威海市一體化疫情防控系統設計

0 引言

2020年初，新型冠狀病毒肺炎（以下簡稱新冠肺炎）疫情（以下簡稱疫情）暴發。為了全面落實黨中央、國務院關于戰勝疫情的重要部署，按照“疫情就是命令，防護就是責任”的要求，威海市緊急開發部署了公共場所出入登記系統，對城市人員流動進行監管。為了保障復工復學的正常秩序和登記核查，在全市50 000余處檢疫點（涵蓋公共交通、公共場所、重要活動賽事場館、機關單位、企事業單位、景區、小區出入口等）實行了掃碼登記，覆蓋社區5 130個，累計掃碼量達到3 646萬次，系統注冊用戶達到147萬余人，匹配外地來威海市的人員57.65萬人，其中山東省內人員41.32萬人、山東省外人員16.33萬人，單日最高掃碼量達到100萬余次。全市超過19 000家復工商超、企業采用該系統實現了復工后的人員進出管理。

隨著德爾塔毒株的出現，疫情開始在全國多點暴發，疫情防控形勢變得嚴峻復雜。新的形勢提出了新的、更高的要求。一是如果威海市再次發生疫情，根據疫情防控工作的總體要求，必須迅速開展全員核酸檢測，要求1天內完成全市300多萬人口的全員集中核酸檢測任務，這對疫情防控系統的性能和并發量提出了很高的要求；二是滿足日常對重點人群、14類人群的應檢盡檢要求，需要采集和對比來自多個數據源的數據；三是系統使用主體更加多樣化，包括采樣機構、采樣窗口、檢測機構、樣本中轉站、市級衛生健康委員會、區市衛生健康局、公安局、市場監管局、疾控中心、商務局、藥店管理員、各年齡段市民等，部署點位更加多樣。這就要求必須站在全市的高度，統籌全局，統合資源，對疫情防控系統進行一體化的總體設計。

原威海市公共場所出入登記系統已遠遠不能滿足上述新形勢的需求。為了更有效地應對復雜嚴峻的疫情防控形勢，威海市大數據中心決定建設威海市一體化疫情防控系統，依托云計算、大數據、人工智能等新興技術[1-9]，在政府相關部門、醫院、核酸采樣和檢測機構、鎮街、社區等各級相關單位之間實現一體化的協同聯動機制，優化疫情防控工作流程，提高工作效率，精準管控重點人群信息及狀態，提升疫情防控能力。

1 疫情防控存在的問題及相應對策

（1）難點和挑戰

疫情防控工作涉及的點多面廣，疫情防控系統的使用主體、操作人員及管理對象構成復雜，要使其發揮更大的作用，還面臨諸多挑戰。

一是系統對網絡的依賴性過高。系統的服務端是基于政務外網進行設計的，用戶端是基于互聯網進行設計的，因此系統對網絡環境和帶寬的依賴性非常高。用戶的核酸檢測登記和出入登記，以及檢查點管理端人員的綁管和檢測操作都要依賴互聯網。如果網絡癱瘓，再多的服務器和再有效的流程優化也無法開展出入亮碼登記和核酸檢測工作。

二是個人基本信息依靠人工錄入。威海市新冠肺炎核酸檢測信息系統主要依托檢測機構建立，大多屬于院內檢測業務系統的延伸。院外集中檢測送檢信息主要依靠人工錄入。在開展全員核酸檢測時，若依靠人工錄入來登記人員基本信息，根本無法在指定時間（1天）內完成全員核酸檢測任務。另外，在緊急情況下，人工錄入容易出錯。

三是部分老年人使用手機等智能移動終端不便。有些老年人可能不會使用甚至沒有智能手機，無法出示健康碼、行程碼。

四是入境船舶信息填報不便。威海市海岸線長達近千公里，有若干個遠洋貨運碼頭和修船塢。入境船舶人員復雜，這些人員（含外籍員工）有可能與境外人員接觸，這給疫情防控帶來了嚴重隱患。

（2）應對措施

針對上述4個難點和挑戰，威海市一體化疫情防控系統采取了以下應對措施。

一是為基層工作人員開發脫網版客戶端App。采取最原始的單機模式，徹底解決系統對網絡的過度依賴問題。在極端情況發生時，基層工作人員可以手動輸入個人信息，將綁管和綁箱的代碼直接輸入手機進行數據緩存，待網絡暢通之后，再一鍵上傳。這從根本上解決了當健康碼崩潰或網絡癱瘓時，無法進行核酸檢測等重大問題。

二是盡量減少人工錄入環節，特別是針對基層應用。通過生成和掃描二維碼的方式進行信息錄入，盡量避免人工錄入信息。

三是應用圖像識別技術，通過掃描身份證，識別老年人以及使用智能終端不方便的人群的身份信息，并從共享數據庫中拉取健康碼以及行程碼信息，解決了使用智能終端不方便的群體的難題。

