死因監測地理信息系統設計與實現

章詩韻 羅 俊 陳 晶 肖 鵬 龐延輝

(武漢市疾病預防控制中心 武漢 430000)

1 引言

居民死亡原因監測指長期、連續、系統地收集、整理和匯總一個地區人群死亡原因的相關信息，分析并研究死亡原因構成的變化和其他可能的影響因素[1]。死因監測是居民健康情況統計工作的重要內容，是反映一個范圍內人群健康狀況和衛生保健水平的重要指標之一，對其數據進行分析和研究有助于輔助政府制定公共衛生計劃和評價干預措施效果[2]。武漢市死因監測工作自20世紀70年代開始以來，采取多項舉措提高監測信息準確性、真實性和可靠性，具體包括擴大監測范圍到全市，進一步規范登記報告制度，健全監測網絡體系等[3]。經過近40年的運轉，死因監測工作已經積累大量較為規范的數據，通過統計學方法進行分析和研究取得一些成果，但仍然缺少地理信息技術方面的手段對現有數據進行直觀展示和進一步分析研究。地理信息系統(Geographic Information System，GIS)是一門結合地理學、地圖學和計算機科學的綜合學科，通常用于地理位置相關數據采集、存儲、顯示和研究分析，近年來隨著技術發展已廣泛應用于各個領域，例如胡躍華利用GIS可視化展示技術分析手足口病流行特征[4]，杜挺結合熵權TOPSIS法和GIS技術對地級市經濟發展格局進行空間分析[5]。本文以GIS技術為基礎，結合武漢市居民死因監測工作，充分利用死因數據中的地理位置相關信息，設計并實現武漢市死因監測地理信息系統，為負責相關工作的專業技術人員拓寬工作思路，提供新的研究視角。

2 需求分析

經需求調研和分析，武漢市死因監測地理信息系統用戶可分為3類：專業技術人員、主管人員和系統管理員。專業技術人員是死因監測業務工作的直接開展者，其需求主要是統計整理全市死因情況數據，錄入GIS，在系統中根據業務需要篩選數據和圖層，制作不同形式、不同側重的專題地圖，在此基礎上進行時空分析；主管人員是專業技術人員的上級，不直接參與死因監測具體實施工作，其需求是宏觀把握全市死因數據變化特征和趨勢，通過結合其他重點統計指標來輔助制定相關工作計劃，利用GIS數據可視化優勢向同行或上級介紹工作和分享經驗；系統管理員需求主要是從用戶信息、資源、運維幾方面對系統進行管理。

3 系統總體架構設計

3.1 概述

充分考慮武漢市死因監測工作現狀及今后發展趨勢，將系統部署在武漢市衛健委健康云虛擬資源上，方便將來與其他業務系統進行數據交換，同時保障系統資源安全性和穩定性。系統總體架構分為支撐層、數據層、服務層和應用層4層，見圖1。

圖1 系統總體架構

3.2 支撐層

硬件部分由云資源提供，軟件部分使用ArcGIS Server構建功能豐富且能夠滿足多用戶要求的企業級GIS應用，提供廣泛的基于Web的GIS服務，實現數據管理、制圖、編輯、空間分析和其他功能[6]。

3.3 數據層

系統使用Geodatabase創建和管理系統中的地理數據，利用 Oracle 11g數據庫管理系統中的業務和其他屬性數據，通過ArcSDE將數據庫中的對象(表、視圖等)組織成死因情況時空數據庫，實現武漢市地區矢量底圖、街道社區行政區劃、醫療衛生機構、居民死亡情況等數據的管理。

3.4 服務層

系統核心，由GIS服務和Web應用服務兩部分組成，其中Web應用服務負責處理基本業務數據，包括居民死亡情況、醫療衛生機構、居民期望壽命等；GIS服務部分使用ArcGIS Server作為地圖服務器來發布和管理REST服務資源，處理空間數據相關請求，支撐應用層功能實現。

3.5 應用層

負責整個系統功能和邏輯處理，使用ArcGIS API for JavaScript框架結合HTML/CSS等Web技術開發，確保系統適用于PC、平板、LED大屏等不同終端，通過可視化的交互界面為專業技術人員、主管人員和系統管理員提供相應功能服務。按上述角色將系統前臺劃分為3個部分：主要進行業務數據處理、專題圖制作和業務分析研究的“一張圖”，宏觀展示居民死亡情況和統計指標的“信息展示部分”，以及管理系統各個資源和運行維護的“運維部分”。

4 系統實現

4.1 關鍵技術

4.1.1 面向服務架構(Service Oriented Architecture, SOA) 一種將用戶業務轉換成相互連接的信息服務模塊的設計模式，強調盡可能地重用軟硬件資產，同時消除數據來源和運行環境差異性，給用戶提供統一標準的服務，使得開放式的通信標準和數據模型得到更廣泛的應用，用戶則通過標準化、流程化和自動化的松耦合組件來獲取服務[7]。

4.1.2 基于ArcGIS Server的服務平臺構建 基于服務器的ArcGIS Server通過Web Services方式提供GIS資源和功能服務，這些資源和服務遵循被廣泛采用的Web訪問和使用標準。ArcGIS Server是一個分布式系統，由GIS、Web、數據服務器組成，分別在管理、啟動和關閉進程及提供和管理GIS資源方面起著相應作用[8]。ArcGIS Server提供的GIS功能包括：二維三維地圖可視化、通用GIS數據管理框架、動態管理地圖中的圖層、在線空間數據編輯和分析等。

