（信号与信息处理专业论文）高致病性传染病移动人群实时预警系统的研究.pdf

高致病性传染病移动人群实时预警系统的研究 摘要 当前，s a r s 和h 5 n 1 禽流感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、监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系统。 该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g s m 网络的现有短消息业务的无线传输功 能和g s m 交换网路子系统( n s s ) 的v l r 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。 本文在上述方案的基础上，完成了该系统的硬件部分主控电路板设计与制 作，同时采用k e i lc 语言为该电路板编写了软件程序。并最终在g s m 平台上进 行整个系统体温数据采集，无线空中接口传输的综合试验。试验结果表明，该系 统体温数据测量准确，运行稳定可靠。该系统总体调试试验获得成功。现已获中 国专利局使用新型专利( 专利号：2 0 0 4 2 0 0 9 8 3 7 5 8 ) 。 最后，本文对如何采用g p s 系统提高空间定位精度和结合g i s ( 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：g s m ；传感器；a t 指令；传染病；移动终端 t h er e s e a r c ho ft h et i m e l ym e a s u r e m e n ta n de a r l y - w a r n i n g s y s t e mi ni n f e c t i o u sd i s e a s ef o rt h em o v i n gc r o w d a b s t r a c t t o d a y , e v e r yk i n do fi n f e c t i o u sd i s e a s es t i l ls e r i o u s l yt h r e a t st h em a n k i n ds u c h a ss a r s ，h 5 n 1e t c t h em o s ti d e a lm e a r l st op r e v e n tt h eh i g h p a t h o g e n i ci n f e c t i o u s d i s e a s ec o m i n gi st oc o n t r o lt h eh i g h p a t h o g e n i cv i r u se v o l u t i o nt i g h t l ya n dw e s h o u l dd i s c o v e r , m o n i t o rm e a s u r ea n dk i l lt h eh i g h p a t h o g e n i ci n f e c t i o u sv i r u sb e f o r e t h ei n f e c t i o u sd i s e a s eb r e a ko u t o nt h e s eg r o u n d s ，nk i n do ft i m e l ym e a s u r e m e n t a n de a r l y w a m i n gs y s t e mi nh i g h - p a t h o g e n i ci n f e c t i o u sd i s e a s ef o rt h em o v i n gc r o w d i sr e s e a r c h e d t h i st h e s i ss t u d i e dt h es y s t e m sp o s s i b i l i t ya n dk e yt e c h n i q u eo ft h e e a r l y w a r n i n ga p p l i c a t i o no fh i g h p a t h o g e n i cv i r u st h r o u g ht h eb i o m e d i c a ls c i e n c e ， t h ec o r r e s p o n d e n c et e c h n i q u e ，s c mt e c h n i q u e ，e m b e d d e dt e c h n i q u ea n ds e n s o r t e c h n i q u ee t c i nt h i s t h e s i s ，b a s e do nw i r e l e s st r a n s m i s s i o nt h r o u g hs m ss e r v i c ea n d i d e n t i f yd i s t r i c tt h r o u g ht h ed a t a