CN113422824A - 一种基于蓝牙定位的新冠肺炎密切接触者筛查系统及方法 - Google Patents

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CN113422824A CN202110694433.1A CN202110694433A CN113422824A CN 113422824 A CN113422824 A CN 113422824A CN 202110694433 A CN202110694433 A CN 202110694433A CN 113422824 A CN113422824 A CN 113422824A
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Abstract

本发明公开了一种基于蓝牙定位的新冠肺炎密切接触者筛查系统及方法，该系统基于由公共场所监测子系统(10)、本地疫情防控指挥中心(20)、隔离检查站(30)、本地通信运营商(40)和用户(50)交互连接的网络，实现了在数据库中检索是否有与其处在安全距离范围内的其它手机设备以及其接触的时间长度，根据得到的需要隔离筛查人员的MAC地址信息，向其发送敦促其配合隔离检查的信息，为传染病学家提供需要隔离的筛查人员数据。与现有技术相比，本发明实现了定位精度更高、能够更灵活地分级管控的筛查方案；并且所需设备功耗及费用更低。

Description

一种基于蓝牙定位的新冠肺炎密切接触者筛查系统及方法
技术领域
本发明涉及定位技术和卫生安全管控领域，特别是涉及一种基于定位的新冠肺炎密切接触者筛查方法。
背景技术
目前，全国各省市都出台了不同的新冠疫情防控措施以及解决方案。其中最具示范性的是健康二维码，可以精准划分风险区域，从而更好地满足了疫情防控与经济发展相互平衡的需要。利用现有的定位技术、信息技术等使得更加精准而且快速地实现防控追查与溯源工作成为可能。
在现今新冠疫情将长期流行的大背景下，如何实现将其对人们日常生活的影响降到最低的同时能够做到科学防控、精准防控，是创新的关键。其中防控工作的重点地区是人群密集或者人流量较大的场所。
如何在密切接触者范围内不发生遗漏地筛查出感染人员、又能够使隔离人群数量对社会的正常运转的影响降到最低，是本发明亟待解决的技术问题。
发明内容
基于上述现有技术，本发明提出了一种基于蓝牙定位的新冠肺炎密切接触者筛查系统及方法，基于蓝牙定位设备实现了适用于公众场所的新冠肺炎密切接触者的实时自动筛查以及自动数据处理，为传染病学家提供需要隔离的筛查人员数据。
本发明的一种基于蓝牙定位的新冠肺炎密切接触者筛查系统，该系统包括该公共场所监测子系统，所述公共场所监测子系统10与本地疫情防控指挥中心20相连接，所述本地疫情防控指挥中心20分别与隔离检查站30、本地通信运营商40和用户50交互连接，所述本地疫情防控指挥中心20，用于联合本地通信运营商40，根据MAC地址向接触过患者的人发送消息；所述公共场所监测子系统10中进一步包括定位模块101、计算模块102、存储模块103、控制模块104和通信模块105；其中：
所述定位模块101，采用至少四个定位设备实现当前有效信号范围内的蓝牙信号的接收，所述定位设备在空间设置上满足不共面且任意两点间的连线互相垂直；
所述计算模块102，用于计算所述蓝牙设备在本筛查区域内的实时空间坐标Xi,Yi,Zi，并判断当前是否有两台蓝牙设备N1,N2之间的距离
Figure BDA0003127501990000021
小于安全范围，如果存在两台设备之间的距离小于安全范围，则将当前进入监测范围的蓝牙设备与所述定位设备之间的距离信息保存至所述存储模块103；
所述存储模块103，用于实现整个系统的数据存储；
所述控制模块104，用于将当前进入监测范围的蓝牙设备与所述定位设备之间的距离信息传输到计算模块102；所述蓝牙设备的信息由隔离检查站30传送至本地疫情防控指挥中心20，再由本地疫情防控指挥中心20传送至所述控制模块104；
所述通信模块105，用于实现所述公共场所监测子系统10与所述本地疫情防控指挥中心20之间的无线通信。
本发明的一种基于蓝牙定位的新冠肺炎密切接触者筛查方法，该方法包括以下步骤：
构建公共场所监测子系统，所述公共场所监测子系统10与本地疫情防控指挥中心20相连接，所述本地疫情防控指挥中心20分别与隔离检查站30、本地通信运营商40和用户50交互连接；所述公共场所监测子系统10中进一步包括定位模块101、计算模块102、存储模块103、控制模块104和通信模块105；
