從疫情中的人員流調(diào)看工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的要素
通用電氣數(shù)字集團(tuán) 余思源
新冠肆虐已經(jīng)兩年多,世界上大部分國(guó)家已經(jīng)無(wú)奈躺平,只有中國(guó)仍然堅(jiān)持動(dòng)態(tài)清零的道路。但是,隨著病毒頻繁變異,傳播力日益增強(qiáng),全國(guó)多個(gè)城市被迫采用封城等極端措施,嚴(yán)重影響群眾的日常生活和企業(yè)運(yùn)營(yíng),給國(guó)民經(jīng)濟(jì)帶來(lái)沖擊。
既然選擇了這條艱難的動(dòng)態(tài)清零之路,那么除了咬牙堅(jiān)持以外,如何減少這條路所帶來(lái)的次生傷害,則是我們必須考慮的問(wèn)題。我們以其中一個(gè)“人員流調(diào)”問(wèn)題作為用戶(hù)痛點(diǎn),發(fā)現(xiàn)它也是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)重點(diǎn)關(guān)注的要素。
目前市面上已經(jīng)有一些相似的應(yīng)用,例如蘋(píng)果手機(jī)中的“暴露通知” ,日本的COCOA,新加坡的“合力追蹤”等。它們的基本原理是近距離接觸的雙方都啟用該功能后,兩部手機(jī)將通過(guò)藍(lán)牙交互記錄一條“接觸“事件,接觸時(shí)間和距離將加密保存在各自手機(jī)中。如果一段時(shí)間內(nèi)接觸雙方?jīng)]有感染新冠,數(shù)據(jù)將自動(dòng)清除;如果對(duì)方被診斷為新冠確診或疑似患者,在經(jīng)過(guò)對(duì)方同意后,他的加密標(biāo)志將上傳至服務(wù)端,然后所有他接觸過(guò)的用戶(hù)將收到提醒。
這種方案的優(yōu)點(diǎn)是僅記錄用戶(hù)之間的接觸“事件“,無(wú)地理信息,注重隱私保護(hù),同時(shí)需要記錄的數(shù)據(jù)量也很少。但由于缺乏地理信息,無(wú)法了解確診人員訪(fǎng)問(wèn)過(guò)哪些場(chǎng)所,而從無(wú)法判斷是否需要對(duì)某些場(chǎng)所進(jìn)行必要的消毒甚至管控處理。
以下筆者試著從數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,及時(shí)性,可行性,透明性,數(shù)據(jù)信任,異常處理,數(shù)據(jù)安全與隱私保護(hù)這幾個(gè)方面來(lái)闡述如何引用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)來(lái)進(jìn)行疫情中的人員流調(diào)。
準(zhǔn)確性
錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)還不如沒(méi)有數(shù)據(jù)。
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)核心要素就是減少手工錄入的信息,直接從設(shè)備中采集準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。人可能會(huì)犯錯(cuò),可靠運(yùn)行的設(shè)備只會(huì)按照要求上傳準(zhǔn)確的數(shù)據(jù),不會(huì)抱怨,超時(shí)工作也不會(huì)要加班費(fèi)。
當(dāng)前發(fā)生疫情時(shí)的流調(diào)方法還是以通訊基站定位,場(chǎng)所碼記錄,人員訪(fǎng)談,人工查看監(jiān)控錄像等為主,其結(jié)果是費(fèi)時(shí)費(fèi)力,既可能會(huì)遺漏個(gè)別人員造成疫情擴(kuò)散,更大的可能則是擴(kuò)大影響范圍,例如整個(gè)小區(qū)或樓棟被迫封閉管理,帶來(lái)不必要的衍生問(wèn)題。
如果有這樣一套基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的人員跟蹤系統(tǒng),其邊緣側(cè)安裝在智能手機(jī),手表,手環(huán)等可以隨身攜帶的設(shè)備上,無(wú)論在室內(nèi)或室外,定時(shí)將每個(gè)人的地理位置(經(jīng)緯度,海拔高度等)上傳到平臺(tái)上。突發(fā)疫情時(shí)系統(tǒng)可以精準(zhǔn)跟蹤到相關(guān)人員的歷史位置,再結(jié)合監(jiān)控視頻記錄的個(gè)人防護(hù)用品的佩戴情況,以此來(lái)自動(dòng)判定相關(guān)人員屬于密接或次密接,判定場(chǎng)所是高風(fēng)險(xiǎn)還是中風(fēng)險(xiǎn)。
用準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行流調(diào),才能真正做到精準(zhǔn)防控。
及時(shí)性
疫情防控要刻不容緩、以快制快。
數(shù)據(jù)的及時(shí)性包括兩個(gè)方面,其一是數(shù)據(jù)采集的頻率要足夠快。