b a s eo fv l r o ng s mn e t w o r k ，t h e2 “og e n e r a t i o n n e t w o r ko fm o b i l ec o m m u n i c a t i o n s ，am o n i t o rs y s t e mw h i c hb o t hc a nt i m e l y a c c u r a t e l ym e a s u r et h em o v i n gb o d y st e m p e r a t u r ea n di d e n t i f yt h em o v i n gb o d y s d i s t r i c t ，t h et i m e l ym e a s u r e m e n ta n de a r l y - w a r n i n gs y s t e mi ni n f e c t i o u sd i s e a s ef o r t h em o v i n g c r o w d ，i sd e s i g n e da n d s e tu p t h et i m e l y b o d y st e m p e r a t u r e m e a s u r e m e n ta n de a r l y - w a r n i n gs y s t e mi ni n f e c t i o u sd i s e a s ef o rt h em o v i n gc r o w d w i l lp r o d u c et h ep o s i t i v ef u n c t i o nb e f o r et h ed i s e a s ei n f e c t i o u sd i s e a s eb r e a k so u t o nt h ef o u n d a t i o no fa b o v e m e n t i o n e dp r o j e c t ，t h eh a r d w a r eo ft h e s y s t e m sm a i nc o n t r o l b o a r di sd e s i g n e d a n dm a n u f a c t u r e d i nt h e m e a n t i m e t h es o f t w a r ep r o c e d u r eo ft h es y s t e m sm a i nc o n t r o l b o a r di s d e s i g n e dby t h el a n g u a g eo fk e i lc a 1 s oac o m p r e h e n s i v ee x p e r i m e n ti s f i n i s h e d ，w h i c hr e c o r d e dt h ew h o l eb o d yt e m p e r a t u r e d a t aa n d t h e w i r e l e s sa i rc o n n e c t se t c i nt h eg s mp l a t f o r m 0 n t h et r i a l ，t h e s y s t e m st e m p e r a t u r ed a t a m e a s u r ea c c u r a t e ，a n dt h es y s t e mr u n s t a b i l i z a t i o na n dc r e d i b i l i t y t h et r i a lo ft h i ss y s t e mi ss u c c e s s f u l a n d i th a v ea l r e a d yg o tt h en e wp a t e n ti nc h i n e s ep a t e n tb u r e a un o w ( p a t e n t n u m b e r ：2 0 0 4 2 0 0 9 8 3 7 5 8 ) e n d ，t h et h e s i se x p l o r e de v e r yp o s s i b i l i t yo fh o wt oi m p r o v et h ea c c u r a c yo f i d e n t i f yd i s t r i c tt h r o u g hg p s ( g l o b a lp o s i t i o n i n gs y s t e m ) a n dh o w t od e s i g nv i d e o t e x s y s t e mt h r o u g hg i s ( g e o 掣a p h i ci n f o n l l a t i o ns y s t e m s ) k e y w o r d s ：g s m ；s e n s o r ：t h ei n s t r u c t i o no f a t ；i n f e c t i o u sd i s e a s e ；m o b j l e t e r m i n a i 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写 过的研究成果，也不包含未获得( 注! 