GIS建设方案.docx

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GIS建设方案

传染病

信息管理及预警GIS系统建设方案

XXXXX有限公司

二○○九年三月

第1章背景介绍

1.1现状分析

近年来人类面对全球传染病流行的严峻现实：

新传染病不断出现、旧传染病的重新肆虐以及人为造成的传染病发生和流行。

所以传染病疾病监测及信息管理信息化势在必行。

XX市加强公共卫生体系建设三年行动计划中要求由市卫生局信息中心牵头，会同相关部门和各区县在充分利用已有资源和信息化建设成果的基础上，建成相互关联、资源共享的人口信息、卫生资源、医疗服务、疾病监测、卫生监督、医学情报等六大数据库。

因此成立社区卫生管理中心负责组织、协调、领导、指导对社区卫生服务中心的管理工作，通过推进医疗机构信息化建设，提升医疗服务质量和效率，实现信息共享是提高办医质量和效率的有效抓手。

XX区率先成立社区卫生管理中心，负责组织、协调、领导、指导社区卫生服务中心的各项工作。

并且建设了XX区区域卫生信息化整合平台，实现区内居民多种卫生信息的共享整合。

正在建设的XX区传染病信息系统也将国家直报系统的疫情数据落地到XX区区域信息平台。

各类数据的整合为GIS数据展示和分析各类数据提供了基础。

近年来GIS技术在公共卫生领域的数据分析、疾病监测及预警、各种应急方案的制定实施以及利用空间统计学方法进行深入研究等方面得到了广泛的应用和发展。

随着XX区各类医疗信息的整合，采用GIS技术、空间统计学原理、统计分析技术等技术和原理，建设科学先进的XX疫情分布监测、疫情动态变化以及疫情预警等各种GIS展示和分析平台，已经成为越来越迫切的需求。

完善的GIS展示和分析平台将使疾控中心等管理部门能够更直观的了解当前全区的疫情分布状况、疫情动态变化情况、疫情报警情况，从而为更科学地制定预防控制措施提供支持。

1.2GIS平台介绍

GIS是地理信息系统（GeographicInformationSystem）的缩写。

它是为特定应用目标建立的空间信息系统。

是在计算机硬件、软件及网络等支持下，对有关空间数据进行预处理、输入、存贮、查询检索、处理、分析、显示、更新和提供应用的技术系统。

通过GIS系统，能直观、明确地显示地理实体的具体地点位置以及周围环境（交通、资源等）的情况；能够帮助用户分析、查询大量数据信息并直观的在地图方式显示结果；能将传统的数据带入直观的可视化空间，弥补MIS系统中分析数据的局限性，使得管理者对各个方面的情况有一个全面直观的了解，统筹安排，大大提高了现代化管理水平。

ArcGIS是美国ESRI（EnvironmentalSystemsResearchInstitute,Inc.）公司集近40年GIS研发之经验，奉献给用户的一套从低到高、可无缝扩展的GIS平台系列产品。

ArcGIS产品建立在工业标准之上，不但功能强大、使用方便，而且界面友好，可以满足不同层次的用户需求。

美国ESRI（EnvironmentalSystemsResearchInstitute,Inc.）公司成立于1969年，是全球最大的地理信息系统（GIS）技术提供商。

作为GIS的拓荒者及当今GIS技术的领导者，一直致力于为全球各行各业的用户提供先进的GIS技术和全面的GIS解决方案。

功能强大

在GIS领域，ArcGIS一直以具有强大的空间分析和空间数据处理功能著称。

其独特的空间数据模型及空间分析等功能，使得基于ArcGIS构建的应用系统为相关部门和领导提供了科学的计算结果和决策依据。

ArcGIS产品是目前世界上最为领先的GIS产品，全球有100多个国家在使用各个级别的ArcGIS产品，产品具有完善的系统架构，丰富的GIS功能，为各行各业的用户提供了全面的解决方案。

ArcGIS能够支持超大数据量的存储和用户对响应效率的需求，并且在全球范围内真正拥有TB级数据存储的实例，美国地调局，国家影像局，国土安全部都使用ArcGIS产品管理超过上百TB的基础地理数据，中国的国家基础地理信息中心，各个地方基础地理信息中心，各级测绘局，各级国土局都在采用ArcGIS的存储方案管理上百GB到几十TB的空间数据。

