王 愷

(甘肅省基礎(chǔ)地理信息中心, 甘肅 蘭州 730099)

0 引言

新型冠狀病毒肺炎(COVID-19)重大疫情突襲人類社會,其病毒潛伏期長、傳染性強和檢測難,導(dǎo)致疫情爆發(fā)突然、發(fā)展迅猛。2019年12月,疫情在湖北省武漢市爆發(fā),并迅速在湖北省內(nèi)蔓延開來[1]。隨后受春運影響,疫情迅速在全國蔓延,全國各省區(qū)均出現(xiàn)確診病例,甘肅省由湖北返甘人員也逐漸增多,使得疫情防控任務(wù)日趨嚴(yán)峻。

近年來,地理信息系統(tǒng)(Geographic Information System，GIS)在公共衛(wèi)生領(lǐng)域發(fā)揮著巨大的作用,具有一套較為成熟的、完備的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、平臺搭建、分析模型構(gòu)建和地圖制作的工作技術(shù)流程,而大數(shù)據(jù)技術(shù)在多源大數(shù)據(jù)快速匯聚、信息快速可視化傳播等方面也有諸多應(yīng)用?！秶倚l(wèi)生健康委辦公廳關(guān)于加強信息化支撐新型冠狀病毒感染的肺炎疫情防控工作的通知》中強調(diào),要充分發(fā)揮信息化在輔助疫情研判、創(chuàng)新診療模式、提升服務(wù)效率等方面的支撐作用,切實做好疫情發(fā)現(xiàn)、防控和應(yīng)急處置工作[2]。

因此,綜合利用GIS和大數(shù)據(jù)技術(shù),快速獲取返甘“目標(biāo)人”的基本情況,實時精確地掌握“目標(biāo)人”的動向,實現(xiàn)科學(xué)管控疫情“目標(biāo)人”,及時為決策者提供疫情動態(tài)信息,才能更快捷地為疫情的發(fā)現(xiàn)、防控、決策和行動提供及時的技術(shù)支持[3-6]。本文從以下幾個方面進(jìn)行研究[7]:

(1)多源信息獲取

通過多源數(shù)據(jù)監(jiān)測、大數(shù)據(jù)技術(shù)獲取“目標(biāo)人”的基本情況、動態(tài)行蹤、歷史活動軌跡、高頻次活動區(qū)域等信息,減少基層人工統(tǒng)計匯總的工作。

(2)實時行蹤掌控

通過對“目標(biāo)人”的統(tǒng)一管理和位置的實時獲取,實現(xiàn)省、市、縣、鄉(xiāng)、村各級行政區(qū)內(nèi)“目標(biāo)人”分布情況、變化情況的實時統(tǒng)計、目標(biāo)人員的實時位置查詢、歷史軌跡查詢。達(dá)到對疫情“目標(biāo)人”的科學(xué)管控,實時準(zhǔn)確掌握。

(3)防控預(yù)警

對“目標(biāo)人”進(jìn)行動態(tài)監(jiān)控,當(dāng)該人員離開觀察區(qū)域或者到達(dá)某些特定禁入場所后就產(chǎn)生報警。從源頭上化解,將危機(jī)控制在潛伏期狀態(tài),有利于疫情的防控。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

系統(tǒng)研究技術(shù)路線依托天地圖·甘肅基礎(chǔ)地理信息服務(wù)平臺,利用移動運營商實時定位平臺提供的位置信息,基于安卓系統(tǒng)移動終端進(jìn)行業(yè)務(wù)應(yīng)用開發(fā)。技術(shù)路線如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)技術(shù)路線圖

1.1 以天地圖·甘肅為地理信息可視化支撐平臺

天地圖·甘肅作為甘肅省內(nèi)權(quán)威可靠的地理信息平臺,提供了各類地理信息數(shù)據(jù)、服務(wù)和二次開發(fā)支撐能力,能夠有效支撐各類地理信息可視化應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)。本研究利用天地圖·甘肅作為地理信息可視化支撐平臺開展建設(shè)能夠充分利用權(quán)威、準(zhǔn)確的地理信息數(shù)據(jù),確保疫情防疫工作的高效開展。

1.2 基于移動基站的實時物聯(lián)網(wǎng)定位技術(shù)

為了更準(zhǔn)確、及時地了解疫情目標(biāo)人員的實時位置數(shù)據(jù),實現(xiàn)疫情“目標(biāo)人”的定位管控,需要借助移動運營商的實時手機(jī)定位數(shù)據(jù)。本研究基于移動基站的實時物聯(lián)網(wǎng)定位技術(shù),打通移動、聯(lián)動、電信三大運營商的手機(jī)實時定位數(shù)據(jù)以及歷史軌跡數(shù)據(jù),從而實現(xiàn)疫情目標(biāo)人員的定位監(jiān)控,確?！澳繕?biāo)人”流動可查、可管、可控。

