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

2022/9/21 12:14:43

通用電氣數(shù)字集團余思源

新冠肆虐已經(jīng)兩年多，世界上大部分國家已經(jīng)無奈躺平，只有中國仍然堅持動態(tài)清零的道路。但是，隨著病毒頻繁變異，傳播力日益增強，全國多個城市被迫采用封城等極端措施，嚴重影響群眾的日常生活和企業(yè)運營，給國民經(jīng)濟帶來沖擊。

既然選擇了這條艱難的動態(tài)清零之路，那么除了咬牙堅持以外，如何減少這條路所帶來的次生傷害，則是我們必須考慮的問題。我們以其中一個“人員流調(diào)”問題作為用戶痛點，發(fā)現(xiàn)它也是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)重點關(guān)注的要素。

目前市面上已經(jīng)有一些相似的應(yīng)用，例如蘋果手機中的“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，兩部手機將通過藍牙交互記錄一條“接觸“事件，接觸時間和距離將加密保存在各自手機中。如果一段時間內(nèi)接觸雙方?jīng)]有感染新冠，數(shù)據(jù)將自動清除；如果對方被診斷為新冠確診或疑似患者，在經(jīng)過對方同意后，他的加密標志將上傳至服務(wù)端，然后所有他接觸過的用戶將收到提醒。

這種方案的優(yōu)點是僅記錄用戶之間的接觸“事件“，無地理信息，注重隱私保護，同時需要記錄的數(shù)據(jù)量也很少。但由于缺乏地理信息，無法了解確診人員訪問過哪些場所，而從無法判斷是否需要對某些場所進行必要的消毒甚至管控處理。

以下筆者試著從數(shù)據(jù)的準確性，及時性，可行性，透明性，數(shù)據(jù)信任，異常處理，數(shù)據(jù)安全與隱私保護這幾個方面來闡述如何引用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)來進行疫情中的人員流調(diào)。

準確性

錯誤的數(shù)據(jù)還不如沒有數(shù)據(jù)。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的一個核心要素就是減少手工錄入的信息，直接從設(shè)備中采集準確的數(shù)據(jù)。人可能會犯錯，可靠運行的設(shè)備只會按照要求上傳準確的數(shù)據(jù)，不會抱怨，超時工作也不會要加班費。

當前發(fā)生疫情時的流調(diào)方法還是以通訊基站定位，場所碼記錄，人員訪談，人工查看監(jiān)控錄像等為主，其結(jié)果是費時費力，既可能會遺漏個別人員造成疫情擴散，更大的可能則是擴大影響范圍，例如整個小區(qū)或樓棟被迫封閉管理，帶來不必要的衍生問題。

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，手表，手環(huán)等可以隨身攜帶的設(shè)備上，無論在室內(nèi)或室外，定時將每個人的地理位置（經(jīng)緯度，海拔高度等）上傳到平臺上。突發(fā)疫情時系統(tǒng)可以精準跟蹤到相關(guān)人員的歷史位置，再結(jié)合監(jiān)控視頻記錄的個人防護用品的佩戴情況，以此來自動判定相關(guān)人員屬于密接或次密接，判定場所是高風險還是中風險。

用準確的數(shù)據(jù)來進行流調(diào)，才能真正做到精準防控。

及時性

疫情防控要刻不容緩、以快制快。

數(shù)據(jù)的及時性包括兩個方面，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準之一，密切接觸者指從疑似病例和確診病例癥狀出現(xiàn)前4天開始，或無癥狀感染者標本采樣前4天開始，未采取有效防護與其有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毫秒以內(nèi)。

另一方面，發(fā)生疫情時，系統(tǒng)需快速找出并判定所有的密接人員。通過對確診人員的精準追溯，在三維空間生成一幅時間跨度為4天，直徑為1米的時空隧道。以此隧道為基準，所有在特定時間曾經(jīng)進入過該隧道的人員可被判定為潛在的密接人員（時空伴隨者）。然后再基于密接人員的時空隧道，判定次密接人員。經(jīng)過這一套系統(tǒng)的輔助，加快對密接和次密接人員的判定，及時限制這兩類風險人員的流動，而從降低疫情擴散的風險。