依據(jù)《新型冠狀病毒肺炎防控方案(第九版)》規(guī)定的密接人員判定標(biāo)準(zhǔn)之一,密切接觸者指從疑似病例和確診病例癥狀出現(xiàn)前4天開(kāi)始,或無(wú)癥狀感染者標(biāo)本采樣前4天開(kāi)始,未采取有效防護(hù)與其有1米內(nèi)近距離接觸的人員。基于此規(guī)定,該人員跟蹤系統(tǒng)定位精度必須小于0.5米,再結(jié)合普通人的步行速度約每秒1米,則此系統(tǒng)的采集頻率需在500毫秒以?xún)?nèi)。
另一方面,發(fā)生疫情時(shí),系統(tǒng)需快速找出并判定所有的密接人員。通過(guò)對(duì)確診人員的精準(zhǔn)追溯,在三維空間生成一幅時(shí)間跨度為4天,直徑為1米的時(shí)空隧道。以此隧道為基準(zhǔn),所有在特定時(shí)間曾經(jīng)進(jìn)入過(guò)該隧道的人員可被判定為潛在的密接人員(時(shí)空伴隨者)。然后再基于密接人員的時(shí)空隧道,判定次密接人員。經(jīng)過(guò)這一套系統(tǒng)的輔助,加快對(duì)密接和次密接人員的判定,及時(shí)限制這兩類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)人員的流動(dòng),而從降低疫情擴(kuò)散的風(fēng)險(xiǎn)。
不能想象,此類(lèi)系統(tǒng)一旦上線(xiàn),必然承擔(dān)海量數(shù)據(jù)的接收,存儲(chǔ),提取和管理的壓力,同時(shí)還需要考慮網(wǎng)絡(luò)延遲和中斷帶來(lái)的數(shù)據(jù)缺失。我們建議采用邊緣+代理+云的三合一方式來(lái)傳遞數(shù)據(jù),邊緣側(cè)可以是智能手機(jī),代理端可以架在通訊運(yùn)營(yíng)商的機(jī)房或者小區(qū)/單位/物業(yè)的監(jiān)控中心,同時(shí)邊緣側(cè)和代理端都具備數(shù)據(jù)緩存和斷點(diǎn)續(xù)傳的能力,復(fù)雜場(chǎng)景下還可擴(kuò)展到多級(jí)代理的架構(gòu),如下圖所示。
GE數(shù)字集團(tuán)的Proficy Historian非常適合這種架構(gòu),Historian Linux版可以部署在邊緣側(cè),它對(duì)資源消耗少,硬件適配性強(qiáng),滿(mǎn)足邊緣側(cè)低功耗和型號(hào)復(fù)雜的要求;Historian Windows版則可以部署在代理端,支持最多99臺(tái)服務(wù)器的高可用架構(gòu)和一億個(gè)標(biāo)簽的海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ);而Historian for Cloud版是云原生部署,可根據(jù)數(shù)據(jù)量靈活擴(kuò)展,支持多節(jié)點(diǎn)和多時(shí)區(qū)數(shù)據(jù)復(fù)制,零停機(jī)更新升級(jí),同時(shí)提供豐富的接口(例如REST,OPC UA)對(duì)外發(fā)布數(shù)據(jù),以適應(yīng)發(fā)生疫情時(shí)需要的高效查詢(xún)和快速建模。
可行性
此系統(tǒng)從應(yīng)用的角度面臨兩大挑戰(zhàn),定位精度是否足夠,海量數(shù)據(jù)如何傳輸和保存。
1 、定位精度問(wèn)題
在室外環(huán)境下,全球定位系統(tǒng)(GPS)、北斗定位系統(tǒng)(BDS)等全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)已經(jīng)可以提供米級(jí)的位置服務(wù),再結(jié)合智能手機(jī)提供的基站定位,WIFI,藍(lán)牙以及近來(lái)流行的超寬帶(UWB)定位技術(shù),可以做到室內(nèi)10cm內(nèi)精準(zhǔn)定位。
對(duì)于老人和孩子這類(lèi)無(wú)智能手機(jī)用戶(hù),建議推廣一些智能手環(huán),智能紐扣(參考蘋(píng)果Air Tag)。它們沒(méi)有GPS和通訊模塊,無(wú)法直接向平臺(tái)發(fā)送定位信息,但是其內(nèi)置UWB芯片,以周?chē)悄苁謾C(jī)的位置為基準(zhǔn)來(lái)定位,然后通過(guò)藍(lán)牙模塊,以手機(jī)為中繼,借助它們的通訊模塊向平臺(tái)轉(zhuǎn)發(fā)人員和位置信息。
2、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)
每人需要保存三個(gè)字段,分別是經(jīng)度,緯度和海拔高度,均為浮點(diǎn)型。上文說(shuō)到采樣頻率為500毫秒,那么一天的數(shù)據(jù)量為3*2*60*60*24 = 518,400條。可能有人會(huì)擔(dān)心數(shù)據(jù)量太大,但是這種情況在工業(yè)領(lǐng)域早已有成熟的應(yīng)用,那就是Historian中的“逢變則存”數(shù)據(jù)壓縮技術(shù),如果一個(gè)人在原地沒(méi)有移動(dòng)(例如上床睡覺(jué)),我們只保存其“靜止期”開(kāi)始和結(jié)束的兩條記錄即可,而且該壓縮技術(shù)可以部署在邊緣側(cè),這意味著不僅是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量,連數(shù)據(jù)傳輸量也可以大幅下降。