ArcGIS支持最多的数据格式，并且全球几乎所有的GIS软件都支持ArcGIS的数据格式，我国各级测绘部门发布的GIS数据都是采用ArcGIS的格式，ArcGIS的shp和E00数据格式已经成为事实上的数据标准。

ArcGIS主要特性有：

可伸缩性

由于ArcGIS系列产品具备相同的核心技术，这就为系统资源的共享、系统的无缝升级、数据和应用功能的平滑移植提供了有力的保障。

这样用户可以根据不同应用阶段的需求，统筹规划、分步实施，从而充分地保护前期资金投资和工作投入，保证系统的分步实施不会因为平台的提升和系统规模及功能需求的扩展而陷入两难的境地，避免了系统“升级即重建”的尴尬，使构建的系统从整体上具有极大的延展性和灵活性。

ArcGIS的可伸缩性还表现在它不但可以配置在一个独立的桌面系统上，还可以在互联网上进行部署。

使更多用户获得定位、可视化、空间分析以及决策等功能。

标准、开放和互操作性

作为最大的GIS技术提供商，ESRI始终遵循国际通用标准，其产品建立在一系列行业标准和开放的IT技术基础之上。

一直以来，ESRI在不断引领全球GIS发展潮流。

ArcGIS的先进性、开放性和标准性，保证了基于其所构建的应用系统的技术先进、标准开放和可持续发展。

技术成熟、安全稳定

平台软件是系统的基础，GIS平台的安全稳定直接决定着整个系统工程的稳定性。

ESRI公司作为全球最大的GIS技术提供商，从事GIS理论研究、产品开发以及应用拓展三十余年，在全球拥有数以百万计的用户群体，其产品经历了数十年的应用考验，技术成熟，成功范例多，稳定性强。

操作简便、易于开发

全新的ArcGIS系列软件不仅有着完善的可扩展的体系结构，而且在保留原来强大功能的基础上，界面风格更加简单友好，易于使用。

同时ArcGIS具有公共组件库，详尽的文档和例子代码，使开发ArcGIS变得异常简单。

第2章建设原则

2.1设计先进、规范接口

本项目设计的XX区传染病信息管理及预警GIS平台，借鉴国内外的先进技术和方法，系统的设计需要考虑到先进性和前瞻性。

系统建设在遵循国家有关标准规范和技术发展方向的前提下，进行总体规划和标准体系建设，然后在总体规划和标准体系的指导与约束下分步实施。

要充分考虑与已建系统、外部系统之间的数据交换和信息共享，设计好与这些系统的信息接口，开放并且易于集成。

2.2安全管理、可靠运行

系统应具有安全管理机制来保障系统及资料的安全。

在技术上，采用严格的安全措施，确保系统的可靠性、保密性和数据的一致性，充分考虑开发及使用过程中的网络安全、系统安全、用户安全、应用程序安全、数据安全，以保证系统的可靠运行。

2.3使用简单、便于维护

本项目设计应做到界面友好清晰，使用简单易学；同时结构要清楚合理，具备安装方便、配置方便等特点，系统应提供简单易用的维护管理工具。

2.4技术成熟、便于扩展

本项目设计应采用国际上成熟的流行开发技术，以业务需求为导向，构建一个安全、可靠、稳定的应用决策平台。

同时项目设计需要兼顾未来XX区医疗卫生行业的其他GIS应用，便于后期的功能扩展。

第3章总体规划

3.1总体框架图

XX区区域医疗整合平台总体框架图

XX区区域医疗整合平台以XX区卫生数据中心的建设为核心，逐步建立和完善区域医疗信息整合共享体系和社区卫生服务体系。

本项目基于该平台所整理的疾病控制业务数据集进行深层次利用，辅助用户针对XX区疾病预防和控制进行决策。

3.2GIS架构

XX区传染病信息管理及预警GIS系统架构图

本项目依托XX区区域医疗信息整合平台，采用B/S架构以满足用户的使用需求。

在软件的体系结构上，系统采用目前GIS业界较流行的3层软件体系架构（Three-TierSoftwareArchitecture），将整个系统结构划分为数据层、业务逻辑层和表现层。