4.1.3 新一代Web GIS技術 Web GIS是指專門以瀏覽器/服務器(Browser/Server，B/S)形式實現的GIS，新一代Web GIS是Esri在此基礎上提出的一種新的應用模式，在這個模式中，將系統功能和資源進一步整合化、功能化、云端化，使用PC、平板、大屏的多終端用戶可以通過種類豐富的應用接口訪問這些資源和功能[9]，GIS平臺變得更加簡單易用、開放和整合，組織機構內多用戶使用需求也能得到滿足，為之后協同工作和共享溝通提供支撐。

4.1.4 數據可視化 關于數據視覺表現形式的研究是數據科學重要組成部分，是一種能夠深入了解業務數據，有助于從宏觀角度分析問題的方法[10]。可視化使數據變得更加清晰、易于理解，從而更有意義，本系統根據不同業務特點和需求設計有針對性的數據展示模板，通過折線圖、柱狀圖、熱力圖、聚合圖等形式來展示統計指標數據和死因個案數據分布[11]。

4.2 功能設計

4.2.1 概述 專業技術人員根據不同業務需要制作對應的專題圖，進一步研究和分析；主管人員從宏觀上把握全市死因數據變化特征和趨勢，輔助制定相關決策；系統管理員開展基礎數據、資源、系統維護等工作。系統主要功能，見圖2。

圖2 系統總體功能

4.2.2 數據入庫 死因監測數據來源于武漢市死因網絡直報系統，專業技術人員將數據標準化后按照模板導入數據庫中。

4.2.3 數據上圖 將居民死亡情況個案數據脫敏處理后，其屬性包括戶籍地址、街道編碼、報告單位、死亡原因、死亡時間、工作單位等，每條個案信息按照戶籍地址地理位置進行上圖，保留重要信息以便于制圖時篩選。

4.2.4 專題圖制作 按不同時間段、人群、原因等類別過濾數據；編輯數據顯示形式，如顏色、范圍、影像圖或地形圖；根據需求疊加其他相關圖層，如城市道路、醫療機構、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、點位搜索，不同圖層疊加、透明度調節等。

4.2.6 空間分析 常用的可視化空間分析技術，包括熱力圖、聚合圖分析等，實現各個方法參數自定義，以便業務人員使用。

4.2.7 統計數據展示 展示統計指標數據，例如武漢市人均期望壽命、年度死因順位、重點疾病發病率等。

4.2.8 趨勢展示 根據武漢市居民死亡情況數據中的時間屬性，動態展示人群個案在地圖上的變化趨勢。

4.2.9 其他功能 系統管理員使用的其他功能，包括基礎地理相關數據管理，如武漢市區劃圖、社區邊界、水洗、軌道交通等；用戶信息管理，如賬號密碼、工作單位、部門等；系統運維管理，如系統監控、日志查看、運行統計等。

4.3 數據庫設計

4.3.1 概述 本系統數據庫包括區級行政區劃(國家/武漢市)空間信息表、街道級行政區劃空間信息表、醫療衛生機構空間信息表、死因業務數據表、老年病統計信息表、街道編碼對照表、ICD10(國際疾病分類)標準編碼表等，設計時引用的規范性文件有法人和其他組織統一社會信用代碼編碼規則(GB 32100-2015)、中華人民共和國行政區劃代碼(GB/T 2260)、縣級以下行政區劃代碼編制規則(GB/T 10114-2003)、疾病分類與代碼(GB/T 14396-2016)。

4.3.2 行政區劃空間信息表 武漢市行政區劃按國家標準劃分共有13個轄區，但市一級統計口徑上會另外計算東湖風景區和東湖高新技術開發區，這兩個區在國家標準中統計在洪山區中，故本系統設計3張行政區劃空間信息表，分別為區級(國家級)、區級(市級)、街道級(市級)。3張表結構相同，字段包括唯一標識符、行政區劃代碼、行政區劃名稱、行政駐地經度/緯度、行政區劃級別、面積、備注、空間信息。行政區劃代碼類型為12位變長字符串，前6位按GB 2260執行，第7-12位鄉鎮和行政村各3位按GB/T 10114-2003執行，第13-18位備用。

4.3.3 醫療衛生機構空間信息表 包含字段有機構編號、機構名稱、組織機構代碼、機構類別、機構等級、經緯度、街道編碼、地址、空間信息。

4.3.4 死因業務數據表 包含字段有卡片編號、基本個人信息(姓名、性別、文化程度等)、死亡日期、戶籍地址、直接導致死亡疾病(原因)A、B引起A的疾病或情況、C引起B的疾病或情況、診斷單位、生前主要疾病最高診斷依據等。

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

4.3.6 街道編碼對照表 死因個案數據來源于武漢市死因網絡直報系統，該系統行政區劃編碼與國家級或市級編碼均不一致，故設計街道編碼對照表，字段包括(死因)區級編碼、(死因)區級名稱、(死因)鄉鎮編碼、(死因)鄉鎮名稱、(武漢市)鄉鎮名稱、(武漢市)鄉鎮編碼、(國家)區級名稱、(國家)區級編碼。

4.3.7 ICD10標準編碼表 引用國際疾病分類(International Classification of Diseases，ICD)部分內容，字段包括病種編碼、名稱、簡稱、分類。

4.3.8 其他數據庫表 主要是系統運維相關表，如用戶信息、用戶角色、系統日志等。

5 結語

本系統對武漢市死因監測歷史業務數據進行標準化處理，按照統一規范建設相關數據庫，結合行政區劃、醫療機構、水域等多方地理信息數據，以ArcGIS、WebGIS等技術作為支撐，實現武漢市居民死亡情況個案數據空間化展示，以實際業務需求為依據，實現如熱力圖顯示、數據篩選、圖層控制等多種展示、統計、分析功能，為專業技術人員分析和研究多維數據提供新手段。同時實現宏觀重點指標和數據動態趨勢信息展示，為主管人員制定相關工作計劃提供參考依據。