CN112768085B - 一种现场流行病学调查与综合态势可视化分析方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种现场流行病学调查与综合态势可视化分析方法及系统，包括：在服务器中部署现场流行病学调查与综合态势可视化分析系统，并将服务器接入到互联网中；在突发公共卫生事件现场，通过浏览器访问服务器，并确定专题调查表集合；根据需求搭建调查场景背景图；采用安装有专用APP的离线采集设备，下载专题调查表集合进行调查数据采集，并上传至服务器；在专题调查表集合的所有基础调查表项中选择综合统计分析要素，设置每一项综合统计分析要素的统计分析方法和展示形式，结合上报数据动态生成统计图表，并将所有统计分析结果纳入到调查场景背景图中，形成统一的展示界面，并生成统计分析报告。本发明可以广泛应用于调查与分析领域。
Description
技术领域
本发明涉及突发公共卫生事件现场流行病学调查与分析技术，具体涉及一种基于人工环境定制的、可扩展的、现场流行病学调查与综合态势可视化分析方法及系统。
背景技术
新发突发重大传染病暴发流行、外来生物入侵等突发公共卫生事件不仅严重威胁人类健康，而且制约经济的发展，还给社会稳定和国家安全带来极大的威胁和挑战， 是当今预防医学和公共卫生领域面临的突出问题。随着社会经济的不断发展、城市化 进程的不断加快以及城市交通事业的不断完善，在为人们出行和聚会提供极大便利的同时，也为传染病的快速传播和流行提供了便利条件，新发突发传染病暴发疫情时有 发生。突发公共卫生事件应急处置的及时性和精准性对于降低损失，有效处置至关重 要，其中重要的一环便是现场流行病学调查，实时动态采集、整合突发事件现场采样、 检测、伤病员临床特征、暴露人群隔离检疫、危险因素、处置措施等信息，对于全方 位掌握事件的发生发展态势、污染范围的划定、危害评估、影响因素、人群脆弱性特 征、卫生资源估算、干预措施效果评估等尤为重要，事关医学救援与处置成败的关键。
然而，目前我国突发公共卫生事件现场流行病学调查与分析工作的信息化程度普遍较低，现场应用过程中普遍存在如下缺点：
(1)在调查内容设计方面，缺乏灵活的现场定制功能，难以根据现场突发情况及时调整调查表内容，同时，也缺乏多调查表关联和调查内容关联能力，导致重复填报 相同调查内容，并为关联统计分析带来困难；
(2)在疫情数据分析方面，缺乏关键点的地理位置信息以及相关场景环境信息，无法为用户还原疫情暴发及传播的相关场景，为传染源追踪、传播链生成等研究带来 一定困难；
(3)在综合态势分析方面，缺乏数据分析和使用的灵活性以及可视化综合态势分析功能，无法灵活地关联多源、多要素调查数据进行统计分析，并将其统计结果展示 在同一可视化界面，为暴露人群医学观察及转归分析、疫情暴发和传播的影响因素分 析、污染区划定、危害评估等数据分析、决策支持带来一定困难；
(4)统计分析模式较为固定，缺少快速嵌入新方法、通用方法进行灵活分析的机制，每当需要使用新技术、新方法完成数据统计分析时，都需要开发新的系统功能， 甚至重新设计系统架构，带来费用高、周期长的问题。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种现场流行病学调查与综合态势可视化分析方法及系统，能够及时、高效、直观地为用户提供现场流行病学数据采集和强大的 综合态势分析能力。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
本发明的第一个方面，是提供一种现场流行病学调查与综合态势可视化分析系统， 其包括：服务器和离线采集设备；
所述服务器中设置有基础调查表创建模块、调查场景布置模块、综合统计分析定制模块以及统计分析报告自动生成模块；
