SARS 控制與預(yù)警地理信息系統(tǒng)

1　引言

　　針對我國當(dāng)前非典型肺炎 (SARS) 疫情防治工作的迫切需求 ,自今年 4 月底以來 ,中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所和遙感應(yīng)用研究所分別設(shè)立所知識創(chuàng)新工程緊急專項 ,聯(lián)合北京大學(xué)遙感與 GIS 研究所等單位 ,發(fā)揮兩所在地理信息科研領(lǐng)域具有大型國產(chǎn) GIS軟件平臺(SuperMAP) [1]、Web2GIS 軟件平臺[1]、大比例尺數(shù)據(jù)平臺[2]、多方案的快速前臺數(shù)據(jù)采集[1] ,以及輔助決策空間信息模型工具[3 ,4]等科研優(yōu)勢 ,開展“國家 SARS疫情控制與預(yù)警信息系統(tǒng)”應(yīng)急研制工作。

2　系統(tǒng)設(shè)計

2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　國家 SARS 疫情控制與預(yù)警信息系統(tǒng)由五個功能子系統(tǒng)組成 ,包括 SARS 疫情實時信息采集與實時傳輸系統(tǒng)、疫情實時監(jiān)控系統(tǒng)、基于空間的 SARS 應(yīng)急管理與分析系統(tǒng)、基于 Web2GIS 的 Internet 疫情發(fā)布系統(tǒng)、全國和城市內(nèi)部 SARS 多維傳播信息分析。整個系統(tǒng)將空間定位、空間信息管理、空間信息分析技術(shù)和通信技術(shù)進行有機的整合 ,形成了前后端一體的 SARS 疫情實時傳輸、處理、分析和分布完整的信息系統(tǒng)。

2.2開發(fā)環(huán)境

　　系統(tǒng)開發(fā)采用的 GIS 平臺是 SuperMap Objects 2003。其中錄入子系統(tǒng)在 VC 環(huán)境下開發(fā) ,分析子系統(tǒng)在 VB 環(huán)境下開發(fā)。整個系統(tǒng)最后在 VB 中以統(tǒng)一的界面集成。該系統(tǒng)集成了 GIS 技術(shù)、GPS 技術(shù)、有線/ 無線通信技術(shù)、數(shù)據(jù)庫、嵌入式硬件技術(shù)以及最新空間數(shù)據(jù)等現(xiàn)代高新技術(shù)。由于采用了靈活的數(shù)據(jù)存儲方式 ,使系統(tǒng)不僅支持普通文件方式 ,而且也可以支持 SQL SERVER 和Oracle 兩種數(shù)據(jù)庫方式。從用戶的需求考慮 ,系統(tǒng)設(shè)計為 C/ S 結(jié)構(gòu)。這一結(jié)構(gòu)的好處在于用戶對網(wǎng)絡(luò)的狀況沒有依賴 ,任何時候都可以運行 ,而且可以滿足移動辦公的要求。

3 　主要功能

3.1 SARS 疫情實時信息采集與實時傳輸

　　疫情實時信息采集主要利用了全國 1 :5 萬和城市 1 :1 萬電子地圖作為位置定位的參考 ,可以進行 1) 通過屏幕定位或輸入名稱定位 ,確定相應(yīng) SARS 時間發(fā)生場所 ,也可以通過選擇地名的分類信息或輸入名稱定位 ;2) 通過 GPS 直接獲取 GPS 信息 ;3) 通過錄入該 SARS 發(fā)生地點的經(jīng)緯度坐標(biāo)確定提供放大、縮小、移動、全屏顯示、點擊查詢、查詢統(tǒng)計等定位三種方式 ,直接實時采集 SARS 病人的相關(guān)信息和空間位置信息。

3.2 　SARS 疫情信息實時發(fā)布與監(jiān)控

　　(1) 該系統(tǒng)可以提供全國 1 :5 萬的基礎(chǔ)地圖 ,包含最新的道路交通的位置信息 ,同時提供全國 100 多個大中城市的 1 :1 萬比例尺的城市電子地圖 ,包含與醫(yī)療、交通、政府部門、公共設(shè)施、居民點、商場、文化娛樂場所等有關(guān)的位置信息 ,為 SARS 疫情的監(jiān)控提供空間依據(jù)。

