威海市一體化疫情防控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

0 引言

2020年初，新型冠狀病毒肺炎（以下簡(jiǎn)稱新冠肺炎）疫情（以下簡(jiǎn)稱疫情）暴發(fā)。為了全面落實(shí)黨中央、國(guó)務(wù)院關(guān)于戰(zhàn)勝疫情的重要部署，按照“疫情就是命令，防護(hù)就是責(zé)任”的要求，威海市緊急開發(fā)部署了公共場(chǎng)所出入登記系統(tǒng)，對(duì)城市人員流動(dòng)進(jìn)行監(jiān)管。為了保障復(fù)工復(fù)學(xué)的正常秩序和登記核查，在全市50 000余處檢疫點(diǎn)（涵蓋公共交通、公共場(chǎng)所、重要活動(dòng)賽事場(chǎng)館、機(jī)關(guān)單位、企事業(yè)單位、景區(qū)、小區(qū)出入口等）實(shí)行了掃碼登記，覆蓋社區(qū)5 130個(gè)，累計(jì)掃碼量達(dá)到3 646萬次，系統(tǒng)注冊(cè)用戶達(dá)到147萬余人，匹配外地來威海市的人員57.65萬人，其中山東省內(nèi)人員41.32萬人、山東省外人員16.33萬人，單日最高掃碼量達(dá)到100萬余次。全市超過19 000家復(fù)工商超、企業(yè)采用該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了復(fù)工后的人員進(jìn)出管理。

隨著德爾塔毒株的出現(xiàn)，疫情開始在全國(guó)多點(diǎn)暴發(fā)，疫情防控形勢(shì)變得嚴(yán)峻復(fù)雜。新的形勢(shì)提出了新的、更高的要求。一是如果威海市再次發(fā)生疫情，根據(jù)疫情防控工作的總體要求，必須迅速開展全員核酸檢測(cè)，要求1天內(nèi)完成全市300多萬人口的全員集中核酸檢測(cè)任務(wù)，這對(duì)疫情防控系統(tǒng)的性能和并發(fā)量提出了很高的要求；二是滿足日常對(duì)重點(diǎn)人群、14類人群的應(yīng)檢盡檢要求，需要采集和對(duì)比來自多個(gè)數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)；三是系統(tǒng)使用主體更加多樣化，包括采樣機(jī)構(gòu)、采樣窗口、檢測(cè)機(jī)構(gòu)、樣本中轉(zhuǎn)站、市級(jí)衛(wèi)生健康委員會(huì)、區(qū)市衛(wèi)生健康局、公安局、市場(chǎng)監(jiān)管局、疾控中心、商務(wù)局、藥店管理員、各年齡段市民等，部署點(diǎn)位更加多樣。這就要求必須站在全市的高度，統(tǒng)籌全局，統(tǒng)合資源，對(duì)疫情防控系統(tǒng)進(jìn)行一體化的總體設(shè)計(jì)。

原威海市公共場(chǎng)所出入登記系統(tǒng)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足上述新形勢(shì)的需求。為了更有效地應(yīng)對(duì)復(fù)雜嚴(yán)峻的疫情防控形勢(shì)，威海市大數(shù)據(jù)中心決定建設(shè)威海市一體化疫情防控系統(tǒng)，依托云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新興技術(shù)[1-9]，在政府相關(guān)部門、醫(yī)院、核酸采樣和檢測(cè)機(jī)構(gòu)、鎮(zhèn)街、社區(qū)等各級(jí)相關(guān)單位之間實(shí)現(xiàn)一體化的協(xié)同聯(lián)動(dòng)機(jī)制，優(yōu)化疫情防控工作流程，提高工作效率，精準(zhǔn)管控重點(diǎn)人群信息及狀態(tài)，提升疫情防控能力。

1 疫情防控存在的問題及相應(yīng)對(duì)策

（1）難點(diǎn)和挑戰(zhàn)

疫情防控工作涉及的點(diǎn)多面廣，疫情防控系統(tǒng)的使用主體、操作人員及管理對(duì)象構(gòu)成復(fù)雜，要使其發(fā)揮更大的作用，還面臨諸多挑戰(zhàn)。

一是系統(tǒng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的依賴性過高。系統(tǒng)的服務(wù)端是基于政務(wù)外網(wǎng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，用戶端是基于互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，因此系統(tǒng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和帶寬的依賴性非常高。用戶的核酸檢測(cè)登記和出入登記，以及檢查點(diǎn)管理端人員的綁管和檢測(cè)操作都要依賴互聯(lián)網(wǎng)。如果網(wǎng)絡(luò)癱瘓，再多的服務(wù)器和再有效的流程優(yōu)化也無法開展出入亮碼登記和核酸檢測(cè)工作。

