3S技术在城市社区疫情防控管理信息系统中的应用

张 萍 赵 祺 张瑞芳

最近的几年时间，人类正在经历一场严重的传染病大流行，无数人失去生命，世界经济陷入衰退，社会民生遭遇重创。传染性疾病对于公共健康的威胁时刻存在，人类已进入后疫情时代[1，2]。城市社区作为组成城市的细胞，是支持城市功能和形态的重要空间组织形式。针对新冠疫情等传染性疾病的特点和防控需求和目的，城市社区成为疫情防控的最终环节。

为了更科学、有效地加强社区疫情防控管理，需要将大数据和导航定位等现代信息技术尤其是3S 技术应用到社区疫情防控管理中，实现疫情防控的系统化和智能化，保障人民的生命财产安全，促进社会和谐发展。3S 技术是卫星导航定位技术（GNSS）、遥感技术（RS）和地理信息系统技术（GIS）的统称，是多学科高度集成的能够对对空间信息进行采集、处理、管理、分析和应用的现代信息技术。

本文以某社区为例，选用SuperMap为GIS 基础应用平台，利用卫星导航定位技术GNSS 和遥感技术RS，探讨3S技术在城市社区疫情防控管理信息系统中的应用。

1 3S 技术在城市社区疫情防控管理信息系统中的应用

1.1 3S 技术的应用

随着3S 技术的不断发展，将其构建为一个强大的技术体系，可实现对各种空间信息和环境信息的快速、准确、可靠地收集、处理与更新。GNSS 能够实时快速准确地提供目标的空间位置。RS 能够实时地提供目标及其环境的变化信息，及时地对GIS 进行数据更新。GIS 对多种来源的时空数据进行采集和更新管理、空间分析和辅助决策。根据疫情防控的特点，疫情防控管理信息系统对地理空间数据有较大的依赖性。

通过安装在个人手机上的GNSS 定位功能，能够实时精确地获取目标的空间位置信息，确定信息系统中的空间定位数据。通过RS 提供的遥感影像对信息系统中社区位置影像和有关道路等数据进行及时更新和处理。通过GIS 能够对各种属性数据和空间数据等信息进行采集、存储、管理、分析和应用。将3S 技术应用到城市社区疫情防控管理信息系统中，能够满足对疫情防控的图形和属性数据进行实时准确获取和更新、空间查询和空间分析等多种功能需求，更科学、有效地进行疫情防控管理[3，4]。

1.2 系统总体功能设计

城市社区疫情防控管理信息系统的目的是以地理信息系统GIS 技术为核心，以计算机网络为传输媒体，使用可视化技术建立疫情防控管理和决策支持工具。根据城市社区疫情防控管理信息系统的总体目标和具体需求，以GNSS 和RS 为空间数据采集和更新来源，以GIS 为基础平台，将系统总体功能分为空间数据管理、属性数据管理和空间分析3 个模块（图1）。

图1 城市社区疫情防控管理信息系统总体功能模块（来源：作者自绘）

空间数据管理模块主要是对空间定位数据、各种图形数据及遥感影像等图形数据进行采集、存储、更新和管理。属性数据管理模块是对社区所属居民个人和家庭信息、社区相关的医疗消防超市物流派出所等公共信息以及社区工作人员志愿者等属性数据进行存储、编辑和更新等管理。空间分析模块主要对各种空间数据和属性数据进行空间查询、统计和各种空间分析，为相关部门进行预测和决策提供良好的科学支持和帮助。如社区居民各年龄组成的统计分析、以某病例所在的楼栋或者以某条道路为对象所做的缓冲区分析、消防救援物流等的最优路径分析等。

1.3 系统数据库设计

根据GIS 数据库和疫情防控信息的特点，系统数据库分为空间图形数据和属性数据。

为了提高地图中各个要素的检索速度，便于数据的灵活调用、更新及管理，在空间数据库中，将不同类别的图形要素进行分层存放，每层存放一种专题或一类信息，如社区平面图、地形图、遥感图、道路交通图等。各种图形数据的获取和更新可以从其他系统调入（如CAD 图）、通过数字化仪或者扫描仪等设备输入、通过GNSS 等技术实时获取定位数据或者利用RS 遥感影像等。

属性数据主要是社区建筑物及其附属设施信息、社区工作人员和居民的各种基本信息、社区服务管理信息以及管理文件等数据信息。属性数据一般以文字或者表格的形式保存，详见表1 和表2所示。