1.3 基于移動終端的移動業(yè)務(wù)應(yīng)用開發(fā)技術(shù)

隨著社會經(jīng)濟(jì)和信息技術(shù)的不斷發(fā)展,移動終端設(shè)備的應(yīng)用范圍、場景更加廣泛,基于安卓系統(tǒng)移動終端的業(yè)務(wù)辦公和疫情排查,能夠更加靈活機(jī)動地實現(xiàn)全省疫情信息的采集、應(yīng)用和展示。本研究重點基于安卓移動終端實現(xiàn)疫情目標(biāo)人在移動終端設(shè)備的移動無線管控監(jiān)管功能。

2 總體框架

以人口數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),依托手機(jī)基站定位數(shù)據(jù),通過地理信息、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),實現(xiàn)各類時空數(shù)據(jù)的整合、關(guān)聯(lián)分析,通過建立“目標(biāo)人”員數(shù)據(jù)庫(重點人員身份證號、手機(jī)號),與各類時空位置數(shù)據(jù)實時比對分析重點人員的活動區(qū)域,構(gòu)建重點目標(biāo)人員軌跡專題數(shù)據(jù)庫,提供重點目標(biāo)人員實時位置監(jiān)控、軌跡一鍵式查詢、封閉區(qū)域預(yù)警、出入重點場所預(yù)警、報警消息實時推送等能力,基于行政區(qū)劃實現(xiàn)分市州、縣區(qū)按日期進(jìn)行統(tǒng)計,并根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)動態(tài)生成全省漫入人員累計增長趨勢圖和每日變化趨勢圖。確保全省重點目標(biāo)人員的全天候、全方位監(jiān)控,為保障當(dāng)前形勢下疫情不擴(kuò)散、少擴(kuò)散提供強有力的信息化支撐[8-9]。系統(tǒng)研究的總體框架如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)總體框架圖

2.1 數(shù)據(jù)層

依托手機(jī)基站定位數(shù)據(jù),通過地理信息、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),通過設(shè)計FME轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)多源、多類時空數(shù)據(jù)的匯聚、存儲、清洗和統(tǒng)一管理,包括目標(biāo)人、定點醫(yī)院、行政區(qū)數(shù)據(jù)等,支撐前端數(shù)據(jù)的加載、瀏覽、查詢與分析。

數(shù)據(jù)入庫:需要將數(shù)據(jù)入庫到sqlite中供系統(tǒng)調(diào)用,研發(fā)了shp入庫到sqlite數(shù)據(jù)庫的工具,實現(xiàn)目標(biāo)人群、定點醫(yī)院、行政區(qū)劃等數(shù)據(jù)建庫,支撐前端數(shù)據(jù)展示和統(tǒng)計分析。數(shù)據(jù)切片:為了提升海量數(shù)據(jù)在移動端的顯示效率和跨平臺適用性,研發(fā)矢量瓦片切片工具對行政區(qū)劃數(shù)據(jù)、定點醫(yī)院數(shù)據(jù)、目標(biāo)人群數(shù)據(jù)進(jìn)行矢量瓦片的切片,以支持移動端數(shù)據(jù)的展示與屬性的查詢。

2.2 平臺層、服務(wù)層

基于天地圖·甘肅平臺的地圖數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)、地名地址數(shù)據(jù)服務(wù)和移動運營商實時定位平臺的“目標(biāo)人”定位信息服務(wù),快速搭建在線訪問地圖數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)、地名地址數(shù)據(jù)查詢服務(wù)接口,支撐客戶端基礎(chǔ)地理信息的實時在線可視化顯示、位置查詢服務(wù)、信息瀏覽等。

2.3 應(yīng)用層

基于Andriod操作系統(tǒng),進(jìn)行移動端應(yīng)用層功能的研發(fā),主要包括實時監(jiān)控、歷史軌跡、危險預(yù)警、數(shù)據(jù)管理維護(hù)、系統(tǒng)運維管理、統(tǒng)計分析等應(yīng)用功能。

3 功能設(shè)計[10-12]

甘肅省疫情“目標(biāo)人”定位跟蹤系統(tǒng)建設(shè)實現(xiàn)“目標(biāo)人”實時監(jiān)控、歷史軌跡查詢、危險行為預(yù)警等功能,具體功能構(gòu)成如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)功能構(gòu)成圖

