高致病性传染病移动人群实时预警追踪系统的研究

王书琛 潘常虹

摘要：当前，SARS、H5N1禽流感以及最近爆发的新型冠状病毒肺炎等各种高致病性传染病仍严重威胁着人类，而有效地防止高致病性传染病爆发的理想措施是严密地监视病毒的发展，使其在没大规模爆发之前，就对其进行早期发现、检测并迅速作出应急预防。据此，本论文提出一种高致病性传染病移动人群实时预警追踪系统。并对如何采用GPS系统提高空间定位精度和结合GIS（电子地图）将系统预警可视化进行了改进设计的探讨。

关键词：GSM;传感器;AT指令;传染病;移动终端

1 病毒检测可行性分析

当前各种高致病性传染病，如艾滋病、结核病、传染性肝炎、禽流感等，一直严重威胁着人类，许多抗生素及其它药物对这些病种也无能为力，高危病人正经受着严峻的考验。造成这些灾害的罪魁祸首是细菌和病毒，过去几十年，又有几十种致命的新病原体产生，以致在医学上出现了一个称之为“新兴病毒”（Emerging Virus）的新名词，近年出现的SARS病毒和目前的新型冠状病毒及H5N1禽流感病毒都属于此类。由于对该新型病毒流行病学并不清楚，这为防治高治病性传染病提出了更大的困难。从目前现实的角度看，最有效地防止高致病性传染病来临的最理想措施是严密地监视病毒的发展，使其在没大规模爆发之前，就对其进行发现、监测并预防，将其扼杀在摇篮里。

随着交通及通讯技术的发展，世界各地的人的交往变得越来越频繁，不但加速了各地物品的交流，也强化了各地制度、生活习惯、信仰与文化的互相渗透，全球一体化（Globalization）的现象正在加剧。因此，当高致病性传染病来临时，对移动人群病毒携带者的监测预防更是一个艰巨的任务。故研制一种能实时监测出移动人群病毒携带者的生命体征参数，并能实时检测出移动人群病毒携带者的区域位置的仪器，对高致病性传染病移动人群实时监控预警，将产生重要贡献。如新型冠状病毒的潜伏期为1～14天，到多数为3～7天，极少数为24天，它可以对移动的人群进行提前15天检测记录，确认无异常后再移动，这样它可以对必须移动的人群进行提前检测，检测出人群中的病毒携带者，可以更准确的切断高致病性传染病的传染。如有异常，也能很准确的确定在这期间内的移动区域，为高致病性传染病的传染确定更准确的区域。本项目欲设计高致病性传染病移动人群实时监控预警系统，能通过无线测温及利用GSM网的全球通用及区域定位等特点，将很好的解决移动人群实高致病性传染病病毒的实时监控预警功能。

2 预警系统关键技术研究

体温是生物机体内在活动的客观反映，也是各种病毒在生物机体内的生长繁殖的外在反映，是判断机体健康状态的基本依据和指标之一，也是判断各种病毒的繁殖生长变化的基本依据和指标之一，临床称之为生命体征。正常生物的生命体征相互间有内在联系，并且呈比例、相对稳定在一定范围之内。当机体在致病菌因子作用下，一般是体温首先出现不同程度的异常，反应出疾病发生、发展的动态变化。因此，监测并及时正确地记录生命体征，为正确诊断、发现各种病毒的生长繁殖发展变化提供第一手重要的资料和依据，也是为最有效地防止高致病性传染病打下重要的基础。

各种信息技术是我们人类可用的珍贵资源，基于信息技术对高致病性病毒进行监测预警为实时监测正确预防高致病性传染病打下重要的基础，本项目设计的系统将生物医学技术、移动通信技术、单片机技术、嵌入式系统技术、传感器技术等多技术领域进行了技术集成，研究其在高致病性传染病移动人群实时监测预警方面的可行性方案和关键技术。该系统利用第二代移动通信系统——GSM网络的现有短消息业务的无线传输功能和GSM交换网路子系统（NSS）的VLR数据库的所处位置区域识别的功能，研制能实时监测出移动人群生命体征参数，并能实时检测出移动病毒区域位置的系统，从而实现对高致病性传染病移动人群的实时预警。

根据对数据通信网络的分析，结合生物传感器的发展，在本系统设计的实施方案图如图1所示。终端采用单片机串口和通信模块相连的单片机系统，系统内部用AT指令进行通信，并以短消息的形式通过GSM网络与国家公共卫生应急检测中心相互通信，检测中心再调用GSM交换网路子系统（NSS）的VLR数据库，识别生物体所处位置的区域，完成對高致病性病毒的时实检测预警。

本系统对移动人群的预警空间区域定位是基于GSM的交换网路子系统（NSS）位置数据库VLR的，它是一个面积定位，而其方位信息取决于小区定向天线的张角如图4，径向定位取决于手机的功率电平设置如图5，这样对疫区发病人群病毒传播趋势的时间序列的表达是粗造的，只能给出区域变化范围。随着手机自主GPS定位方式技术的成熟，考虑到目前GPS精确定位技术正以模块化嵌入手机主板，其点定位精度以经纬度表示，误差小于5米，所以对本系统进一步改进技术可采用多传感器融合的技术，将移动人群的高危个体的点定位信息与体温数据组合，通过空中接口存储于数据库，这样再加上时间信息坐标，就可以一祯一祯的显示出病毒传播的空间传播路径，位应急预案的制定决策以及进一步的流行病学调查提供准确可靠的依据。

3 可预见的关键问题

（1）我国现在智能手机普及率并不高，仍有部分人无法负担装有本系统的手机或不会使用智能手机，或生活在无信号覆盖的地区。

（2）本系统以体温异常为主要生命体征参考，而传染病通常不仅只有体温一项指标异常人体患传染病并不是只有体温异常一种情况，部分病例临床表现不发热

（3）GPS定位系统距离误差

主要误差来源可分为：与GPS卫星有关的误差;与信号传播有关的误差;与接收设备有关的误差。

参考文献：

[1]  尉景辉，王松俊，赵东升.面向传染病监测的互联网情报动态追踪系统的设计与实现[J].军事医学，2014，38（12）：976-980.

[2]  何延哲，宋杰.利用大数据追踪公共卫生事件中传染源的思路探讨[J].中国信息安全，2020（02）：37-41.

[3]  陈贺昌. 面向传染病主动监控的异构数据挖掘方法研究[D].吉林大学，2018.

作者简介：王书琛，1999年9月13日出生，男，汉族，山东烟台人，学士在读。

潘常虹，1984年6月4日出生，女，汉族，辽宁大连人，副教授，博士，主要从事信息系统分析与设计教育研究。

（作者单位：大连东软信息学院）