垫塑直基丝重要壁型童塑 笪! 奎拦亘窒2 或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一n t 作的同志对本研 究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：王一二发禾禹签字日期：”。辞于月叼日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有 关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权学校可以将学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手 段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：王驭车西 ， t 签字日期：沙。6 年4 - 月巧日 学位论文作者毕业后去向 工作单位： 通讯地址： 电话 邮编 够咖始 字 期 签 日 师 字 导 签 高致病性传染病移动人群实时预簪系统的研究 0 前言 当前各种高致病性传染病仍严重威胁着人类，艾滋病、结核病、血吸虫病、 传染性肝炎、霍乱、狂犬病、登革热、不明原因肺炎、流行性感冒、鼠疫、流 行性脑脊髓膜炎、肝吸虫病、疟疾，猪链球菌感染，禽流感等传染病，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，过去几十多年，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” ( e m e r g i n gv i r u s ) 的新名词，埃博拉病毒、拉沙病毒、汉坦病毒、人类免疫 缺陷病毒，尼帕病毒，以及近年出现的s a r s 病毒和目前的h 5 n 1 禽流感病毒都 属于此类。人类与人体各种疾病之间是一场永远无法结束的战争，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l e 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。 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，j 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。 当前，人类正处于信息技术高速发展的时代，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，本论文将生物医学技术，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相结合，研究其在高 致病性传染病实时监测预警方面的应用，具有较高的理论研究价值和实际应用 价值。 在本论文基于信息技术的高致病性病毒预警技术研究中，关键技术是生命 体征高精度检测、高致病性病毒的区域确定和生命体征数据的实时稳定传输处 理。 数据的无线通信是无线监测系统的核心技术。数据通信是通信技术和计算 机技术相结合而产生的一种新的通信方式。要在两地间传输信息必须有传输信 高致病性传染病移动人群实时预警系统的研究 道，根据传输媒体的不同，有有线数据通信与无线数据通信之分。 有线数据通信系统中常用的下位机是各种单片机，例如m c s 一5 1 系列等。此 类单片机设置了全双工的串行1 3 ，可以同时进行接收和发送，可以选择多种通 信模式。然而，由于r s 一2 3 2 接口传输距离只有几十米，即使转换成工业r s 一4 8 5 接口，传输距离也只有几千米，且需要铺设专门线路，布线费用高。对于更远 距离的传输就无能为力了，所以应用受到了限制。 数据的无线通信是无线监测系统的核心技术。g s m 调制解调器的出现给g s m 的发展注入了新的活力，它改变了传统的以话音为主的通信手段，打开了g s m 网络数据通信及其应用的大门。我国目前已建成了覆盖全国的g s m 数字蜂窝移 动通信网，是我国公众陆地移动通信网的主要方式。它提供多种业务，主要有 电话业务、紧急呼叫业务、短消息业务、可视图文接入、智能用户电报传送、 传真的等业务。短消息业务又可分为包括移动台起始和移动台终止的点对点的 短消息业务和点对多点的小区广播短消息业务。本论文将利用覆盖全国的g s m 数字蜂窝移动通信网，采用g s m 模块进行数据的无线传输，利用短消息服务业 务( s m s ) ，不仅能实时准确的传输生物的生命体征数据，克服了以上通讯距离 的限制，而且g s m 网还能实时准确的检测出生物体的具体区域位置。g s m 数字 蜂窝移动通信网的v l r 是一个数据库，存储了所管辖区域中m s ( 统称拜访客户) 的来话、去话呼叫所需检索的信息，例如客户的号码，所处位置区域的识别， 向客户提供的服务等参数，本论文调用g s m 数字蜂窝移动通信网的v l r 数据库， 完成对高致病性病毒的区域确定。