　　(2) 可以實時接收 SARS 數(shù)據(jù)錄入端發(fā)送的數(shù)據(jù) , 可以通過有線、無線聯(lián)網(wǎng)、短消息等渠道接收疫情信息 ,并實時地在中心的地圖上顯示與進行聲音警報。

　　(3) 可以形象地標(biāo)識患者的活動區(qū)域 ,以家庭、工作單位、發(fā)病前后去過的地點為中心和指定的半徑畫圓 ,重疊地區(qū)以不同顏色顯示 ,標(biāo)識可能的高風(fēng)險 ,為相關(guān)部門提供快速監(jiān)控、隔離、消毒等措施所必須的基本信息。

　　(4) 可以實現(xiàn)隔離區(qū)域的動態(tài)設(shè)置、管理和查詢。隔離區(qū)的設(shè)置有兩種模式 :一種是指定地點為中心設(shè)定圓形隔離區(qū) ;另一種方式是采用系統(tǒng)提供的畫圖工具添加隔離區(qū) ,并設(shè)定隔離區(qū)的危險等級。

　　(5) 可以實現(xiàn) SARS 應(yīng)急資源管理 , 處理各種 SARS 應(yīng)急有關(guān)的人力、物力及其它資源的空間配置以及有效利用方案。

　　(6) 可以實現(xiàn)救護及其它醫(yī)療物資車輛的監(jiān)控管理、調(diào)度以及軌跡回放 ,包括最短道路、最適宜收治病人的定點醫(yī)院等。

　　(7) 可以以多種形式統(tǒng)計分析不同類型 SARS 病例的空間分布以及構(gòu)成比例 ,包括柱狀圖、餅圖、表格、柵格圖以及專題圖等 ,并實現(xiàn) SARS 病區(qū)的自動警戒提示 ,可以方便地實現(xiàn)電子地圖的基本操作 ,如放大、縮小、全圖、平移、刷新、打印與比例尺的自由切換等。

3.3 　信息的管理和分析

　　(1) 實現(xiàn)基于接觸者的查詢 :例如輸入病人姓名 , 查詢出與之緊密接觸過的人員清單 ,并在地圖上高亮顯示這些人員的空間位置分布 ;輸入接觸者姓名 ,查詢出與之緊密接觸過的病人姓名及其調(diào)查表情況 ,并在地圖上高亮顯示該病人的空間位置分布 ;以及在地圖上直接點取病人或密切接觸者 ,查詢其已經(jīng)記載的詳細信息。圖 2 顯示了基于獲取的疫情信息實時生成的病人分布信息。

　　(2) 生成按區(qū)域匯總的密切接觸者統(tǒng)計表 :查詢以指定位置(建筑物或者其它場所) 為中心 ,在指定半徑范圍內(nèi)的病人或者密切接觸者清單。通過清單 ,可匯總生成接觸者統(tǒng)計表。

　　(3) 查詢指定線路 (如公路、鐵路、街道、地鐵、自來水管線或其它直接在地圖上繪制的線路) 兩側(cè)一定范圍內(nèi)的病人或者密切接觸者清單 ,以便分析病毒沿線擴散情況。

　　(4) 通過在電子地圖上直觀繪制多邊形區(qū)域 ,查詢該多邊形范圍內(nèi)的密切接觸者清單 ,并生成匯總統(tǒng)計圖。

　　(5) 進行區(qū)域內(nèi)密切接觸者發(fā)展趨勢分析 :統(tǒng)計功能分為空間分布上的統(tǒng)計和時間序列上的統(tǒng)計 ,包括各種查詢結(jié)果依據(jù)某一指標(biāo)或者幾個指標(biāo)進行統(tǒng)計 ,還可以對歷史數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析 ,對以各級行政區(qū)為單位進行 SARS 病人的確診數(shù)、疑似人數(shù)、治愈人數(shù)制作每天的新增人數(shù)、累計總數(shù)、新增比率等 ,根據(jù)歷史數(shù)據(jù)預(yù)測近期可能的感染情況。

