3S技術(shù)在城市社區(qū)疫情防控管理信息系統(tǒng)中的應(yīng)用

張 萍 趙 祺 張瑞芳

最近的幾年時(shí)間，人類正在經(jīng)歷一場(chǎng)嚴(yán)重的傳染病大流行，無數(shù)人失去生命，世界經(jīng)濟(jì)陷入衰退，社會(huì)民生遭遇重創(chuàng)。傳染性疾病對(duì)于公共健康的威脅時(shí)刻存在，人類已進(jìn)入后疫情時(shí)代[1，2]。城市社區(qū)作為組成城市的細(xì)胞，是支持城市功能和形態(tài)的重要空間組織形式。針對(duì)新冠疫情等傳染性疾病的特點(diǎn)和防控需求和目的，城市社區(qū)成為疫情防控的最終環(huán)節(jié)。

為了更科學(xué)、有效地加強(qiáng)社區(qū)疫情防控管理，需要將大數(shù)據(jù)和導(dǎo)航定位等現(xiàn)代信息技術(shù)尤其是3S 技術(shù)應(yīng)用到社區(qū)疫情防控管理中，實(shí)現(xiàn)疫情防控的系統(tǒng)化和智能化，保障人民的生命財(cái)產(chǎn)安全，促進(jìn)社會(huì)和諧發(fā)展。3S 技術(shù)是衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)（GNSS）、遙感技術(shù)（RS）和地理信息系統(tǒng)技術(shù)（GIS）的統(tǒng)稱，是多學(xué)科高度集成的能夠?qū)?duì)空間信息進(jìn)行采集、處理、管理、分析和應(yīng)用的現(xiàn)代信息技術(shù)。

本文以某社區(qū)為例，選用SuperMap為GIS 基礎(chǔ)應(yīng)用平臺(tái)，利用衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)GNSS 和遙感技術(shù)RS，探討3S技術(shù)在城市社區(qū)疫情防控管理信息系統(tǒng)中的應(yīng)用。

1 3S 技術(shù)在城市社區(qū)疫情防控管理信息系統(tǒng)中的應(yīng)用

1.1 3S 技術(shù)的應(yīng)用

隨著3S 技術(shù)的不斷發(fā)展，將其構(gòu)建為一個(gè)強(qiáng)大的技術(shù)體系，可實(shí)現(xiàn)對(duì)各種空間信息和環(huán)境信息的快速、準(zhǔn)確、可靠地收集、處理與更新。GNSS 能夠?qū)崟r(shí)快速準(zhǔn)確地提供目標(biāo)的空間位置。RS 能夠?qū)崟r(shí)地提供目標(biāo)及其環(huán)境的變化信息，及時(shí)地對(duì)GIS 進(jìn)行數(shù)據(jù)更新。GIS 對(duì)多種來源的時(shí)空數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和更新管理、空間分析和輔助決策。根據(jù)疫情防控的特點(diǎn)，疫情防控管理信息系統(tǒng)對(duì)地理空間數(shù)據(jù)有較大的依賴性。

通過安裝在個(gè)人手機(jī)上的GNSS 定位功能，能夠?qū)崟r(shí)精確地獲取目標(biāo)的空間位置信息，確定信息系統(tǒng)中的空間定位數(shù)據(jù)。通過RS 提供的遙感影像對(duì)信息系統(tǒng)中社區(qū)位置影像和有關(guān)道路等數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)更新和處理。通過GIS 能夠?qū)Ω鞣N屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)等信息進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、管理、分析和應(yīng)用。將3S 技術(shù)應(yīng)用到城市社區(qū)疫情防控管理信息系統(tǒng)中，能夠滿足對(duì)疫情防控的圖形和屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)準(zhǔn)確獲取和更新、空間查詢和空間分析等多種功能需求，更科學(xué)、有效地進(jìn)行疫情防控管理[3，4]。

1.2 系統(tǒng)總體功能設(shè)計(jì)

城市社區(qū)疫情防控管理信息系統(tǒng)的目的是以地理信息系統(tǒng)GIS 技術(shù)為核心，以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為傳輸媒體，使用可視化技術(shù)建立疫情防控管理和決策支持工具。根據(jù)城市社區(qū)疫情防控管理信息系統(tǒng)的總體目標(biāo)和具體需求，以GNSS 和RS 為空間數(shù)據(jù)采集和更新來源，以GIS 為基礎(chǔ)平臺(tái)，將系統(tǒng)總體功能分為空間數(shù)據(jù)管理、屬性數(shù)據(jù)管理和空間分析3 個(gè)模塊（圖1）。