3.3体系结构

3.3.1数据层

数据平台位于整个系统的最底部，采用ShapeFile本地文件或统一的关系型数据库进行存储和管理。

数据层存储的数据来源于两部分，一是提供给GIS应用的地图数据，另外就是作为业务支持的业务数据库。

通过XX区域医疗信息整合平台的建设，业务数据库将不仅包括健康档案数据，还会整合居民的诊疗信息及从疾控、公卫、妇幼、卫监等条线来的信息，为GIS展示提供广阔的数据基础。

通过上层的业务逻辑层向表现层提供高级的综合信息服务和决策支持信息。

由于数据层综合存储了各种来源和用途的业务数据和决策支持信息，同时数据平台层所提供的数据还是经过了标准化、规格化的整合数据，所以不但可以打破信息孤岛，而且可以实现信息的跨部门、跨业务、跨地区和跨时间的横向和纵向信息整合的功能。

3.3.2业务逻辑层

业务逻辑层位于数据层之上，提供了一系列的功能独特的组件，实现对数据层的管理和根据业务规则的数据分析，向表现层提供各种数据请求服务。

业务逻辑层将各种应用操作及分析机进行封装，形成功能相对独立，具有完好的封装性的功能组件，供表现层调用。

在业务逻辑层中，根据各功能组件的功能分工，设计不同的功能组件。

3.3.3表现层

表现层位于整个系统的最上层，为系统的最终用户提供服务，是用户使用本系统的界面接口。

它通过用户界面收集用户的输入信息，然后向服务器端发送请求。

服务器端根据需要发来的请求，调用相应的业务逻辑组件处理用户的请求，然后向用户显示请求的结果。

所有的地图表现界面、文本、报表等业务信息都兼顾用户的计算机使用习惯及专业应用要求。

第4章建设目标

4.1.1总体目标

建立一个集成卫生综合查询、病例地址匹配、疫情监测、疫情动态变化、疫情预警等多功能的综合平台；建立一个集GIS技术和统计学方法为一体的综合数据分析和展现平台。

为疾病的预防控制提供辅助支持。

4.1.2具体目标

Ø构建XX区传染病管理及预警GIS展示基础平台，实现基础GIS功能，包括地图基本操作、地图量算、图层控制和地图导出；

Ø在业务上通过空间查询、疫情分布监测、密度分析以及疫情动态变化等功能展示传染病的动态分布及变化情况，为分析传染病空间聚集性及预测传染病发病趋势提供辅助支持；

Ø与XX区传染病信息系统预警结果进行关联，通过GIS实时预警各监测点的异常情况。

第5章数据管理

XX区传染病信息管理及预警系统的数据主要分为三部分：

地理数据、业务数据和病例抵制匹配。

5.1地理数据

5.1.1地理数据情况

Ø地理数据比例尺：

1：

500

Ø需使用的基础地理数据图层：

学校、道路、河流、绿地、建筑、周边区县

Ø需与业务结合的主要数据图层：

传染病上报医院点图层、行政区划街道面图层

需编辑制作的地理数据：

Ø学校图层

Ø传染病上报医院点图层

5.1.2地理数据存储及管理

本项目拟采用ArcGIS平台，基于关系型数据库的方式对地图数据进行管理，在ArcGIS中的产品为ArcSDE，在现有的ArcGIS产品线中，已将ArcSDE整合入了ArcGISServer。

ArcSDE与后端的数据库服务器一起构成空间数据库。

ArcSDE是一个在多种关系型数据库管理系统中管理地理信息的高级空间数据服务器，是一个位于ArcGIS其它软件产品和关系型数据库之间的数据服务器。

它是geodatabase（空间数据库）应用程序操纵geodatabase的一个通道，并且让geodatabase能够在关系数据库中准确地表达。

Geodatabase应用软件提供高级的数据处理功能，而ArcSDE保证了在多种DBMS体系中有效地存储和访问数据。

ArcSDE为用户提供大型空间数据库支持，并且支持多用户编辑。

ArcSDE可以支持海量的空间数据库和任意数量的用户，直至DBMS的上限。

5.2业务数据

本项目业务数据将来源于XX区域医疗信息平台的数据中心，主要涵盖在XX区卫生数据中心中保存的健康档案、诊疗信息及从国家直报系统落地到XX区的疫情数据和XX区传染病管理系统中的一些传染病监测预警信息。

