3 卫生防疫模块 主要功能是提供沿线国家和地区及相关海域传染病和地方病的发病流行现状、趋势及分布情况，为预防其在船员内部的暴发流行和国际间传播提供参考。模块调用数据库中传染病及地方病的历史和现况分布数据，分析环境影响因素及其规律，并在此基础上建立模型预测未来疾病发生的可能性及分布范围，绘制专题地图。在船只经过相关海域或停靠相关国家和地区的港口前，卫生防疫部门可通过对专题地图的显示和快速查询，了解当地卫生状况及传染病、地方病的发病流行现状及趋势，并根据数据库提供的症状、体征、传染源、传播途径、易感人群、防治方法数据，提前做好船员健康教育、疫苗接种卫生防疫措施和治疗药品的储备。

4.2.4 药材补给模块 主要功能是为海上航行船只的药材补给提供辅助决策。模块以数据库内沿线国家和地区各港口及附近的医药公司及仓库的位置、基本信息、储备能力、常备药品/器材品种数量数据为基础，生成专题地图。当在海上航行的船只缺少某种或某些药材时，通过专题地图快速查询分析距当前位置一定距离范围内能够对船只进行有效补给的医药公司和仓库及其所属港口的信息，并结合航道、气象、海况等信息，计算最优航线路径。药材补给模块逻辑流程见图3。

图3 药材补给模块逻辑流程

4.2.5 医疗后送模块 主要功能是为海上伤病员的医疗后送提供辅助决策。模块根据数据库内沿线国家和地区各港口及附近医疗机构位置、基本信息、床位数量、卫生人员数量及分类、手术能力、创伤救治能力、大型医疗设备数量的数据，绘制医疗机构分布及实力的专题地图。当船只在海上航行过程中发生伤病员无法在船处置需要及时后送至附近港口医疗机构时，可根据船只当前位置查询附近一定距离范围内可提供有效救治的医疗机构信息及港口位置，结合航道、气象、海况信息，计算伤病员后送的最优航线路径。

5 MGIS存在的问题

5.1 最优航线路径问题 海洋表面辽阔，但可供船只特别是往来于“21世纪海上丝绸之路”的商船和货船航行的航线数量有限且呈网络状分布，因此最优航线路径的问题可以用网络分析的方法加以实现[12]。以港口、航线交汇点为节点，以2个节点之间的航线为链路，通过链路的时间为链路阻抗，从一条航线至另一条航线为转弯，其所需时间为转弯阻抗，则最优航线路径为累积阻抗最小路径，即花费时间最短的航线路径，可采用Dijkstra算法[13]进行计算。当航线上出现风浪、迷雾不良海况条件或航线繁忙发生拥堵时，按程度相应地增加链路阻抗；当航线上发生台风等暴风雨天气或者航线管制造成该航线无法通行时，则链路阻抗调整为∞；当某港口发生战争、重大灾害或政局动荡等情况时，则视为该港口无法停靠，从节点列表中去除并重新规划航线。

5.2 难点问题

5.2.1 数据收集问题 数据的收集是本系统设计的难点之一。数据是保证MGIS运行准确可靠的关键。对于本系统而言，涉及沿线国家和地区及相关海域的自然地理、经济地理和医学地理等方面。这些数据量大繁杂，且有些数据对于相关国家而言是对外保密不公开的。虽然我国曾于20世纪80年代全面收集我国的海洋医学地理信息，但对其他国家和地区的相关信息收集并不全面。“21世纪海上丝绸之路”战略构想提出的是一条需要沿线各国家和地区共同努力建设的共商、共建、共享、多赢的和平合作发展道路，因此本系统也应是多方合作共同开发、共同利用。尤其是对于数据的收集，各国家和地区可以提供不危害本国核心利益的相关数据，以保证本系统数据的完整、准确、可靠。

5.2.2 兼容性问题 如上所述，本系统应是沿线国家和地区共同开发、共同利用。此外，作为MGIS，应留有扩展接口以备将来新功能的添加或其他地区MGIS的接入。这些都要求数据格式的兼容性。而各个国家和地区数据格式差异，造成了兼容性存在问题。为解决此问题，就要求统一格式，如可采用SQL-92数据库标准[14]和开放地理空间信息联盟数据标准[15]进行统一。

5.2.3 指挥协调问题 “21世纪海上丝绸之路”是国家间的发展战略，涉及各个国家和地区的多个部门，因此MGIS的开发与应用存在着各个国家和地区多部门及国际海事机构之间的指挥协调问题。可从战略层面出发，由国家政府牵头，进行多边协商，成立沿线国家和地区的联合指挥协调机构，并发布相关文件明确各个国家和地区及相关部门的职责。各国家和地区政府在此基础上对系统开发、数据采集、实时更新、应用方面以行政指令或法律法规的形式作出相关规定。

MGIS能实现对“21世纪海上丝绸之路”沿线国家和地区医学地理信息的综合利用。

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The design of medical geographic information system for“the 21st Century Maritime Silk Road”

NI Jiewen，LIU Wenbao，XU Fei，LIU Xiayang，CHEN Guoliang
(Department of Naval Health Service and Medical Equipment，Faculty of Naval Medicine，the Second Military Medical University，Shanghai 200433，China)

To provide technology support of medical geographic information for“the 21st Century Maritime Silk Road”.With the support of geographic information system(GIS)，computer technology，network communication technology and database as the core，the system is designed by using WebGIS technology and modular method.This system has the functions of rescue for ships and men in distress，epidemic prevention，health supplies and medical evacuation for patients.It can realize the comprehensive utilization of the medical geographic information of countries and regions along“the 21st Century Maritime Silk Road”.

Geographic information system(GIS)；Medical geographic information system (MGIS)；The Belt and Road；The 21st Century Maritime Silk Road

R821

A

2095-3097(2016)06-0366-04

10.3969/j.issn.2095-3097.2016.06.013

2016-11-01 本文编辑:张在文)

200433上海，第二军医大学海军医学系海军卫生勤务与装备教研室(倪杰文，刘文宝，徐 菲，刘夏阳，陈国良)

陈国良，E-mail:cgl307＠126.com