本文的通信模块采用我l f 日常使用的手机作 为工具，由于手机的普及，用手机作为无线发送数据单元，更增加了该系统的 可行性。 根据以上对数据通信网络的分析，结合生物传感器的发展，在本论文中实 施方案图如图0 1 ：终端采用单片机串1 2 1 和通信模块相连的单片机系统，系统 内部用a t 指令进行通信，并以短消息的形式通过g s m 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g s m 交换网路子系统( n s s ) 的v l r 数据库， 识别生物体所处位置的区域，完成对高致病性病毒的时实检测预警。 图0 1 系统框图 高致j i j i 性传染病移动人群实时预警系统的研究 1 病毒监测可行性分析 1 1 各病种种类、特性、危害分析 地球是目前已知唯一存在生命的星球。据估计，从微生物到人类的生物链 中，生存着几十亿种不同的生命。这是宇宙神奇的力量，集合了无数的机缘巧 合而造成的奇迹。但随着人类过度地向自然扩张，大量使用农药和抗菌素，造 成了自然生态的严重失衡，大量生物物种濒临灭绝，同时也使地球的生物链发 生了怪异的变化，一些新的生命体正悄然出现。过去几十多年，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”( e m e r g i n g v i r u s ) 的新名词，埃博拉病毒、拉沙病毒、汉坦病毒、人类免疫缺陷病毒，尼 帕病毒，以及近年出现的s a r s 病毒和目前的h 5 n 1 禽流感病毒都属于此类。 高致病性传染病，首先让人想到的是1 9 1 8 年的大流感。造成这次大流感的 元凶是流感病毒。1 9 1 8 年春天，第一次世界大战这场人类自相残杀的悲剧正要 落幕，一场更加惨烈的瘟疫却突然降临人间。这场后来被称为“西班牙流感” 的大瘟疫首先在美国堪萨斯州的福特雷里军营爆发。在不到一个月的时间里， 在海军军营里就有1 1 0 0 多人被感染，4 6 人死亡。流感随赴欧作战的士兵传向 欧洲，并开始向民间扩散。随着夏天的来i 临，这一波流感袭击似乎渐渐地平息 下来。但是到了秋天，流感突然回头，在美国大规模爆发，并迅速在全国播散 并疯狂肆虐。在费城，仅1 0 月一个月里已有1 3 0 0 0 人死于流感；在纽约仅l o 月2 3 日一天，就有8 5 1 人死亡。在随后的一周里，美国每天都有5 5 0 0 多例新 发病人，在l o 月份的最后一周内，全美国就死亡2 0 0 0 0 多人。1 1 月初，流感 从美国向墨西哥和加拿大扩散，并再次迅速登陆欧洲大陆，继而向亚洲扩散。 亚洲稠密的人口，落后的公共卫生设施，使流感疯狂地吞噬着人类的生命。据 估计，仅在印度死亡的人数就达1 0 0 0 万以上。流感无 l 不入，甚至连生活在北 极的爱斯基摩人也不能幸免。阿拉斯加一个半岛的冻土高原，有一个居住着8 0 多人的讣村庄，被两个外地游客带来的病毒感染，结果只有两人活了下来。1 9 1 8 年的大流感持续了约1 8 个月，感染人数在1 亿以上，死亡人数估计至少有4 0 0 0 万人，远远超过了第一次世界大战死亡的人数。 当前，各种高致病性传染病仍严重威胁着人类。艾滋病、结核病、血吸虫 病、传染性肝炎、霍乱、狂犬病、登革热、不明原因肺炎、流行性感冒、鼠疫、 流行性脑脊髓膜炎、肝吸虫病、疟疾，猪链球菌感染，禽流感等传染病，一直 严重威胁着人类。其中，登革热是由1 4 型登革病毒引起、经伊蚊传播的急性 传染病。临床表现为突然发病，伴有畏寒、发热，恶心、呕吐；多器官大量出 高致病性传染病移动人群实时预警系统的研究 血；肝肿大；休克等症状。目前，世界每年发生登革病毒感染患者超过1 亿人， 并有5 0 万人发展成为登革出血热或登革休克综合征，造成大约2 5 万人死亡。 2 0 世纪9 0 年代以来，该病在我国广东、福建时有发生，多为小规模流行或散 发，1 9 9 9 年和2 0 0 4 年因输入性病例导致福建和浙江等地发生暴发流行，其它 省区近年来也常有输入性病例发生。一种名为m r s a 的“神秘”病毒正在澳大 利亚维多利亚州多家医院蔓延，到目前为止已造成1 2 3 人死亡，另有1 6 0 0 多人 被感染。据澳传染病研究机构的分析报告，m r s a 是一种通过医院获得的葡萄球 菌的“超级”变种，现在已具有非常强的抗药性。目前，全州有超过3 0 家医疗 机构被检测出有此种病毒的存在。医学专家指出，这一有可能致命的病毒是通 过患者与没有彻底将手洗干净的医院工作人员之间的接触来传播的，可在短时 间内削弱人的免疫系统，最终致人死亡。目前，m r s a 的抗药性非常强，l 临床上 使用的万古霉素这类“烈性”抗生素在它面前也作用不大。专家说，此种新型 超级病毒的变异速度极快，大大超过了研发新抗生素的速度。2 0 0 3 年，一场不 明原因肺炎s a r s 席卷全球，给全球经济和生活带来了巨大的损失。s a r s 的全 称是严重急性呼吸道综合征( s e v e r ea c u t er e s p i r a t o r ys y n d r o m e ) ，是一种 能致命的肺炎。