二是個(gè)人基本信息依靠人工錄入。威海市新冠肺炎核酸檢測(cè)信息系統(tǒng)主要依托檢測(cè)機(jī)構(gòu)建立，大多屬于院內(nèi)檢測(cè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的延伸。院外集中檢測(cè)送檢信息主要依靠人工錄入。在開展全員核酸檢測(cè)時(shí)，若依靠人工錄入來登記人員基本信息，根本無法在指定時(shí)間（1天）內(nèi)完成全員核酸檢測(cè)任務(wù)。另外，在緊急情況下，人工錄入容易出錯(cuò)。

三是部分老年人使用手機(jī)等智能移動(dòng)終端不便。有些老年人可能不會(huì)使用甚至沒有智能手機(jī)，無法出示健康碼、行程碼。

四是入境船舶信息填報(bào)不便。威海市海岸線長(zhǎng)達(dá)近千公里，有若干個(gè)遠(yuǎn)洋貨運(yùn)碼頭和修船塢。入境船舶人員復(fù)雜，這些人員（含外籍員工）有可能與境外人員接觸，這給疫情防控帶來了嚴(yán)重隱患。

（2）應(yīng)對(duì)措施

針對(duì)上述4個(gè)難點(diǎn)和挑戰(zhàn)，威海市一體化疫情防控系統(tǒng)采取了以下應(yīng)對(duì)措施。

一是為基層工作人員開發(fā)脫網(wǎng)版客戶端App。采取最原始的單機(jī)模式，徹底解決系統(tǒng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的過度依賴問題。在極端情況發(fā)生時(shí)，基層工作人員可以手動(dòng)輸入個(gè)人信息，將綁管和綁箱的代碼直接輸入手機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)緩存，待網(wǎng)絡(luò)暢通之后，再一鍵上傳。這從根本上解決了當(dāng)健康碼崩潰或網(wǎng)絡(luò)癱瘓時(shí)，無法進(jìn)行核酸檢測(cè)等重大問題。

二是盡量減少人工錄入環(huán)節(jié)，特別是針對(duì)基層應(yīng)用。通過生成和掃描二維碼的方式進(jìn)行信息錄入，盡量避免人工錄入信息。

三是應(yīng)用圖像識(shí)別技術(shù)，通過掃描身份證，識(shí)別老年人以及使用智能終端不方便的人群的身份信息，并從共享數(shù)據(jù)庫中拉取健康碼以及行程碼信息，解決了使用智能終端不方便的群體的難題。

四是針對(duì)入境船舶信息填報(bào)不便的問題，調(diào)整完善入境船舶防疫模塊功能，貼近口岸防控、海上防控實(shí)地工作需求，實(shí)現(xiàn)出入境船舶艘次、船員人數(shù)、離船入境船員人數(shù)、集中隔離船員人數(shù)、陽性船員人數(shù)、塢修船廠基本信息、船舶基本信息、隨船人員基本信息等的系統(tǒng)填報(bào)。

2 一體化疫情防控系統(tǒng)架構(gòu)及性能優(yōu)化

2.1 設(shè)計(jì)原則

威海市一體化疫情防控系統(tǒng)遵循“三個(gè)

全覆蓋”“兩個(gè)聚焦”原則進(jìn)行總體設(shè)計(jì)。

（1）三個(gè)全覆蓋

一是業(yè)務(wù)全覆蓋。凡是涉及疫情防控的業(yè)務(wù)都要納入一體化疫情防控系統(tǒng)，只有這樣才能全面掌握疫情情況，才能快速、精準(zhǔn)地分析研判疫情態(tài)勢(shì)。

二是點(diǎn)位全覆蓋。一體化疫情防控系統(tǒng)要覆蓋所有城市管轄區(qū)域的出入口，包括市內(nèi)所有公共場(chǎng)所以及機(jī)場(chǎng)、高鐵站、汽車站、碼頭、船舶塢修基地、高速路出入口、公路出入口等。只有這樣才能全面排查、梳理紅黃碼（包括高中風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)來威海市）人員的流入情況。

三是人員全覆蓋。全市市民核酸檢測(cè)情況、紅黃碼人員情況、重點(diǎn)人員“應(yīng)檢盡檢”情況、密接/次密接人員信息、排查隨訪人員信息等均需錄入系統(tǒng)，并及時(shí)進(jìn)行更新。