3.1 “目標(biāo)人”實時監(jiān)控展示

實現(xiàn)重點目標(biāo)人員的實時位置監(jiān)控展示和基本的地圖可視化,主要功能包括:地圖定位,通過區(qū)劃展示面板或者輸入固定的坐標(biāo)點,選中需要切換到的行政區(qū)劃,即可將地圖定位到指定區(qū)劃或者地點;目標(biāo)人實時位置展示,實現(xiàn)重點目標(biāo)人員的實時位置的基于地圖的可視化實時定位展示功能;目標(biāo)人員查詢,提供根據(jù)姓名、身份證號、電話號碼、所住區(qū)域進(jìn)行目標(biāo)人員的查詢定位功能,并將結(jié)構(gòu)在地圖上進(jìn)行展示。

3.2 “目標(biāo)人”歷史軌跡查詢

輸入目標(biāo)人員身份證、手機(jī)號,展示經(jīng)過整合過的軌跡,查明人員歷史活動信息中的各個活動節(jié)點和移動線路以及在時空坐標(biāo)上的分布情況,在地圖上用帶箭頭的單向虛線連接點狀符號表示重點目標(biāo)人員的時空軌跡信息。

3.3 “目標(biāo)人”危險行為預(yù)警

禁入?yún)^(qū)預(yù)警,主要實現(xiàn)禁止進(jìn)入?yún)^(qū)域的進(jìn)入預(yù)警功能。通過在地圖上繪制禁入?yún)^(qū)空間范圍,當(dāng)有重點目標(biāo)人進(jìn)入該范圍后,系統(tǒng)實時自動進(jìn)行預(yù)警,并將預(yù)警信息發(fā)送到進(jìn)出該區(qū)域的目標(biāo)人員所處區(qū)域的疫情管理人員手機(jī)中,由疫情管理人員根據(jù)掌握的情況,進(jìn)行預(yù)警信息的實際排查和反饋。

封閉管控預(yù)警,針對疑似或者高風(fēng)險重點人員,已經(jīng)確定封閉管控的,自動實現(xiàn)重點人員出封閉管控區(qū)域的實時預(yù)警?？蓡蝹€或批量對管控人員進(jìn)行封閉管控范圍設(shè)定,并可根據(jù)管控人員的管控范圍和實時位置,判定該管控人員活動是否正常,一旦發(fā)現(xiàn)管控人員在管控范圍外出現(xiàn)系統(tǒng)自動報警。

報警短信自動推送,對接短信網(wǎng)關(guān),出現(xiàn)報警信息時,能自動根據(jù)重點目標(biāo)人所屬管轄區(qū)域,將該報警信息發(fā)送至該區(qū)域疫情管理人員及相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)手機(jī)中。

3.4 “目標(biāo)人”統(tǒng)計分析

目標(biāo)人區(qū)域統(tǒng)計,根據(jù)重點目標(biāo)人員的實時數(shù)據(jù),對重點目標(biāo)人員的區(qū)域分布數(shù)據(jù)量進(jìn)行匯總統(tǒng)計展示,并在地圖上以專題圖的形式進(jìn)行展現(xiàn)。具體包括地市區(qū)域統(tǒng)計和分縣的區(qū)域統(tǒng)計。

目標(biāo)人時間統(tǒng)計,根據(jù)重點目標(biāo)人員的實時數(shù)據(jù),對重點目標(biāo)人員的時間序列發(fā)展趨勢進(jìn)行統(tǒng)計分析展現(xiàn)。以折線圖的方式,對目標(biāo)人隨時間變化趨勢進(jìn)行統(tǒng)計展示。

目標(biāo)人預(yù)警統(tǒng)計,按時間維度,對目標(biāo)人員的異常報警信息進(jìn)行統(tǒng)計分析展示,實現(xiàn)異常報警信息的時間、空間雙重維度的統(tǒng)計展示。

3.5 “目標(biāo)人”管理

通過對重點人員進(jìn)行歸類和管理,加強對重點人員身份監(jiān)控。同時為了提高管理的靈活性,系統(tǒng)提供動態(tài)管理功能,可以從已有的系統(tǒng)中導(dǎo)入數(shù)據(jù),也可以把通過碰撞、分析出來的數(shù)據(jù)自動轉(zhuǎn)入到重點人員庫中。同樣地,也可以通過走查,把這些身份數(shù)據(jù)手工錄入系統(tǒng)中。主要包括重點人員的姓名、身份證、戶籍地、現(xiàn)住地等基本信息,關(guān)聯(lián)手機(jī)信息及重點人員分類信息。

3.6 疫情防護(hù)人員管理

實現(xiàn)疫情防護(hù)人員的管理維護(hù)功能,對疫情防護(hù)人員的基本信息和負(fù)責(zé)管轄、聯(lián)系區(qū)域信息進(jìn)行增加、刪除、修改、查詢等功能操作。主要包括疫情防護(hù)人員姓名、身份證、戶籍地、現(xiàn)住地等基本信息,關(guān)聯(lián)手機(jī)信息及疫情防護(hù)人員的管理、聯(lián)系的區(qū)域信息。