临床表现为发烧、全身乏力、发冷、头痛、全身酸痛，肺部x 光检验显示肺炎象征，其它病征包括咳嗽，呼吸急促或困难。s a r s 肺炎最可怕 的是病情急速恶化，呼吸功能衰竭，很早出现呼吸困难，气促，要送进加护病 房治疗，可能要用到机械通气机维持通气，帮助呼吸，一般的抗生素起不了作 用，没有疗效。 现在，不明原因肺炎s a r s 并没结束，一场禽流感战役又开始了，从1 9 9 7 年开始，首先是原先在鸡禽中引发的禽流感病毒发生突变，具有造成大批禽鸡 死亡的能力，该高致病性禽流感病毒为h s n l 型，并首次在香港感染人，导致其 死亡。2 0 0 3 年底，h 5 n 1 型禽流感突然在越南大规模流行，导致大批鸡禽死亡。 此后不久，在泰国、日本、韩国、印度尼西亚、巴基斯坦、老挝，我国台湾地 区以及内地的某些省区都相继出现了h 5 n 1 禽流感疫情，泰国和越南还发生了多 起鸡传人并导致死亡的禽流感病例。2 0 0 5 年5 月初，我国青海湖地区出现斑头 雁等大批鸟类感染禽流感致死的现象，引起国内外广泛关注。中国科学家联手 作战，通过对水禽的可能迁徙路线、病毒基因组序列分析，以及对病毒的分离 和实验室研究，发现这次禽流感的致病病毒是高致病性的h 5 n 1 毒株，毒力远远 超过早先在中国北方发现的病毒，病毒的基因组也发生了变化，表明增强毒力 的基因发生重组，可能是几种病毒毒株的重排，也可能是某种尚未发现的新型 禽流感病毒，具有极强的毒性。 这次流行的禽流感传播速度之快以及范围之广是以前没有过的，同时禽流 感病毒在毒力上也表现出一些不同于以往的特点，如感染禽流感的病人死亡率 高敛捕性传染病移动人群实时预警系统的研究 高达7 5 ，比1 9 9 7 年的3 3 大幅增加；这次禽流感除在鸡中高致死地快速流行 外，在我国南方还发现大批鸭子死于h 5 n 1 禽流感，而通常h 5 病毒对鸭子是不 致命的。这些都说明，这次流行的h 5 n l 禽流感病毒株的毒力和感染的宿主范围 都在扩大，提示病毒可能已发生某种程度的变异。 2 0 0 5 年1 0 月之前，禽流感一直局限在亚洲地区。1 0 月7 日，罗马尼亚多 瑙河三角洲地区发现3 只死鸭，8 天后检测结果出来了：鸭子死于h 5 n 1 型禽流 感。这是第一例欧洲国家出现的1 1 5 n 1 禽流感，其后土耳其、希腊、俄罗斯、英 国、克罗地亚都先后发生了i t 5 n 1 型禽流感病毒感染，如世界禽流感分布图1 1 ， 这标志着禽流感已经向更大范围蔓延。由于h 5 n 1 的毒力极强，并已经获得了在 人体内复制的能力，2 0 0 3 年至今，已有6 0 多人死于1 1 5 n l 禽流感，一旦这株病 毒进一步获得在人群中传播的特性，其后果不堪设想。人们似乎已经听到新的 大流感向人类逼近的脚步声，它复活了西方国家对1 9 1 8 年大流感的恐怖回忆， 报刊、媒体连篇报道。有人甚至已经在分析“禽流感会以何种形式席卷全球”， 并预言“流感可能造成全球2 5 的人口同时得病”并“可能造成5 0 0 万至1 5 亿人死亡”的可怕前景。为此，世界卫生组织发出警告，要求各国采取有力措 旎，严防禽流感的蔓延，并严密监视疫情，防止禽流感病毒发生重组突变，引 发人际传播。1 。 图1 1 世界禽流感分布图 人类与人体各种疾病之问是一场永远无法结束的战役，从目前现实的角度 看，利用信息技术有效严密地监视病毒的发展，是一项非常重要的任务。 高致病性传染病移动人群实时预警系统的研究 1 2 高致病性传染病防治分析 我国古代医学家在防治传染病的实践中积累了丰富的经验。古代称传染病 为疫、疫疬、温疫、温病、伤寒等。东汉张仲景的伤寒论就详细阐述了有 关对传染病的理论和治疗方法。明末吴有性( 又可) 的温疫论，清代叶天士 的温热论、吴鞠通的温病条辨等著作，对传染病的病因、发病原理、辨 证施治等有完善而系统的论述。对传染病的预防，远在二千多年前内经素 问就有记载，认识到未病先预防的重要性，唐代孙思邈的千金要方，明代 杰出的医学家李时珍的本草纲目对传染病的预防阐述具体而明确。我国历 代医学家对传染病的防治及理论方面的认识，对尔后传染病的研究与认识的深 化，具有历史性的贡献n ，。 传染病的流行过程即在人群中发生、传播及终止，需要传染源、传播途径 和易感人群三个基本条件，同时还要受到社会因素、自然因素的作用及影响， 这就是常说的“三环节、两因素”。“三环节”为传染病流行提供了可能性，而 “两因素”则是决定传染病流行能否形成的动因。因此，为了控制高致病性传 染病也应该从以上的“三环节、两因素”着手进行。 从目前现实的角度看，最有效地防治高致病性传染病来临的最理想措施之 一就是严密地监控高致病性传染病病毒的发展。我国于1 9 5 7 年成立了国家流感 中心，1 9 8 1 年恢复加入世界卫生组织的流感监测网，与各国同行进行着密切有 效的合作。近两年来，国务院用了很大力量组织制定国家突发公共事件总体应 急预案，以及专项应急预案和部门应急预案，共编制各类应急预案1 0 6 件。各 省区市也完成了省级总体应急预案编制工作。