（2）兩個(gè)聚焦

一是聚焦管理大閉環(huán)，實(shí)現(xiàn)工作鏈條全程可追溯。將重點(diǎn)人員的基礎(chǔ)信息、重要工作運(yùn)轉(zhuǎn)流程納入系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全鏈條管控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和堵塞工作漏洞。

二是聚焦便捷易用性。貼近基層使用人員，通過多種方式收集改進(jìn)意見和建議，并完善功能、優(yōu)化流程等，從而提升用戶的使用體驗(yàn)。

2.2 系統(tǒng)架構(gòu)

威海市一體化疫情防控系統(tǒng)總體架構(gòu)采用4層架構(gòu)、兩大體系，如圖1所示。

圖1 威海市一體化疫情防控系統(tǒng)總體架構(gòu)

● 基礎(chǔ)設(shè)施層：主要包括網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備、安全設(shè)備等，是構(gòu)成平臺(tái)運(yùn)行的重要基礎(chǔ)。在起始階段，系統(tǒng)配置了30臺(tái)高性能服務(wù)器、3 GB帶寬，確保系統(tǒng)具有足夠的計(jì)算、存儲(chǔ)和傳輸能力及冗余性。

● 數(shù)據(jù)資源層：集中管理多個(gè)來源的需要交換和共享的數(shù)據(jù)資源，包括交換數(shù)據(jù)庫、目錄數(shù)據(jù)庫和共享數(shù)據(jù)庫等。數(shù)據(jù)資源層為應(yīng)用支撐層提供高效、安全的數(shù)據(jù)訪問服務(wù)。

● 應(yīng)用支撐層：包括由服務(wù)總線、流程引擎、消息中間件等組成的基礎(chǔ)服務(wù)，以及橋接子系統(tǒng)、目錄服務(wù)子系統(tǒng)、信息交換子系統(tǒng)、監(jiān)控管理子系統(tǒng)等應(yīng)用支撐子系統(tǒng)。

● 應(yīng)用層：面向系統(tǒng)用戶，提供一體化疫情防控系統(tǒng)的各種應(yīng)用，如出入登記、核酸檢測(cè)、疫苗接種、藥店購(gòu)藥、密接管理、重點(diǎn)人群管理等。

● 安全保障體系：貫穿于一體化疫情防控系統(tǒng)總體架構(gòu)的各個(gè)層面，平臺(tái)各系統(tǒng)的建設(shè)都必須釆取相應(yīng)的安全保障措施，以保證平臺(tái)安全可靠運(yùn)行。其包括主機(jī)安全、網(wǎng)絡(luò)安全、數(shù)據(jù)安全、應(yīng)用安全4個(gè)方面的相關(guān)管理制度以及技術(shù)要求。

● 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系：系統(tǒng)建設(shè)和運(yùn)維要遵循統(tǒng)一的規(guī)范體系，它是平臺(tái)各系統(tǒng)得以順利建設(shè)和正常運(yùn)行的基本保障。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系的建設(shè)內(nèi)容包括制定資源提供方、信息資源管理方、信息資源使用方、平臺(tái)運(yùn)維管理單位等的行為管理制度，以及完善電子政務(wù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系、建立信息資源共享交換相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，還需制定信息資源相關(guān)業(yè)務(wù)規(guī)范。

2.3 數(shù)據(jù)來源

威海市一體化疫情防控系統(tǒng)除了需要通過市共享交換平臺(tái)訪問市直各部門的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，還要對(duì)接山東省健康碼校驗(yàn)數(shù)據(jù)接口、山東省疫苗接種及核酸檢測(cè)校驗(yàn)數(shù)據(jù)接口、國(guó)家人口庫接口、山東省人口庫接口、威海市人口庫接口、威海市法人庫接口、工業(yè)和信息化部（以下簡(jiǎn)稱工信部）行程核驗(yàn)查詢短信驗(yàn)證服務(wù)接口、工信部行程核驗(yàn)信息服務(wù)接口（如圖2所示）。對(duì)于這些異構(gòu)多源大數(shù)據(jù)，需要使用數(shù)據(jù)處理技術(shù)，使其達(dá)到一體化疫情防控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)質(zhì)量要求。

圖2 一體化疫情防控系統(tǒng)對(duì)接數(shù)據(jù)源

2.4 功能架構(gòu)