所述基础调查表创建模块用于根据事件性质，创建关于流行病学调查或突发公共卫生事件的各项基础调查表，以供所述离线采集设备下载并采集相关调查数据；
所述调查场景布置模块用于根据需求搭建模拟真实调查环境的调查场景背景图；
所述综合统计分析定制模块用于对所述离线采集设备采集并上传的相关调查数据 进行各项综合统计分析要素的统计分析，并基于调查场景背景图进行可视化展示，同时将统计分析结果和可视化展示结果发送到统计分析报告自动生成模块；
所述统计分析报告自动生成模块用于针对各种不同类型的专题调查，设置重点关注要素以及各重点关注要素的统计分析方法和呈现形式，结合上报数据自动生成统计 分析报告。
进一步，所述综合统计分析定制模块中设置有若干统计分析模块和可视化展示模块，各所述统计分析模块用于对离线调查数据中的各项综合统计分析要素分别进行统 计分析；所述可视化展示模块用于将各统计分析模块得到的所有统计分析结果纳入到 调查场景背景图中，进行统一的可视化展示。
进一步，该系统还包括统计分析功能扩展模块，用于根据用户实际需要，在综合统计分析定制模块中设置相应的统计分析模块，对采集数据中的相关要素进行统计分 析。
进一步，所述离线采集设备所采集的相关调查数据通过特定网络环境传输到所述服务器中。
本发明的第二个方面，是提供一种现场流行病学调查与综合态势可视化分析方法， 其包括以下步骤：
1)在服务器中部署现场流行病学调查与综合态势可视化分析系统，并将服务器接入到互联网中；
2)在突发公共卫生事件现场，通过浏览器访问服务器，并确定专题调查表集合；
3)根据需求搭建调查场景背景图，以模拟现场调查环境；
4)采用安装有专用APP的离线采集设备，下载专题调查表集合进行调查数据采集，并上传至服务器；
5)在专题调查表集合的所有基础调查表项中选择综合统计分析要素，设置每一项综合统计分析要素的统计分析方法和展示形式，结合上报数据动态生成统计图表，并 将所有统计分析结果纳入到调查场景背景图中，形成统一的展示界面，并生成统计分 析报告。
进一步，所述方法还包括以下步骤：根据实际需要，定制独立的统计分析模块， 并编译为动态链接库上传至服务器中，重复步骤5)操作，将独立的统计分析模块应 用于综合态势分析和调查报告。
进一步，所述步骤2)中，确定专题调查表集合的方法，包括以下步骤：
2.1)以管理员身份登录系统后，根据现场调查需求以及事件性质选择多张基础调查表；
2.2)根据实际需要确定各基础调查表的顺序，并对各基础调查表项进行在线变更， 同时设置多张基础调查表之间的关联关系，进而得到专题调查表集合。
进一步，所述步骤2.2)中，多张基础调查表之间的关联关系包括强关联关系、 弱关联关系以及随机关联关系。
进一步，所述步骤3)中，搭建调查场景背景图的方法，包括以下步骤：
3.1)根据需求选择封闭环境模拟图或开放环境地理区域图，将其作为调查场景背景图；
3.2)使用在线场景制作工具，在调查场景背景图中插入各类主要场景物体的实物图片，搭建模拟真实调查环境的虚拟空间。
进一步，所述步骤3.2)中，主要场景物体包括建筑、绿化、湖泊、土壤、道路。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
(1)本发明可根据现场突发情况灵活定制调查表内容，满足各类突发公共卫生事件调查需求；能设置多调查表和调查内容间关联关系，有效提升数据采集效率，提高 数据分析能力；
(2)本发明实现了人工环境定制功能，通过采集关键点的地理位置信息以及相关场景环境信息，能高度还原疫情暴发及传播的相关场景，有助于传染源追踪、传播链 生成、以及暴露人群医学观察及转归分析的研究；
(3)本发明采用综合态势可视化分析技术，能灵活挑选部分特定的调查表数据单独进行统计分析，并将其统计结果展示在同一可视化界面，有助于疫情暴发和传播影 响因素的分析、危害评估以及决策支持；
