泰州市智能疫情查询系统的设计和实现

张亚钰,朱周华

(1.泰州市自然资源和规划局,江苏 泰州 225309;2.江苏省测绘研究所,江苏 南京 210013)

2020年初新冠疫情席卷全球以来,新冠病毒在人群中大肆传播,由于病毒在传播过程中会对遗传基因组进行复制,因其难以避免的复制错误,病毒基因组发生改变,由此产生变异毒株,给防疫不断带来了新的挑战[1]。

泰州地处江苏中部,南部濒临长江,北部与盐城毗邻,东临南通,西接扬州,是上海都市圈、南京都市圈、苏锡常都市圈的重要节点城市。优越的区位和公铁水空一体化格局,凸显泰州长三角北翼交通枢纽的重要地位,同时也面临严峻的防疫形势,如何利用地理信息服务提供权威疫情信息、提出科学防护建议,服务广大市民,是自然资源部门为民办实事的重要抓手和重要举措。

本文利用泰州市地理信息公共服务平台的地图服务和开发接口,基于微信平台设计[2]和实现智能疫情查询系统,对泰州市卫健委的权威疫情信息进行落地成图,展示确诊病例信息、定位发热处置门诊等,充分发挥地理信息、空间分析、大数据挖掘技术在疫情信息精准定位与分析决策方面的优势,提高泰州疫情防控的智慧化和信息化。

1.1 技术路线

技术路线如图1所示,包括疫情信息获取和分析、信息处理、平台选型和技术研发等。

利用地理信息技术,以泰州市地理信息公共服务平台的地图服务为基础底板,汇集相关疫情信息,进行数据分层分类处理,发布服务和封装功能接口供外部应用系统调取和使用,通过一张图将确诊病例的场所、定点医院、农贸市场等信息进行分层叠加展现,并提供空间查询和定位,推送驾车路线信息,方便广大市民知晓疫情相关信息,辅助科学抗疫[3]。

1.2 系统架构

系统架构如图2所示,根据系统数据和功能需求,共划分为3层,由数据层、服务层和应用层组成。

(1)数据层,作为系统的基础底板,提供基础数据和疫情相关数据。基础数据包括国家天地图提供的地图和影像数据、泰州市地理信息公共服务平台提供的地图和影像数据。疫情数据包括权威疫情信息、医院信息、农贸市场信息、复工企业信息等,上述数据均有空间坐标信息,成图入库,保证空间展示和分析。

(2)服务层,位于数据层之上,通过提供RestFul范式服务接口,供外部调用。RestFul数据服务接口使用Https协议处理数据通信,以资源为中心,其中的每个组成部分都是一个信息和功能资源,并且通过实现Https标准方法的公共接口访问提供使用。

(3)应用层,在数据层和服务层的支持下,以地图的形式展示疫情信息,提供信息查询统计,医院查询和导航定位,同时也将相关数据资源信息以服务的形式,提供给泰企通企业复工疫情防控平台,方便其他应用系统调取和使用。

1.3 数据组织分类

系统涉及的相关数据包括泰州市卫健委提供的权威疫情信息、医院信息、农贸市场信息、复工企业信息等。按照系统化、一体化的原则,将上述数据进行归纳整理,构建概念模型和组织划分,分类如下:

(1)泰州市卫健委提供的权威疫情信息,包括确诊和疑似人员的时间、危重类型、行动轨迹、常住小区和场所、确诊时间、治愈时间、收治医院等。

(2)常住小区和场所信息,包括小区和场所名称、所在区县、所在地址、封控时间、解除封控时间等。

(3)医院信息,包括市域内能够开设收治发热病人的门诊和急症名称、地址、开放时间等。

(4)农贸市场信息,包括主城区开放的农贸市场名称、地址、营业时间、主要品种等。

(5)复工企业信息,包括复工企业名称、企业类型、经营地址、复工申请信息等。

1.4 数据矢量化和入库

依托高分辨率影像对数据进行矢量化处理,利用地图采集工具,加载高分辨率影像和地名地址数据,匹配每个疫情信息,进行采集落图,属性字段采用英文名称,别名采用中文对照,坐标系统采用2000国家大地坐标系(CGCS2000),经纬度。数据采集完毕后,对数据的图层命名、字段定义、图形拓扑等质量元素进行检查,经检查无误后,存储到数据库中。

