测绘地理信息在辅助新冠肺炎...动轨迹调查研判中的应用研究_刘恒飞.pdf

第 46 卷 第 4 期2023 年 4 月测绘与空间地理信息GEOMATICS&SPATIAL INFORMATION TECHNOLOGYVol.46,No.4Apr.,2023收稿日期:2022-04-25作者简介:刘恒飞(1985-),男,黑龙江鸡西人,高级工程师,硕士,2011 年毕业于兰州交通大学地图学与地理信息系统专业,主要从事地理信息公共服务平台、智慧城市、自然资源遥感监测领域的研究与应用开发工作。通信作者:王同琛(1968-),男,黑龙江哈尔滨人,高级工程师,学士,主要从事地理信息系统、计算机应用管理系统的研究与应用开发工作。测绘地理信息在辅助新冠肺炎患者行动轨迹调查研判中的应用研究刘恒飞1,王同琛2,孙鹏飞1(1.自然资源部黑龙江基础地理信息中心,黑龙江 哈尔滨 150081;2.黑龙江省政务大数据中心,黑龙江 哈尔滨 150028)摘要:针对新冠肺炎患者行动轨迹调查的完整性和准确性的需求,本文以大数据溯源和监测为出发点,充分发挥测绘地理信息数据和技术优势特长,利用患者流调数据和手机定位轨迹数据,通过综合分析与研判,为提升新冠肺炎患者行动轨迹调查精准度提供参考。关键词:新冠肺炎;流调数据;精准度;测绘地理信息中图分类号:P208 文献标识码:A 文章编号:1672-5867(2023)04-0096-03The Study on Path Investigation and Analysis for COVID-19 Patients by Using Surveying and Mapping Geographic InformationLIU Hengfei1,WANG Tongchen2,SUN Pengfei1(1.Heilongjiang Geomatics Center of MNR,Harbin 150081,China;2.Heilongjiang Government Affairs Big Data Center,Harbin 150028,China)Abstract:According to the integrity and accuracy requirement of path investigation for COVID-19 patients,this paper regarded the traceability and monitoring by using big-data as the starting point,gave full play to the advantages of surveying and mapping geograph-ic information data and technology,used the epidemiological investigation data and mobile phone location data,and provided reference for improving the precision of path investigation for COVID-19 patients through comprehensive analysis and research.Key words:COVID-19;epidemiological investigation data;precision;surveying and mapping geographic information0 引 言新冠肺炎患者行动轨迹调查研判,是疫情防控工作中的一个重要环节。通过调查新冠肺炎患者在感染期内去过的地方、日期、次数、停留时长等信息,可为疫情防控工作制定有针对性的防控措施提供支撑,可对敏感地区、敏感场所和密接人员进行全面排查和精准管控,在短时间内有效抑制病毒传播。