核酸检测人流自动化监控系统的研究和实现

［王俊 李绍焜 李成奇 刘玲 况冰］

1 引言

为防范疫情输入风险，东莞开展多批次大规模核酸检测筛查工作。在本轮东莞疫情的防控中，东莞移动履行国企社会责任，在六月初紧急开发和上线核酸检测点实时人流量监测系统，解决了东莞一千多万人口的核酸检测排队的痛点，避免了检测点人员过度拥挤的风险疫情交叉感染风险，为推动检测工作有序顺利开展提供了有力支撑。该系统有效击中群众检测排队痛点，一经发出得到社会各界广泛转发，获人民日报、东莞日报、广州日报、南方都市报、今日头条、知东莞平台、莞香花开等推广报道，相关成果获得东莞市政府高度评价。

本文提出了利用大数据用户轨迹[1]识别模型+PYTHON+H5，搭建一个基于开放的地图接口[2]和移动通信基站信息[3～5]的核酸检测点实时人流量监测系统。此系统通过移动大数据平台提供的通信基站信息，具有环境搭建快速、计算量少、实时性高的特点，适用于核酸检测点的场景特性。为了使人流量更准确和实时，本文在监测系统的各个环节进行了创新和优化，有效解决了核酸检测点定位不准、模型分析时间长、人工更新效率低和应用安全性低的问题，提高了核酸检测点人流量的准确性、安全性和更新的效率。

2 位置信息自动化处理模型

本次研究的背景是东莞的大规模核酸检测，所以研究区域是东莞市辖区，核酸检测点有700 多个。如果是人工一个个定位，费时费力且无法在给定时间内完成。在分别对比百度地图接口与高德地图接口之后，100%的名称能定位到经纬度，但单独一个地图定位的经纬度准确率只有80%，有约20%的名称定位到的经纬度是明显不对的，各有优缺点。通过移动基站信息定位的经纬度准确率极高，约95%，但是只有65%的名称能匹配到位置。

为了解决上述问题，通过创造性的结合百度、高德百度等开放的地图lbsapi-poi 接口，自研python 程序，快速获取核酸检测点的经纬度，并通过多个来源的经纬度进行交叉验证，以位置相似的经纬度作为核酸检测点的经纬度，提高经纬度的准确性。优化后，近100%的名称能定位到经纬度，能定位到经纬度的坐标准确率约93%。经纬度准确性有明显提升。处理模型如图1 所示。

图1 位置信息自动化处理原理图

3 核酸检测点人流量分析模型

3.1 人流量模型基站覆盖范围[6]计算

根据核酸检测点的经纬度，圈定覆盖核酸检测点周边的基站，并对圈定基站附着的号码进行记录。覆盖范围由基站的波长、发射功率、手机接收功率等共同决定，如公式（1）所示（d：电磁波覆盖距离。λ：电磁波波长。Pt：基站发射功率。Pr：手机接收功率。Dt：基站天线发射增益。Dr：手机天线接收增益。）。

4G 基站覆盖距离大多在300～500 m，平均在400 m左右。这个数值一方面是因为城市建筑物遮挡导致的覆盖距离短，另一方面也是因为人口过于密集基站主动收缩了覆盖距离减少覆盖区域内用户数量的结果。基站信号覆盖图如图2 所示。

3.2 人流量模型关键变量初选

根据基站人流量特征对数10个纬度的变量进行筛选，选出对人流量识别可能存在关联的变量，对明显没有相关性的变量进行剔除，选定19 个初选变量如图3 所示。

3.3 特征选择

特征选择的目标是寻找最优特征子集。特征选择能剔除不相关或冗余的特征，从而达到减少特征个数，提高模型精确度，减少运行时间的目的。

我们使用随机森林[7,8]进行特征选择，随机森林不仅在预测问题上有着广泛的应用，在特征选择中也有一定的应用，这是因为，随机森林模型在拟合数据后，会对数据属性列，有一个变量重要性的度量，在sklearn[9]中即为随机森林模型的feature_importances_参数，这个参数将返回一个numpy 数组对象，数组里的元素对应为随机森林模型在拟合后认为的所给训练属性列的重要程度，是数值类型数据，数组中元素之和为1。变量重要性度量数组中，数值越大的属性列对于预测的准确性更加重要。随机森林具有准确率高、鲁棒性好、易于使用等优点，这使得它成为了目前最流行的机器学习算法之一。结果如图4 所示。

图2 基站信号覆盖图

图3 特征点初选

图4 最终入模变量及其系数

图5 人流量对比图

3.4 模型生成

利用移动基站通信数据统计各个核酸检测点的人流量，获得当前人流量数据。通过保存每个时刻的人流量记录，建立历史人流量数据。通过历史人流与当前人流垂直对比，推算滞留量、滞留时长可以得出排队人数、排队时间。通过附近基站的号码轨迹以及对比当前和历史的人流量，预测短期内客流量的增长变化趋势。趋势如图5 所示。

4 基于APP 组件平台的动态H5 应用

核酸检测点人流量应用选择了基于组件开放平台的前后端分离模式[10]，后端借助组件开放平台开发自定义函数处理数据；快速开发后台数据导入接口，使得自动化更新成为可能；前端实现动态化更新，使得核酸检测点的增减都可以实时体现在页面上。为了解决应用安全性低的问题，增加了一键登录、短信验证码、防止JS 脚本注入和防XSS 跨站攻击技术，有效提高站点的安全性。核酸检测点人流量应用如图6 所示。

5 结论与展望

图6 应用实际效果图

图7 成果应用推广

本文搭建的核酸检测点实时人流量监测系统包括3 个部分：（1）核酸检测点自动化定位模型；（2）核酸检测点人流量分析模型；（3）动态H5 应用。该系统搭建成本小、速度快、使用方便的特点，不仅适用于核酸检测点人流量监控，还可用于热点景区人流量监控、车站人流量监控等热点场景，具有一定的可推广性，可以为政府及时调配资源提供有力的信息支撑，也可以为群众错峰出行提供参考信息。本应用成果如图7 所示。