死因監(jiān)測(cè)地理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

章詩(shī)韻 羅 俊 陳 晶 肖 鵬 龐延輝

(武漢市疾病預(yù)防控制中心 武漢 430000)

1 引言

居民死亡原因監(jiān)測(cè)指長(zhǎng)期、連續(xù)、系統(tǒng)地收集、整理和匯總一個(gè)地區(qū)人群死亡原因的相關(guān)信息，分析并研究死亡原因構(gòu)成的變化和其他可能的影響因素[1]。死因監(jiān)測(cè)是居民健康情況統(tǒng)計(jì)工作的重要內(nèi)容，是反映一個(gè)范圍內(nèi)人群健康狀況和衛(wèi)生保健水平的重要指標(biāo)之一，對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和研究有助于輔助政府制定公共衛(wèi)生計(jì)劃和評(píng)價(jià)干預(yù)措施效果[2]。武漢市死因監(jiān)測(cè)工作自20世紀(jì)70年代開始以來(lái)，采取多項(xiàng)舉措提高監(jiān)測(cè)信息準(zhǔn)確性、真實(shí)性和可靠性，具體包括擴(kuò)大監(jiān)測(cè)范圍到全市，進(jìn)一步規(guī)范登記報(bào)告制度，健全監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)體系等[3]。經(jīng)過(guò)近40年的運(yùn)轉(zhuǎn)，死因監(jiān)測(cè)工作已經(jīng)積累大量較為規(guī)范的數(shù)據(jù)，通過(guò)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法進(jìn)行分析和研究取得一些成果，但仍然缺少地理信息技術(shù)方面的手段對(duì)現(xiàn)有數(shù)據(jù)進(jìn)行直觀展示和進(jìn)一步分析研究。地理信息系統(tǒng)(Geographic Information System，GIS)是一門結(jié)合地理學(xué)、地圖學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)的綜合學(xué)科，通常用于地理位置相關(guān)數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、顯示和研究分析，近年來(lái)隨著技術(shù)發(fā)展已廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，例如胡躍華利用GIS可視化展示技術(shù)分析手足口病流行特征[4]，杜挺結(jié)合熵權(quán)TOPSIS法和GIS技術(shù)對(duì)地級(jí)市經(jīng)濟(jì)發(fā)展格局進(jìn)行空間分析[5]。本文以GIS技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合武漢市居民死因監(jiān)測(cè)工作，充分利用死因數(shù)據(jù)中的地理位置相關(guān)信息，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)武漢市死因監(jiān)測(cè)地理信息系統(tǒng)，為負(fù)責(zé)相關(guān)工作的專業(yè)技術(shù)人員拓寬工作思路，提供新的研究視角。

2 需求分析

經(jīng)需求調(diào)研和分析，武漢市死因監(jiān)測(cè)地理信息系統(tǒng)用戶可分為3類：專業(yè)技術(shù)人員、主管人員和系統(tǒng)管理員。專業(yè)技術(shù)人員是死因監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)工作的直接開展者，其需求主要是統(tǒng)計(jì)整理全市死因情況數(shù)據(jù)，錄入GIS，在系統(tǒng)中根據(jù)業(yè)務(wù)需要篩選數(shù)據(jù)和圖層，制作不同形式、不同側(cè)重的專題地圖，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行時(shí)空分析；主管人員是專業(yè)技術(shù)人員的上級(jí)，不直接參與死因監(jiān)測(cè)具體實(shí)施工作，其需求是宏觀把握全市死因數(shù)據(jù)變化特征和趨勢(shì)，通過(guò)結(jié)合其他重點(diǎn)統(tǒng)計(jì)指標(biāo)來(lái)輔助制定相關(guān)工作計(jì)劃，利用GIS數(shù)據(jù)可視化優(yōu)勢(shì)向同行或上級(jí)介紹工作和分享經(jīng)驗(yàn)；系統(tǒng)管理員需求主要是從用戶信息、資源、運(yùn)維幾方面對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行管理。

3 系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 概述

充分考慮武漢市死因監(jiān)測(cè)工作現(xiàn)狀及今后發(fā)展趨勢(shì)，將系統(tǒng)部署在武漢市衛(wèi)健委健康云虛擬資源上，方便將來(lái)與其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，同時(shí)保障系統(tǒng)資源安全性和穩(wěn)定性。系統(tǒng)總體架構(gòu)分為支撐層、數(shù)據(jù)層、服務(wù)層和應(yīng)用層4層，見圖1。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

