甘肃省疫情“目标人”监测系统研究

王 恺

(甘肃省基础地理信息中心, 甘肃 兰州 730099)

0 引言

新型冠状病毒肺炎(COVID-19)重大疫情突袭人类社会,其病毒潜伏期长、传染性强和检测难,导致疫情爆发突然、发展迅猛。2019年12月,疫情在湖北省武汉市爆发,并迅速在湖北省内蔓延开来[1]。随后受春运影响,疫情迅速在全国蔓延,全国各省区均出现确诊病例,甘肃省由湖北返甘人员也逐渐增多,使得疫情防控任务日趋严峻。

近年来,地理信息系统(Geographic Information System，GIS)在公共卫生领域发挥着巨大的作用,具有一套较为成熟的、完备的数据准备、平台搭建、分析模型构建和地图制作的工作技术流程,而大数据技术在多源大数据快速汇聚、信息快速可视化传播等方面也有诸多应用。《国家卫生健康委办公厅关于加强信息化支撑新型冠状病毒感染的肺炎疫情防控工作的通知》中强调,要充分发挥信息化在辅助疫情研判、创新诊疗模式、提升服务效率等方面的支撑作用,切实做好疫情发现、防控和应急处置工作[2]。

因此,综合利用GIS和大数据技术,快速获取返甘“目标人”的基本情况,实时精确地掌握“目标人”的动向,实现科学管控疫情“目标人”,及时为决策者提供疫情动态信息,才能更快捷地为疫情的发现、防控、决策和行动提供及时的技术支持[3-6]。本文从以下几个方面进行研究[7]:

(1)多源信息获取

通过多源数据监测、大数据技术获取“目标人”的基本情况、动态行踪、历史活动轨迹、高频次活动区域等信息,减少基层人工统计汇总的工作。

(2)实时行踪掌控

通过对“目标人”的统一管理和位置的实时获取,实现省、市、县、乡、村各级行政区内“目标人”分布情况、变化情况的实时统计、目标人员的实时位置查询、历史轨迹查询。达到对疫情“目标人”的科学管控,实时准确掌握。

(3)防控预警

对“目标人”进行动态监控,当该人员离开观察区域或者到达某些特定禁入场所后就产生报警。从源头上化解,将危机控制在潜伏期状态,有利于疫情的防控。

1 系统总体设计

系统研究技术路线依托天地图·甘肃基础地理信息服务平台,利用移动运营商实时定位平台提供的位置信息,基于安卓系统移动终端进行业务应用开发。技术路线如图1所示。

图1 系统技术路线图

1.1 以天地图·甘肃为地理信息可视化支撑平台

天地图·甘肃作为甘肃省内权威可靠的地理信息平台,提供了各类地理信息数据、服务和二次开发支撑能力,能够有效支撑各类地理信息可视化应用系统开发。本研究利用天地图·甘肃作为地理信息可视化支撑平台开展建设能够充分利用权威、准确的地理信息数据,确保疫情防疫工作的高效开展。

1.2 基于移动基站的实时物联网定位技术

为了更准确、及时地了解疫情目标人员的实时位置数据,实现疫情“目标人”的定位管控,需要借助移动运营商的实时手机定位数据。本研究基于移动基站的实时物联网定位技术,打通移动、联动、电信三大运营商的手机实时定位数据以及历史轨迹数据,从而实现疫情目标人员的定位监控,确保“目标人”流动可查、可管、可控。

1.3 基于移动终端的移动业务应用开发技术

随着社会经济和信息技术的不断发展,移动终端设备的应用范围、场景更加广泛,基于安卓系统移动终端的业务办公和疫情排查,能够更加灵活机动地实现全省疫情信息的采集、应用和展示。本研究重点基于安卓移动终端实现疫情目标人在移动终端设备的移动无线管控监管功能。