(4)本发明提出了在无需重新开发系统功能模块的情况下扩展统计分析功能的方法，有效降低了应用新技术的成本。
因此，本发明可以广泛应用于突发公共卫生事件现场流行病学调查与分析领域。
附图说明
图1a和图1b是本发明实施例中的专题调查表集合；
图2a和图2b是本发明实施例中针对突发公共卫生事件的调查资料收集表；
图3a和图3b是本发明实施例中环境调查表；
图4是本发明实施例中医学观察人群调查表；
图5a和图5b是本发明实施例中鼠疫个案调查表；
图6a和图6b是本发明实施例中肉毒毒素中毒个案调查表；
图7是本发明实施例中初步调查表；
图8是本发明实施例中感染肺炎个案调查表；
图9a和图9b是本发明实施例中特定场景背景示意图；
图10a～图10h是本发明实施例中特定场景图标示意图；
图11是本发明实施例中人工环境定制图；
图12是本发明实施例中综合态势分析可视化技术流程图；
图13是本发明实施例中暴露人群医学观察与转归综合态势可视化分析控制界面；
图14a～图14d是本发明实施例中暴露人群医学观察与转归综合态势可视化分析结果展示；
图15是本发明实施例中突发公共卫生事件调查综合态势统计分析界面；
图16是本发明实施例中定制综合统计分析报告；
图17是本发明实施例中OR影响因素分析结果。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
为了满足现场流行病学调查分析评估需求，本发明构建了一个集突发公共卫生事件监测预警、检测识别、信息采集与分析、应急处置为一体的网络化信息化应急处置 系统，为预防、控制和消灭疫情提供及时、科学、有效的辅助决策。
本发明提供的一种现场流行病学调查与综合态势可视化分析系统，其包括：服务器和离线采集设备。其中，服务器中设置有基础调查表创建模块、调查场景布置模块、 综合统计分析定制模块以及统计分析报告自动生成模块。具体的，基础调查表创建模 块用于根据事件性质，创建关于流行病学调查或突发公共卫生事件的各项基础调查表，以供离线采集设备下载并采集相关调查数据；调查场景布置模块用于根据需求搭建模 拟真实调查环境的调查场景背景图；综合统计分析定制模块用于对离线采集设备采集 并上传的相关调查数据进行各项要素的统计分析，并基于调查场景背景图进行可视化 展示，同时统计分析结果和可视化展示结果发送到统计分析报告自动生成模块；统计 分析报告自动生成模块用于针对各种不同类型的专题调查，设置重点关注要素以及各要素统计分析方法和呈现形式，结合上报数据并自动生成统计分析报告。
进一步，综合统计分析定制模块中设置有若干统计分析模块和可视化展示模块，各统计分析模块用于对离线调查数据中的各项综合统计分析要素分别进行统计分析； 展示模块用于将各统计分析模块得到的所有统计分析结果纳入到调查场景背景图中， 进行统一的可视化展示。
进一步，该系统还包括统计分析功能扩展模块，用于根据用户实际需要，在综合统计分析定制模块中设置相应的统计分析模块，对采集的相关调查数据进行统计分析。
进一步，离线采集设备所采集的相关调查数据通过特定网络环境传输到服务器中， 避免在互联网环境中传输敏感调查结果，导致的信息泄露。
本发明提供的一种现场流行病学调查与综合态势可视化分析方法，包括以下步骤：
1)服务器部署：在服务器中部署现场流行病学调查与综合态势可视化分析系统，并将服务器接入到互联网中。
2)现场流行病学调查表定制：在突发公共卫生事件现场，通过浏览器访问服务器，并确定专题调查表集合。
具体的，包括以下步骤：
2.1)以管理员身份登录系统后，根据现场调查需求以及事件性质选择多张基础调查表；
2.2)根据实际需要对各基础调查表项进行在线变更，并设置多张基础调查表之间的关联关系，进而得到专题调查表集合。
