基于WebGIS的突发公共卫生事件预警预测系统

摘要:该文介绍了组件式开发突发性公共卫生事件预警预测系统。系统实现了实时监控模块、统计查询模块、趋势预测模块、指挥控制模块和数据维护模块。系统满足了定时访问和实时显示的监控预警功能、趋势预测功能以及对历史数据的统计查询功能。由系统得到准确直观的图形数据,提高了突发性公共卫生事件预警预测的实时性和可靠性。

关键词:公共卫生;预警预测;WebGIS

中图分类号:TP311文献标识码:A文章编号:1009-3044(2010)19-5254-02

The Warning and Forecasting System of Public Health Emergencies Based on WebGIS

CHEN Yong

(Artillery Academy of P.L.A, Hefei 230031, China)

Abstract:This article introduced the module type development burst characteristics public health event forewarns the forecast system. The system has realized the real-time monitoring module, the statistical inquiry module, the tendency forecast module, the command control module and the data maintenance module. The system satisfied fixed time visited and the real time display monitoring early warning function, the tendency forecast function as well as to the historical data statistical inquiry function. Obtains the accurate direct-viewing graphic data by the system, enhanced the burst characteristics public health event to forewarn the forecast timeliness and the reliability.

Key words: public health; early warning and forecast; webGIS

1 系统设计目标

系统设计的目标要求满足三个基本条件,即加强系统的实用性、降低系统的开发应用成本、提高系统的生命周期。一般而言,系统设计首先应根据系统研制的目标,确定系统必须具备的空间操作功能,其次是数据分类和编码,完成数据的存储和管理,最后是系统的建模和产品的输出,即应用设计。

根据系统研制的目标,规划系统的规模,确定系统的各组成部分。GIS总体设计的目标是一个优化的GIS,它必须具有运行效率高、可变性强、控制性能好等特点。为了提高系统的可变性,本系统采用模块化的结构设计。并采用分离数据库服务器的方式优化系统的运行效率。

2 系统设计方案

本系统主要在以下方面进行了设计:

数据库设计:根据数据流程,确立系统的逻辑模型,进行数据模型设计和数据结构设计,定义空间数据和非空间数据的连接关系。该系统主要涉及了两方面的数据,空间数据和属性数据。地图数据Tab格式文件进行存储,再由Mapinfo通过配置文件来调用和查询,并以图层的方式显示在地图管理器里。卫生状况的属性数据采用 SQL server2000数据库进行管理,主要存储有区域表、疾病分类表、病例表、病情统计表等属性表中,卫生状况的属性数据的查询采用了.NET的控件实现,有利于系统的扩展和维护。系统在数据的存储上采用了卫生状况的属性数据与空间数据分离的机制。采用空间数据库引擎MapXtreme2008管理空间数据,企业级关系数据库系统SQLserver2000管理属性数据。其中,SQL server2000存储的是卫生状况的属性数据,在地图中进行查询时实际使用的是卫生状况的属性数据的汇总,对病例的不同属性和不同类型的汇总统计,主要有按疾病名称的统计,按时间的统计,按发病区域的统计,按病例的临床分类的统计等[1]。

系统功能设计:对已确定功能的各模块软件功能实现具体化,确定每一个具体功能的开发难度、工作量、与数据的关系、软件之间调用关系、运行效率等。在本系统中主要实现的功能模块有:实时监控,统计查询,趋势预测,指挥控制和数据维护。如图1所示。

系统界面设计:定义系统菜单、窗口、对话框以及地图信息显示方式,规定显示的背景、各个页面间的衔接、图例、文字符号、颜色,定义主窗口、附图窗口等的配置方案。总体要求有着友好的界面[2-3]。

3 功能模块设计

3.1 实时监控

该模块的主要功能是将当天进入报告卡数据库中的数据实时显示在地理信息当中,主要实现了实时信息、报警设置和更新设置功能。实时信息是为了提供友好的界面以及信息获取的直观和方便性,将不同的诊断病例(临床诊断病例,实验室诊断病例,疑似病例,病原携带者)以直方图的形式显示出来,并制定了详细的信息面板,将最新数据实时的显示在信息面板中,协助管理人员了解最新的发病情况和疫情控制。报警设置是设置一定的条件,当所发生的卫生疫情病例超出了该条件之后发出警报,同时为了完善该系统的预警机制,设置数据的阈值,当数据库中更新的数据大于该阈值的时候,在前台的地图信息中以不同的颜色闪烁的表示出来,并且发出警报,达到预警的目的。通过该模块查询在当天时间内不同区域某种卫生病例数。更新设置是通过定时器功能,按照设定的时间将后台数据库中所获得数据,实时的反映在地理信息上。

具体实现过程如下:首先设置病例的报警条件,报警条件包括两个第一个设置新增病例报警,即某地区出现新的病例时提示报警。第二个设置报警上限,该上限其实是一阈值,当所要查询的病例人数大于该阈值的时候才会发出警报,为了将发病例超出上限的区域突出显示出来,下一步设置该区域的报警颜色,当完成了这些基本的报警设置之后,就可以输入查询疾病名称,通过定时器功能定时访问报告卡数据库,将最新发病情况返回给系统,按照疾病的发病类型分类在地图上用区域直方图的形式显示出各个乡镇的发病人数。并比较发病数据是否满足报警条件,不满足就保持原样,满足报警条件则用设定的颜色预警显示。从而实现实时监控和预警的功能。