5.3病例地址匹配

病例地址匹配是地理数据和业务数据关联的重要途径，通过获取病例的居住地址信息并进行空间定位，查看其在地图上的具体地理位置。

需要完成以下两方面的工作：

Ø定位数据条件：

为了保证病例地址定位的准确性和匹配度，以及后续疫情动态变化展示等功能的需要，必须有标准格式的病例地址数据及全面精确的空间地理数据的支持。

病例地址格式标准：

XX街道（镇）XX路XX号（弄）

地理数据要求：

道路图层中每条道路均有左、右两端门牌号信息。

Ø匹配算法：

将病例地址数据中的道路名称和门牌号信息提取出来后，与地理数据中道路图层进行匹配，在假设一条道路上的门牌号平均分配的原则下，利用道路两边端点的坐标信息计算出病例地址的坐标，并将其定位到地图上。

病例地址匹配示意图

第6章系统主要功能

6.1基本功能

基本功能主要是对地图窗口的内容进行有关操作。

主要涵盖以下内容：

6.1.1地图基本操作

地图基本操作提供给用户方便的对地图进行浏览的各项功能。

包括地图的放大、缩小、漫游、全景、前一视图、后一视图、地图放大镜和图例功能。

Ø地图缩放：

包括地图放大和缩小，实现方式可是拉框缩放或任意点缩放。

Ø地图漫游：

拖动地图到目标范围或者点击“方向箭头”图标移动地图范围。

Ø地图全景：

将地图范围调整为显示整个XX区。

Ø地图浏览历史：

前一视图、后一视图功能可查看地图历史浏览范围。

Ø地图放大镜：

选择放大镜按钮后，通过拖拽放大镜的位置，查看放大镜中心区域的详细信息，并可通过改变左下角的数字来改变放大镜的放大倍率。

Ø图例：

显示图形区域中各个地理图层的符号标识说明，有助于用户识别地图所表达的内容。

在地图显示专题图的情况下，点击此按钮将显示专题图的图例信息。

6.1.2地图量算

提供功能为用户指定的任意多个点进行折线距离量算；同时可针对任意选定的区域（多边形）面积进行面积和周长的量算操作。

距离量算示意图

面积量算示意图

6.1.3图层控制

通过图层设置，灵活地控制当前地图窗口中的图层的叠加顺序、可见性等信息，查询到相关医疗机构、道路、街道、河流、绿地等分类信息在地图上的位置，在地图上清晰直观展示各图层的分布情况。

6.1.4地图导出

用户可对不同状态下的地图（如生成的各类专题图）导出成图片格式，以备查看或打印。

导出格式包括JPG、BMP、GIF和PNG四种。

地图导出示意图

6.2空间分析

6.2.1空间查询

空间查询是空间分析的基础，是基于地理对象位置的操作去获取其相应的属性信息。

通过空间查询，用户可获得地图上不同图层的各类信息。

6.2.1.1点击查询

点击查询是空间查询最常用的方式。

通过点击查询获取医院和学校图层的基础信息。

医院图层基础信息：

医疗机构名称、地址、电话；

学校图层基础信息：

学校名称、地址、电话。

点击查询示意图

6.2.1.2资源框选查询

疫情报告后，可通过拉框查询发病地址附近的医疗资源，如二级医院、社区卫生服务中心、社区卫生服务站。

资源框选查询示意图

6.2.2缓冲区分析

缓冲区分析帮助了解单个或多个病例一定距离的影响范围。

实现方式可以是以病例为圆心，通过填入的半径距离，画出病例的影响范围。

病例影响范围示意图

6.2.3疫情分布监测

XX区传染病信息系统整理了XX区自采用中国疾病预防控制中心传染病报告系统以来的法定传染病（包括手足口病等XX市规定传报的疾病）的报告发病数据。

报告系统中的信息项包括：

报告单位、发病时间、发病地点、病情种类（甲、乙、丙、其它类），传播途径（呼吸道、消化道、血液、虫媒等）、患者信息（年龄、性别、民族、户籍、职业、现住详细地址、就读学校等）、实验室诊断情况等。

