死因监测地理信息系统设计与实现

章诗韵 罗 俊 陈 晶 肖 鹏 庞延辉

(武汉市疾病预防控制中心 武汉 430000)

1 引言

居民死亡原因监测指长期、连续、系统地收集、整理和汇总一个地区人群死亡原因的相关信息，分析并研究死亡原因构成的变化和其他可能的影响因素[1]。死因监测是居民健康情况统计工作的重要内容，是反映一个范围内人群健康状况和卫生保健水平的重要指标之一，对其数据进行分析和研究有助于辅助政府制定公共卫生计划和评价干预措施效果[2]。武汉市死因监测工作自20世纪70年代开始以来，采取多项举措提高监测信息准确性、真实性和可靠性，具体包括扩大监测范围到全市，进一步规范登记报告制度，健全监测网络体系等[3]。经过近40年的运转，死因监测工作已经积累大量较为规范的数据，通过统计学方法进行分析和研究取得一些成果，但仍然缺少地理信息技术方面的手段对现有数据进行直观展示和进一步分析研究。地理信息系统(Geographic Information System，GIS)是一门结合地理学、地图学和计算机科学的综合学科，通常用于地理位置相关数据采集、存储、显示和研究分析，近年来随着技术发展已广泛应用于各个领域，例如胡跃华利用GIS可视化展示技术分析手足口病流行特征[4]，杜挺结合熵权TOPSIS法和GIS技术对地级市经济发展格局进行空间分析[5]。本文以GIS技术为基础，结合武汉市居民死因监测工作，充分利用死因数据中的地理位置相关信息，设计并实现武汉市死因监测地理信息系统，为负责相关工作的专业技术人员拓宽工作思路，提供新的研究视角。

2 需求分析

经需求调研和分析，武汉市死因监测地理信息系统用户可分为3类：专业技术人员、主管人员和系统管理员。专业技术人员是死因监测业务工作的直接开展者，其需求主要是统计整理全市死因情况数据，录入GIS，在系统中根据业务需要筛选数据和图层，制作不同形式、不同侧重的专题地图，在此基础上进行时空分析；主管人员是专业技术人员的上级，不直接参与死因监测具体实施工作，其需求是宏观把握全市死因数据变化特征和趋势，通过结合其他重点统计指标来辅助制定相关工作计划，利用GIS数据可视化优势向同行或上级介绍工作和分享经验；系统管理员需求主要是从用户信息、资源、运维几方面对系统进行管理。

3 系统总体架构设计

3.1 概述

充分考虑武汉市死因监测工作现状及今后发展趋势，将系统部署在武汉市卫健委健康云虚拟资源上，方便将来与其他业务系统进行数据交换，同时保障系统资源安全性和稳定性。系统总体架构分为支撑层、数据层、服务层和应用层4层，见图1。

图1 系统总体架构

3.2 支撑层

硬件部分由云资源提供，软件部分使用ArcGIS Server构建功能丰富且能够满足多用户要求的企业级GIS应用，提供广泛的基于Web的GIS服务，实现数据管理、制图、编辑、空间分析和其他功能[6]。

3.3 数据层

系统使用Geodatabase创建和管理系统中的地理数据，利用 Oracle 11g数据库管理系统中的业务和其他属性数据，通过ArcSDE将数据库中的对象(表、视图等)组织成死因情况时空数据库，实现武汉市地区矢量底图、街道社区行政区划、医疗卫生机构、居民死亡情况等数据的管理。

3.4 服务层

系统核心，由GIS服务和Web应用服务两部分组成，其中Web应用服务负责处理基本业务数据，包括居民死亡情况、医疗卫生机构、居民期望寿命等；GIS服务部分使用ArcGIS Server作为地图服务器来发布和管理REST服务资源，处理空间数据相关请求，支撑应用层功能实现。

3.5 应用层

负责整个系统功能和逻辑处理，使用ArcGIS API for JavaScript框架结合HTML/CSS等Web技术开发，确保系统适用于PC、平板、LED大屏等不同终端，通过可视化的交互界面为专业技术人员、主管人员和系统管理员提供相应功能服务。按上述角色将系统前台划分为3个部分：主要进行业务数据处理、专题图制作和业务分析研究的“一张图”，宏观展示居民死亡情况和统计指标的“信息展示部分”，以及管理系统各个资源和运行维护的“运维部分”。

4 系统实现

4.1 关键技术

4.1.1 面向服务架构(Service Oriented Architecture, SOA) 一种将用户业务转换成相互连接的信息服务模块的设计模式，强调尽可能地重用软硬件资产，同时消除数据来源和运行环境差异性，给用户提供统一标准的服务，使得开放式的通信标准和数据模型得到更广泛的应用，用户则通过标准化、流程化和自动化的松耦合组件来获取服务[7]。

4.1.2 基于ArcGIS Server的服务平台构建 基于服务器的ArcGIS Server通过Web Services方式提供GIS资源和功能服务，这些资源和服务遵循被广泛采用的Web访问和使用标准。ArcGIS Server是一个分布式系统，由GIS、Web、数据服务器组成，分别在管理、启动和关闭进程及提供和管理GIS资源方面起着相应作用[8]。ArcGIS Server提供的GIS功能包括：二维三维地图可视化、通用GIS数据管理框架、动态管理地图中的图层、在线空间数据编辑和分析等。

4.1.3 新一代Web GIS技术 Web GIS是指专门以浏览器/服务器(Browser/Server，B/S)形式实现的GIS，新一代Web GIS是Esri在此基础上提出的一种新的应用模式，在这个模式中，将系统功能和资源进一步整合化、功能化、云端化，使用PC、平板、大屏的多终端用户可以通过种类丰富的应用接口访问这些资源和功能[9]，GIS平台变得更加简单易用、开放和整合，组织机构内多用户使用需求也能得到满足，为之后协同工作和共享沟通提供支撑。