從另一個(gè)角度來(lái)考慮,根據(jù)《2020年中國(guó)人健康狀況報(bào)告》,2020年中國(guó)人每日人均步行5927步,我們?cè)俦A粢恍┯嗔?,那需要存?chǔ)的數(shù)據(jù)量約每天3*10,000=30,000條,僅僅是原有計(jì)算方式的5.8%。
如果考慮到大多數(shù)情況下我們都在走直線(xiàn),其坐標(biāo)的經(jīng)度和緯度呈線(xiàn)性變化,我們可以應(yīng)用Historian中的螺旋門(mén)算法,對(duì)每一段直線(xiàn)行程僅需要記錄其開(kāi)始和結(jié)束的兩條記錄,則該數(shù)據(jù)量還可以大幅度壓縮,我們暫估僅保留原有的20%的記錄,則每天數(shù)據(jù)量為30,000*0.2=6,000條。
目前流調(diào)是要求調(diào)查發(fā)病的前4天內(nèi)的行程軌跡,再考慮一些特殊情況,系統(tǒng)僅需要保存8天內(nèi)的數(shù)據(jù)即可,即8*6,000=48,000條。數(shù)據(jù)過(guò)期即銷(xiāo)毀,減低系統(tǒng)存儲(chǔ)量,提高查詢(xún)效率,也減少泄漏的風(fēng)險(xiǎn)。
透明性
數(shù)據(jù)透明就是建立信任。
在尊重?cái)?shù)據(jù)所有權(quán)以及相關(guān)法律法規(guī)的前提下,及時(shí)向相關(guān)人員共享數(shù)據(jù)。一旦發(fā)生疫情,流調(diào)人員可以隨時(shí)訪(fǎng)問(wèn)這類(lèi)數(shù)據(jù),方便地創(chuàng)建時(shí)空隧道,快速生成密接和次密接人員關(guān)系圖。同時(shí)也需要及時(shí)將判定結(jié)果和判定依據(jù)(發(fā)生時(shí)空伴隨的時(shí)間和地點(diǎn))發(fā)送給受影響人員,適當(dāng)?shù)男畔⑴队兄诖蠹业睦斫夂团浜?。同時(shí),結(jié)合多人的時(shí)空隧道交錯(cuò)情況,綜合判定中高風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)所,及時(shí)推送給相關(guān)管理方,作為其后續(xù)管控措施的依據(jù)。
同時(shí),對(duì)于可能存在風(fēng)險(xiǎn)的地點(diǎn)應(yīng)向公眾或第三方地圖公開(kāi),以便普通人群及時(shí)調(diào)整其出行路線(xiàn),降低后續(xù)感染的風(fēng)險(xiǎn)。
部署在公有云上的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái),能夠根據(jù)用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)量動(dòng)態(tài)擴(kuò)展,兼顧常態(tài)化管理下的輕量級(jí)訪(fǎng)問(wèn),以及疫情發(fā)生時(shí)短期內(nèi)涌入的高并發(fā)訪(fǎng)問(wèn)的需求,為所有人提供及時(shí)的信息。
數(shù)據(jù)信任
信任本質(zhì)上是一種安全感。
目前各地自行制定標(biāo)準(zhǔn),其中涉及跨地區(qū)人員的管理差異很大。即使在甲地被賦綠碼的人員,進(jìn)入乙地后會(huì)被當(dāng)?shù)氐氖校瑓^(qū)甚至街道層層加碼,讓大家無(wú)所適從。
我們認(rèn)為造成這種現(xiàn)象的本質(zhì)是信任問(wèn)題,乙地管理方對(duì)甲地發(fā)布的數(shù)據(jù)不信任,認(rèn)為其可能有缺失,于是對(duì)甲地的數(shù)據(jù)增加額外條件,為兩地來(lái)往交流帶來(lái)不便。
顯然,如同現(xiàn)在百家齊放的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)一樣,如此復(fù)雜且龐大的系統(tǒng)很難全國(guó)共用一套平臺(tái),各地獨(dú)立實(shí)施各自的人員跟蹤系統(tǒng)。此處我們呼吁建立一套人員跟蹤系統(tǒng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),上文提出的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性,及時(shí)性和透明性等都是標(biāo)準(zhǔn)涉及的范疇。任何系統(tǒng)只要滿(mǎn)足該標(biāo)準(zhǔn),都可以得到第三方(其它地區(qū)的疫情主管部門(mén))的信任并作為其對(duì)人員管理的依據(jù)。
