3S技術在城市社區疫情防控管理信息系統中的應用

張 萍 趙 祺 張瑞芳

最近的幾年時間，人類正在經歷一場嚴重的傳染病大流行，無數人失去生命，世界經濟陷入衰退，社會民生遭遇重創。傳染性疾病對于公共健康的威脅時刻存在，人類已進入后疫情時代[1，2]。城市社區作為組成城市的細胞，是支持城市功能和形態的重要空間組織形式。針對新冠疫情等傳染性疾病的特點和防控需求和目的，城市社區成為疫情防控的最終環節。

為了更科學、有效地加強社區疫情防控管理，需要將大數據和導航定位等現代信息技術尤其是3S 技術應用到社區疫情防控管理中，實現疫情防控的系統化和智能化，保障人民的生命財產安全，促進社會和諧發展。3S 技術是衛星導航定位技術（GNSS）、遙感技術（RS）和地理信息系統技術（GIS）的統稱，是多學科高度集成的能夠對對空間信息進行采集、處理、管理、分析和應用的現代信息技術。

本文以某社區為例，選用SuperMap為GIS 基礎應用平臺，利用衛星導航定位技術GNSS 和遙感技術RS，探討3S技術在城市社區疫情防控管理信息系統中的應用。

1 3S 技術在城市社區疫情防控管理信息系統中的應用

1.1 3S 技術的應用

隨著3S 技術的不斷發展，將其構建為一個強大的技術體系，可實現對各種空間信息和環境信息的快速、準確、可靠地收集、處理與更新。GNSS 能夠實時快速準確地提供目標的空間位置。RS 能夠實時地提供目標及其環境的變化信息，及時地對GIS 進行數據更新。GIS 對多種來源的時空數據進行采集和更新管理、空間分析和輔助決策。根據疫情防控的特點，疫情防控管理信息系統對地理空間數據有較大的依賴性。

通過安裝在個人手機上的GNSS 定位功能，能夠實時精確地獲取目標的空間位置信息，確定信息系統中的空間定位數據。通過RS 提供的遙感影像對信息系統中社區位置影像和有關道路等數據進行及時更新和處理。通過GIS 能夠對各種屬性數據和空間數據等信息進行采集、存儲、管理、分析和應用。將3S 技術應用到城市社區疫情防控管理信息系統中，能夠滿足對疫情防控的圖形和屬性數據進行實時準確獲取和更新、空間查詢和空間分析等多種功能需求，更科學、有效地進行疫情防控管理[3，4]。

1.2 系統總體功能設計

城市社區疫情防控管理信息系統的目的是以地理信息系統GIS 技術為核心，以計算機網絡為傳輸媒體，使用可視化技術建立疫情防控管理和決策支持工具。根據城市社區疫情防控管理信息系統的總體目標和具體需求，以GNSS 和RS 為空間數據采集和更新來源，以GIS 為基礎平臺，將系統總體功能分為空間數據管理、屬性數據管理和空間分析3 個模塊（圖1）。

圖1 城市社區疫情防控管理信息系統總體功能模塊（來源：作者自繪）

空間數據管理模塊主要是對空間定位數據、各種圖形數據及遙感影像等圖形數據進行采集、存儲、更新和管理。屬性數據管理模塊是對社區所屬居民個人和家庭信息、社區相關的醫療消防超市物流派出所等公共信息以及社區工作人員志愿者等屬性數據進行存儲、編輯和更新等管理。空間分析模塊主要對各種空間數據和屬性數據進行空間查詢、統計和各種空間分析，為相關部門進行預測和決策提供良好的科學支持和幫助。如社區居民各年齡組成的統計分析、以某病例所在的樓棟或者以某條道路為對象所做的緩沖區分析、消防救援物流等的最優路徑分析等。

1.3 系統數據庫設計

根據GIS 數據庫和疫情防控信息的特點，系統數據庫分為空間圖形數據和屬性數據。

為了提高地圖中各個要素的檢索速度，便于數據的靈活調用、更新及管理，在空間數據庫中，將不同類別的圖形要素進行分層存放，每層存放一種專題或一類信息，如社區平面圖、地形圖、遙感圖、道路交通圖等。各種圖形數據的獲取和更新可以從其他系統調入（如CAD 圖）、通過數字化儀或者掃描儀等設備輸入、通過GNSS 等技術實時獲取定位數據或者利用RS 遙感影像等。

屬性數據主要是社區建筑物及其附屬設施信息、社區工作人員和居民的各種基本信息、社區服務管理信息以及管理文件等數據信息。屬性數據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 住戶信息表結構

