王書琛 潘常虹

摘要：當(dāng)前，SARS、H5N1禽流感以及最近爆發(fā)的新型冠狀病毒肺炎等各種高致病性傳染病仍嚴(yán)重威脅著人類，而有效地防止高致病性傳染病爆發(fā)的理想措施是嚴(yán)密地監(jiān)視病毒的發(fā)展，使其在沒大規(guī)模爆發(fā)之前，就對(duì)其進(jìn)行早期發(fā)現(xiàn)、檢測(cè)并迅速作出應(yīng)急預(yù)防。據(jù)此，本論文提出一種高致病性傳染病移動(dòng)人群實(shí)時(shí)預(yù)警追蹤系統(tǒng)。并對(duì)如何采用GPS系統(tǒng)提高空間定位精度和結(jié)合GIS（電子地圖）將系統(tǒng)預(yù)警可視化進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)的探討。

關(guān)鍵詞：GSM;傳感器;AT指令;傳染病;移動(dòng)終端

1 病毒檢測(cè)可行性分析

當(dāng)前各種高致病性傳染病，如艾滋病、結(jié)核病、傳染性肝炎、禽流感等，一直嚴(yán)重威脅著人類，許多抗生素及其它藥物對(duì)這些病種也無能為力，高危病人正經(jīng)受著嚴(yán)峻的考驗(yàn)。造成這些災(zāi)害的罪魁禍?zhǔn)资羌?xì)菌和病毒，過去幾十年，又有幾十種致命的新病原體產(chǎn)生，以致在醫(yī)學(xué)上出現(xiàn)了一個(gè)稱之為“新興病毒”（Emerging?Virus）的新名詞，近年出現(xiàn)的SARS病毒和目前的新型冠狀病毒及H5N1禽流感病毒都屬于此類。由于對(duì)該新型病毒流行病學(xué)并不清楚，這為防治高治病性傳染病提出了更大的困難。從目前現(xiàn)實(shí)的角度看，最有效地防止高致病性傳染病來臨的最理想措施是嚴(yán)密地監(jiān)視病毒的發(fā)展，使其在沒大規(guī)模爆發(fā)之前，就對(duì)其進(jìn)行發(fā)現(xiàn)、監(jiān)測(cè)并預(yù)防，將其扼殺在搖籃里。

隨著交通及通訊技術(shù)的發(fā)展，世界各地的人的交往變得越來越頻繁，不但加速了各地物品的交流，也強(qiáng)化了各地制度、生活習(xí)慣、信仰與文化的互相滲透，全球一體化（Globalization）的現(xiàn)象正在加劇。因此，當(dāng)高致病性傳染病來臨時(shí)，對(duì)移動(dòng)人群病毒攜帶者的監(jiān)測(cè)預(yù)防更是一個(gè)艱巨的任務(wù)。故研制一種能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)出移動(dòng)人群病毒攜帶者的生命體征參數(shù)，并能實(shí)時(shí)檢測(cè)出移動(dòng)人群病毒攜帶者的區(qū)域位置的儀器，對(duì)高致病性傳染病移動(dòng)人群實(shí)時(shí)監(jiān)控預(yù)警，將產(chǎn)生重要貢獻(xiàn)。如新型冠狀病毒的潛伏期為1～14天，到多數(shù)為3～7天，極少數(shù)為24天，它可以對(duì)移動(dòng)的人群進(jìn)行提前15天檢測(cè)記錄，確認(rèn)無異常后再移動(dòng)，這樣它可以對(duì)必須移動(dòng)的人群進(jìn)行提前檢測(cè)，檢測(cè)出人群中的病毒攜帶者，可以更準(zhǔn)確的切斷高致病性傳染病的傳染。如有異常，也能很準(zhǔn)確的確定在這期間內(nèi)的移動(dòng)區(qū)域，為高致病性傳染病的傳染確定更準(zhǔn)確的區(qū)域。本項(xiàng)目欲設(shè)計(jì)高致病性傳染病移動(dòng)人群實(shí)時(shí)監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)，能通過無線測(cè)溫及利用GSM網(wǎng)的全球通用及區(qū)域定位等特點(diǎn)，將很好的解決移動(dòng)人群實(shí)高致病性傳染病病毒的實(shí)時(shí)監(jiān)控預(yù)警功能。

2 預(yù)警系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究

體溫是生物機(jī)體內(nèi)在活動(dòng)的客觀反映，也是各種病毒在生物機(jī)體內(nèi)的生長(zhǎng)繁殖的外在反映，是判斷機(jī)體健康狀態(tài)的基本依據(jù)和指標(biāo)之一，也是判斷各種病毒的繁殖生長(zhǎng)變化的基本依據(jù)和指標(biāo)之一，臨床稱之為生命體征。正常生物的生命體征相互間有內(nèi)在聯(lián)系，并且呈比例、相對(duì)穩(wěn)定在一定范圍之內(nèi)。當(dāng)機(jī)體在致病菌因子作用下，一般是體溫首先出現(xiàn)不同程度的異常，反應(yīng)出疾病發(fā)生、發(fā)展的動(dòng)態(tài)變化。因此，監(jiān)測(cè)并及時(shí)正確地記錄生命體征，為正確診斷、發(fā)現(xiàn)各種病毒的生長(zhǎng)繁殖發(fā)展變化提供第一手重要的資料和依據(jù)，也是為最有效地防止高致病性傳染病打下重要的基礎(chǔ)。