2 总体框架

以人口数据为基础,依托手机基站定位数据,通过地理信息、大数据、物联网技术,实现各类时空数据的整合、关联分析,通过建立“目标人”员数据库(重点人员身份证号、手机号),与各类时空位置数据实时比对分析重点人员的活动区域,构建重点目标人员轨迹专题数据库,提供重点目标人员实时位置监控、轨迹一键式查询、封闭区域预警、出入重点场所预警、报警消息实时推送等能力,基于行政区划实现分市州、县区按日期进行统计,并根据统计数据动态生成全省漫入人员累计增长趋势图和每日变化趋势图。确保全省重点目标人员的全天候、全方位监控,为保障当前形势下疫情不扩散、少扩散提供强有力的信息化支撑[8-9]。系统研究的总体框架如图2所示。

图2 系统总体框架图

2.1 数据层

依托手机基站定位数据,通过地理信息、大数据、物联网技术,通过设计FME转换器实现多源、多类时空数据的汇聚、存储、清洗和统一管理,包括目标人、定点医院、行政区数据等,支撑前端数据的加载、浏览、查询与分析。

数据入库:需要将数据入库到sqlite中供系统调用,研发了shp入库到sqlite数据库的工具,实现目标人群、定点医院、行政区划等数据建库,支撑前端数据展示和统计分析。数据切片:为了提升海量数据在移动端的显示效率和跨平台适用性,研发矢量瓦片切片工具对行政区划数据、定点医院数据、目标人群数据进行矢量瓦片的切片,以支持移动端数据的展示与属性的查询。

2.2 平台层、服务层

基于天地图·甘肃平台的地图数据、影像数据、地名地址数据服务和移动运营商实时定位平台的“目标人”定位信息服务,快速搭建在线访问地图数据、影像数据、地名地址数据查询服务接口,支撑客户端基础地理信息的实时在线可视化显示、位置查询服务、信息浏览等。

2.3 应用层

基于Andriod操作系统,进行移动端应用层功能的研发,主要包括实时监控、历史轨迹、危险预警、数据管理维护、系统运维管理、统计分析等应用功能。

3 功能设计[10-12]

甘肃省疫情“目标人”定位跟踪系统建设实现“目标人”实时监控、历史轨迹查询、危险行为预警等功能,具体功能构成如图3所示。

图3 系统功能构成图

3.1 “目标人”实时监控展示

实现重点目标人员的实时位置监控展示和基本的地图可视化,主要功能包括:地图定位,通过区划展示面板或者输入固定的坐标点,选中需要切换到的行政区划,即可将地图定位到指定区划或者地点;目标人实时位置展示,实现重点目标人员的实时位置的基于地图的可视化实时定位展示功能;目标人员查询,提供根据姓名、身份证号、电话号码、所住区域进行目标人员的查询定位功能,并将结构在地图上进行展示。

3.2 “目标人”历史轨迹查询

输入目标人员身份证、手机号,展示经过整合过的轨迹,查明人员历史活动信息中的各个活动节点和移动线路以及在时空坐标上的分布情况,在地图上用带箭头的单向虚线连接点状符号表示重点目标人员的时空轨迹信息。

3.3 “目标人”危险行为预警

禁入区预警,主要实现禁止进入区域的进入预警功能。通过在地图上绘制禁入区空间范围,当有重点目标人进入该范围后,系统实时自动进行预警,并将预警信息发送到进出该区域的目标人员所处区域的疫情管理人员手机中,由疫情管理人员根据掌握的情况,进行预警信息的实际排查和反馈。

封闭管控预警,针对疑似或者高风险重点人员,已经确定封闭管控的,自动实现重点人员出封闭管控区域的实时预警。可单个或批量对管控人员进行封闭管控范围设定,并可根据管控人员的管控范围和实时位置,判定该管控人员活动是否正常,一旦发现管控人员在管控范围外出现系统自动报警。

报警短信自动推送,对接短信网关,出现报警信息时,能自动根据重点目标人所属管辖区域,将该报警信息发送至该区域疫情管理人员及相关领导手机中。

3.4 “目标人”统计分析

目标人区域统计,根据重点目标人员的实时数据,对重点目标人员的区域分布数据量进行汇总统计展示,并在地图上以专题图的形式进行展现。具体包括地市区域统计和分县的区域统计。