3.7 系統(tǒng)運行管理

系統(tǒng)運行管理模塊定位于為整個系統(tǒng)的角色、權(quán)限、用戶、系統(tǒng)日志進(jìn)行統(tǒng)一的管理和維護(hù),為整個系統(tǒng)的正常運行提供支撐。

系統(tǒng)日志主要用于記錄用戶登錄退出事件、系統(tǒng)配置操作和系統(tǒng)業(yè)務(wù)操作。具體包括事件ID、用戶、時間、操作事件、使用子系統(tǒng)、計算機(jī)IP、計算機(jī)機(jī)器名、描述等信息。

用戶管理,即對系統(tǒng)用戶進(jìn)行管理,可增加用戶,設(shè)置用戶登錄密碼和權(quán)限,還可以刪除系統(tǒng)用戶。

系統(tǒng)角色管理包括新建角色,修改角色權(quán)限,刪除角色。

權(quán)限管理包括角色權(quán)限管理、區(qū)域權(quán)限管理。

4 關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點

4.1 基于移動端的矢量數(shù)據(jù)存儲及渲染技術(shù)

矢量瓦片是以一定的格式分塊地傳輸在終端進(jìn)行渲染顯示,能夠充分利用終端機(jī)器的計算、渲染能力,動態(tài)繪制地圖要素,數(shù)據(jù)展示更加精細(xì)具體,能夠滿足各種分辨率的設(shè)備的使用需求,極大地提升了用戶的體驗。由于人員定位數(shù)據(jù)涉及個人隱私,信息屬于敏感數(shù)據(jù),因此,本研究開發(fā)了移動端的矢量切片工具和融合工具,實現(xiàn)移動端矢量數(shù)據(jù)的動態(tài)實時可視化渲染顯示。

4.2 定位實時信息接入處理技術(shù)

通過“低滯后、高效能”的實時流式數(shù)據(jù)接入與處理技術(shù),結(jié)合內(nèi)存數(shù)據(jù)庫技術(shù),實現(xiàn)各類移動定位信息的實時接入、處理與分發(fā),提供高效的實時信息處理能力,滿足大規(guī)模動態(tài)時空信息的處理與分發(fā)要求,從而實現(xiàn)疫情目標(biāo)人員的定位監(jiān)控,確保目標(biāo)人員流動可控,可查,可管。

4.3 基于信息融合的可視化交互模式

由于系統(tǒng)數(shù)據(jù)量較大,結(jié)合移動終端的實際顯示效果,為了更好地實現(xiàn)各類重點人員的空間分布態(tài)勢和發(fā)展趨勢,系統(tǒng)采取數(shù)據(jù)融合的技術(shù)手段,根據(jù)不同的地圖可視域范圍,綜合采用多種可視化展現(xiàn)效果：在省級可視域范圍,以空間熱力圖的方式進(jìn)行時空分布展示;在市州可視域范圍,采用空間聚類分析的方式進(jìn)行可視域展示；在區(qū)縣及更詳細(xì)的可視域區(qū)域,以數(shù)據(jù)撒點的方式進(jìn)行海量數(shù)據(jù)的疊加顯示。

5 結(jié)束語

本研究通過GIS和大數(shù)據(jù)技術(shù)的融合,實現(xiàn)了快速數(shù)據(jù)匯聚,構(gòu)建了疫情“目標(biāo)人員”庫,實現(xiàn)全省“目標(biāo)人員”的實時位置空間和時間序列的動態(tài)變化,準(zhǔn)確把握湖北漫入甘肅人員信息的時空分布趨勢,解決了目標(biāo)定位數(shù)據(jù)到?jīng)Q策人手中的最后一公里問題;通過實時比對分析重點人員的活動區(qū)域,進(jìn)入特殊區(qū)域?qū)崟r預(yù)警分析,確定坐標(biāo)位置并關(guān)聯(lián)相關(guān)疫情處置預(yù)案形成預(yù)警指令下發(fā),實現(xiàn)了人員流動與空間分布估算,及時發(fā)現(xiàn)重點風(fēng)險區(qū)域,為疫情防控的措施制定提供了堅實的空間信息支撐。

從本次疫情服務(wù)保障工作來看,當(dāng)前和未來,GIS和大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用依然存在許多挑戰(zhàn)和有待研究的方向。數(shù)據(jù)層面,大數(shù)據(jù)匯集尚缺乏成熟方案,快速深度融合應(yīng)用依然是研究的重中之重。GIS方面,主要挑戰(zhàn)在于如何改進(jìn)傳統(tǒng)技術(shù)方法來提高速度和準(zhǔn)確度,從而實現(xiàn)快速地為社會管理提供準(zhǔn)確信息。