表2 社區工作人員及志愿者信息表結構

2 城市社區疫情防控管理信息系統的功能實現

2.1 空間查詢

空間查詢主要包括3 種方式：圖形數據的查詢、屬性數據的查詢、圖形數據和屬性數據的雙向查詢。

各種圖形信息按層進行組織，各層可以分別觀察也可以疊加顯示。圖形數據查詢可以進行圖形選擇、移動、放大、縮小等方式獲取圖形信息。屬性數據的查詢在疫情防控管理中是非常重要的。社區管理人員、居民和各級管理決策部門相關人員都可以根據需要進行各種圖形信息和屬性信息查詢。

例如居民可以查詢社區建筑物及附屬設施位置（住宅區、道路、管線、消防、物業、核酸檢測點、物流配送點、確診病例所在位置、各物業管控區域位置等）和社區工作人員、居民和志愿者信息；各級管理人員可以根據病例信息，查詢其所在的樓棟位置和周邊人員構成及其統計信息等。

GIS 具有很強的空間查詢和空間分析能力。GIS 利用空間信息分析技術，通過對原始數據模型的觀察和實驗獲得新的經驗和知識，并以此作為空間行為的決策依據。

基于3S 技術的城市社區疫情防控管理信息系統的空間分析功能，主要包括空間查詢、疊置分析、緩沖區分析、網絡分析、統計分析和各種專題地圖制作等內容。

2.2 緩沖區分析和疊加分析

緩沖區是地圖窗口中包圍一個線對象、區域對象、符號對象或其它任何對象的區域。緩沖區分析是針對點、線、面實體，自動建立其周圍一定寬度范圍以內的緩沖區多邊形。點實體的緩沖區通常以點為圓心以一定距離為半徑的圓。線實體的緩沖區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。面實體的緩沖區以多邊形邊界向外或向內擴展一定距離以生成新的多邊形。緩沖區分析是地理信息系統空間分析功能之一，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，經過圖形和屬性運算形成新的空間區域的過程。疊加產生新的每幅圖稱為一個疊置層，反映了某一方面的專題信息[5，6]。

根據緩沖區分析確立物流和核酸檢測點的最優位置。根據緩沖區分析確定病例周邊一定范圍內的防控區域，和社區建筑物及其附屬設施等進行疊加分析，可以及時準確地對疫情防控信息進行統計顯示和分析，更科學有效地制定防控措施。例如，某社區發現一例核酸檢測陽性病例，為防止疫情擴散，需要根據在此病例周圍1 000 米范圍內居民、道路、物流等信息制定防控措施。系統以此病例所在位置建立半徑為1 000 米的緩沖區，將緩沖區圖形與社區平面圖、交通圖等進行疊加。查詢緩沖區內社區居民的個人信息和統計信息、社區服務網點等各種附屬設施信息、道路、消防和醫療等社會信息（圖2）。

圖2 緩沖區分析和疊加分析（來源：作者自繪）

2.3 網絡分析

網絡分析是通過研究網絡的狀態以及模擬和分析資源在網絡上的流動和分配情況，對網絡結構及其資源等的優化問題進行研究的一種空間分析方法。網絡分析目的是研究和籌劃一項網絡工程如何安排，并使其運行效果最好。網絡分析主要包括最優路徑和資源分配。

最優路徑分析包括確定起點和終點，求代價較小的最佳路徑。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。在社區疫情防控管理中，通過網絡分析可以確定防控期間物流和核酸檢測等網點的位置，以及資源分配中的最有效流動和合理布局。

2.4 統計圖表和專題地圖分析

將實體的特征和實體間與空間無關的相互關系采用表格和圖形表示，便于對這些信息進行全面和直觀的了解。統計圖常用的形式有餅狀圖、柱狀圖、扇形圖、直方圖和折線圖等。統計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數據的一種強有力的方式，可以清楚地看到在數據列表形式中幾乎無法發現的模式和趨勢。專題地圖的基本類型有范圍圖、直方圖、餅圖、等級符號等。例如，可用符號顯示社區不同年齡層次的居民構成情況、根據疫情發展情況由淺至深的顏色表達社區的不同感染情況等。

3 結語

將3S 技術應用到城市社區疫情防控管理中，可以實時準確獲取和更新防控管理的圖形數據和屬性數據，通過GIS 空間查詢和分析功能，對圖形和屬性數據進行顯示、查詢、統計分析、緩沖區分析、網絡分析，使疫情防控更科學和有效。