在所述定位模块101中，确定某空间中的四个Beacon定位设备作为四个基点J、K、L和M，这四点不共面且任意两点间的连线互相垂直，取其中的三个向量
Figure BDA0003127501990000022
构成一组基向量，作为此空间中的坐标轴；向量
Figure BDA0003127501990000031
分别表示点J和点K、点J和点L、点J和点M的连线距离；
通过计算模块102得出蓝牙设备在本筛查区域内的绝对空间坐标xi,yi,zi，根据计算出当前是否存在两台蓝牙设备(N1,N2)之间的距离
Figure BDA0003127501990000032
小于安全范围，如果存在两台蓝牙设备之间的距离小于安全范围，将相关的蓝牙设备信息保存在存储模块103中；
由公式(1)得到点Ni在基向量
Figure BDA0003127501990000033
上的绝对空间坐标xi为：
Figure BDA0003127501990000034
同理，由公式(2)分别得出Ni在基向量
Figure BDA0003127501990000035
上的绝对空间坐标y1：
Figure BDA0003127501990000036
同理，由公式(3)分别得出Ni在基向量
Figure BDA0003127501990000037
上的绝对空间坐标z1：
Figure BDA0003127501990000038
由公式(4)所示计算两台蓝牙设备的距离
Figure BDA0003127501990000039
为：
Figure BDA00031275019900000310
其中，
Figure BDA00031275019900000311
表示点Ni和点K的连线距离，
Figure BDA00031275019900000312
表示点Ni和点L的连线距离，
Figure BDA00031275019900000313
表示点Ni和点M的连线距离，i表示进入筛查区域内的蓝牙设备编号，x1,y1,z1为N1的坐标，x2,y2,z2为N2的坐标；
利用控制模块104以设定好的频率调用计算模块102的计算结果，通过通信模块105将存在两台蓝牙设备之间的距离小于安全范围的信息上传到本地疫情防控指挥中心20，保存在本地疫情防控指挥中心20的指挥中心存储模块201中，各个公共场所以推荐的频率通过指挥中心通信模块202向本地疫情防控指挥中心数据库上传数据；
本地疫情防控指挥中心20根据蓝牙设备的MAC地址信息在数据库中检索在最近的某个时间范围内是否有与其处在安全距离范围内的其它手机设备以及其接触的时间长度，将信息传入本地的本地通信服务运营商40，由本地通信服务运营商40根据此MAC地址向其发送敦促其配合隔离检查的信息，为传染病学家提供需要隔离的筛查人员数据。
与现有的新冠疫情检测筛查方法相比，本发明的一种基于蓝牙定位的新冠肺炎密切接触者筛查系统及方法实现了定位精度更高、能够更灵活地分级管控的筛查方案；并且所需设备功耗及费用更低。
附图说明
图1为本发明的一种基于蓝牙定位的新冠肺炎密切接触者筛查系统架构示意图；
图2为定位坐标系实例图。
具体实施方式
如图1所示，为本发明的一种基于蓝牙定位的新冠肺炎密切接触者筛查系统架构示意图。该系统包括公共场所监测子系统，在所述公共场所监测子系统10中包括定位模块102、计算模块102、存储模块101、控制模块104和通信模块105。所述公共场所监测子系统10与本地疫情防控指挥中心20相连接。所述本地疫情防控指挥中心20分别与隔离检查站(或指定医院)30、本地通信运营商40和用户50交互连接。其中：
公共场所包括人员密集或者人流量较大的公共场所如车站、机场、商场等的地点。
所述定位模块101，采用一定数量的低功耗蓝牙定位设备(如Beacon定位设备)，用于接收当前有效信号范围内的蓝牙信号。具体实施例为：利用所铺设的四个(实际实现的数量要大于或等于四个)的Beacon定位设备的范围内就可以精确定位一台蓝牙设备。根据蓝牙最新的5.1版本协议，最高的定位精度可达厘米级，这就可使精确到个人的疫情防控成为可能。当一个手持蓝牙设备(一般指手机)进入公共场所(即待筛查区域)后，Beacon定位设备会收集有关蓝牙设备的以下信息并上传至本地的服务器的存储模块。如表1所示，为蓝牙设备基础信息表。
表1
名称 描述
蓝牙串号 蓝牙设备唯一标识
MAC地址 对手机等联网设备进行辅助标识
进入筛查区域时间 进入本筛查区域的时间(年月日时分秒)
离开筛查区域时间 离开本筛查区域的时间(年月日时分秒)
离开筛查区域指在当前区域内没有Beacon设备能接收到此蓝牙设备信号。