GIS系统将整合利用XX区传染病信息系统中的数据，分析各类疫情的分布状况。

进而辅助用户查看某类疫情是否有短时间发病增多情况，起到提前警示作用。

疫情基于上报医院分布示意图

疫情基于街道分布示意图

6.2.4密度分析

空间密度分析用于分析离散的病人分布在空间上（居住地址）的聚集性。

用户根据某段时间疫情发病离散空间点数据，判断疫情在空间上的分布是一种随机的分布还是具有某种聚集性。

密度分析可表现疫情两个方面信息：

发病数量和空间分布位置。

密度分析示意图

同时针对每一个点也可更精确的定位到比较小的地域范围，或直接查找到指定病人的发病地点，如下图。

精确定位示意图

6.3疫情动态变化监测

通过监测一段时间传染病发病的变化情况，分析传染病的分布状况及变化趋势，及时发现潜在的某类疾病的暴发或流行。

实现方式：

时间段按日（或月）统计，计算出该时间段内每日（或月）上报的病例个案信息，分别制作每日（或月）病例分布状态图（病例的居住地址与地理数据进行匹配并显示在地图上），并按日（或）进行播放，以便从地图上直观观察某段时间传染病的分布状况及变化趋势。

基于效率因素，一次播放动态分布图不宜过多。

以下图示假设是手足口病患儿一段时间的发病变化情况。

由动态变化图可以看出，3月份手足口病的病例数快速增多，已有暴发的趋势，这个时期应当加强手足口病的预防和控制，5月份已经集中在几个街道暴发。

XX年1月份手足口病分布图

XX年2月份手足口病分布图

XX年3月份手足口病分布图

XX年4月份手足口病分布图

XX年5月份手足口病分布图

6.4疫情预警

XX区传染病信息系统采用移动百分位数法的基本原理，根据既往的同期（近2年）历史周期的症状病例数（采用加权的方法尽量排除爆发疫情对周期历史发病水平的影响），通过移动计算百分位数的方法，观察每天为单位移动的周期发病水平，并同步移动计算历史同期各百分位数，确定预警阈值。

实现动态自动预警。

GIS系统将与XX区传染病信息系统预警结果进行关联，实时表达各监测点的异常报警情况。

6.4.1当日异常情况预警

GIS系统将以天为单位自动获取传染病信息系统中的预警结果，发生异常的监测点将以动态闪烁的形式显示，提示监测人员发生疫情。

如下图示为当日XX中心医院与XX天山医院均发生异常出现报警情况，进一步可查询发生疫情的具体传染病种类信息。

当日疫情预警示意图

6.4.2某段时间异常情况预警分析

GIS系统可展示历史预警情况，例如展示一段时间内每日的疫情预警情况，提示监测人员此时间段内每日疫情的发生情况。

以下图示说明XX年3月1日无疫情发生，3月2日有一个监测点发生疫情，3月3日有三个监测点发生疫情。

进一步可查询发生疫情的传染病种类。

XX年3月1日疫情预警图

XX年3月2日疫情预警图

XX年3月3日疫情预警图

第7章系统配置

7.1软件配置

7.1.1地图维护软件

ArcGIS桌面系统是为GIS专业人士提供的信息制作和使用的工具。

其中有两个独立软件可供本项目使用，其介绍如下：

（1）ArcEditor是GIS数据的自动化处理和编辑的平台，提供了数据使用、制图、制作报表和基于地图的分析。

（2）ArcInfo是一个全功能的旗舰式GIS桌面产品。

它除了拥有ArcEditor的所有功能之外，还支持高级的空间处理工具。

GIS中完成的一些最重要的操作都使用了空间处理功能。

需要一个完整的GIS功能的组织都至少要有一个ArcInfo，以获得ArcInfo完整的空间处理能力，包括任务自动化以及丰富的空间建模和分析功能。

7.1.2地图服务系统

ArcGISServer功能强大的基于服务器的GIS产品，用于构建集中管理的、支持多用户的、具备高级GIS功能的企业级GIS应用与服务，支持桌面、移动设备以及基于浏览器的客户端的访问。

7.2硬件配置

选用两台服务器，一台用作地理数据库服务器，一台用作应用服务器。

其配置要求如下：

（1）地理数据库服务器

单颗双核处理器，4G内存，160G以上硬盘。

（2）应用服务器

CPU的每个核配置不少于2G内存，不低于4核，不低于8G内存。