目标人时间统计,根据重点目标人员的实时数据,对重点目标人员的时间序列发展趋势进行统计分析展现。以折线图的方式,对目标人随时间变化趋势进行统计展示。

目标人预警统计,按时间维度,对目标人员的异常报警信息进行统计分析展示,实现异常报警信息的时间、空间双重维度的统计展示。

3.5 “目标人”管理

通过对重点人员进行归类和管理,加强对重点人员身份监控。同时为了提高管理的灵活性,系统提供动态管理功能,可以从已有的系统中导入数据,也可以把通过碰撞、分析出来的数据自动转入到重点人员库中。同样地,也可以通过走查,把这些身份数据手工录入系统中。主要包括重点人员的姓名、身份证、户籍地、现住地等基本信息,关联手机信息及重点人员分类信息。

3.6 疫情防护人员管理

实现疫情防护人员的管理维护功能,对疫情防护人员的基本信息和负责管辖、联系区域信息进行增加、删除、修改、查询等功能操作。主要包括疫情防护人员姓名、身份证、户籍地、现住地等基本信息,关联手机信息及疫情防护人员的管理、联系的区域信息。

3.7 系统运行管理

系统运行管理模块定位于为整个系统的角色、权限、用户、系统日志进行统一的管理和维护,为整个系统的正常运行提供支撑。

系统日志主要用于记录用户登录退出事件、系统配置操作和系统业务操作。具体包括事件ID、用户、时间、操作事件、使用子系统、计算机IP、计算机机器名、描述等信息。

用户管理,即对系统用户进行管理,可增加用户,设置用户登录密码和权限,还可以删除系统用户。

系统角色管理包括新建角色,修改角色权限,删除角色。

权限管理包括角色权限管理、区域权限管理。

4 关键技术及创新点

4.1 基于移动端的矢量数据存储及渲染技术

矢量瓦片是以一定的格式分块地传输在终端进行渲染显示,能够充分利用终端机器的计算、渲染能力,动态绘制地图要素,数据展示更加精细具体,能够满足各种分辨率的设备的使用需求,极大地提升了用户的体验。由于人员定位数据涉及个人隐私,信息属于敏感数据,因此,本研究开发了移动端的矢量切片工具和融合工具,实现移动端矢量数据的动态实时可视化渲染显示。

4.2 定位实时信息接入处理技术

通过“低滞后、高效能”的实时流式数据接入与处理技术,结合内存数据库技术,实现各类移动定位信息的实时接入、处理与分发,提供高效的实时信息处理能力,满足大规模动态时空信息的处理与分发要求,从而实现疫情目标人员的定位监控,确保目标人员流动可控,可查,可管。

4.3 基于信息融合的可视化交互模式

由于系统数据量较大,结合移动终端的实际显示效果,为了更好地实现各类重点人员的空间分布态势和发展趋势,系统采取数据融合的技术手段,根据不同的地图可视域范围,综合采用多种可视化展现效果：在省级可视域范围,以空间热力图的方式进行时空分布展示;在市州可视域范围,采用空间聚类分析的方式进行可视域展示；在区县及更详细的可视域区域,以数据撒点的方式进行海量数据的叠加显示。

5 结束语

本研究通过GIS和大数据技术的融合,实现了快速数据汇聚,构建了疫情“目标人员”库,实现全省“目标人员”的实时位置空间和时间序列的动态变化,准确把握湖北漫入甘肃人员信息的时空分布趋势,解决了目标定位数据到决策人手中的最后一公里问题;通过实时比对分析重点人员的活动区域,进入特殊区域实时预警分析,确定坐标位置并关联相关疫情处置预案形成预警指令下发,实现了人员流动与空间分布估算,及时发现重点风险区域,为疫情防控的措施制定提供了坚实的空间信息支撑。

从本次疫情服务保障工作来看,当前和未来,GIS和大数据技术的应用依然存在许多挑战和有待研究的方向。数据层面,大数据汇集尚缺乏成熟方案,快速深度融合应用依然是研究的重中之重。GIS方面,主要挑战在于如何改进传统技术方法来提高速度和准确度,从而实现快速地为社会管理提供准确信息。