3.2 支撐層

硬件部分由云資源提供，軟件部分使用ArcGIS Server構(gòu)建功能豐富且能夠滿足多用戶要求的企業(yè)級(jí)GIS應(yīng)用，提供廣泛的基于Web的GIS服務(wù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)管理、制圖、編輯、空間分析和其他功能[6]。

3.3 數(shù)據(jù)層

系統(tǒng)使用Geodatabase創(chuàng)建和管理系統(tǒng)中的地理數(shù)據(jù)，利用 Oracle 11g數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)中的業(yè)務(wù)和其他屬性數(shù)據(jù)，通過(guò)ArcSDE將數(shù)據(jù)庫(kù)中的對(duì)象(表、視圖等)組織成死因情況時(shí)空數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)武漢市地區(qū)矢量底圖、街道社區(qū)行政區(qū)劃、醫(yī)療衛(wèi)生機(jī)構(gòu)、居民死亡情況等數(shù)據(jù)的管理。

3.4 服務(wù)層

系統(tǒng)核心，由GIS服務(wù)和Web應(yīng)用服務(wù)兩部分組成，其中Web應(yīng)用服務(wù)負(fù)責(zé)處理基本業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，包括居民死亡情況、醫(yī)療衛(wèi)生機(jī)構(gòu)、居民期望壽命等；GIS服務(wù)部分使用ArcGIS Server作為地圖服務(wù)器來(lái)發(fā)布和管理REST服務(wù)資源，處理空間數(shù)據(jù)相關(guān)請(qǐng)求，支撐應(yīng)用層功能實(shí)現(xiàn)。

3.5 應(yīng)用層

負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)功能和邏輯處理，使用ArcGIS API for JavaScript框架結(jié)合HTML/CSS等Web技術(shù)開發(fā)，確保系統(tǒng)適用于PC、平板、LED大屏等不同終端，通過(guò)可視化的交互界面為專業(yè)技術(shù)人員、主管人員和系統(tǒng)管理員提供相應(yīng)功能服務(wù)。按上述角色將系統(tǒng)前臺(tái)劃分為3個(gè)部分：主要進(jìn)行業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)處理、專題圖制作和業(yè)務(wù)分析研究的“一張圖”，宏觀展示居民死亡情況和統(tǒng)計(jì)指標(biāo)的“信息展示部分”，以及管理系統(tǒng)各個(gè)資源和運(yùn)行維護(hù)的“運(yùn)維部分”。

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

4.1 關(guān)鍵技術(shù)

4.1.1 面向服務(wù)架構(gòu)(Service Oriented Architecture, SOA) 一種將用戶業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)換成相互連接的信息服務(wù)模塊的設(shè)計(jì)模式，強(qiáng)調(diào)盡可能地重用軟硬件資產(chǎn)，同時(shí)消除數(shù)據(jù)來(lái)源和運(yùn)行環(huán)境差異性，給用戶提供統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)，使得開放式的通信標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)據(jù)模型得到更廣泛的應(yīng)用，用戶則通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化、流程化和自動(dòng)化的松耦合組件來(lái)獲取服務(wù)[7]。

4.1.2 基于ArcGIS Server的服務(wù)平臺(tái)構(gòu)建 基于服務(wù)器的ArcGIS Server通過(guò)Web Services方式提供GIS資源和功能服務(wù)，這些資源和服務(wù)遵循被廣泛采用的Web訪問(wèn)和使用標(biāo)準(zhǔn)。ArcGIS Server是一個(gè)分布式系統(tǒng)，由GIS、Web、數(shù)據(jù)服務(wù)器組成，分別在管理、啟動(dòng)和關(guān)閉進(jìn)程及提供和管理GIS資源方面起著相應(yīng)作用[8]。ArcGIS Server提供的GIS功能包括：二維三維地圖可視化、通用GIS數(shù)據(jù)管理框架、動(dòng)態(tài)管理地圖中的圖層、在線空間數(shù)據(jù)編輯和分析等。

4.1.3 新一代Web GIS技術(shù) Web GIS是指專門以瀏覽器/服務(wù)器(Browser/Server，B/S)形式實(shí)現(xiàn)的GIS，新一代Web GIS是Esri在此基礎(chǔ)上提出的一種新的應(yīng)用模式，在這個(gè)模式中，將系統(tǒng)功能和資源進(jìn)一步整合化、功能化、云端化，使用PC、平板、大屏的多終端用戶可以通過(guò)種類豐富的應(yīng)用接口訪問(wèn)這些資源和功能[9]，GIS平臺(tái)變得更加簡(jiǎn)單易用、開放和整合，組織機(jī)構(gòu)內(nèi)多用戶使用需求也能得到滿足，為之后協(xié)同工作和共享溝通提供支撐。