其中，选择多张基础调查表之后，首先设置各基础调查表的顺序，以及各基础调查表之间的关联关系，主要包括强关联关系(家庭关系、同班同学)、弱关联关系(同 一小区、同一学校)以及随机关联关系(随机同乘一辆车、随机就餐于同一餐厅)等。 一方面可以避免在后续的统计分析中因为重名等原因出现漏统错统的情况，另一方面 对于在后续的传播链生成有着至关重要的作用。
3)调查场景布置：根据需求搭建调查场景背景图，以模拟现场调查环境。
具体的，包括以下步骤：
3.1)根据需求选择封闭环境模拟图或开放环境地理区域图，将其作为调查场景背景图；
3.2)使用在线场景制作工具，在调查场景背景图中插入各类主要场景物体的实物图片，搭建接近真实调查环境的虚拟空间，还原疫情暴发及传播的相关场景，为传染 源追踪、传播链生成奠定基础。
调查场景背景图指明了调查地点的地理环境特征，包括建筑、绿化、湖泊、土壤、道路等地理信息。用户根据调查场景背景图中的地理环境特征，选定采样点，布置医 疗点，布置隔离点，设置隔离区域，判断暴露人群分布，伤病员转运路线，医疗资源 分配等。有助于用户对疫情态势的整体感知，为下一步决策部署提供参考。
根据采集数据完成场景背景图，在背景图上完成人工环境搭建，包含了大量的信息。
4)调查数据离线分布采集：利用定制开发的APP，从服务器下载专题调查表集合，多个调查人员可以使用APP实现离线调查工作，在特定网络环境中，将调查结果传输 到服务器中，避免在互联网环境中传输敏感调查结果。
5)综合统计分析定制：可以在所有基础调查表项中选择综合统计分析要素，设置每一项综合统计分析要素的统计分析方法和展示形式，结合上报数据动态生成统计图 表，并将所有统计分析结果纳入到调查场景背景图中，形成统一的展示界面。其中， 还可以根据实际需要，随时变更统计分析方法和展示形式。
6)统计分析报告自动生成：针对每种不同类型的专题调查，可设置重点关注要素以及各要素统计分析方法和呈现形式，结合上报数据自动生成统计分析报告。
进一步，该方法包括统计分析功能扩展，具体的，将所有统计分析程序以动态链接库形式存储，对外提供一致的数据接口，用户选择特定统计分析方法后，将采集数 据传入对应分析程序，并生成格式化分析结果。若要升级或添加新分析程序，根据实 际需要独立设计并开发特定统计分析程序，该程序以动态链接库形式存储，原有系统功能不做任何变动，在统计分析方法列表中加入新程序信息即可。
实施例1
本实施例给出了针对重庆大学虎溪校区的一次突发公共卫生模拟事件进行调查。
第一步，如图1a和图1b所示，针对调查对象，定制突发公共卫生事件专题调查 表，主要包括以下六种调查表：
①针对突发公共卫生事件的调查资料收集表，如图2a和图2b所示，主要包括基 本情况调查信息、事件发生情况信息以及发病情况等信息采集；
②环境调查表，如图3a和图3b所示，主要包括重庆大学教学楼、附属医院内科、 图书馆、虎溪区理科大楼、综合楼、竹园1幢、附属医院急诊科等关键地点的人群病 源检测结果等信息采集；
③医学观察人群调查表，如图4所示，主要包括重庆大学教学楼、附属医院内科、图书馆、虎溪区理科大楼、综合楼、竹园1幢、附属医院急诊科等关键地点的医学观 察人群基本信息、暴露情况以及医学观察记录等信息采集；
④鼠疫个案调查表，如图5a和图5b所示，主要包括重庆大学教学楼、附属医院 内科、图书馆、虎溪区理科大楼、综合楼、竹园1幢、附属医院急诊科等关键地点的 鼠疫个案调查对象基本情况、临床表现、流行病学调查以及暴露点调查情况等信息采 集；
⑤肉毒毒素中毒个案调查表，如图6a和图6b所示，主要包括重庆大学教学楼、 附属医院内科、图书馆、虎溪区理科大楼、综合楼、竹园1幢、附属医院急诊科等关 键地点个案调查对象的基本情况、临床表现以及暴露点调查情况等信息采集；
