核酸檢測(cè)人流自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的研究和實(shí)現(xiàn)

［王俊 李紹焜 李成奇 劉玲 況冰］

1 引言

為防范疫情輸入風(fēng)險(xiǎn)，東莞開展多批次大規(guī)模核酸檢測(cè)篩查工作。在本輪東莞疫情的防控中，東莞移動(dòng)履行國企社會(huì)責(zé)任，在六月初緊急開發(fā)和上線核酸檢測(cè)點(diǎn)實(shí)時(shí)人流量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，解決了東莞一千多萬人口的核酸檢測(cè)排隊(duì)的痛點(diǎn)，避免了檢測(cè)點(diǎn)人員過度擁擠的風(fēng)險(xiǎn)疫情交叉感染風(fēng)險(xiǎn)，為推動(dòng)檢測(cè)工作有序順利開展提供了有力支撐。該系統(tǒng)有效擊中群眾檢測(cè)排隊(duì)痛點(diǎn)，一經(jīng)發(fā)出得到社會(huì)各界廣泛轉(zhuǎn)發(fā)，獲人民日?qǐng)?bào)、東莞日?qǐng)?bào)、廣州日?qǐng)?bào)、南方都市報(bào)、今日頭條、知東莞平臺(tái)、莞香花開等推廣報(bào)道，相關(guān)成果獲得東莞市政府高度評(píng)價(jià)。

本文提出了利用大數(shù)據(jù)用戶軌跡[1]識(shí)別模型+PYTHON+H5，搭建一個(gè)基于開放的地圖接口[2]和移動(dòng)通信基站信息[3～5]的核酸檢測(cè)點(diǎn)實(shí)時(shí)人流量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。此系統(tǒng)通過移動(dòng)大數(shù)據(jù)平臺(tái)提供的通信基站信息，具有環(huán)境搭建快速、計(jì)算量少、實(shí)時(shí)性高的特點(diǎn)，適用于核酸檢測(cè)點(diǎn)的場(chǎng)景特性。為了使人流量更準(zhǔn)確和實(shí)時(shí)，本文在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行了創(chuàng)新和優(yōu)化，有效解決了核酸檢測(cè)點(diǎn)定位不準(zhǔn)、模型分析時(shí)間長(zhǎng)、人工更新效率低和應(yīng)用安全性低的問題，提高了核酸檢測(cè)點(diǎn)人流量的準(zhǔn)確性、安全性和更新的效率。

2 位置信息自動(dòng)化處理模型

本次研究的背景是東莞的大規(guī)模核酸檢測(cè)，所以研究區(qū)域是東莞市轄區(qū)，核酸檢測(cè)點(diǎn)有700 多個(gè)。如果是人工一個(gè)個(gè)定位，費(fèi)時(shí)費(fèi)力且無法在給定時(shí)間內(nèi)完成。在分別對(duì)比百度地圖接口與高德地圖接口之后，100%的名稱能定位到經(jīng)緯度，但單獨(dú)一個(gè)地圖定位的經(jīng)緯度準(zhǔn)確率只有80%，有約20%的名稱定位到的經(jīng)緯度是明顯不對(duì)的，各有優(yōu)缺點(diǎn)。通過移動(dòng)基站信息定位的經(jīng)緯度準(zhǔn)確率極高，約95%，但是只有65%的名稱能匹配到位置。

為了解決上述問題，通過創(chuàng)造性的結(jié)合百度、高德百度等開放的地圖lbsapi-poi 接口，自研python 程序，快速獲取核酸檢測(cè)點(diǎn)的經(jīng)緯度，并通過多個(gè)來源的經(jīng)緯度進(jìn)行交叉驗(yàn)證，以位置相似的經(jīng)緯度作為核酸檢測(cè)點(diǎn)的經(jīng)緯度，提高經(jīng)緯度的準(zhǔn)確性。優(yōu)化后，近100%的名稱能定位到經(jīng)緯度，能定位到經(jīng)緯度的坐標(biāo)準(zhǔn)確率約93%。經(jīng)緯度準(zhǔn)確性有明顯提升。處理模型如圖1 所示。

圖1 位置信息自動(dòng)化處理原理圖

3 核酸檢測(cè)點(diǎn)人流量分析模型

3.1 人流量模型基站覆蓋范圍[6]計(jì)算

根據(jù)核酸檢測(cè)點(diǎn)的經(jīng)緯度，圈定覆蓋核酸檢測(cè)點(diǎn)周邊的基站，并對(duì)圈定基站附著的號(hào)碼進(jìn)行記錄。覆蓋范圍由基站的波長(zhǎng)、發(fā)射功率、手機(jī)接收功率等共同決定，如公式（1）所示（d：電磁波覆蓋距離。λ：電磁波波長(zhǎng)。Pt：基站發(fā)射功率。Pr：手機(jī)接收功率。Dt：基站天線發(fā)射增益。Dr：手機(jī)天線接收增益。）。