4.1.4 數(shù)據(jù)可視化 關(guān)于數(shù)據(jù)視覺表現(xiàn)形式的研究是數(shù)據(jù)科學(xué)重要組成部分，是一種能夠深入了解業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，有助于從宏觀角度分析問(wèn)題的方法[10]?？梢暬箶?shù)據(jù)變得更加清晰、易于理解，從而更有意義，本系統(tǒng)根據(jù)不同業(yè)務(wù)特點(diǎn)和需求設(shè)計(jì)有針對(duì)性的數(shù)據(jù)展示模板，通過(guò)折線圖、柱狀圖、熱力圖、聚合圖等形式來(lái)展示統(tǒng)計(jì)指標(biāo)數(shù)據(jù)和死因個(gè)案數(shù)據(jù)分布[11]。

4.2 功能設(shè)計(jì)

4.2.1 概述 專業(yè)技術(shù)人員根據(jù)不同業(yè)務(wù)需要制作對(duì)應(yīng)的專題圖，進(jìn)一步研究和分析；主管人員從宏觀上把握全市死因數(shù)據(jù)變化特征和趨勢(shì)，輔助制定相關(guān)決策；系統(tǒng)管理員開展基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、資源、系統(tǒng)維護(hù)等工作。系統(tǒng)主要功能，見圖2。

圖2 系統(tǒng)總體功能

4.2.2 數(shù)據(jù)入庫(kù) 死因監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)源于武漢市死因網(wǎng)絡(luò)直報(bào)系統(tǒng)，專業(yè)技術(shù)人員將數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化后按照模板導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫(kù)中。

4.2.3 數(shù)據(jù)上圖 將居民死亡情況個(gè)案數(shù)據(jù)脫敏處理后，其屬性包括戶籍地址、街道編碼、報(bào)告單位、死亡原因、死亡時(shí)間、工作單位等，每條個(gè)案信息按照戶籍地址地理位置進(jìn)行上圖，保留重要信息以便于制圖時(shí)篩選。

4.2.4 專題圖制作 按不同時(shí)間段、人群、原因等類別過(guò)濾數(shù)據(jù)；編輯數(shù)據(jù)顯示形式，如顏色、范圍、影像圖或地形圖；根據(jù)需求疊加其他相關(guān)圖層，如城市道路、醫(yī)療機(jī)構(gòu)、水系圖等；保存制作好的專題圖以便修改、瀏覽和研究。

4.2.5 地圖瀏覽 包括地圖放大、縮小、平移、點(diǎn)位搜索，不同圖層疊加、透明度調(diào)節(jié)等。

4.2.6 空間分析 常用的可視化空間分析技術(shù)，包括熱力圖、聚合圖分析等，實(shí)現(xiàn)各個(gè)方法參數(shù)自定義，以便業(yè)務(wù)人員使用。

4.2.7 統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)展示 展示統(tǒng)計(jì)指標(biāo)數(shù)據(jù)，例如武漢市人均期望壽命、年度死因順位、重點(diǎn)疾病發(fā)病率等。

4.2.8 趨勢(shì)展示 根據(jù)武漢市居民死亡情況數(shù)據(jù)中的時(shí)間屬性，動(dòng)態(tài)展示人群個(gè)案在地圖上的變化趨勢(shì)。

4.2.9 其他功能 系統(tǒng)管理員使用的其他功能，包括基礎(chǔ)地理相關(guān)數(shù)據(jù)管理，如武漢市區(qū)劃圖、社區(qū)邊界、水洗、軌道交通等；用戶信息管理，如賬號(hào)密碼、工作單位、部門等；系統(tǒng)運(yùn)維管理，如系統(tǒng)監(jiān)控、日志查看、運(yùn)行統(tǒng)計(jì)等。

4.3 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

4.3.1 概述 本系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)包括區(qū)級(jí)行政區(qū)劃(國(guó)家/武漢市)空間信息表、街道級(jí)行政區(qū)劃空間信息表、醫(yī)療衛(wèi)生機(jī)構(gòu)空間信息表、死因業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)表、老年病統(tǒng)計(jì)信息表、街道編碼對(duì)照表、ICD10(國(guó)際疾病分類)標(biāo)準(zhǔn)編碼表等，設(shè)計(jì)時(shí)引用的規(guī)范性文件有法人和其他組織統(tǒng)一社會(huì)信用代碼編碼規(guī)則(GB 32100-2015)、中華人民共和國(guó)行政區(qū)劃代碼(GB/T 2260)、縣級(jí)以下行政區(qū)劃代碼編制規(guī)則(GB/T 10114-2003)、疾病分類與代碼(GB/T 14396-2016)。