不能想象，此類系統(tǒng)一旦上線，必然承擔海量數(shù)據(jù)的接收，存儲，提取和管理的壓力，同時還需要考慮網(wǎng)絡(luò)延遲和中斷帶來的數(shù)據(jù)缺失。我們建議采用邊緣+代理+云的三合一方式來傳遞數(shù)據(jù)，邊緣側(cè)可以是智能手機，代理端可以架在通訊運營商的機房或者小區(qū)/單位/物業(yè)的監(jiān)控中心，同時邊緣側(cè)和代理端都具備數(shù)據(jù)緩存和斷點續(xù)傳的能力，復雜場景下還可擴展到多級代理的架構(gòu)，如下圖所示。

GE數(shù)字集團的Proficy Historian非常適合這種架構(gòu)，Historian Linux版可以部署在邊緣側(cè)，它對資源消耗少，硬件適配性強，滿足邊緣側(cè)低功耗和型號復雜的要求；Historian Windows版則可以部署在代理端，支持最多99臺服務(wù)器的高可用架構(gòu)和一億個標簽的海量數(shù)據(jù)存儲；而Historian for Cloud版是云原生部署，可根據(jù)數(shù)據(jù)量靈活擴展，支持多節(jié)點和多時區(qū)數(shù)據(jù)復制，零停機更新升級，同時提供豐富的接口（例如REST，OPC UA）對外發(fā)布數(shù)據(jù)，以適應(yīng)發(fā)生疫情時需要的高效查詢和快速建模。

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)可以提供米級的位置服務(wù)，再結(jié)合智能手機提供的基站定位，WIFI，藍牙以及近來流行的超寬帶（UWB）定位技術(shù)，可以做到室內(nèi)10cm內(nèi)精準定位。

對于老人和孩子這類無智能手機用戶，建議推廣一些智能手環(huán)，智能紐扣（參考蘋果Air Tag）。它們沒有GPS和通訊模塊，無法直接向平臺發(fā)送定位信息，但是其內(nèi)置UWB芯片，以周圍智能手機的位置為基準來定位，然后通過藍牙模塊，以手機為中繼，借助它們的通訊模塊向平臺轉(zhuǎn)發(fā)人員和位置信息。

2、數(shù)據(jù)存儲

每人需要保存三個字段，分別是經(jīng)度，緯度和海拔高度，均為浮點型。上文說到采樣頻率為500毫秒，那么一天的數(shù)據(jù)量為3*2*60*60*24 = 518,400條?？赡苡腥藭臄?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)，如果一個人在原地沒有移動（例如上床睡覺），我們只保存其“靜止期”開始和結(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)存儲量，連數(shù)據(jù)傳輸量也可以大幅下降。

從另一個角度來考慮，根據(jù)《2020年中國人健康狀況報告》，2020年中國人每日人均步行5927步，我們再保留一些余量，那需要存儲的數(shù)據(jù)量約每天3*10,000=30,000條，僅僅是原有計算方式的5.8%。

如果考慮到大多數(shù)情況下我們都在走直線，其坐標的經(jīng)度和緯度呈線性變化，我們可以應(yīng)用Historian中的螺旋門算法，對每一段直線行程僅需要記錄其開始和結(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)過期即銷毀，減低系統(tǒng)存儲量，提高查詢效率，也減少泄漏的風險。

透明性

數(shù)據(jù)透明就是建立信任。

在尊重數(shù)據(jù)所有權(quán)以及相關(guān)法律法規(guī)的前提下，及時向相關(guān)人員共享數(shù)據(jù)。一旦發(fā)生疫情，流調(diào)人員可以隨時訪問這類數(shù)據(jù)，方便地創(chuàng)建時空隧道，快速生成密接和次密接人員關(guān)系圖。同時也需要及時將判定結(jié)果和判定依據(jù)（發(fā)生時空伴隨的時間和地點）發(fā)送給受影響人員，適當?shù)男畔⑴队兄诖蠹业睦斫夂团浜?。同時，結(jié)合多人的時空隧道交錯情況，綜合判定中高風險場所，及時推送給相關(guān)管理方，作為其后續(xù)管控措施的依據(jù)。