4.1.4 数据可视化 关于数据视觉表现形式的研究是数据科学重要组成部分，是一种能够深入了解业务数据，有助于从宏观角度分析问题的方法[10]。可视化使数据变得更加清晰、易于理解，从而更有意义，本系统根据不同业务特点和需求设计有针对性的数据展示模板，通过折线图、柱状图、热力图、聚合图等形式来展示统计指标数据和死因个案数据分布[11]。

4.2 功能设计

4.2.1 概述 专业技术人员根据不同业务需要制作对应的专题图，进一步研究和分析；主管人员从宏观上把握全市死因数据变化特征和趋势，辅助制定相关决策；系统管理员开展基础数据、资源、系统维护等工作。系统主要功能，见图2。

图2 系统总体功能

4.2.2 数据入库 死因监测数据来源于武汉市死因网络直报系统，专业技术人员将数据标准化后按照模板导入数据库中。

4.2.3 数据上图 将居民死亡情况个案数据脱敏处理后，其属性包括户籍地址、街道编码、报告单位、死亡原因、死亡时间、工作单位等，每条个案信息按照户籍地址地理位置进行上图，保留重要信息以便于制图时筛选。

4.2.4 专题图制作 按不同时间段、人群、原因等类别过滤数据；编辑数据显示形式，如颜色、范围、影像图或地形图；根据需求叠加其他相关图层，如城市道路、医疗机构、水系图等；保存制作好的专题图以便修改、浏览和研究。

4.2.5 地图浏览 包括地图放大、缩小、平移、点位搜索，不同图层叠加、透明度调节等。

4.2.6 空间分析 常用的可视化空间分析技术，包括热力图、聚合图分析等，实现各个方法参数自定义，以便业务人员使用。

4.2.7 统计数据展示 展示统计指标数据，例如武汉市人均期望寿命、年度死因顺位、重点疾病发病率等。

4.2.8 趋势展示 根据武汉市居民死亡情况数据中的时间属性，动态展示人群个案在地图上的变化趋势。

4.2.9 其他功能 系统管理员使用的其他功能，包括基础地理相关数据管理，如武汉市区划图、社区边界、水洗、轨道交通等；用户信息管理，如账号密码、工作单位、部门等；系统运维管理，如系统监控、日志查看、运行统计等。

4.3 数据库设计

4.3.1 概述 本系统数据库包括区级行政区划(国家/武汉市)空间信息表、街道级行政区划空间信息表、医疗卫生机构空间信息表、死因业务数据表、老年病统计信息表、街道编码对照表、ICD10(国际疾病分类)标准编码表等，设计时引用的规范性文件有法人和其他组织统一社会信用代码编码规则(GB 32100-2015)、中华人民共和国行政区划代码(GB/T 2260)、县级以下行政区划代码编制规则(GB/T 10114-2003)、疾病分类与代码(GB/T 14396-2016)。

4.3.2 行政区划空间信息表 武汉市行政区划按国家标准划分共有13个辖区，但市一级统计口径上会另外计算东湖风景区和东湖高新技术开发区，这两个区在国家标准中统计在洪山区中，故本系统设计3张行政区划空间信息表，分别为区级(国家级)、区级(市级)、街道级(市级)。3张表结构相同，字段包括唯一标识符、行政区划代码、行政区划名称、行政驻地经度/纬度、行政区划级别、面积、备注、空间信息。行政区划代码类型为12位变长字符串，前6位按GB 2260执行，第7-12位乡镇和行政村各3位按GB/T 10114-2003执行，第13-18位备用。

4.3.3 医疗卫生机构空间信息表 包含字段有机构编号、机构名称、组织机构代码、机构类别、机构等级、经纬度、街道编码、地址、空间信息。

4.3.4 死因业务数据表 包含字段有卡片编号、基本个人信息(姓名、性别、文化程度等)、死亡日期、户籍地址、直接导致死亡疾病(原因)A、B引起A的疾病或情况、C引起B的疾病或情况、诊断单位、生前主要疾病最高诊断依据等。

4.3.5 老年病统计信息表 包含字段有区划编码、区划名称、体检人数、体检率、老年常见慢性病(高血压、糖尿病、脂肪肝、高血脂、痛风)患病率、知晓率和控制率、肥胖率、现在吸烟率、现在饮酒率、体育锻炼率等。

4.3.6 街道编码对照表 死因个案数据来源于武汉市死因网络直报系统，该系统行政区划编码与国家级或市级编码均不一致，故设计街道编码对照表，字段包括(死因)区级编码、(死因)区级名称、(死因)乡镇编码、(死因)乡镇名称、(武汉市)乡镇名称、(武汉市)乡镇编码、(国家)区级名称、(国家)区级编码。

4.3.7 ICD10标准编码表 引用国际疾病分类(International Classification of Diseases，ICD)部分内容，字段包括病种编码、名称、简称、分类。

4.3.8 其他数据库表 主要是系统运维相关表，如用户信息、用户角色、系统日志等。

5 结语

本系统对武汉市死因监测历史业务数据进行标准化处理，按照统一规范建设相关数据库，结合行政区划、医疗机构、水域等多方地理信息数据，以ArcGIS、WebGIS等技术作为支撑，实现武汉市居民死亡情况个案数据空间化展示，以实际业务需求为依据，实现如热力图显示、数据筛选、图层控制等多种展示、统计、分析功能，为专业技术人员分析和研究多维数据提供新手段。同时实现宏观重点指标和数据动态趋势信息展示，为主管人员制定相关工作计划提供参考依据。