高致病性傳染病移動人群實時預(yù)警追蹤系統(tǒng)的研究

王書琛 潘常虹

摘要：當前，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，就對其進行早期發(fā)現(xiàn)、檢測并迅速作出應(yīng)急預(yù)防。據(jù)此，本論文提出一種高致病性傳染病移動人群實時預(yù)警追蹤系統(tǒng)。并對如何采用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)警可視化進行了改進設(shè)計的探討。

關(guān)鍵詞：GSM;傳感器;AT指令;傳染病;移動終端

1 病毒檢測可行性分析

當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，一直嚴重威脅著人類，許多抗生素及其它藥物對這些病種也無能為力，高危病人正經(jīng)受著嚴峻的考驗。造成這些災(zāi)害的罪魁禍首是細菌和病毒，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，就對其進行發(fā)現(xiàn)、監(jiān)測并預(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，當高致病性傳染病來臨時，對移動人群病毒攜帶者的監(jiān)測預(yù)防更是一個艱巨的任務(wù)。故研制一種能實時監(jiān)測出移動人群病毒攜帶者的生命體征參數(shù)，并能實時檢測出移動人群病毒攜帶者的區(qū)域位置的儀器，對高致病性傳染病移動人群實時監(jiān)控預(yù)警，將產(chǎn)生重要貢獻。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，它可以對移動的人群進行提前15天檢測記錄，確認無異常后再移動，這樣它可以對必須移動的人群進行提前檢測，檢測出人群中的病毒攜帶者，可以更準確的切斷高致病性傳染病的傳染。如有異常，也能很準確的確定在這期間內(nèi)的移動區(qū)域，為高致病性傳染病的傳染確定更準確的區(qū)域。本項目欲設(shè)計高致病性傳染病移動人群實時監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)，能通過無線測溫及利用GSM網(wǎng)的全球通用及區(qū)域定位等特點，將很好的解決移動人群實高致病性傳染病病毒的實時監(jiān)控預(yù)警功能。

2 預(yù)警系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究

體溫是生物機體內(nèi)在活動的客觀反映，也是各種病毒在生物機體內(nèi)的生長繁殖的外在反映，是判斷機體健康狀態(tài)的基本依據(jù)和指標之一，也是判斷各種病毒的繁殖生長變化的基本依據(jù)和指標之一，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、相對穩(wěn)定在一定范圍之內(nèi)。當機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)展的動態(tài)變化。因此，監(jiān)測并及時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)對高致病性病毒進行監(jiān)測預(yù)警為實時監(jiān)測正確預(yù)防高致病性傳染病打下重要的基礎(chǔ)，本項目設(shè)計的系統(tǒng)將生物醫(yī)學(xué)技術(shù)、移動通信技術(shù)、單片機技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)技術(shù)、傳感器技術(shù)等多技術(shù)領(lǐng)域進行了技術(shù)集成，研究其在高致病性傳染病移動人群實時監(jiān)測預(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)庫的所處位置區(qū)域識別的功能，研制能實時監(jiān)測出移動人群生命體征參數(shù)，并能實時檢測出移動病毒區(qū)域位置的系統(tǒng)，從而實現(xiàn)對高致病性傳染病移動人群的實時預(yù)警。

根據(jù)對數(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)計的實施方案圖如圖1所示。終端采用單片機串口和通信模塊相連的單片機系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)部用AT指令進行通信，并以短消息的形式通過GSM網(wǎng)絡(luò)與國家公共衛(wèi)生應(yīng)急檢測中心相互通信，檢測中心再調(diào)用GSM交換網(wǎng)路子系統(tǒng)（NSS）的VLR數(shù)據(jù)庫，識別生物體所處位置的區(qū)域，完成對高致病性病毒的時實檢測預(yù)警。

本系統(tǒng)對移動人群的預(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VLR的，它是一個面積定位，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的功率電平設(shè)置如圖5，這樣對疫區(qū)發(fā)病人群病毒傳播趨勢的時間序列的表達是粗造的，只能給出區(qū)域變化范圍。隨著手機自主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主板，其點定位精度以經(jīng)緯度表示，誤差小于5米，所以對本系統(tǒng)進一步改進技術(shù)可采用多傳感器融合的技術(shù)，將移動人群的高危個體的點定位信息與體溫數(shù)據(jù)組合，通過空中接口存儲于數(shù)據(jù)庫，這樣再加上時間信息坐標，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一步的流行病學(xué)調(diào)查提供準確可靠的依據(jù)。

3 可預(yù)見的關(guān)鍵問題

（1）我國現(xiàn)在智能手機普及率并不高，仍有部分人無法負擔(dān)裝有本系統(tǒng)的手機或不會使用智能手機，或生活在無信號覆蓋的地區(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指標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;與信號傳播有關(guān)的誤差;與接收設(shè)備有關(guān)的誤差。

參考文獻：

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

作者簡介：王書琛，1999年9月13日出生，男，漢族，山東煙臺人，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)計教育研究。

（作者單位：大連東軟信息學(xué)院）