4G 基站覆蓋距離大多在300～500 m，平均在400 m左右。這個(gè)數(shù)值一方面是因?yàn)槌鞘薪ㄖ镎趽鯇?dǎo)致的覆蓋距離短，另一方面也是因?yàn)槿丝谶^于密集基站主動(dòng)收縮了覆蓋距離減少覆蓋區(qū)域內(nèi)用戶數(shù)量的結(jié)果?；拘盘?hào)覆蓋圖如圖2 所示。

3.2 人流量模型關(guān)鍵變量初選

根據(jù)基站人流量特征對(duì)數(shù)10個(gè)緯度的變量進(jìn)行篩選，選出對(duì)人流量識(shí)別可能存在關(guān)聯(lián)的變量，對(duì)明顯沒有相關(guān)性的變量進(jìn)行剔除，選定19 個(gè)初選變量如圖3 所示。

3.3 特征選擇

特征選擇的目標(biāo)是尋找最優(yōu)特征子集。特征選擇能剔除不相關(guān)或冗余的特征，從而達(dá)到減少特征個(gè)數(shù)，提高模型精確度，減少運(yùn)行時(shí)間的目的。

我們使用隨機(jī)森林[7,8]進(jìn)行特征選擇，隨機(jī)森林不僅在預(yù)測(cè)問題上有著廣泛的應(yīng)用，在特征選擇中也有一定的應(yīng)用，這是因?yàn)?，隨機(jī)森林模型在擬合數(shù)據(jù)后，會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)屬性列，有一個(gè)變量重要性的度量，在sklearn[9]中即為隨機(jī)森林模型的feature_importances_參數(shù)，這個(gè)參數(shù)將返回一個(gè)numpy 數(shù)組對(duì)象，數(shù)組里的元素對(duì)應(yīng)為隨機(jī)森林模型在擬合后認(rèn)為的所給訓(xùn)練屬性列的重要程度，是數(shù)值類型數(shù)據(jù)，數(shù)組中元素之和為1。變量重要性度量數(shù)組中，數(shù)值越大的屬性列對(duì)于預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性更加重要。隨機(jī)森林具有準(zhǔn)確率高、魯棒性好、易于使用等優(yōu)點(diǎn)，這使得它成為了目前最流行的機(jī)器學(xué)習(xí)算法之一。結(jié)果如圖4 所示。

圖2 基站信號(hào)覆蓋圖

圖3 特征點(diǎn)初選

圖4 最終入模變量及其系數(shù)

圖5 人流量對(duì)比圖

3.4 模型生成

利用移動(dòng)基站通信數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)各個(gè)核酸檢測(cè)點(diǎn)的人流量，獲得當(dāng)前人流量數(shù)據(jù)。通過保存每個(gè)時(shí)刻的人流量記錄，建立歷史人流量數(shù)據(jù)。通過歷史人流與當(dāng)前人流垂直對(duì)比，推算滯留量、滯留時(shí)長(zhǎng)可以得出排隊(duì)人數(shù)、排隊(duì)時(shí)間。通過附近基站的號(hào)碼軌跡以及對(duì)比當(dāng)前和歷史的人流量，預(yù)測(cè)短期內(nèi)客流量的增長(zhǎng)變化趨勢(shì)。趨勢(shì)如圖5 所示。

4 基于APP 組件平臺(tái)的動(dòng)態(tài)H5 應(yīng)用

核酸檢測(cè)點(diǎn)人流量應(yīng)用選擇了基于組件開放平臺(tái)的前后端分離模式[10]，后端借助組件開放平臺(tái)開發(fā)自定義函數(shù)處理數(shù)據(jù)；快速開發(fā)后臺(tái)數(shù)據(jù)導(dǎo)入接口，使得自動(dòng)化更新成為可能；前端實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)化更新，使得核酸檢測(cè)點(diǎn)的增減都可以實(shí)時(shí)體現(xiàn)在頁面上。為了解決應(yīng)用安全性低的問題，增加了一鍵登錄、短信驗(yàn)證碼、防止JS 腳本注入和防XSS 跨站攻擊技術(shù)，有效提高站點(diǎn)的安全性。核酸檢測(cè)點(diǎn)人流量應(yīng)用如圖6 所示。

5 結(jié)論與展望

圖6 應(yīng)用實(shí)際效果圖

圖7 成果應(yīng)用推廣

本文搭建的核酸檢測(cè)點(diǎn)實(shí)時(shí)人流量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括3 個(gè)部分：（1）核酸檢測(cè)點(diǎn)自動(dòng)化定位模型；（2）核酸檢測(cè)點(diǎn)人流量分析模型；（3）動(dòng)態(tài)H5 應(yīng)用。該系統(tǒng)搭建成本小、速度快、使用方便的特點(diǎn)，不僅適用于核酸檢測(cè)點(diǎn)人流量監(jiān)控，還可用于熱點(diǎn)景區(qū)人流量監(jiān)控、車站人流量監(jiān)控等熱點(diǎn)場(chǎng)景，具有一定的可推廣性，可以為政府及時(shí)調(diào)配資源提供有力的信息支撐，也可以為群眾錯(cuò)峰出行提供參考信息。本應(yīng)用成果如圖7 所示。