Beacon定位设备将实时(例如按一定时间间隔，默认为1秒)收集当前蓝牙设备与其之间的距离信息并将其上传至本区域内的。如表2所示，为当前进入监测范围的蓝牙设备与Beacon定位设备之间的距离信息。
表2
相关参数 释义
时间 当前时间(年月日时分秒)
Beacon定位设备编号 Beacon定位设备唯一标识
Beacon定位设备坐标 Beacon定位设备在本筛查区域内的定义的绝对坐标
进入筛查区域的蓝牙设备串号 Beacon定位设备接收到的蓝牙设备的唯一标识
进入筛查区域的蓝牙设备MAC地址 对手机等联网设备进行辅助标识
蓝牙设备与定位设备的距离 进入筛查区域的蓝牙设备与Beacon定位设备的距离
所述计算模块102在结合四个及四个以上的定位设备的数据后，就可计算出某蓝牙设备(手机)在本筛查区域内此时的空间坐标(Xi,Yi,Zi)，得出的计算结果存入表3描述的数据库中。
具体计算方式如下表述：
在一空间中确定四个Beacon定位设备作为四个基点J(a1,b1,c1)、K(a2,b2,c2)、L(a3,b3,c3)和M(a4,b4,c4)，要求这四点不共面且任意两点间的连线互相垂直，取其中的三个向量
Figure BDA0003127501990000061
构成一组基向量，作为此空间中的坐标轴。如图2所示，为定位坐标系实例图。其中，Beacon(1,2,3,4)分别为上述的点(J,K,L,M)。向量
Figure BDA0003127501990000062
分别表示点J和点K、点J和点L、点J和点M的连线。(x1,y1,z1)、(x2,y2,z2)分别是N1、N2在这组基向量上的投影坐标。d(X,Y)表示X点与Y点的距离。
现已知蓝牙设备所在的某一点Ni到这四个Beacon定位设备所在的四个点(J,K,L,M))之间的距离为
Figure BDA0003127501990000063
由公式(1)得到点Ni在基向量
Figure BDA0003127501990000064
上的绝对空间坐标xi为：
Figure BDA0003127501990000065
同理，由公式(2)分别得出Ni在基向量
Figure BDA0003127501990000066
上的绝对空间坐标y1：
Figure BDA0003127501990000067
同理，由公式(3)分别得出Ni在基向量
Figure BDA0003127501990000068
上的绝对空间坐标z1：
Figure BDA0003127501990000069
将通过计算模块105得出的蓝牙设备在本筛查区域内的绝对空间坐标表示为(xi,yi,zi)，与其相关的蓝牙设备信息存入存储模块101中。如表3所示，为某蓝牙设备在本筛查区域内的空间坐标，也就是存储模块的数据库表结构举例。
表3
相关参数 释义
时间 当前时间(年月日时分秒)
蓝牙设备串号 蓝牙设备唯一标识
蓝牙设备MAC地址 对手机等联网设备进行辅助标识
蓝牙设备当前空间坐标 当前蓝牙设备在本筛查区域内定义的空间坐标(x<sub>i</sub>,y<sub>i</sub>,z<sub>i</sub>)
计算模块105根据表3计算出当前是否有两台蓝牙设备(N1,N2)之间的距离
Figure BDA00031275019900000610
小于安全范围(由传染病医学专家给出，默认1米)，如果存在两台设备之间的距离小于安全范围，则将以下信息保存在数据库。如表4所示，为两台距离过近的蓝牙设备信息。
表4
相关 释义
时间 当前的北京时间(年月日时分秒)
蓝牙串号-设备一 设备一的蓝牙串号
蓝牙串号-设备二 设备二的蓝牙串号
MAC地址-设备一 设备一的MAC地址
MAC地址-设备二 设备二的MAC地址
相距距离 此时两台设备的相距距离(单位：米)
计算两台蓝牙设备的距离
Figure BDA0003127501990000071
如公式(4)所示：
Figure BDA0003127501990000072
其中，(x1,y1,z1)为N1的坐标，(x2,y2,z2)为N2的坐标。
所述存储模块103实现整个新冠肺炎密切接触者筛查系统的各类数据存储。
所述控制模块104将当前进入监测范围的蓝牙设备与Beacon定位设备之间的距离信息传输到通信模块105。
所述通信模块105，用于遵循蓝牙通信协议实现了公共场所监测子系统10与所述本地疫情防控指挥中心20的无线通信。