数据库存储介质采用对象关系型数据库PostGreSQL,PostGIS是PostgreSQL的空间数据扩展,支持空间对象存储、空间索引建设,提供空间操作函数和空间操作符等空间信息服务,能够存储各种空间矢量数据。系统通过数据转换工具将上述疫情数据存储到数据库的数据表中,当数据入库完毕后,建立空间索引,提高数据的访问和查询速度。

1.5 服务发布和接口封装

对数据库中的数据进行配图处理,通过颜色配图、符号设置、注记位置调整等,形成可视化电子地图信息。完成电子地图配置后,发布成地图服务。为了提高用户浏览的速度与地图访问性能,对发布的地图服务创建地图缓存,建立地图缓存时,采用预定义的切片方案,方案包括切片格式、存储格式、切片大小等属性,和国家、省、市地理信息公共服务平台规定的切片方案内容一致,切图范围覆盖泰州全市域采用。

在接口封装方面,按照RestFul格式,统一封装数据访问、数据查询、数据统计接口。外部程序通过统一格式、统一命名的接口来访问和获取相关信息,当前端发起数据请求市,后端启动业务流引擎来解析请求参数,构建数据访问管道,构建SQL语句进行相关信息的查询,生成查询结果集,组装成JSON文件或二进制流信息,推送给前端请求方。

1.6 功能设计

基于微信平台,调用内容权威、内容丰富、更新迅速的各级天地图地图,叠加权威疫情信息、封控小区、接诊医院、农贸市场等多源信息,汇总显示疫情态势信息,用户可通过多种信息查询方式获取相关信息,利用空间分析模型对封控小区进行综合分析,合理规划出行方案。

系统基于微信平台动态展示泰州市的疫情总体信息,帮助社会公众快速获取疫情分布和封控小区信息,查询发热医院和门诊,获取驾车路线,按需推出持续营业的农贸市场等民生信息,辅助企业复工复产,让公众在互联网上可直观、准确掌握疫情,提高公众知情权,强化舆情引导,同时也为各级政府疫情防控提供了强有力的技术支撑和信息保障。

2.1 地图展示

通过图文并茂方式动态展示泰州市域内疫情信息总体情况,动态加载国家、省、市地理信息公共服务平台的提供的泰州市范围内地图服务和影像服务,同时根据属地管理需要,突出显示泰州市辖区各区县的行政区划界线。用户通过地图可查看确诊病例和封控小区的空间分布情况和周边环境,获取周边最近的发热医院、农贸市场等民生信息。

2.2 疫情统计

通过获取泰州市卫健委发布的权威疫情数据,通过信息匹配、筛选等数据处理,动态统计出当前疫情信息的截止时间、确诊人数、治愈出院者、封控小区等重点信息,以红、绿、黄等醒目颜色进行标示,同时通过直方图、简易表格等方式展示疫情的变化情况,为方便市民浏览更多信息,提供一键跳转功能,点击后直接链接跳转到泰州发布的疫情每日通报页面。

2.3 医院查询

疫情期间,社会公众急需知悉泰州市内能够接诊和收治发热病人的医院门诊和急诊信息,根据卫健委规定的收治医院的信息,查询各区县的医院的分布信息,用户点击指定的医院,获取医院名称、坐落地址、接诊时间、联系电话等相关信息。

2.4 疫情分析

系统通过追踪确诊人员的公开行动轨迹,准确定位到确诊病例常住的小区和场所,通过对疫情案例的空间拓扑分析,综合分析出该区域的确诊人数、病症特征、封控情况、已治愈人数等综合信息,为小区居民提供科学防护依据,引导市民进行相应的隔离处置措施。

2.5 导航定位

疫情期间倡导减少乘坐公共交通工具出行,驾车出行成为首选,系统通过推送最优驾车路线以备人们日常生活之需。用户使用系统时自动定位到当前所在的空间位置,通过空间路径自动解算,输出至最近医院、农贸市场的驾车路径,形成驾车路线绘制在地图上,同时显示具体路段的信息。

2.6 复工复产

为配合泰州市复工复产工作,打赢疫情攻坚战,系统封装了地图访问组件,“泰企通·企业复工疫情防控平台”利用该组件直接获取相关地图服务,获取复工复产企业的区划定位、地名匹配、空间位置信息等,系统通过构建复工复产企业信息访问接口,为政府部门提供复工复产企业的综合信息,为科学防控和经济发展提供数据支持和服务保障[4]。

为方便公众使用,满足社会需求,要求系统部署上线快,地图和相关疫情数据更新频次要求高,基于微信平台进行研发和使用,因此在系统研制过程中,涉及到包括多源数据汇集处理、Https策略下的地图和定位服务、微服务研发、页面栅式化等关键技术。