各種信息技術(shù)是我們?nèi)祟惪捎玫恼滟F資源，基于信息技術(shù)對(duì)高致病性病毒進(jìn)行監(jiān)測(cè)預(yù)警為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)正確預(yù)防高致病性傳染病打下重要的基礎(chǔ)，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的系統(tǒng)將生物醫(yī)學(xué)技術(shù)、移動(dòng)通信技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)技術(shù)、傳感器技術(shù)等多技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行了技術(shù)集成，研究其在高致病性傳染病移動(dòng)人群實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警方面的可行性方案和關(guān)鍵技術(shù)。該系統(tǒng)利用第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)——GSM網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)有短消息業(yè)務(wù)的無線傳輸功能和GSM交換網(wǎng)路子系統(tǒng)（NSS）的VLR數(shù)據(jù)庫(kù)的所處位置區(qū)域識(shí)別的功能，研制能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)出移動(dòng)人群生命體征參數(shù)，并能實(shí)時(shí)檢測(cè)出移動(dòng)病毒區(qū)域位置的系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)高致病性傳染病移動(dòng)人群的實(shí)時(shí)預(yù)警。

根據(jù)對(duì)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的分析，結(jié)合生物傳感器的發(fā)展，在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的實(shí)施方案圖如圖1所示。終端采用單片機(jī)串口和通信模塊相連的單片機(jī)系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)部用AT指令進(jìn)行通信，并以短消息的形式通過GSM網(wǎng)絡(luò)與國(guó)家公共衛(wèi)生應(yīng)急檢測(cè)中心相互通信，檢測(cè)中心再調(diào)用GSM交換網(wǎng)路子系統(tǒng)（NSS）的VLR數(shù)據(jù)庫(kù)，識(shí)別生物體所處位置的區(qū)域，完成對(duì)高致病性病毒的時(shí)實(shí)檢測(cè)預(yù)警。

本系統(tǒng)對(duì)移動(dòng)人群的預(yù)警空間區(qū)域定位是基于GSM的交換網(wǎng)路子系統(tǒng)（NSS）位置數(shù)據(jù)庫(kù)VLR的，它是一個(gè)面積定位，而其方位信息取決于小區(qū)定向天線的張角如圖4，徑向定位取決于手機(jī)的功率電平設(shè)置如圖5，這樣對(duì)疫區(qū)發(fā)病人群病毒傳播趨勢(shì)的時(shí)間序列的表達(dá)是粗造的，只能給出區(qū)域變化范圍。隨著手機(jī)自主GPS定位方式技術(shù)的成熟，考慮到目前GPS精確定位技術(shù)正以模塊化嵌入手機(jī)主板，其點(diǎn)定位精度以經(jīng)緯度表示，誤差小于5米，所以對(duì)本系統(tǒng)進(jìn)一步改進(jìn)技術(shù)可采用多傳感器融合的技術(shù)，將移動(dòng)人群的高危個(gè)體的點(diǎn)定位信息與體溫?cái)?shù)據(jù)組合，通過空中接口存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫(kù)，這樣再加上時(shí)間信息坐標(biāo)，就可以一禎一禎的顯示出病毒傳播的空間傳播路徑，位應(yīng)急預(yù)案的制定決策以及進(jìn)一步的流行病學(xué)調(diào)查提供準(zhǔn)確可靠的依據(jù)。

3 可預(yù)見的關(guān)鍵問題

（1）我國(guó)現(xiàn)在智能手機(jī)普及率并不高，仍有部分人無法負(fù)擔(dān)裝有本系統(tǒng)的手機(jī)或不會(huì)使用智能手機(jī)，或生活在無信號(hào)覆蓋的地區(qū)。

（2）本系統(tǒng)以體溫異常為主要生命體征參考，而傳染病通常不僅只有體溫一項(xiàng)指標(biāo)異常人體患傳染病并不是只有體溫異常一種情況，部分病例臨床表現(xiàn)不發(fā)熱

（3）GPS定位系統(tǒng)距離誤差

主要誤差來源可分為：與GPS衛(wèi)星有關(guān)的誤差;與信號(hào)傳播有關(guān)的誤差;與接收設(shè)備有關(guān)的誤差。

參考文獻(xiàn)：

[1]? 尉景輝，王松俊，趙東升.面向傳染病監(jiān)測(cè)的互聯(lián)網(wǎng)情報(bào)動(dòng)態(tài)追蹤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].軍事醫(yī)學(xué)，2014，38（12）：976-980.

[2]? 何延哲，宋杰.利用大數(shù)據(jù)追蹤公共衛(wèi)生事件中傳染源的思路探討[J].中國(guó)信息安全，2020（02）：37-41.

[3]? 陳賀昌. 面向傳染病主動(dòng)監(jiān)控的異構(gòu)數(shù)據(jù)挖掘方法研究[D].吉林大學(xué)，2018.

作者簡(jiǎn)介：王書琛，1999年9月13日出生，男，漢族，山東煙臺(tái)人，學(xué)士在讀。

潘常虹，1984年6月4日出生，女，漢族，遼寧大連人，副教授，博士，主要從事信息系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)教育研究。

（作者單位：大連東軟信息學(xué)院）