圖1 城市社區(qū)疫情防控管理信息系統(tǒng)總體功能模塊（來源：作者自繪）

空間數(shù)據(jù)管理模塊主要是對(duì)空間定位數(shù)據(jù)、各種圖形數(shù)據(jù)及遙感影像等圖形數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、更新和管理。屬性數(shù)據(jù)管理模塊是對(duì)社區(qū)所屬居民個(gè)人和家庭信息、社區(qū)相關(guān)的醫(yī)療消防超市物流派出所等公共信息以及社區(qū)工作人員志愿者等屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、編輯和更新等管理。空間分析模塊主要對(duì)各種空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行空間查詢、統(tǒng)計(jì)和各種空間分析，為相關(guān)部門進(jìn)行預(yù)測(cè)和決策提供良好的科學(xué)支持和幫助。如社區(qū)居民各年齡組成的統(tǒng)計(jì)分析、以某病例所在的樓棟或者以某條道路為對(duì)象所做的緩沖區(qū)分析、消防救援物流等的最優(yōu)路徑分析等。

1.3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

根據(jù)GIS 數(shù)據(jù)庫和疫情防控信息的特點(diǎn)，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫分為空間圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)。

為了提高地圖中各個(gè)要素的檢索速度，便于數(shù)據(jù)的靈活調(diào)用、更新及管理，在空間數(shù)據(jù)庫中，將不同類別的圖形要素進(jìn)行分層存放，每層存放一種專題或一類信息，如社區(qū)平面圖、地形圖、遙感圖、道路交通圖等。各種圖形數(shù)據(jù)的獲取和更新可以從其他系統(tǒng)調(diào)入（如CAD 圖）、通過數(shù)字化儀或者掃描儀等設(shè)備輸入、通過GNSS 等技術(shù)實(shí)時(shí)獲取定位數(shù)據(jù)或者利用RS 遙感影像等。

屬性數(shù)據(jù)主要是社區(qū)建筑物及其附屬設(shè)施信息、社區(qū)工作人員和居民的各種基本信息、社區(qū)服務(wù)管理信息以及管理文件等數(shù)據(jù)信息。屬性數(shù)據(jù)一般以文字或者表格的形式保存，詳見表1 和表2所示。

表1 住戶信息表結(jié)構(gòu)

表2 社區(qū)工作人員及志愿者信息表結(jié)構(gòu)

2 城市社區(qū)疫情防控管理信息系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)

2.1 空間查詢

空間查詢主要包括3 種方式：圖形數(shù)據(jù)的查詢、屬性數(shù)據(jù)的查詢、圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的雙向查詢。

各種圖形信息按層進(jìn)行組織，各層可以分別觀察也可以疊加顯示。圖形數(shù)據(jù)查詢可以進(jìn)行圖形選擇、移動(dòng)、放大、縮小等方式獲取圖形信息。屬性數(shù)據(jù)的查詢?cè)谝咔榉揽毓芾碇惺欠浅Ｖ匾?。社區(qū)管理人員、居民和各級(jí)管理決策部門相關(guān)人員都可以根據(jù)需要進(jìn)行各種圖形信息和屬性信息查詢。

例如居民可以查詢社區(qū)建筑物及附屬設(shè)施位置（住宅區(qū)、道路、管線、消防、物業(yè)、核酸檢測(cè)點(diǎn)、物流配送點(diǎn)、確診病例所在位置、各物業(yè)管控區(qū)域位置等）和社區(qū)工作人員、居民和志愿者信息；各級(jí)管理人員可以根據(jù)病例信息，查詢其所在的樓棟位置和周邊人員構(gòu)成及其統(tǒng)計(jì)信息等。

GIS 具有很強(qiáng)的空間查詢和空間分析能力。GIS 利用空間信息分析技術(shù)，通過對(duì)原始數(shù)據(jù)模型的觀察和實(shí)驗(yàn)獲得新的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)，并以此作為空間行為的決策依據(jù)。

基于3S 技術(shù)的城市社區(qū)疫情防控管理信息系統(tǒng)的空間分析功能，主要包括空間查詢、疊置分析、緩沖區(qū)分析、網(wǎng)絡(luò)分析、統(tǒng)計(jì)分析和各種專題地圖制作等內(nèi)容。