2 0 0 4 年l o 月，青岛市启动了突 发公共卫生事件应急反应信息网络建设项目。青岛市成为国内第一个实现公共 卫生应急指挥信息化的城市。该项目的核心内容公共卫生应急指挥信息系 统的总体框架可以概括为“1 1 4 3 ”，即一个数据交换中心、一个数据应用平台、 四大业务体系( 疾病控制、医疗救治、卫生监督、妇幼保健) 、三级网络分布( 覆 盖市级、1 2 个区市和乡镇) 。系统兼顾了平时管理和战时管理的双重功能，包 含公共卫生事件的事前预测、预警，事中决策、响应，事后评估、修订的全过 程“。 在s a r s 防治时期，为了控制“非典”疫情，主要措旋是作到“四早”，即 “早发现、早诊断、早报告、早隔离治疗”。对移动人群的监测预防是最关键的 战斗。高筑墙、严设防、不惊慌，有序、沉着、高效地做好s a r s 防治工作是新 任校长顾秉林对清华大学s a r s 防治工作提出的要求。学校新增的防范措施的核 心是要尽可能减少校内外人员的交流，主要有以下几个方面。一是进一步加强 对住在校外的学生、教师和各类临时人员的管理。与师生接触比较密切的各类 6 商致病性传染病移动人群实时预警系统的研究 后勤服务人员要安排在校内集中住宿：减少住在校外的教师给学生的授课时间， 以减少这些教师和学生的接触；调整研究生的科研方式，研究生的课题研究以 查阅文献和总结分析为主，也可以用电话、电子邮件的方式与导师交流研讨， 尽可能避免导师对研究生面对面的指导。二是加强对进出校园的各类人员的管 理。对住在学校的全a 制学生实行进出校门许可证制度，对进出校门的学生进 行总量控制；对家住在校内的学生( 教职工子弟) 应要求回集体宿舍住宿；住 在校外的研究生如因答辩等原因需回校，应提前一周提出申请，并在校内指定 区域隔离居住，经体检合格后再参加答辩；进一步限制各类临时人员进出校门， 在校门口安装红外体温计，为进校人员测量体温。三是学校关键部门实行a 、b 两组人员轮换工作制度，保证在发生疫情时不中断工作。此外，学校还通知因 各种原因离校外出的学生暂时不要返校，在家安心1 9 学，待接到学校通知后再 回来上课。 最近卫生部公布了卫生部应对流感大流行准备- p 戈f j 与应急预案，为应对 可能的危机作了准备。可见，从中央到地方，中国人民为有效地防治高致病性 传染病做了大量的工作。但是，这些措施需要完善创新。例如，卫生部以及青 岛市公共卫生事件应急反应信息网络为有效地防治高致病性传染病，采用每日 汇报制度，即每日将医院内患高致病性传染病的情况进行汇报。这也是全球最 有效的预防措施之一。但这一措施存在着许多缺点，首先是对高致病性传染病 j 监控不及时，在进行汇报时，高致病性传染病已经爆发，错过了最佳的防治时 间；其次，t e m p 不准确，存在很多人为因素等。再如清华大学采取的各项措施， 总体上是要减少人员外出与社会的接触，减少校内人员的交叉流动；全国各地 在党和政府的领导下，更是高度重视，对移动人群进行监控预防，在机场，车 站，码头及其它交通要道，处处设卡，进行测温监控。对体温异常者进行隔离， 隔离措施首先是管理传染源，切断了疾病的传播途径，避免病人在不经意间感 染他人，从而保护易感人群；其次，隔离这一措施本身就是对病人的治疗，可 以让病人在相对单纯的环境下接受其他治疗，以避免交叉感染。这种方法在非 典时期，为控制s a r s 的传播起到了一定的作用，但也做出了巨大的牺牲。这种 划地为牢的作法尽管能起到一定的作用，但弊端更大，经济生活受到重大的影 响，严重时可使整个社会经济瘫痪，造成社会混乱。此外，他仍然无法对移动 人群病毒携带者进行更理想的监测预警。 第二届中国政府电子政务论坛于2 0 0 5 年8 月1 9 目至2 0 日在北京举行。论 坛提出，要切实加强应急管理信息平台建设，整合各类应急信息资源，提高政 府应急管理信息系统应用水平。本届沦坛将主题定为“突发公共事件应急管理 信息系统建设与应用”，重点研讨当前中国突发公共事件应急管理信息系统的 管理体制、资源整合、网络平台、平战结合、应用标准体系建设和功能评估等 高致病性传染病移动人群实时顶替系统的研究 问题。要把各项应急预案落到实处，还需要做大量深入细致的工作。其中，重 要一环就是要高度重视运用科技手段提高应对突发公共事件的能力，加快应急 管理信息平台建设，加强应急管理科学研究，提高应急装备和技术水平，充分 发挥专家作用，形成国家公共安全和应急管理的科技支撑体系。 因此，利用信息技术有效严密地监视病毒的发展和病毒的传播区域确定， 将病毒在还没大规模爆发前，就对其监控发现，并及时处理，完善国家的公共 卫生应急体制，将对有效地防治高致病性传染病做出重大的作用。 1 3 移动人群实施监测分析 资本的全球化、市场的全球化已经扑面而来，这对全球的发展来说，是机 遇也是挑战。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( g l o b a l i z a t i o n ) 的现象正在加剧。因此，全球是一 家，人口全球流动已是一个必然的发展。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。 