疫情防控信息化案例 | 基于数字孪生技术的社区防疫应急联防联控系统

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导语
2020年新冠肺炎疫情突袭我们祖国，全国各地都启动了公共卫生一级应急管理响应，各地管理部门积极采用信息化疫情防控方案，帮助疫情在最快最有效的防制措施下，得到了很好的控制。中国测绘学会智慧城市工作委员会于2月11日向行业各单位征集信息化应用案例百余项，现陆续向行业进行公开宣传，希望让更多的管理部门了解到最前沿的管理技术和方案，共同为疫情防控而努力。

应用案例

01
 案例背景

社区是以一定地域为基础，有具有相互联系共同交往、共同生活的人群以共同利益、文化和社区意识为纽带而形成的生活共同体。社区是社会的缩影、社区是城市的细胞，社区管理也是城市管理的基本单元和重要基础。在此次新冠病毒疫情防控中，也充分证实了社区防疫工作对防止疫情输入、蔓延、输出和控制疾病传播的重要作用。同时，也暴露了许多问题。

由于社区，尤其是大城市的人口流动性大，社区信息管理不完善，在前期需要做大量的人工采集工作；另一方面，没有统一的疫情信息登记和上报系统，需要手工登记、汇总，效率低、容易出错，且存在重复登记情况，虽然后期出现了各类信息登记小程序，但各不相同，部分系统信息采集不够全面，为了登记而登记，忽视社区管理和服务的本质。因此，我们提出建设数字孪生技术的社区防疫应急联防联控系统，制定统一的社区信息采集、整合和共享技术标准，多方位、全面的采集社区信息，并基于CIM将这些信息整合，使其成为一个整体并进行共享，不仅在发生公共卫生安全事件时可以及时响应，快速获取数据、分析数据，也可以用于日常的社区信息服务。

数字孪生技术：基于海量“数据”和高性能“算力”，依靠人工智能技术进行结构化处理、量化索引一座城市，依靠深度学习技术实现自动检测、分割、跟踪矢量、挂接属性入库，形成全景视图和各领域视图，全局、直观、量化可分析、可推演、预见未来，保证数据决策的有效性和高效性，以适应不断变化的城市各种服务场景。

02
案例内容

基于数字孪生城市理念，利用城市信息模型（CIM）将采集的社区相关的各类结构化、非结构化数据统一整合，形成虚拟城市在信息维度上对实体城市的精准信息表达和映射，形成社区全景视图和各领域视图，全局、直观、量化可分析、可推演、预见未来，从而给社区管理带来质的飞跃。针对卫计委和相关疾控机构提供的数据以及从互联网和线下渠道收集的发病和疑似人群信息，基于防疫知识图谱进行了推理和分析，为广大群众提供了社区网格级别的感染风险预测和评估。基于多种来源的大数据进行交叉分析和时空索引，提供精确到社区级别的流行病传播风险预警功能。

从技术路线上来看，城市信息模型采用地理标记语言（Geography Markup Language, GML）来组织、融合和存储空间信息和各类业务信息。将三维模型中的语义属性与几何/拓扑属性相关联，保证语义和几何的一致性。这样的好处在于能够满足几何、语义拓扑嵌套关系之间的主题查询和几何拓扑关系查询或执行模型分析的目的。其中，如人员基本信息、房屋基本信息等业务信息使用应用领域扩展（ADEs）实现整合。ADEs与其他一般实体与属性的区别在于，它必须使用自身的命名空间在一个额外的XML模式定义中被定义，这个文件必须明确输出GML扩展模型的XML模式的定义。其优点在于，通过正式指定扩展名，扩展的GML实例文档可以通过和各自扩展的XML模式进行验证。应用领域扩展（ADEs）可以定义一个甚至多个GML模型。如此使三维空间数据不仅可以可视化展现，还能够实现量化索引，提供多种空间分析、仿真模拟和应急救援、灾情研判等结构化数据服务和通用业务服务。

从具体表现上来看，通过具有室内结构的城市信息模型，实现“一标多实”，即基于标准地址的人、房、企、车辆、宠物等关联管理，实现社区信息全方面掌握，实现以房查人（包括业主和租户信息）、以人查房（快速构建疑似或确诊人员的可能行动轨迹）、以车查人（根据车辆进出登记，掌握人员出行情况）等等，还可以运用数据挖掘分析可构建涵盖流动人口统计分析、疫情防控专题统计分析等公共分析服务。同时，各类分析结果以数图融合模式进行集中展现，为各级管理人员对社区运行态势了解、问题发现、决策分析提供支持。

03
应用效果

已取得的初步效果：

利用本系统为铁力市规划局建立武汉返乡人员跟踪表，给伊春市疾控负责领导形成管理看板。1月26日起跟踪汇报武汉返回人员106人。

上海公安一标六实地理信息系统，实现对包括感染人群的重点人员监控， 实现覆盖2500万人口，90多万单位，每日上报事件日超过5万条。

已经作为疫情防控功能模块在天津滨海新区应急指挥中心得到应用。同时为北京市公安局，公安部特勤局以及全国各地公安特勤局提供了联防联控的产品和数据支持。另外在四川省公安厅，浙江省公安厅，杭州市公安局，武汉市公安局和南京市公安局等单位也结合一标三实等规范进行了重点人员监控的应用试点。正在大规模提供各地街道社区联网联控系统，主要针对各地社区防疫应急部门。

04
创新点

通过数字孪生技术体系，结合“一标六实”、城市信息模型实现社区疫情联防联控，提升疾控服务能力，强化疾控综合管理信息化为社会服务的功能。

突破社区三维全要素、批量、快速重建技术，提高生产效率，实现“物理世界数字化”；同时研究突破城市信息模型构建方法，实现城市模型具有完整的、机器可识别分析的语义信息，实现“数字世界语义化”，推进数字孪生城市发展。其创造性的提出基于三维重建和语义化技术的数字孪生城市建模方法，融合多源/异构/多模/全息城市数据，通过三维视觉重建和主动学习智能分类等技术，构建可被机器理解的、支持自动推理及分析的数字孪生城市信息模型，实现城市的全要素数字化和语义化、全状态实时化和可视化、管理决策协同化和智能化。

05
社会价值

基于数字孪生城市的城市信息模型，将社区进行了量化和索引，形成全景视图和各领域视图，全局、直观、量化可分析、可推演、预见未来，辅助政府科学决策，避免走弯路和重复建设，给社区管理带来质的飞跃。通过基于城市信息模型的城市动态仿真，精细化数据挖掘和科学决策，出台指挥调度指令及公共决策监测，全面实现动态、科学、高效、安全的社区管理。任何社区事件、社区部件、基础设施的运行将在数字孪生系统实时、多维度呈现。对于重大安全事件、火灾等紧急事件，依托数字孪生系统，以秒级时间完成问题发现和指挥决策下达，实现“一点触发、多方联动、有序调度、合理分工、闭环反馈”。

以上案例由泰瑞数创科技（北京）有限公司提供文稿。

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编辑：李雪莹 审核：王杰 欧雅玟

指导：万剑华教授