四是針對入境船舶信息填報不便的問題，調整完善入境船舶防疫模塊功能，貼近口岸防控、海上防控實地工作需求，實現出入境船舶艘次、船員人數、離船入境船員人數、集中隔離船員人數、陽性船員人數、塢修船廠基本信息、船舶基本信息、隨船人員基本信息等的系統填報。

2 一體化疫情防控系統架構及性能優化

2.1 設計原則

威海市一體化疫情防控系統遵循“三個

全覆蓋”“兩個聚焦”原則進行總體設計。

（1）三個全覆蓋

一是業務全覆蓋。凡是涉及疫情防控的業務都要納入一體化疫情防控系統，只有這樣才能全面掌握疫情情況，才能快速、精準地分析研判疫情態勢。

二是點位全覆蓋。一體化疫情防控系統要覆蓋所有城市管轄區域的出入口，包括市內所有公共場所以及機場、高鐵站、汽車站、碼頭、船舶塢修基地、高速路出入口、公路出入口等。只有這樣才能全面排查、梳理紅黃碼（包括高中風險地區來威海市）人員的流入情況。

三是人員全覆蓋。全市市民核酸檢測情況、紅黃碼人員情況、重點人員“應檢盡檢”情況、密接/次密接人員信息、排查隨訪人員信息等均需錄入系統，并及時進行更新。

（2）兩個聚焦

一是聚焦管理大閉環，實現工作鏈條全程可追溯。將重點人員的基礎信息、重要工作運轉流程納入系統，實現全鏈條管控，及時發現和堵塞工作漏洞。

二是聚焦便捷易用性。貼近基層使用人員，通過多種方式收集改進意見和建議，并完善功能、優化流程等，從而提升用戶的使用體驗。

2.2 系統架構

威海市一體化疫情防控系統總體架構采用4層架構、兩大體系，如圖1所示。

圖1 威海市一體化疫情防控系統總體架構

● 基礎設施層：主要包括網絡、服務器、存儲設備、安全設備等，是構成平臺運行的重要基礎。在起始階段，系統配置了30臺高性能服務器、3 GB帶寬，確保系統具有足夠的計算、存儲和傳輸能力及冗余性。

● 數據資源層：集中管理多個來源的需要交換和共享的數據資源，包括交換數據庫、目錄數據庫和共享數據庫等。數據資源層為應用支撐層提供高效、安全的數據訪問服務。

● 應用支撐層：包括由服務總線、流程引擎、消息中間件等組成的基礎服務，以及橋接子系統、目錄服務子系統、信息交換子系統、監控管理子系統等應用支撐子系統。

● 應用層：面向系統用戶，提供一體化疫情防控系統的各種應用，如出入登記、核酸檢測、疫苗接種、藥店購藥、密接管理、重點人群管理等。

● 安全保障體系：貫穿于一體化疫情防控系統總體架構的各個層面，平臺各系統的建設都必須釆取相應的安全保障措施，以保證平臺安全可靠運行。其包括主機安全、網絡安全、數據安全、應用安全4個方面的相關管理制度以及技術要求。

● 標準規范體系：系統建設和運維要遵循統一的規范體系，它是平臺各系統得以順利建設和正常運行的基本保障。標準規范體系的建設內容包括制定資源提供方、信息資源管理方、信息資源使用方、平臺運維管理單位等的行為管理制度，以及完善電子政務標準規范體系、建立信息資源共享交換相關標準，還需制定信息資源相關業務規范。

2.3 數據來源

威海市一體化疫情防控系統除了需要通過市共享交換平臺訪問市直各部門的業務數據，還要對接山東省健康碼校驗數據接口、山東省疫苗接種及核酸檢測校驗數據接口、國家人口庫接口、山東省人口庫接口、威海市人口庫接口、威海市法人庫接口、工業和信息化部（以下簡稱工信部）行程核驗查詢短信驗證服務接口、工信部行程核驗信息服務接口（如圖2所示）。對于這些異構多源大數據，需要使用數據處理技術，使其達到一體化疫情防控系統的數據質量要求。

圖2 一體化疫情防控系統對接數據源

2.4 功能架構

威海市一體化疫情防控系統按照“三個全覆蓋”的要求，共設置出入登記、核酸檢測、疫苗接種、藥店購藥、密接管理、重點人員管理6個子系統。在6個子系統下，根據疫情防控實際業務需求，共設置了56個工作模塊。

圖3所示為威海市一體化疫情防控系統功能架構，限于篇幅，每個子系統只列3個功能模塊（每個模塊都由若干子模塊組成）。

圖3 威海市一體化疫情防控系統功能架構

2.5 威海市一體化疫情防控系統性能優化

因為威海市一體化疫情防控系統具有使用面廣、應用點位多等特點，所以人們對其性能和并發性要求非常高，特別是在進行全員核酸檢測時，并發訪問請求會瞬間達到峰值，如果不進行系統性能的全面優化，很容易導致系統崩潰，進而造成整個疫情防控工作停頓的嚴重后果。