3.2 统计查询

主要实现关于突发性公共卫生事件的条件统计和历史同期比,及时对这些数据进行分类和处理,对以后的辅助决策奠定数据基础。条件统计包括按年统计、按季统计、按月统计和按日统计,将发病人数的统计数据以直方图的形式显示在地图的不同位置上,直方图直观的特点使得它比枯燥的数据有着更友好的信息提示作用,方便指挥中心的管理人员对于这些不同的数据根据不同的地理信息做出对比,从而实现最终的决策。并可以将发病率和病死率以饼形图的形式表现出来,从而对该疫情的危险程度做出一个合理的定位,以便相关机构进一步采取有效的防治措施。发病率=某一时间内病例人数/当地的人口总数,病死率=某一时间内该病例的死亡人数/当地该病例的发病人数。历史同期比是将数据仓库中的历史上连续几年内的具体某个月的发病数据进行对比,从而可以直观的了解到这个时间段内的发病规律,为辅助决策提供理论依据,进而做到客观有效的处理。

该模块主要实现的功能是对于发病病例的数据统计。具体实现过程如下:首先设定要查询统计的详细时间,为了更好的在以后对病例进行预测,这里的查询条件可以精确到指定年份,季度,月份,日期。查询结果将会以直方图和饼形图两种形式显现出来,同时为了和前期的发病数据做对比,该功能可以选择待对比的年月,对比结果以过程线图的方式显现出来。

3.3 预测趋势

该模块通过继承数据仓库中已有的历史数据资源,选择合适的算法实现预测功能。将数据输入到后台所设计的数学模型当中,根据预先规定的规则进行分析和评价。对于突发性公共卫生事件[4][5],对所发生的疫情的蔓延程度和速度做出一个合理科学的预测,对该病例的防治起着重要的作用,因此对于一个卫生防治系统,对于一个本地区所发生的卫生疫情以后的发展做出一个相应的科学推断是极其重要的。对于当前的数据预测模块具有许多的数学模型。本系统的趋势预测功能模块为管理人员提供了辅助决策的功能,对于该疫情的蔓延和扩散做出一个合理的数学估计。

系统的预测模块采用灰色马尔可夫链作为预测的数学模型,通过对数据仓库中的前期数据的相关分析,构建该病例的状态转移矩阵,通过数学运算公式进行下一状态即在下一时间段内该疾病发病人数的预测。

具体实现该功能的步骤如下:首先从数据仓库中提取前十天的发病病例数量输入到灰色马尔科夫预测模型,通过灰色马尔可夫模型对数据进行运算,完成运算得出后二十天发病人数的预测结果,将预测数据以过程线图的形式表示出来,以方便管理人员分析决策。

3.4 指挥控制

指挥控制模块要求在上述查询、分析基础上快速的信息、发出指令并实时了解疾病处理进程。主要包括以下功能:负责人及联系方式,医疗设施,通知,处理进度[6-7]。负责人及联系方式提供了在突发性公共卫生事件来袭的情况下,在第一时间联系所在地区所在部门的负责人。由于各个部门的人事是有变动的,因而设置该功能对各部门负责人的相关信息进行更新,实现卫生管理的责任制。同时也是在第一时间联系到责任人,第一时间对发生的问题进行处理以及相关部门的领导和职能执行。医疗设施是对于当地硬件卫生设施而设计的。所在地域的医疗设施也是在不断更新和变化,对于不同的卫生事件相应级别的医疗设施是必不可少的,实现相应医疗设施的调度也是有效处理突发性公共卫生事件的一个有效措施,该功能可以查询到当地不同地域的医疗设施的详细,当出现状况时,有效的实现医疗设施调度。通知功能则是为了在网络上信息的适时,使得广大的市民对于当前事件的进展有着详细的了解,尤其是在卫生事件上。对于突发性公共卫生事件来说,有效的防治除了政府机构和医疗机构的参与外,市民的积极参与和有效自我防治保护也是极其重要的,在这个过程中信息的及时更新和占着举重若轻的地位,可以通过网络平台事件的进展以及对于当前疾病的相关防治措施。处理进度功能主要实现的是对于领导机构的处理速度的实时展现,将处理的过程和速度通过该平台给相关的领导决策机构,决策者可以通过处理的进度决定下一个行动方案。

4 数据维护

该模块主要是是以管理员的权限控制的。它同样是以web的形式作为后台管理模块独立。它主要是对于空间属性数据中的数据更新,包括乡镇管理以及医院管理。主要的功能包括查询、添加、编辑、删除等操作。一个城市的地理信息也是在不断变化的,为了决策的有效性也要及时的把这些变化及时的更新到数据库当中,这样才能保证决策的正确性。该模块维护的数据主要涉及地图的属性信息的部分以及慈溪市下辖的县市乡镇等地区的详细信息和这些地域的详细的医疗实施信息。

5 总结

本文探讨了系统设计,详细分析了系统的设计方案,其中包括各个模块的功能设计,并着重阐述了实时监控、统计查询和趋势预测三个模块实现的具体流程。

参考文献:

[1] 王欣,郑贵州.网络地理信息系统的特点与实现方法[J].计算机与现代化,2002(8):40-43.

[2] 赵需生,杨崇俊.WEBGIS的设计与实现[J].中国图象图形学报,2000,5(1):58-60.

[3] 李满春.GlS设计与实现[M].北京:科学出版社,2003.

[4] 徐德忠,张治英.地理信息系统和遥感技术与流行病学[J].中华流行病学志,2004,24(4):251-253.

[5] 王伟.公共卫生应急体系系统信息网络建设研究[J].中国公共卫生,2003,19(3):23-26.

[6] 黄健辉.WebGIS的构建技术与研发实例[J].浙江水利科技,2005(6):30-31.

[7] 张威.基于GIS的突发疾病预警控制及指挥调度[J].地理信息世界,2005,3(3):39-41.