3.1 多源数据汇集处理技术

泰州市疫情信息涉及方面广、内容丰富,包括泰州市卫健委发布的权威疫情信息,能够接诊发热病人的医院,确诊病例所在的小区或场所,市区内开门营业的农贸市场等,数据来源不同,需要通过数据清洗、分析、建模、可视化等过程,对各类数据进行快速有效整合和汇聚,构建具有时空信息的权威、丰富、有效的疫情综合信息集。

数据汇集处理步骤包括,按照数据分类进行分层存储,然后对数据进行标准化处理,按时间、空间、属性3个维度处理成统一标准的时空地理信息,对于无空间坐标的数据信息,通过匹配其中蕴含的地址信息,结合高分辨率影像和基础测绘的地名地址信息,进行空间位置信息匹配,实现数据可视化。各类数据具有时间标识,空间位置等特征,能够更好地表现空间要素的时态关系、演变关系和时空关系,从而对数据进行回溯、跟踪,发挥各类数据的最大效能。

3.2 基于Https安全策略的多级地图服务和实时定位技术

社会公众需要优质、高效、权威完整的地理信息服务,必然要求系统综合使用国家、省、市三级地理信息公共服务平台提供的地图服务,由于流行浏览器已不再支持非安全域的网络和定位请求,因此将服务站点的访问方式设置为https,这就要求网页使用Https协议访问国家天地图提供的地图服务。国家天地图地图服务采用OGC WMTS标准,WMTS服务 (Web Map Tile Service)提供GetCapabilities接口获取服务的元数据信息,提供GetTile接口获取服务的切片信息。系统通过上述的GetTile接口获取地图信息,为满足公众对地图精细内容的需要,系统页面也需要访问泰州市地理信息公共服务平台的地图服务,同时叠加医院、疫情所在小区等信息,因此在本地部署Https服务,设置Https转发地址和端口,申请和部署SSL证书,建立域名和IP对应,满足微信平台安全性验证要求[5]。

现有互联网常用的百度定位API和高德定位API,均只支持Https请求。用户通过利用API提供的Geolocation定位模块,实现用户当前空间位置的实时定位,获取的定位坐标信息为火星坐标系,需要进行相应格式转换,才能准确地与地图套合。

3.3 基于RestFul风格的微服务技术

微服务是一组被集中管理的、规模较小的服务,每个服务完成内聚性很强的一组功能,并通过网络彼此协作。系统根据数据的不同类型,将疫情信息、医院信息、小区信息、农贸市场信息、多媒体上传、信息统计等功能,分拆到每一个小型服务,小型服务都在各自独立的进程中运行,服务之间通过总线技术进行通信协作,从而构建系统中耦合度较高的业务功能,实现网络多用户的并发调用,避免系统堵塞和请求等待时间过长。

系统基于Spring MVC框架,将相关信息资源包装成命名统一、输入参数统一的信息服务接口,利用JSON和二进制文件流作为信息载体,实现前端页面和后端平台的信息流转,保证信息传递的正确性和安全性。

3.4 适配多设备的页面栅式化技术

网页的浏览载体往往是浏览器和手机,为匹配多终端,采用页面栅式化技术,综合运用Html5、Css、Js、JQuery、Ajax等技术,页面的设计与开发,包括布局、风格、样式、字体、颜色、图片等,需根据用户行为以及设备环境(系统平台、屏幕尺寸、屏幕定向等)进行相应的响应和调整。无论用户正在使用计算机还是移动设备,页面都能够自动切换分辨率、图片尺寸及相关样式等,对页面元素进行重新排版,适时对部分元素进行隐折叠,辅以字体变化、颜色切换、图片缩放偏移旋转等操作,以适应不同设备的最佳浏览效果。

本文针对疫情信息持续变化的特点,获取和处理疫情信息,构建泰州市疫情信息数据库。通过空间数据构成技术,形成发热医院和门诊、市区内正常营业农贸市场等的空间数据集。采用Spring MVC网络技术框架封装成RestFul风格的微服务接口,为政府各部门和其他应用提供服务。综合运用一体化技术,展示权威疫情信息,为用户提供确诊小区、医院等信息的查询和统计,辅助出行规划。由于疫情信息具有权威性、突发性、鲜活性的特点,对数据的及时更新要求更高,如何对疫情信息快速获取、智能处理、精确更新等将是下一步研究的主要方面。