在实际应用中，公共场所监测子系统10与本地疫情防控指挥中心20联网，在本地疫情防控指挥中心20的指挥中心存储模块201中维护一个与表4相同的数据库。各个公共场所以一个推荐的频率(默认每天一次)通过指挥中心通信模块202向本地疫情防控指挥中心数据库上传数据。同时，与疫情相关的隔离检查站30也通过检查站或医院通信模块301与本地疫情防控指挥中心20联网，当依据检查站或医院存储模块302的存储数据检查筛查出新冠病人时，获取其手机中的MAC地址并通知本地疫情防控指挥中心20，本地疫情防控指挥中心20根据此MAC地址查询出近期(具体时间可由流行病学专家给出)与其存在接触的人群。由本地疫情防控指挥中心20的指挥中心通信模块202再联合本地通信运营商40的运营商通信模块401，根据MAC地址向接触过患者的用户501的用户通信模块501发送消息，敦促其尽快去附近的隔离检测点检测隔离。
携带蓝牙设备(一般指手机，以下简称蓝牙设备)的人进入公共场所时，布置在公共场所内的Beacon定位设备通过蓝牙通信协议接收蓝牙设备所发出的信号，该信号至少包括关于此设备的蓝牙串号、MAC地址(一般只有拥有NIC的设备才具有MAC地址，所以同时要求MAC地址信息以屏蔽其它只有蓝牙通信功能的设备比如蓝牙耳机)、进入公共场所内的时间和离开公共场所内的时间，例如“离开公共场所内的时间”由最后一个信标设备检测到此手机蓝牙信号的时候取得。
布置在各个公共场所内的定位设备以设定好的频率(例如缺省设置为1Hz，且可变)与蓝牙设备进行通信。通过通信模块，将获得的手机基本信息至少包括蓝牙串号、MAC地址、与本定位设备之间的距离、当时的时间和本定位设备的唯一标识信息传入后端数据存储模块。
后端的控制模块104实时调用计算模块102根据公式(1)、(2)、(3)计算出此手机在以当时的四个定位设备所组成的一组空间向量基下的坐标，再通过这四个定位设备相对于整个公共空间中的位置(固定位置已知)来得到此手机在本公共区域此时的绝对空间坐标(xi,yi,zi)，存入存储模块103中。
同时，控制模块104以一个设定好的频率(可变动，缺省为1Hz)调用计算模块102根据公式(4)计算出此时两手机之间的距离是否小于安全距离(可变动，此值可以根据传染病学专家的建议设置，缺省为1米)，若两手机之间的距离小于安全距离，则将这两部手机的蓝牙串号信息、MAC地址信息、当时的时间以及距离信息存入存储模块101中，作为关键信息以一个适当的频率(可变动，缺省为1天1次)通过通信模块105传入本地的存储模块中。
在某家定点隔离检查站或指定医院检测到有新冠肺炎的阳性患者，医生通过将患者手机的MAC地址上传到本地疫情防控指挥中心20，本地疫情防控指挥中心20根据MAC地址信息在数据库中检索在最近的某个时间范围内(可变动，一般是一个或两个潜伏周期)是否有与其处在安全距离范围内的其它手机设备以及其接触的时间长度。为传染病学家提供需要隔离筛查的人员的检索结果数据。本地疫情防控指挥中心20根据得到的需要隔离筛查人员的MAC地址信息，将此信息传入本地的各个移动通信服务运营商，本地的各个移动通信服务运营商可根据此MAC地址向其发送敦促其配合隔离检查的信息。
本发明采用蓝牙5.1的新版本协议，在室内场所的情况下定位精度可达厘米级。基于蓝牙协议的定位方法相较于基于WiFi或GPS的定位方法，不论对于端设备(手机)还是服务器设备(基站或无线路由器)来说，都具有更低的功耗。同样所产生的安装维护各项软硬件的费用也更加低廉。能够实现更灵活的分级管控方案。疫情防控指挥中心可以根据不同的等级来指定需要隔离检查的人员，比如可以只考虑检查隔离当时公共区域内所有人员或是只与新冠病人密切接触时长长达一定时间的人员；也可对不同的密切接触市场进行分级，制定不同的防控方案。
在需要时，本发明能够精确描绘一个进入场所的蓝牙设备(手机)在本场所的运动路线图；所使用的通信模块只在某专用通信网络中运行，而基于结合MAC地址的寻人方式也可以更好的保护蓝牙设备(手机)主人的隐私信息，具备更好的隐私保护性；可实现根据当时当地的政策与传染病学家的研判而灵活地实时调整包括安全距离范围、发送信息推荐频率等在内的多种参数。

Claims (2)

1.一种基于蓝牙定位的新冠肺炎密切接触者筛查系统，该系统包括该公共场所监测子系统，所述公共场所监测子系统(10)与本地疫情防控指挥中心(20)相连接，所述本地疫情防控指挥中心(20)分别与隔离检查站(30)、本地通信运营商(40)和用户(50)交互连接，所述本地疫情防控指挥中心(20)，用于联合本地通信运营商(40)，根据MAC地址向接触过患者的人发送消息；其特征在于，所述公共场所监测子系统(10)中进一步包括定位模块(101)、计算模块(102)、存储模块(103)、控制模块(104)和通信模块(105)；其中：