威海市一體化疫情防控系統(tǒng)按照“三個(gè)全覆蓋”的要求，共設(shè)置出入登記、核酸檢測(cè)、疫苗接種、藥店購(gòu)藥、密接管理、重點(diǎn)人員管理6個(gè)子系統(tǒng)。在6個(gè)子系統(tǒng)下，根據(jù)疫情防控實(shí)際業(yè)務(wù)需求，共設(shè)置了56個(gè)工作模塊。

圖3所示為威海市一體化疫情防控系統(tǒng)功能架構(gòu)，限于篇幅，每個(gè)子系統(tǒng)只列3個(gè)功能模塊（每個(gè)模塊都由若干子模塊組成）。

圖3 威海市一體化疫情防控系統(tǒng)功能架構(gòu)

2.5 威海市一體化疫情防控系統(tǒng)性能優(yōu)化

因?yàn)橥Ｊ幸惑w化疫情防控系統(tǒng)具有使用面廣、應(yīng)用點(diǎn)位多等特點(diǎn)，所以人們對(duì)其性能和并發(fā)性要求非常高，特別是在進(jìn)行全員核酸檢測(cè)時(shí)，并發(fā)訪問請(qǐng)求會(huì)瞬間達(dá)到峰值，如果不進(jìn)行系統(tǒng)性能的全面優(yōu)化，很容易導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰，進(jìn)而造成整個(gè)疫情防控工作停頓的嚴(yán)重后果。

威海市一體化疫情防控系統(tǒng)主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。

● 系統(tǒng)分布式部署在多臺(tái)威海市政務(wù)云服務(wù)器上，通過負(fù)載均衡，將訪問量分配到各服務(wù)器中，降低單臺(tái)服務(wù)器的訪問壓力，同時(shí)保證部分單點(diǎn)服務(wù)停止后不影響整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

● 根據(jù)數(shù)據(jù)量將數(shù)據(jù)分表保存，將數(shù)據(jù)按照每千萬條分開保存，防止寫入過多導(dǎo)致數(shù)據(jù)查詢緩慢，定期統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)并將其緩存到單獨(dú)的統(tǒng)計(jì)表中，避免數(shù)據(jù)庫事務(wù)堆積引起的系統(tǒng)卡頓。

● 為了防止高峰期訪問量過多導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫崩潰，將上傳的信息先緩存到消息隊(duì)列，然后持久化存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中，從而降低數(shù)據(jù)寫入壓力，保證數(shù)據(jù)完整性。

● 采用數(shù)據(jù)推送策略，將需要頻繁檢索的數(shù)據(jù)（特別是各種統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)）提前保存到Redis（開源內(nèi)存數(shù)據(jù)庫）中，訪問時(shí)直接從Re d is中調(diào)用數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)新增或修改后實(shí)時(shí)更新到Redis中，提高訪問速度。

● 充分利用數(shù)據(jù)庫提供的計(jì)算能力，對(duì)關(guān)鍵字段添加索引，提升數(shù)據(jù)檢索效率。通過自定義數(shù)據(jù)庫任務(wù)、觸發(fā)器、存儲(chǔ)過程和函數(shù)等，盡量在數(shù)據(jù)庫內(nèi)部完成數(shù)據(jù)處理和計(jì)算，只向上一層返回必要的結(jié)果（或結(jié)果集），避免原始數(shù)據(jù)流出數(shù)據(jù)庫。

● 優(yōu)化查詢語句，對(duì)語句進(jìn)行預(yù)編譯，找到影響檢索效率的因素并進(jìn)行優(yōu)化，避免鎖死和檢索堆積問題。

● 開發(fā)測(cè)試模塊對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行壓力測(cè)試，對(duì)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景和大規(guī)模并發(fā)情況進(jìn)行模擬測(cè)試，修正可能出現(xiàn)的問題點(diǎn)。

● 將接口和數(shù)據(jù)對(duì)比等服務(wù)進(jìn)行單獨(dú)部署，以防其影響線上系統(tǒng)運(yùn)行。

● 數(shù)據(jù)處理流程一律在晚上10點(diǎn)至次日凌晨5點(diǎn)間運(yùn)行。如果這段時(shí)間出現(xiàn)疫情系統(tǒng)訪問高峰，則這些進(jìn)程依據(jù)優(yōu)先級(jí)自動(dòng)掛起。

為了檢驗(yàn)一體化疫情防控系統(tǒng)的性能和并發(fā)訪問承受能力，針對(duì)公共場(chǎng)所的疫情防控系統(tǒng)進(jìn)行壓力測(cè)試（見表1），結(jié)果表明，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)緩存、服務(wù)應(yīng)用、并發(fā)處理結(jié)果均在正常范圍內(nèi)。