因此，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s a r s 的潜伏期为2 1 4 天，它可以对 移动的人群进行提前1 5 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。本文欲研制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g s m 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。 综上几点，研制高致病性传染病移动人群实时监控预警系统，是非常迫切 的，它应当作为一种战略装备来准备；研制高致病性传染病移动人群实时监控 预警系统是可行的。 2 应急信息系统的功能需求和规划 2 1 应急信息系统的目标和功能需求分析 为加强我国公共卫生体系的建设，公共卫生应急信息系统建设至关重要。 公共卫生信息系统的建设是各机制和体系建设的重要环节和纽带，实现对突发 高致病性传染病移动人群实时预警系统的研究 公共卫生事件的动态监测与预警，面对突发公共卫生事件提供决策依据、分析 手段、指挥命令实施部署的工具和监督方法；通过指挥中心使指挥首长能及时 下达命令，有效调集各种资源，实施疫情控制和医疗救治工作，减轻突发公共 卫生事件对居民健康和生命安全造成威胁，用最有效的控制手段和最优的资源 投入，将损失控制在最小范围内等建设目标。 应急信息系统的目标，就是配合危机管理的全过程，应用信息技术，实现 大面积的、跨专业和部门的信息资源、处理资源和通讯资源的实时调度，使应 急指挥过程更加科学化和可视化。显然，这一目标，不是一个单纯的信息系统 可以达到的。它要依赖基础性的网络和多个专业化的应用系统，要依赖多种技 术的支持。 本论文用如下的逻辑模型表示应急信息系统及其支持系统的关系。 i 信息处理系统p = = = 刮应急信息系统p = = = 纠通讯调度系统i i一 图2 1 应急信息系统框图 最高层j 是应急信息系统的核心功能，它是一种集成式应用；专业化的信 息处理系统和各种相对成熟的技术系统是构建应急信息系统的支撑性应用，我 们称之为应用支撑层；而基本网络和通信系统是以上所有应用的基础。相邻层 次之间有着双向的信息供求关系。 任何类型和目的的应急指挥系统，都具有以下功能特性： 1 信息汇聚：从应急事件现场或监测网络采集到的各种信息，将被传输到信 息汇聚点( 应急指挥中心) 。这些信息可能是直接事件现场的视音频信息，也可 能是来自传感设备、监控设备的信息或信号，还可能是来自相关的专业化信息 处理系统的数字化信息。 2 信息表现：应急信息系统应该有直观而准确的信息表现形式，为指挥员进 行指挥调度和辅助决策提供最大的帮助。g i s 是一项广泛使用的技术，可以将 危机管理所涉及的信息( 如危机态势、应急指挥相关资源分布、应急方案等) 在基础的空间地理图形上形象地表现出来，便于指挥和决策人员直观地进行形 式判断、形成决策或进行资源调度：各种信息还可能要借助一定的显示设备和 显示控制系统表现出来。 3 信息调度：所有信息在汇聚点被组合和集中呈现，供指挥中心的指挥决策 人员作为决策和调度依据；有时还要将信息分发下级指挥中心( 或分中心) 的 不同的专业化处理系统进行处理，或从这些系统收集处理结果。 4 通讯和物资资源调度：应急指挥最终都表现为通过一定的通讯手段，完成 一定的人力、物力资源调度。例如警力的调度、救灾物资和设施调度、对事件 现场的疏导和部署，等等。 高致病性传染病移动人群实时预警系统的研究 5 辅助分析决策：在应急指挥过程中，提供一些逻辑分析模型、统计模型或 预案，以及案例库中的参考案例，帮助指挥员进行理性决策；同时，应急信息 系统还应汜录下整个指挥调度的过程，形成完整案例，丰富案例库，为实现知 识化、智能化的危机管理作积累。 以上是一个较为抽象的逻辑功能模型，它有助于我们把握应急信息系统的 核心建设目标，合理运用各种技术和各种“物理的”系统。 2 2 应急信息系统与其它信息系统的周边关系 1 技术型应用系统与应急信息系统的关系 g i s 、g s m 、g p s 等都是广泛使用的、成熟的技术，也已经形成相对独立运 行的系统。每个独立系统甚至可能成为整个应急信息系统中最主要的操作平台。 在应急信息系统领域，类似的成熟技术系统还有c a l lc e n t e r 、知识管理 系统、视频会议和视频监控系统等。对这些相对成熟、“自成一体”的技术应用 系统，都要作类似的分析，才能保证最后的应急信息系统是一个有机的、完整 的、体现建设初衷的系统，而不是一组不分主次、繁复、独立的技术系统。 忽视需求分析或缺乏正确的需求分析方法，是存在于信息化建设的通病。 缺乏对需求的分析和规划，会使应急信息系统建设失去理性，导致盲目建设和 重复建设，与信息资源整合的精神背道而驰。 2 专业化信息处理系统与应急信息系统的关系 我们对应急信息系统的需求认识往往是始于“混沌”的。尤其是当因为信 息系统缺位造成重大损失的时候，更是希望通过一个项目、甚至一个系统的建 设毕其功于一役。但是，应急信息系统的主要目标是实现危机管理中的决策支 持，离开了专业领域的知识和专业化的信息处理系统的支持，应急信息系统对 科学决策的支持就会落空。