威海市一體化疫情防控系統主要從以下幾個方面進行了優化設計。

● 系統分布式部署在多臺威海市政務云服務器上，通過負載均衡，將訪問量分配到各服務器中，降低單臺服務器的訪問壓力，同時保證部分單點服務停止后不影響整個系統的穩定運行。

● 根據數據量將數據分表保存，將數據按照每千萬條分開保存，防止寫入過多導致數據查詢緩慢，定期統計分析數據并將其緩存到單獨的統計表中，避免數據庫事務堆積引起的系統卡頓。

● 為了防止高峰期訪問量過多導致數據庫崩潰，將上傳的信息先緩存到消息隊列，然后持久化存儲到數據庫中，從而降低數據寫入壓力，保證數據完整性。

● 采用數據推送策略，將需要頻繁檢索的數據（特別是各種統計數據）提前保存到Redis（開源內存數據庫）中，訪問時直接從Re d is中調用數據，數據新增或修改后實時更新到Redis中，提高訪問速度。

● 充分利用數據庫提供的計算能力，對關鍵字段添加索引，提升數據檢索效率。通過自定義數據庫任務、觸發器、存儲過程和函數等，盡量在數據庫內部完成數據處理和計算，只向上一層返回必要的結果（或結果集），避免原始數據流出數據庫。

● 優化查詢語句，對語句進行預編譯，找到影響檢索效率的因素并進行優化，避免鎖死和檢索堆積問題。

● 開發測試模塊對項目進行壓力測試，對實際應用場景和大規模并發情況進行模擬測試，修正可能出現的問題點。

● 將接口和數據對比等服務進行單獨部署，以防其影響線上系統運行。

● 數據處理流程一律在晚上10點至次日凌晨5點間運行。如果這段時間出現疫情系統訪問高峰，則這些進程依據優先級自動掛起。

為了檢驗一體化疫情防控系統的性能和并發訪問承受能力，針對公共場所的疫情防控系統進行壓力測試（見表1），結果表明，系統的數據緩存、服務應用、并發處理結果均在正常范圍內。

表1 公共場所疫情防控系統壓力測試

3 應用效果及未來展望

經過一年多的不斷完善和優化，威海市一體化疫情防控系統實現了如下創新亮點。

一是精準掌握目標人群信息。將疫苗查詢子系統與山東省疫苗接種數據、全民核酸預先登記數據進行核驗對比，可及時掌握“誰沒打”“誰打過”等信息，為推進疫苗接種工作提供有力的數據支撐。

二是跨層級、跨地域的疫情聯防聯控。依托省市兩級共享交換平臺，通過跨層級、跨地域的數據互認共享，實現了新冠肺炎疫情的聯防聯控。

三是來威海市人員“雙碼齊驗”。在高鐵、高速卡口、機場、醫院等重要場所通過刷身份證直接顯示個人健康狀態和個人行程軌跡狀態，實現健康碼和行程碼的“雙碼齊驗”。

四是基層應用快捷高效。從一線防疫工作人員視角，優化系統功能，使基層工作人員可以便捷操作，減輕工作負擔，提高工作效率。

威海市一體化疫情防控系統累計調用國家人口庫接口2 141萬次、山東省人口庫接口8.4萬次、山東省疫苗接種接口1.17億次、健康碼接口2.87億次，完成全市300多萬人口的數據對比工作，累計接種290.24萬人、719.31萬劑，其中18歲以上人群首劑接種覆蓋率率先完成省定任務，達到97.6%，居山東省第一；全市1 679家藥店實現購買4類發熱藥品登記945.37萬次；協助公安部門完成了近15.9萬條數據的核驗對比工作，數據去重后實現近10萬名重點人員核驗，完成3.9萬名中高風險地區人員的摸排隨訪工作。

威海市一體化疫情防控系統承受住了數次大并發量的訪問，其穩健性、可靠性得到了實踐驗證，正服務于全市6 463處檢疫點位，日均場所碼登記3.8萬次，健康碼登記7 000次，藥店登記3.5萬次，核酸采樣3.4萬次，達到了預期設計目標。

在“2021（第三屆）中國數字政府特色案例評選”活動中，威海市一體化疫情防控系統案例榮獲“數據體系創新獎”；“威海市疫情防控一體化管理解決方案”被山東省大數據局、山東省工業和信息化廳評選為2021年度山東省大數據創新應用優秀解決方案和山東省優秀大數據應用案例。

未來將對威海市疫情防控一體化系統進行如下優化：一是繼續強化大數據處理工作，使大數據“可用”且“好用”，為更多大數據創新應用場景提供數據支撐；二是利用大數據和人工智能技術，對數據進行深度挖掘，綜合多個維度分析研判疫情發展總體態勢，對其發展趨勢做出及時、準確的預測；三是將人工智能技術、疾控領域專業知識與應急預案結合起來，使系統能更科學、更智能地應對和處置突發疫情。