表1 公共場(chǎng)所疫情防控系統(tǒng)壓力測(cè)試

3 應(yīng)用效果及未來展望

經(jīng)過一年多的不斷完善和優(yōu)化，威海市一體化疫情防控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了如下創(chuàng)新亮點(diǎn)。

一是精準(zhǔn)掌握目標(biāo)人群信息。將疫苗查詢子系統(tǒng)與山東省疫苗接種數(shù)據(jù)、全民核酸預(yù)先登記數(shù)據(jù)進(jìn)行核驗(yàn)對(duì)比，可及時(shí)掌握“誰沒打”“誰打過”等信息，為推進(jìn)疫苗接種工作提供有力的數(shù)據(jù)支撐。

二是跨層級(jí)、跨地域的疫情聯(lián)防聯(lián)控。依托省市兩級(jí)共享交換平臺(tái)，通過跨層級(jí)、跨地域的數(shù)據(jù)互認(rèn)共享，實(shí)現(xiàn)了新冠肺炎疫情的聯(lián)防聯(lián)控。

三是來威海市人員“雙碼齊驗(yàn)”。在高鐵、高速卡口、機(jī)場(chǎng)、醫(yī)院等重要場(chǎng)所通過刷身份證直接顯示個(gè)人健康狀態(tài)和個(gè)人行程軌跡狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)健康碼和行程碼的“雙碼齊驗(yàn)”。

四是基層應(yīng)用快捷高效。從一線防疫工作人員視角，優(yōu)化系統(tǒng)功能，使基層工作人員可以便捷操作，減輕工作負(fù)擔(dān)，提高工作效率。

威海市一體化疫情防控系統(tǒng)累計(jì)調(diào)用國(guó)家人口庫接口2 141萬次、山東省人口庫接口8.4萬次、山東省疫苗接種接口1.17億次、健康碼接口2.87億次，完成全市300多萬人口的數(shù)據(jù)對(duì)比工作，累計(jì)接種290.24萬人、719.31萬劑，其中18歲以上人群首劑接種覆蓋率率先完成省定任務(wù)，達(dá)到97.6%，居山東省第一；全市1 679家藥店實(shí)現(xiàn)購(gòu)買4類發(fā)熱藥品登記945.37萬次；協(xié)助公安部門完成了近15.9萬條數(shù)據(jù)的核驗(yàn)對(duì)比工作，數(shù)據(jù)去重后實(shí)現(xiàn)近10萬名重點(diǎn)人員核驗(yàn)，完成3.9萬名中高風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)人員的摸排隨訪工作。

威海市一體化疫情防控系統(tǒng)承受住了數(shù)次大并發(fā)量的訪問，其穩(wěn)健性、可靠性得到了實(shí)踐驗(yàn)證，正服務(wù)于全市6 463處檢疫點(diǎn)位，日均場(chǎng)所碼登記3.8萬次，健康碼登記7 000次，藥店登記3.5萬次，核酸采樣3.4萬次，達(dá)到了預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)。

在“2021（第三屆）中國(guó)數(shù)字政府特色案例評(píng)選”活動(dòng)中，威海市一體化疫情防控系統(tǒng)案例榮獲“數(shù)據(jù)體系創(chuàng)新獎(jiǎng)”；“威海市疫情防控一體化管理解決方案”被山東省大數(shù)據(jù)局、山東省工業(yè)和信息化廳評(píng)選為2021年度山東省大數(shù)據(jù)創(chuàng)新應(yīng)用優(yōu)秀解決方案和山東省優(yōu)秀大數(shù)據(jù)應(yīng)用案例。

未來將對(duì)威海市疫情防控一體化系統(tǒng)進(jìn)行如下優(yōu)化：一是繼續(xù)強(qiáng)化大數(shù)據(jù)處理工作，使大數(shù)據(jù)“可用”且“好用”，為更多大數(shù)據(jù)創(chuàng)新應(yīng)用場(chǎng)景提供數(shù)據(jù)支撐；二是利用大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘，綜合多個(gè)維度分析研判疫情發(fā)展總體態(tài)勢(shì)，對(duì)其發(fā)展趨勢(shì)做出及時(shí)、準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)；三是將人工智能技術(shù)、疾控領(lǐng)域?qū)I(yè)知識(shí)與應(yīng)急預(yù)案結(jié)合起來，使系統(tǒng)能更科學(xué)、更智能地應(yīng)對(duì)和處置突發(fā)疫情。