在新冠肺炎患者行动轨迹调查方面,目前主要依靠流行病学调查手段,即依靠新冠肺炎患者自行回忆曾去过的地方及日期,但由于多方面原因,可能给疫情防控工作带来极大影响,主要表现在:1)新冠肺炎患者回忆的地点可能有遗漏;2)新冠肺炎患者回忆的日期、停留时长、次数可能有错误等。因此,综合利用流调数据、手机轨迹数据和基础地理信息数据,发挥各自优势,通过大数据分析比对进行相互验证,来辅助提高新冠肺炎患者行动轨迹调查研判的精度和准确性,为疫情精准防控提供依据。1 研究基础1)研究目标以网络流行病学调查数据和模拟手机轨迹数据为基础,以测绘地理信息数据和技术为支撑,通过空间分布技术和空间分析方法进行综合对比分析,从而辅助提升新冠肺炎患者行动轨迹调查数据的准确性和完整性。2)精度说明由于手机定位数据的误差以及本文研究目标的限定,本文分析结果精度在城市以内精确到小区、在城市以外精确到村屯。此外,对于手机定位精度的算法和涉及轨迹点与道路偏差问题的算法不在本文研究范围之内。3)保密问题患者手机轨迹数据属于保密信息,本文选用的手机轨迹数据为模拟样本数据,不涉及个人隐私且不含保密信息,仅作为分析研究使用。4)流行病学调查数据卫健部门根据流行病学调查方法,根据患者回忆内容,记录并整理患者确诊前去过的地方、日期、停留时间等,形成患者流行病学调查数据,以下简称“流调数据”,数据来源于互联网。5)模拟手机轨迹样本数据手机轨迹数据来源于手机信令数据和智能手机定位数据 2 种,手机信令数据利用运营商通信基站获取,其精度依赖于基站的密度和覆盖范围;智能手机定位数据利用卫星星座和手机定位芯片进行获取,其精度依赖于卫星星座数量和手机定位芯片技术水平。本文采用模拟的手机基站轨迹数据作为样本。6)测绘地理信息数据与技术测绘地理信息数据包括矢量电子地图数据、影像电子地图数据、地名地址数据、道路水系数据等,可为轨迹路线和地点调查提供丰富的地理信息数据支撑。测绘地理信息技术主要利用点线转换、空间数据叠加、空间分布、空间分析、专题制图等,结合流调数据和模拟手机轨迹数据样本,进行综合对比分析。2 总体思路综合利用流调数据、模拟手机轨迹数据和基础地理信息数据,依托测绘地理信息基础性、空间性、直观性的特点,通过将流调数据空间化,将手机轨迹数据统一空间基准后,与基础地理信息数据进行数据间的相互叠加,利用测绘地理信息的空间定位、专题制图、空间分析等技术进行综合分析与研判,比对流调数据和手机轨迹数据的异同,从而提升流调数据准确性和完整性,最终形成分析报告,在辅助疫情防控部门进行新冠肺炎患者行动轨迹调查研判工作中提供技术支撑。总体技术流程如图 1 所示。3 基于测绘地理信息的新冠肺炎患者行动轨迹调查研判3.1 数据预处理对于流调数据,网上公开的流调数据多为文字和数字描述,需要利用测绘地理信息技术将流调数据中的地名地址数据进行地理编码,附加地理坐标后,形成统一地理空间坐标基准的空间数据才能进行轨迹分析与比对。对于手机轨迹数据,一般为含有地理坐标的数据,需规范图 1 总体技术流程图Fig.1 The general technology route graph化和统一空间基准处理后进行轨迹分析与比对。地理空间坐标基准采用 CGCS2000 坐标系。所有数据经过预处理后,形成地理空间坐标基准统一、可无缝叠加的空间数据,用作进一步分析比对。3.2 患者行动轨迹宏观匹配度分析新冠肺炎患者行动轨迹宏观匹配度分析,主要目的是借助测绘地理信息直观性和空间分布的特点,将患者流调轨迹数据、手机轨迹数据和测绘地理信息数据进行叠加,再借助专题制图、空间定位、空间分析等技术手段,从总体上、宏观上对患者行动轨迹进行研判,验证流调轨迹数据中停留场所是否有遗漏、行动路线是否匹配,以及与手机轨迹数据是否吻合。若二者总体分布趋势匹配、无明显错误和偏差,再进行微观详细轨迹分析。技术路线如图 2 所示。1)基于热力图的行动轨迹总体吻合度验证热力图常用于表达空间分布的密集程度,利用 GIS 软件制作患者手机轨迹数据的热力图,可直观反映出患者停留时间较长或多次到达的地点。