表1 住户信息表结构

表2 社区工作人员及志愿者信息表结构

2 城市社区疫情防控管理信息系统的功能实现

2.1 空间查询

空间查询主要包括3 种方式：图形数据的查询、属性数据的查询、图形数据和属性数据的双向查询。

各种图形信息按层进行组织，各层可以分别观察也可以叠加显示。图形数据查询可以进行图形选择、移动、放大、缩小等方式获取图形信息。属性数据的查询在疫情防控管理中是非常重要的。社区管理人员、居民和各级管理决策部门相关人员都可以根据需要进行各种图形信息和属性信息查询。

例如居民可以查询社区建筑物及附属设施位置（住宅区、道路、管线、消防、物业、核酸检测点、物流配送点、确诊病例所在位置、各物业管控区域位置等）和社区工作人员、居民和志愿者信息；各级管理人员可以根据病例信息，查询其所在的楼栋位置和周边人员构成及其统计信息等。

GIS 具有很强的空间查询和空间分析能力。GIS 利用空间信息分析技术，通过对原始数据模型的观察和实验获得新的经验和知识，并以此作为空间行为的决策依据。

基于3S 技术的城市社区疫情防控管理信息系统的空间分析功能，主要包括空间查询、叠置分析、缓冲区分析、网络分析、统计分析和各种专题地图制作等内容。

2.2 缓冲区分析和叠加分析

缓冲区是地图窗口中包围一个线对象、区域对象、符号对象或其它任何对象的区域。缓冲区分析是针对点、线、面实体，自动建立其周围一定宽度范围以内的缓冲区多边形。点实体的缓冲区通常以点为圆心以一定距离为半径的圆。线实体的缓冲区通常以线为中心轴线，距中心轴线一定距离的平行条带多边形。面实体的缓冲区以多边形边界向外或向内扩展一定距离以生成新的多边形。缓冲区分析是地理信息系统空间分析功能之一，空间叠加是指将两幅或多幅图以相同的空间位置重叠在一起，经过图形和属性运算形成新的空间区域的过程。叠加产生新的每幅图称为一个叠置层，反映了某一方面的专题信息[5，6]。

根据缓冲区分析确立物流和核酸检测点的最优位置。根据缓冲区分析确定病例周边一定范围内的防控区域，和社区建筑物及其附属设施等进行叠加分析，可以及时准确地对疫情防控信息进行统计显示和分析，更科学有效地制定防控措施。例如，某社区发现一例核酸检测阳性病例，为防止疫情扩散，需要根据在此病例周围1 000 米范围内居民、道路、物流等信息制定防控措施。系统以此病例所在位置建立半径为1 000 米的缓冲区，将缓冲区图形与社区平面图、交通图等进行叠加。查询缓冲区内社区居民的个人信息和统计信息、社区服务网点等各种附属设施信息、道路、消防和医疗等社会信息（图2）。

图2 缓冲区分析和叠加分析（来源：作者自绘）

2.3 网络分析

网络分析是通过研究网络的状态以及模拟和分析资源在网络上的流动和分配情况，对网络结构及其资源等的优化问题进行研究的一种空间分析方法。网络分析目的是研究和筹划一项网络工程如何安排，并使其运行效果最好。网络分析主要包括最优路径和资源分配。

最优路径分析包括确定起点和终点，求代价较小的最佳路径。资源分配有由分配中心向四周输出和由四周向中心集中2种分配方式。在社区疫情防控管理中，通过网络分析可以确定防控期间物流和核酸检测等网点的位置，以及资源分配中的最有效流动和合理布局。

2.4 统计图表和专题地图分析

将实体的特征和实体间与空间无关的相互关系采用表格和图形表示，便于对这些信息进行全面和直观的了解。统计图常用的形式有饼状图、柱状图、扇形图、直方图和折线图等。统计图与地图的综合使用形成专题地图。

专题地图是分析和表现数据的一种强有力的方式，可以清楚地看到在数据列表形式中几乎无法发现的模式和趋势。专题地图的基本类型有范围图、直方图、饼图、等级符号等。例如，可用符号显示社区不同年龄层次的居民构成情况、根据疫情发展情况由浅至深的颜色表达社区的不同感染情况等。

3 结语

将3S 技术应用到城市社区疫情防控管理中，可以实时准确获取和更新防控管理的图形数据和属性数据，通过GIS 空间查询和分析功能，对图形和属性数据进行显示、查询、统计分析、缓冲区分析、网络分析，使疫情防控更科学和有效。