同時，對于可能存在風險的地點應(yīng)向公眾或第三方地圖公開，以便普通人群及時調(diào)整其出行路線，降低后續(xù)感染的風險。

部署在公有云上的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，能夠根據(jù)用戶訪問量動態(tài)擴展，兼顧常態(tài)化管理下的輕量級訪問，以及疫情發(fā)生時短期內(nèi)涌入的高并發(fā)訪問的需求，為所有人提供及時的信息。

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準，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，進入乙地后會被當?shù)氐氖?，區(qū)甚至街道層層加碼，讓大家無所適從。

我們認為造成這種現(xiàn)象的本質(zhì)是信任問題，乙地管理方對甲地發(fā)布的數(shù)據(jù)不信任，認為其可能有缺失，于是對甲地的數(shù)據(jù)增加額外條件，為兩地來往交流帶來不便。

顯然，如同現(xiàn)在百家齊放的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺一樣，如此復雜且龐大的系統(tǒng)很難全國共用一套平臺，各地獨立實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)的國家標準，上文提出的數(shù)據(jù)準確性，及時性和透明性等都是標準涉及的范疇。任何系統(tǒng)只要滿足該標準，都可以得到第三方（其它地區(qū)的疫情主管部門）的信任并作為其對人員管理的依據(jù)。

我們欣喜地看到各地已經(jīng)開始共享核酸檢測信息，也殷切地期待大家能以同一套標準來判定受影響人員和場所，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)問題不可怕，怕的是視而不見。

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)時空隧道無交集，再結(jié)合最新的核酸檢測結(jié)果，經(jīng)人工復核后，及時解除對其管控，允許回歸正常生活。

同樣，在設(shè)計這樣的一套工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)時，與其花大量的精力，將數(shù)據(jù)準確性提高百分之一，還不如考慮當發(fā)生數(shù)據(jù)異常時，如何參考第三方的可信數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行修正和完善。

數(shù)據(jù)安全與隱私保護

保障數(shù)據(jù)安全是國家戰(zhàn)略。

有人會擔心這樣的系統(tǒng)會泄露個人隱私。首先風險肯定是存在的，這是我們在享受便利的同時帶來的負面影響，就像大家在網(wǎng)購時提供的收貨地址和聯(lián)系方式一樣，是否值得？其次，通過嚴格的法律法規(guī)，高等級的數(shù)據(jù)存儲和訪問控制，及時徹底且不可逆地刪除過期數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)安全是可控的。目前，工信部已指導出臺《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全標準體系》，正在推動《互聯(lián)網(wǎng)平臺企業(yè)網(wǎng)絡(luò)安全防護規(guī)范》國家標準立項，加快研制平臺安全防護、測試評估、能力評價等10多項行業(yè)標準，我們很有信心做好這方面的工作。

其次，該系統(tǒng)應(yīng)僅在用戶處于公共區(qū)域（例如寫字樓，工廠，商場，醫(yī)院等）時上傳數(shù)據(jù)，而對于私有區(qū)域（例如家，辦公室等）則禁止發(fā)布任何信息，保護隱私的同時也降低了數(shù)據(jù)量。

不同用戶的現(xiàn)狀不同，對工業(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)早期可能會面臨只有部分人參與并上傳數(shù)據(jù)的情況。對此系統(tǒng)管理上也要一分為二，對于參與的人員，按照防控方案中一米線的標準進行判定，而非參與人員則延用當前的判定規(guī)則。

退一步講，即使常態(tài)化管理時無需如此嚴格的人員定位和跟蹤，對于那些已經(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。