4.3.2 行政區(qū)劃空間信息表 武漢市行政區(qū)劃按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)劃分共有13個(gè)轄區(qū)，但市一級(jí)統(tǒng)計(jì)口徑上會(huì)另外計(jì)算東湖風(fēng)景區(qū)和東湖高新技術(shù)開發(fā)區(qū)，這兩個(gè)區(qū)在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中統(tǒng)計(jì)在洪山區(qū)中，故本系統(tǒng)設(shè)計(jì)3張行政區(qū)劃空間信息表，分別為區(qū)級(jí)(國(guó)家級(jí))、區(qū)級(jí)(市級(jí))、街道級(jí)(市級(jí))。3張表結(jié)構(gòu)相同，字段包括唯一標(biāo)識(shí)符、行政區(qū)劃代碼、行政區(qū)劃名稱、行政駐地經(jīng)度/緯度、行政區(qū)劃級(jí)別、面積、備注、空間信息。行政區(qū)劃代碼類型為12位變長(zhǎng)字符串，前6位按GB 2260執(zhí)行，第7-12位鄉(xiāng)鎮(zhèn)和行政村各3位按GB/T 10114-2003執(zhí)行，第13-18位備用。

4.3.3 醫(yī)療衛(wèi)生機(jī)構(gòu)空間信息表 包含字段有機(jī)構(gòu)編號(hào)、機(jī)構(gòu)名稱、組織機(jī)構(gòu)代碼、機(jī)構(gòu)類別、機(jī)構(gòu)等級(jí)、經(jīng)緯度、街道編碼、地址、空間信息。

4.3.4 死因業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)表 包含字段有卡片編號(hào)、基本個(gè)人信息(姓名、性別、文化程度等)、死亡日期、戶籍地址、直接導(dǎo)致死亡疾病(原因)A、B引起A的疾病或情況、C引起B(yǎng)的疾病或情況、診斷單位、生前主要疾病最高診斷依據(jù)等。

4.3.5 老年病統(tǒng)計(jì)信息表 包含字段有區(qū)劃編碼、區(qū)劃名稱、體檢人數(shù)、體檢率、老年常見慢性病(高血壓、糖尿病、脂肪肝、高血脂、痛風(fēng))患病率、知曉率和控制率、肥胖率、現(xiàn)在吸煙率、現(xiàn)在飲酒率、體育鍛煉率等。

4.3.6 街道編碼對(duì)照表 死因個(gè)案數(shù)據(jù)來(lái)源于武漢市死因網(wǎng)絡(luò)直報(bào)系統(tǒng)，該系統(tǒng)行政區(qū)劃編碼與國(guó)家級(jí)或市級(jí)編碼均不一致，故設(shè)計(jì)街道編碼對(duì)照表，字段包括(死因)區(qū)級(jí)編碼、(死因)區(qū)級(jí)名稱、(死因)鄉(xiāng)鎮(zhèn)編碼、(死因)鄉(xiāng)鎮(zhèn)名稱、(武漢市)鄉(xiāng)鎮(zhèn)名稱、(武漢市)鄉(xiāng)鎮(zhèn)編碼、(國(guó)家)區(qū)級(jí)名稱、(國(guó)家)區(qū)級(jí)編碼。

4.3.7 ICD10標(biāo)準(zhǔn)編碼表 引用國(guó)際疾病分類(International Classification of Diseases，ICD)部分內(nèi)容，字段包括病種編碼、名稱、簡(jiǎn)稱、分類。

4.3.8 其他數(shù)據(jù)庫(kù)表 主要是系統(tǒng)運(yùn)維相關(guān)表，如用戶信息、用戶角色、系統(tǒng)日志等。

5 結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)對(duì)武漢市死因監(jiān)測(cè)歷史業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，按照統(tǒng)一規(guī)范建設(shè)相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)，結(jié)合行政區(qū)劃、醫(yī)療機(jī)構(gòu)、水域等多方地理信息數(shù)據(jù)，以ArcGIS、WebGIS等技術(shù)作為支撐，實(shí)現(xiàn)武漢市居民死亡情況個(gè)案數(shù)據(jù)空間化展示，以實(shí)際業(yè)務(wù)需求為依據(jù)，實(shí)現(xiàn)如熱力圖顯示、數(shù)據(jù)篩選、圖層控制等多種展示、統(tǒng)計(jì)、分析功能，為專業(yè)技術(shù)人員分析和研究多維數(shù)據(jù)提供新手段。同時(shí)實(shí)現(xiàn)宏觀重點(diǎn)指標(biāo)和數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)趨勢(shì)信息展示，為主管人員制定相關(guān)工作計(jì)劃提供參考依據(jù)。