　　(6) 針對接觸者信息進行統(tǒng)計分析 ,比如按照接觸者的職業(yè) ,統(tǒng)計接觸者分布比較多的行業(yè) ,統(tǒng)計新增比率比較大的行業(yè) ,據(jù)此可以在這些重點區(qū)域進行防治。

　　(7) 根據(jù)區(qū)域內(nèi)密切接觸者接觸時間和發(fā)病時間等事件特性 ,分析密切接觸者數(shù)量的時間變化規(guī)律 , 預(yù)測該區(qū)域內(nèi)的病毒擴散趨勢。以此為依據(jù) ,可指定加強或者解除該區(qū)域內(nèi)疫情控制措施。

　　(8) 重點控制區(qū)域分析及輔助決策 :根據(jù)“非典” 病人和密切接觸者分布的情況 ,制作感染危險程度等級圖 ,以便在不同區(qū)域采取不同等級的控制措施。根據(jù)“非典”病人和密切接觸者分布的密集程度 ,圈定感染危險區(qū)域。并以此區(qū)域為中心 ,查詢出指定半徑范圍內(nèi)的企事業(yè)單位、居民小區(qū)、餐飲服務(wù)行業(yè) ,商業(yè)網(wǎng)點等人群聚集點 ,制定疫情控制措施和預(yù)警通知方案等。以便有針對性地在該區(qū)域內(nèi)做好預(yù)防和控制工作 ,防止疫情進一步擴散。

3.4　 SARS 時空信息分析與知識發(fā)現(xiàn)

　　(1) 時間態(tài)勢分析 :展現(xiàn)感染人數(shù)、在治療人數(shù)和密切接觸者人數(shù)隨時間變化的預(yù)測曲線 ,其中 ,時間走線模型給出感染人數(shù)和在治療人數(shù)的預(yù)測曲線 ;頻率分解模型實現(xiàn)了感染人數(shù)和密切接觸者人數(shù)頻率分解 ,展現(xiàn)其發(fā)展基本趨勢。

　　(2) 空間態(tài)勢分析 :展示疫情的空間擴散和集聚態(tài)勢及其影響因子 ,其中 ,污染聚散模型展現(xiàn)被污染的空間呈擴展還是聚集發(fā)展的態(tài)勢 ,疫情聚散模型展現(xiàn)疫情發(fā)展是呈現(xiàn)空間聚集還是擴散態(tài)勢 ,因子影響模型實現(xiàn) SARS 空間傳播影響因子識別。根據(jù)公布的 2003 年 4 月 21 日至 5 月 12 日北京 18 區(qū)新增病例空間分布 ,經(jīng) BW 模型檢驗及其頻譜分析 ,發(fā)現(xiàn)被污染區(qū)域(日有新增病例的區(qū)域 1/ 0) 的空間聚集性呈總體持續(xù)下降態(tài)勢 ;在此大背景下 ,小幅的空間聚集和擴散震蕩一直存在。

　　(3) 空間風(fēng)險動態(tài)區(qū)劃 :根據(jù)當(dāng)日疫情信息計算繪出次日危險區(qū) ,其中 ,智能預(yù)報模型實現(xiàn)局域非線性自適應(yīng)空間風(fēng)險預(yù)報 ,智能融合模型實現(xiàn)復(fù)雜自適應(yīng)空間風(fēng)險預(yù)報 ,熱點探測模型實現(xiàn)熱點探測和預(yù)測。

　　(4) 時空過程預(yù)測 :展示疫情時空預(yù)測和情景模擬 ,其中 ,元胞擴散模型可以模擬區(qū)域相互接觸疫情擴散過程 ,空間動力模型可以模擬微觀接觸宏觀動力學(xué)過程 ,空間隨機模型可以模擬微觀接觸宏觀隨機過程。

　　(5) 疫情空間傳播機理發(fā)掘和參數(shù)獲取 :展示疫情傳播機理及有關(guān)參數(shù) ,其中毒王溯源模型可以完成毒王溯源 ,空間傳播參數(shù)庫由模型擬合、異地異時、流調(diào)統(tǒng)計、專家、文獻得到。

3.5 　基于 Web GIS 的 Internet 疫情發(fā)布系統(tǒng)