⑥初步调查表，如图7所示，主要包括突发公共卫生事件的信息类别、发生地点、详细地址、报告日期以及基本情况等信息采集；
如图8所示，专题调查表制作完成之后，可设置调查表顺序，以及各调查表之间 的关联关系。
第二步，在完成上述相关调查表数据的填写后，点击“布置”按钮进入人工环境 定制界面，进行场景布置作业。在此界面中，可根据用户需求选择相关特定场景背景 如图9a和图9b所示。
从上图可以看出，用户可以根据需求选择封闭环境背景或者开放环境背景图，用于下一步人工环境定制的搭建。在完成场景背景的设定后，在左侧工具箱中，可以将 特定图标插入到右侧的场景中，便于客户进行人工环境的搭建，如图10a～图10h所 示。
从图10a～图10h可以看出，用户可用于人工环境搭建的图标主要包括标识类、 树木类、水果类、山体类、道路类、车辆类、建筑类以及人物类等，根据用户需求还 可继续添加或者修改。以“突发公共卫生事件调查”专题为例，将已经插入的场景图 标通过鼠标拖拽，可以修改其位置和尺寸，进而完成人工环境的定制，如图9所示。
从图11可以看出，在场景背景图中添加部分标识、建筑、人群、车辆等关键信息，为用户还原疫情爆发及传播的相关场景，有助于用户对于传染源追踪、传播链生成的 研究。
第三步，调查人员下载上述专题调查表，并开展调查，填报各类数据表，并将最 终采集数据上传至服务器中。
第四步，将有效的专题调查表纳入统计分析系统中，定制综合态势分析图，主要包括综合统计分析、环境调查表统计分析、医学观察人群调查统计分析、鼠疫个案调 查表统计分析以及肉毒毒素中毒个案调查表统计分析，如图12所示。
综合统计分析如图13所示。从图13中的综合态势可视化分析界面，可展示不同 时间段内当前疾病暴露人数、发病人数以及采样数量在人工定制环境场景中的分布情 况。从左下角的图例中我们可以看出，在上图中特定位置标记的不同颜色的圆点和数 字，分别表示不同人群以及该人群的人数。其中，带数字的红色圆点表示采样数量、 带数字的蓝色圆点代表暴露人数、带数字的绿色圆点表示发病人数。
该界面还可支持不同用户对数据的展示方式进行选择。数据展示的时间单位可分为天数和小时数两种模式，而数据展示的选择方式可分为单选和多选两种模式。因此， 总共有四种不同的数据展示方式，分别为单日数据展示、多日数据展示、单个小时数 据展示以及多个小时数据展示，如图14a～图14d所示。
不同时间段内，该综合态势可视化分析界面可清晰明确地展示疾病暴露人数、发病人数以及采样数量在人工定制环境场景中的分布情况，有助于用户对疾病从爆发至 今的综合态势进行感知分析，有利于暴露人群医学观察与转归分析的研究。
此外，通过点击综合态势统计分析按钮，可进入综合态势可视化统计分析展示界面，如图15所示。
第五步，定制综合统计分析报告。点击左侧调查表项，自动生成统计分析结果， 并将图表插入到统计分析报告中，如图16所示。
第六步，扩展统计分析功能。针对数据分析需求，需要加入影响因素分析方法， 实现对比值比OR值(odds ratio)的计算。
此时，我们独立开发OR值计算模块，并编译为动态链接库后上传至服务器中，在不变更系统架构的情况下，在综合统计分析中加入“OR影响因素分析”项目，点击之 后，直接调用OR值计算模块，并将计算结果显示在界面中，如图17所示。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应 排除在本发明的保护范围之外。
Claims (7)
1.一种现场流行病学调查与综合态势可视化分析系统，其特征在于，包括：服务器和离线采集设备；
所述服务器中设置有基础调查表创建模块、调查场景布置模块、综合统计分析定制模块以及统计分析报告自动生成模块；