所述定位模块(101)，采用至少四个定位设备实现当前有效信号范围内的蓝牙信号的接收，所述定位设备在空间设置上满足不共面且任意两点间的连线互相垂直；
所述计算模块(102)，用于实时计算所述蓝牙设备在本筛查区域内的绝对空间坐标Xi,Yi,Zi，并判断当前是否有两台蓝牙设备N1,N2之间的距离
Figure FDA0003127501980000011
小于安全范围，如果存在两台设备之间的距离小于安全范围，则将当前进入监测范围的蓝牙设备与所述定位设备之间的距离信息保存至所述存储模块(103)；
所述存储模块(103)，用于实现整个系统的数据存储；
所述控制模块(104)，用于将当前进入监测范围的蓝牙设备与所述定位设备之间的距离信息传输到计算模块(102)；所述蓝牙设备的信息由隔离检查站(30)传送至本地疫情防控指挥中心(20)，再由本地疫情防控指挥中心(20)传送至所述控制模块(104)；
所述通信模块(105)，用于实现所述公共场所监测子系统(10)与所述本地疫情防控指挥中心(20)之间的无线通信。
2.一种基于蓝牙定位的新冠肺炎密切接触者筛查方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
构建公共场所监测子系统，所述公共场所监测子系统(10)与本地疫情防控指挥中心(20)相连接，所述本地疫情防控指挥中心(20)分别与隔离检查站(30)、本地通信运营商(40)和用户(50)交互连接；所述公共场所监测子系统(10)中进一步包括定位模块(101)、计算模块(102)、存储模块(103)、控制模块(104)和通信模块(105)；
在所述定位模块(101)中，确定某空间中的四个Beacon定位设备作为四个基点J、K、L和M，这四点不共面且任意两点间的连线互相垂直，取其中的三个向量
Figure FDA0003127501980000021
构成一组基向量，作为此空间中的坐标轴；向量
Figure FDA0003127501980000022
分别表示点J和点K、点J和点L、点J和点M的连线距离；
通过计算模块(102)得出蓝牙设备在本筛查区域内的绝对空间坐标xi,yi,zi，根据计算出当前是否存在两台蓝牙设备N1,N2之间的距离
Figure FDA0003127501980000023
小于安全范围，如果存在两台蓝牙设备之间的距离小于安全范围，将相关的蓝牙设备信息保存在存储模块103中；
由公式(1)得到点Ni在基向量
Figure FDA0003127501980000024
上的绝对空间坐标xi为：
Figure FDA0003127501980000025
同理，由公式(2)分别得出Ni在基向量
Figure FDA0003127501980000026
上的绝对空间坐标y1：
Figure FDA0003127501980000027
同理，由公式(3)分别得出Ni在基向量
Figure FDA0003127501980000028
上的绝对空间坐标z1：
Figure FDA0003127501980000029
由公式(4)所示计算两台蓝牙设备的距离
Figure FDA00031275019800000210
为：
Figure FDA00031275019800000211
其中，
Figure FDA00031275019800000212
表示点Ni和点K的连线距离，
Figure FDA00031275019800000213
表示点Ni和点L的连线距离，
Figure FDA00031275019800000214
表示点Ni和点M的连线距离，i表示进入筛查区域内的蓝牙设备编号，x1,y1,z1为N1的坐标，x2,y2,z2为N2的坐标；
利用控制模块(104)以设定好的频率调用计算模块(102)的计算结果，通过通信模块(105)将存在两台蓝牙设备之间的距离小于安全范围的信息上传到本地疫情防控指挥中心(20)，保存在本地疫情防控指挥中心(20)，各个公共场所以推荐的频率向本地疫情防控指挥中心数据库上传数据；
本地疫情防控指挥中心(20)根据蓝牙设备的MAC地址信息在数据库中检索在最近的某个时间范围内是否有与其处在安全距离范围内的其它手机设备以及其接触的时间长度，将信息传入本地的本地通信服务运营商(40)，由本地通信服务运营商(40)根据此MAC地址向其发送敦促其配合隔离检查的信息，为传染病学家提供需要隔离的筛查人员数据。
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