我們欣喜地看到各地已經(jīng)開(kāi)始共享核酸檢測(cè)信息,也殷切地期待大家能以同一套標(biāo)準(zhǔn)來(lái)判定受影響人員和場(chǎng)所,并以安全可靠的方式向外部發(fā)布數(shù)據(jù)。
異常處理
出現(xiàn)問(wèn)題不可怕,怕的是視而不見(jiàn)。
任何系統(tǒng)都不可能是完美的,一旦發(fā)生系統(tǒng)的誤判,系統(tǒng)必須考慮異常流程的處理。
受影響的時(shí)空伴隨者可以提交其相關(guān)證據(jù),證明其本人與相關(guān)時(shí)空隧道無(wú)交集,再結(jié)合最新的核酸檢測(cè)結(jié)果,經(jīng)人工復(fù)核后,及時(shí)解除對(duì)其管控,允許回歸正常生活。
同樣,在設(shè)計(jì)這樣的一套工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)時(shí),與其花大量的精力,將數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性提高百分之一,還不如考慮當(dāng)發(fā)生數(shù)據(jù)異常時(shí),如何參考第三方的可信數(shù)據(jù),對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正和完善。
數(shù)據(jù)安全與隱私保護(hù)
保障數(shù)據(jù)安全是國(guó)家戰(zhàn)略。
有人會(huì)擔(dān)心這樣的系統(tǒng)會(huì)泄露個(gè)人隱私。首先風(fēng)險(xiǎn)肯定是存在的,這是我們?cè)谙硎鼙憷耐瑫r(shí)帶來(lái)的負(fù)面影響,就像大家在網(wǎng)購(gòu)時(shí)提供的收貨地址和聯(lián)系方式一樣,是否值得?其次,通過(guò)嚴(yán)格的法律法規(guī),高等級(jí)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和訪(fǎng)問(wèn)控制,及時(shí)徹底且不可逆地刪除過(guò)期數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)安全是可控的。目前,工信部已指導(dǎo)出臺(tái)《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全標(biāo)準(zhǔn)體系》,正在推動(dòng)《互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)企業(yè)網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)規(guī)范》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng),加快研制平臺(tái)安全防護(hù)、測(cè)試評(píng)估、能力評(píng)價(jià)等10多項(xiàng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),我們很有信心做好這方面的工作。
其次,該系統(tǒng)應(yīng)僅在用戶(hù)處于公共區(qū)域(例如寫(xiě)字樓,工廠(chǎng),商場(chǎng),醫(yī)院等)時(shí)上傳數(shù)據(jù),而對(duì)于私有區(qū)域(例如家,辦公室等)則禁止發(fā)布任何信息,保護(hù)隱私的同時(shí)也降低了數(shù)據(jù)量。
不同用戶(hù)的現(xiàn)狀不同,對(duì)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的需求也不盡一致。這套人員跟蹤系統(tǒng)也是如此,系統(tǒng)早期可能會(huì)面臨只有部分人參與并上傳數(shù)據(jù)的情況。對(duì)此系統(tǒng)管理上也要一分為二,對(duì)于參與的人員,按照防控方案中一米線(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行判定,而非參與人員則延用當(dāng)前的判定規(guī)則。
退一步講,即使常態(tài)化管理時(shí)無(wú)需如此嚴(yán)格的人員定位和跟蹤,對(duì)于那些已經(jīng)發(fā)生局部疫情爆發(fā)的城市或地區(qū),則不妨考慮該系統(tǒng)作為應(yīng)急管理的一部分。
后 記
本文從工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的角度嘗試進(jìn)行人員流調(diào),為實(shí)現(xiàn)“精準(zhǔn)防控”盡一份力。當(dāng)然,我們也知道任何信息化系統(tǒng)都只是輔助,真正戰(zhàn)勝疫情的方法是積極開(kāi)發(fā)疫苗和特效藥,以及人人養(yǎng)成良好的衛(wèi)生習(xí)慣。
希望這套系統(tǒng)永遠(yuǎn)待命!
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