2.2 緩沖區(qū)分析和疊加分析

緩沖區(qū)是地圖窗口中包圍一個(gè)線對(duì)象、區(qū)域?qū)ο?、符?hào)對(duì)象或其它任何對(duì)象的區(qū)域。緩沖區(qū)分析是針對(duì)點(diǎn)、線、面實(shí)體，自動(dòng)建立其周圍一定寬度范圍以內(nèi)的緩沖區(qū)多邊形。點(diǎn)實(shí)體的緩沖區(qū)通常以點(diǎn)為圓心以一定距離為半徑的圓。線實(shí)體的緩沖區(qū)通常以線為中心軸線，距中心軸線一定距離的平行條帶多邊形。面實(shí)體的緩沖區(qū)以多邊形邊界向外或向內(nèi)擴(kuò)展一定距離以生成新的多邊形。緩沖區(qū)分析是地理信息系統(tǒng)空間分析功能之一，空間疊加是指將兩幅或多幅圖以相同的空間位置重疊在一起，經(jīng)過圖形和屬性運(yùn)算形成新的空間區(qū)域的過程。疊加產(chǎn)生新的每幅圖稱為一個(gè)疊置層，反映了某一方面的專題信息[5，6]。

根據(jù)緩沖區(qū)分析確立物流和核酸檢測(cè)點(diǎn)的最優(yōu)位置。根據(jù)緩沖區(qū)分析確定病例周邊一定范圍內(nèi)的防控區(qū)域，和社區(qū)建筑物及其附屬設(shè)施等進(jìn)行疊加分析，可以及時(shí)準(zhǔn)確地對(duì)疫情防控信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)顯示和分析，更科學(xué)有效地制定防控措施。例如，某社區(qū)發(fā)現(xiàn)一例核酸檢測(cè)陽性病例，為防止疫情擴(kuò)散，需要根據(jù)在此病例周圍1 000 米范圍內(nèi)居民、道路、物流等信息制定防控措施。系統(tǒng)以此病例所在位置建立半徑為1 000 米的緩沖區(qū)，將緩沖區(qū)圖形與社區(qū)平面圖、交通圖等進(jìn)行疊加。查詢緩沖區(qū)內(nèi)社區(qū)居民的個(gè)人信息和統(tǒng)計(jì)信息、社區(qū)服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)等各種附屬設(shè)施信息、道路、消防和醫(yī)療等社會(huì)信息（圖2）。

圖2 緩沖區(qū)分析和疊加分析（來源：作者自繪）

2.3 網(wǎng)絡(luò)分析

網(wǎng)絡(luò)分析是通過研究網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)以及模擬和分析資源在網(wǎng)絡(luò)上的流動(dòng)和分配情況，對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及其資源等的優(yōu)化問題進(jìn)行研究的一種空間分析方法。網(wǎng)絡(luò)分析目的是研究和籌劃一項(xiàng)網(wǎng)絡(luò)工程如何安排，并使其運(yùn)行效果最好。網(wǎng)絡(luò)分析主要包括最優(yōu)路徑和資源分配。

最優(yōu)路徑分析包括確定起點(diǎn)和終點(diǎn)，求代價(jià)較小的最佳路徑。資源分配有由分配中心向四周輸出和由四周向中心集中2種分配方式。在社區(qū)疫情防控管理中，通過網(wǎng)絡(luò)分析可以確定防控期間物流和核酸檢測(cè)等網(wǎng)點(diǎn)的位置，以及資源分配中的最有效流動(dòng)和合理布局。

2.4 統(tǒng)計(jì)圖表和專題地圖分析

將實(shí)體的特征和實(shí)體間與空間無關(guān)的相互關(guān)系采用表格和圖形表示，便于對(duì)這些信息進(jìn)行全面和直觀的了解。統(tǒng)計(jì)圖常用的形式有餅狀圖、柱狀圖、扇形圖、直方圖和折線圖等。統(tǒng)計(jì)圖與地圖的綜合使用形成專題地圖。

專題地圖是分析和表現(xiàn)數(shù)據(jù)的一種強(qiáng)有力的方式，可以清楚地看到在數(shù)據(jù)列表形式中幾乎無法發(fā)現(xiàn)的模式和趨勢(shì)。專題地圖的基本類型有范圍圖、直方圖、餅圖、等級(jí)符號(hào)等。例如，可用符號(hào)顯示社區(qū)不同年齡層次的居民構(gòu)成情況、根據(jù)疫情發(fā)展情況由淺至深的顏色表達(dá)社區(qū)的不同感染情況等。

3 結(jié)語

將3S 技術(shù)應(yīng)用到城市社區(qū)疫情防控管理中，可以實(shí)時(shí)準(zhǔn)確獲取和更新防控管理的圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，通過GIS 空間查詢和分析功能，對(duì)圖形和屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、查詢、統(tǒng)計(jì)分析、緩沖區(qū)分析、網(wǎng)絡(luò)分析，使疫情防控更科學(xué)和有效。