所述基础调查表创建模块用于根据事件性质，创建关于流行病学调查或突发公共卫生事件的各项基础调查表，以供所述离线采集设备下载，并根据实际需要对各基础调查表项进行在线变更，并设置多张基础调查表之间的关联关系，进而得到专题调查表集合后采集相关调查数据；
所述调查场景布置模块用于根据需求搭建模拟真实调查环境的调查场景背景图，包括：根据需求选择封闭环境模拟图或开放环境地理区域图，将其作为调查场景背景图；使用在线场景制作工具，在调查场景背景图中插入各类主要场景物体的实物图片，搭建模拟真实调查环境的虚拟空间；
所述综合统计分析定制模块用于对所述离线采集设备采集并上传的相关调查数据进行各项综合统计分析要素的统计分析，并基于调查场景背景图进行可视化展示，同时将统计分析结果和可视化展示结果发送到统计分析报告自动生成模块；
所述统计分析报告自动生成模块用于针对各种不同类型的专题调查，设置重点关注要素以及各重点关注要素的统计分析方法和呈现形式，结合上报数据自动生成统计分析报告；
所述综合统计分析定制模块中设置有若干统计分析模块和可视化展示模块，各所述统计分析模块用于对离线调查数据中的各项综合统计分析要素分别进行统计分析；所述可视化展示模块用于将各统计分析模块得到的所有统计分析结果纳入到调查场景背景图中，进行统一的可视化展示。
2.如权利要求1所述的一种现场流行病学调查与综合态势可视化分析系统，其特征在于：该系统还包括统计分析功能扩展模块，用于根据用户实际需要，在综合统计分析定制模块中设置相应的统计分析模块，对采集数据中的相关要素进行统计分析。
3.如权利要求1所述的一种现场流行病学调查与综合态势可视化分析系统，其特征在于：所述离线采集设备所采集的相关调查数据通过特定网络环境传输到所述服务器中。
4.一种现场流行病学调查与综合态势可视化分析方法，其特征在于包括以下步骤：
1)在服务器中部署现场流行病学调查与综合态势可视化分析系统，并将服务器接入到互联网中；
2)在突发公共卫生事件现场，通过浏览器访问服务器，并确定专题调查表集合；
3)根据需求搭建调查场景背景图，以模拟现场调查环境；
4)采用安装有专用APP的离线采集设备，下载专题调查表集合进行调查数据采集，并上传至服务器；
5)在专题调查表集合的所有基础调查表项中选择综合统计分析要素，设置每一项综合统计分析要素的统计分析方法和展示形式，结合上报数据动态生成统计图表，并将所有统计分析结果纳入到调查场景背景图中，形成统一的展示界面，并生成统计分析报告；
所述步骤2)中，确定专题调查表集合的方法，包括以下步骤：
2.1)以管理员身份登录系统后，根据现场调查需求以及事件性质选择多张基础调查表；
2.2)根据实际需要确定各基础调查表的顺序，并对各基础调查表项进行在线变更，同时设置多张基础调查表之间的关联关系，进而得到专题调查表集合；
所述步骤3)中，搭建调查场景背景图的方法，包括以下步骤：
3.1)根据需求选择封闭环境模拟图或开放环境地理区域图，将其作为调查场景背景图；
3.2)使用在线场景制作工具，在调查场景背景图中插入各类主要场景物体的实物图片，搭建模拟真实调查环境的虚拟空间。
5.如权利要求4所述的一种现场流行病学调查与综合态势可视化分析方法，其特征在于：所述方法还包括以下步骤：根据实际需要，定制独立的统计分析模块，并编译为动态链接库上传至服务器中，重复步骤5)操作，将独立的统计分析模块应用于综合态势分析和调查报告。
6.如权利要求4所述的一种现场流行病学调查与综合态势可视化分析方法，其特征在于：所述步骤2.2)中，多张基础调查表之间的关联关系包括强关联关系、弱关联关系以及随机关联关系。
7.如权利要求4所述的一种现场流行病学调查与综合态势可视化分析方法，其特征在于：所述步骤3.2)中，主要场景物体包括建筑、绿化、湖泊、土壤、道路。
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