将流调轨迹数据、手机轨迹数据热力图、测绘地理信息数据叠加后,根据空间分布特征对比,分析流调轨迹分布数据和手机轨迹数据热力图的差异,可从总体上验证手机轨迹数据与流调数据是否吻合及流调轨迹数据是否全面。患者手机轨迹热力图如图 3 所示,其中框线内色彩重的部分为患者停留时间密集的位置,患者流调轨迹分布图如图 4 所示。通过叠加对比分析,可以看出图中框线范围内,二者数据大部分相互重叠,说明手机轨迹数据与流调数据总体吻合;也有部分数据在手机轨迹点热力图中存在但流调轨迹分布图中不存在,说明患者流调数据有79第 4 期刘恒飞等:测绘地理信息在辅助新冠肺炎患者行动轨迹调查研判中的应用研究部分缺失。图 2 患者行动轨迹宏观匹配度分析技术路线图Fig.2 The technology route graph of path macro matching analysis for COVID-19 patients图 3 手机轨迹热力图Fig.3 The thermodynamic chart of telephone path图 4 流调轨迹分布图Fig.4 The chart of epidemiological investigation path2)基于轨迹点连线的行动路线偏差验证手机轨迹数据是按时间获取定位信息,各定位点之间有前后的时间关联顺序,利用 GIS 软件将各定位点按时间顺序进行连线,形成行动轨迹路线。将流调轨迹连线数据、手机轨迹连线数据与测绘地理信息数据叠加后,根据空间分布特征对比,用来验证流调数据中各停留点的日期顺序是否正确,如是否某日到达了某地或是否先到 A地后到 B 地等。若正确则进行轨迹详细分析,若不正确则及时修正流调轨迹数据。3.3 患者行动轨迹微观精准度分析在确定流调轨迹数据和手机轨迹数据总体匹配程度后,为获得更精确的患者行动轨迹信息,可通过逐日、逐轨迹点对手机轨迹数据和流调轨迹数据进行详细分析对比。详细分析以天为单位,主要利用手机轨迹数据,逐轨迹点判断一天内的阶段性停留地点、停留时长、到达次数,之后根据轨迹点连线判断出手机轨迹路径的先后顺序以及途径道路,最后再通过对比流调轨迹数据,进一步提升调轨迹数据的精准度。技术路线如图 5 所示。图 5 患者行动轨迹微观精准度分析技术路线图Fig.5 The technology route graph of path microscopic precision analyze for for COVID-19 patients1)基于逐日/逐点对比分析的停留时长和场所验证为确保患者每天的行动轨迹准确,通过将手机轨迹数据与基础地理信息数据进行叠加,以天为单位,选取手机轨迹数据,按时间顺序逐点进行分析,根据时间对比和空间比对,将手机轨迹点按时间范围和空间位置进行归类和记录,提取当日的停留场所、途径道路、起止时间。将提取后的停留场所、途径道路、起止时间数据与当日的流调轨迹数据进行比对,分析二者异同,进一步验证和完善患者流调轨迹数据。2)基于详细轨迹点连线的行动时序和次数验证选取 1 d 内所有手机轨迹点位数据,利用 GIS 软件将各轨迹点按时间顺序进行连线,可清晰判断出手机轨迹路径的先后顺序、途径道路和到达次数。进而,将流调轨迹数据、手机轨迹数据的轨迹点连线数据、测绘地理信息数据叠加后,根据空间分布特征对比结合测绘地理信息的路网、地名地址数据,用来验证流调轨迹数据的路径先后顺序和到达次数是否正确、途径道路信息是否完整,并且根据轨迹点连线数据和时长还可进一步分析是步行还是乘坐交通工具,为精准防控提供依据。3.4 手机轨迹数据的飞点剔除由于受基站分布密度、建筑物遮挡、磁场等因素影响,手机定位轨迹数据中存在短时间内相邻点但距离很远的现象,称为飞点,应予以剔除或修正。本文针对飞点问题采用剔除策略,一是通过 GIS 软件直接剔除,因为手机轨迹数据空间化后,结合基础地理信息数据可直观判断出飞点数据;二是采用计算机编程批处理,根据前后点位时间间隔和距离,利用