另一方面，应急信息系统往往是跨管理部门、跨专 业领域的系统，涉及多个专业系统。处理这种兼具“宽度”和“深度”的复杂 需求的合理做法，是把项目进行分解，把应急信息系统建设与专业化信息处理 系统进行合理划分。 一般来说，专业化信息系统负责专业化的信息监测和预警、信息处理；应 急信息系统则负责信息的汇聚、分析，以及对会商、决策和资源调度的支持； 二种系统之间通过共同认可的标准来实现信息传递和工作协同。应急信息系统 从专业化信息处理系统中收集预警监测的结果；应急信息系统则向专业化信息 处理系统提交信息加工请求并收集信息处理结果。 检验是否较好划分了专业化信息处理系统和应急信息系统界限的直接办 法，是看二者之间是否有足够的独立性。一个好的规划和设计应该是这样的情 形：应急信息系统本身不一定很“专业”，但它能与很专业化的信息处理系统高 高致病性传染病移动人群实时预警系统的研究 效地协同工作。应急信息系统的核心价值，在于它对跨专业的、公用资源的调 度能力；专业的判断和业务流程应该留给专业化的信息处理系统。从这点上来 说，应急信息系统其实需要有一定的“通用性”。通用性越好，它动态“接入” 不同专业信息系统的能力就越强，整个大系统的“应急”能力也就越好。 23 应急信息系统的规划与标准化 现在我们跳出单个应急信息系统的需求分析，来看看多个系统或者说 整个城市级别的应急信息系统的需求，或者说一种规划。 根据上面的分析可知，我们如果采用一个相对通用的“应急信息系统”和 一系列专业化信息处理系统，可以构成一个完整的、面向各种突发事件的应急 信息系统的构架。也即从理论上况，可以构建城市级别的唯一的、集中的、公 用的应急信息系统平台。但在实际操作中，有两个因素制约这种模式。一是系 统的规模和负载问题；二是现有的行政管理体制的制约。 根据系统沦的原理和系统工程实践经验，每个系统下辖的子系统个数是有 限的，超出这限度，不仅系统的业务负载和复杂度会难以承受，为保障系统 运行可靠性所付出的代价也会十分巨大。我们通常采用系统分级的办法来解决 这一问题。在应急信息系统建设中，就是通过建立一些区域的或“领域”分中 心来分担“总中心”的负载和复杂性。 但是，采用分中心的分层构架，应该满足两个先决条件。否则，就有可能 使整个城市的应急信息系统更加混乱和难于管理，操作起来无所适从，甚至变 成一盘散沙，为信息资源综合增加新的负担。 第一个条件，还是比较、分析和沦证。在具体的城市危机管理环境中采用 何种构架，一定要对各种构架的对比分析，包括对弱点的分析，以及弥补的方 法，作为系统后续建设的前提条件。这是应该在决定建分中心之前完成的。 第二个条件，构架标准化基础。统一的数据标准制定应该在应急信息系统 的总体规划层面，而不是某个具体的应急信息系统建设的层面来进行。在某个 县体应用系统中谈统一标准的意义是十分有限的。即使每个系统都实王见了“内 部”的统一标准，也可能导致多个系统之间无法沟通。 应用标准化是我国信息化建设的一个弱点和紧迫点，也是应急信息系统建 设的一项基础性： 作。如果能在国家层面整合专业化研究资源，组织面向应急 指挥和危机管理的统一的标准化研究，则能有效促进整个国家的应急信息系统 的建设；反之，如果我们不抓住应急信息系统这一建设背景，则不仅应急信息 系统的建设不能进入有序状态，标准化建设本身也将摆脱不了滞后于信息系统 建设的状况。”1 高致病性传染病移动人群实时预警系统的研究 3 预警系统关键技术研究 3 1 病毒携带者生命体征研究 生物医学测量的对象是生命体，尤其是人体。生命体是极其复杂的系统， 其包含着反映生命活动的极其丰富的信息。这些信息存在于无数结构各异的生 物分子精巧构造而成的高度复杂的结构体系细胞中：存在于由细胞组成的，具有 特殊结构与功能，进行不同活动的器官中，如脑、心脏、肺、肝、l 肾、胰、血 管、胃、膀胱和各种感觉器官：存在于各种器官组成的神经系统、循环系统、呼 吸系统、泌尿系统、内分泌系统、消化系统和感觉系统等许多特殊功能的生命 系统之中。人体正是由生物分子、细胞、器官和功能系统等各层次组成的复杂 系统，正是依靠各层次上的活动和功能及其有机配合，才能实现生命体的新陈 代谢、兴奋性和生殖能力等基本功能，才会维持生命过程。生物医学信息测量 是对生命体各个层次上极其丰富且有内在联系的，具有个体差异且随时间与空 间变化的，受环境影响的各种生命体成分、性质、状态和功能等信息进行检测 与量化的技术。而科技工作者共同的信条是“没有对生命体各类生命现象的精 确测量，便难以对生命过程进行全方位的调控与干预”，所以生物医学测量在 生命科学及医疗技术中的重要性是不言而喻的。 呼吸、体温、脉搏、血压，是生物机体内在活动的客观反映，是判断机体健 康状态的基本依据和指标之一，临床称之为生命体征。正常人的生命体征相互 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，为临床正确诊断、及时治疗及 护理提供第一手资料和依据，是一项非常重要的任务。 体温是人类机体生命的一个重要特征，人正常体温是比较衡定的，但因种 种因素它会有变化，但变化有一定规律。没有了体温就意味着生命的终止。在 生存过程中，机体内的各种活动都