　　該系統(tǒng)以 WebGIS 為支撐平臺 ,通過 Internet 定期發(fā)布疫情分布圖 ,實現(xiàn)了信息發(fā)布的即時與快捷 。反映疫情擴展的各種專題圖包括分段專題圖(分級顏色填充) 、各區(qū)域發(fā)病人數(shù)分段專題圖、各區(qū)域治愈人數(shù)分段專題圖、各區(qū)域死亡人數(shù)分段專題圖、各區(qū)域發(fā)病率分段專題圖、各區(qū)域治愈率分段專題圖、各區(qū)域病死率分段專題圖、點密度圖、各區(qū)域發(fā)病人數(shù)點密度圖、各區(qū)域治愈人數(shù)點密度圖、各區(qū)域死亡人數(shù)點密度圖等。

　　此外 ,該系統(tǒng)實現(xiàn)了以城市地圖為基礎(chǔ) ,應(yīng)急防控措施的及時發(fā)布 ,比如 ,隔離區(qū)分布及隔離區(qū)信息查詢、交通管制區(qū)域分布及信息查詢、其它應(yīng)急措施信息發(fā)布等。

4　應(yīng)用

　　從 2003 年 5 月 8 日起 ,該系統(tǒng)開展了每日疫情信息的空間化處理和成圖工作 ,完成了全國 SARS 疫情系列圖的制作。這些系列制圖成果自 5 月 9 日起逐日更新制作 ,并在衛(wèi)生部每日上午的會商會議和下午的新聞發(fā)布會上得到應(yīng)用。新版系統(tǒng)于 5 月 15 日正式啟用 ,新的“衛(wèi)生部全國疫情圖網(wǎng)站”(http :/ / www.moh. gov. cn/ sarsmap) 已經(jīng)向公眾提供全時的全國省級疫情動態(tài)信息公開查詢服務(wù)。在研制 5 個子系統(tǒng)平臺的基礎(chǔ)上 ,項目組又開發(fā)了可供國家疾病預(yù)防控制中心和衛(wèi)生部系統(tǒng)內(nèi)部使用的縣級 SARS 疫情控制與預(yù)警空間數(shù)據(jù)管理信息系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于全國分縣疫情數(shù)據(jù) ,向衛(wèi)生系統(tǒng)內(nèi)部的管理者和專家提供更翔實的疫情動態(tài)信息和疫情空間分布特征 ,使全國分縣疫情數(shù)據(jù)全部實現(xiàn)了地理信息系統(tǒng)管理。

　　在為疫情嚴重地區(qū)提供直接的技術(shù)支持方面 ,該系統(tǒng)也發(fā)揮了不可估量的作用。北京市 SARS 疫情控制與預(yù)警信息系統(tǒng)的研究開發(fā) ,極大提升北京市疾病預(yù)防控制中心的疫情空間信息分析能力。利用基于該系統(tǒng)建成的河北省地市級“SARS 疫情控制與預(yù)警信息系統(tǒng)”,得到了河北省人民政府及世界衛(wèi)生組織官員的充分肯定和好評。通過將該系統(tǒng)贈與廣東省疾病預(yù)防與控制中心 ,并對技術(shù)人員進行了安裝和使用培訓(xùn) ,廣東省 CDC 的疫情管理和空間信息分析能力也得到了極大的提升。

目前 ,該系統(tǒng)依據(jù)世界衛(wèi)生組織(WHO) 公布的全球“非典”疫情數(shù)據(jù) ,對其在空間上的區(qū)域性分布以及隨時間的發(fā)展態(tài)勢 ,用圖形化的方式直觀形象地加以顯示 ,并配有相關(guān)的數(shù)據(jù)圖表、疫情走勢圖、動態(tài)圖 , 并提供新增病例、累計病例、死亡人數(shù)和出院人數(shù)四類專題 ,可按日期查詢的方式來查看當(dāng)日各國各地疫情。系統(tǒng)開通后已經(jīng)被國內(nèi)外多家網(wǎng)站采用或超鏈接。據(jù)統(tǒng)計 ,該系統(tǒng)在高峰時段的單個網(wǎng)站 (以新浪網(wǎng)為例) 訪問量已達到每小時 50000 人次 ,為公眾了解疫情發(fā)展態(tài)勢、穩(wěn)定社會和人心起到了重要作用。

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