一种利用电磁信号发现特定用户的密切接触者的方法及系统与流程

本发明涉及传染病防治、疫情防控及其他的个体接触者追溯领域，采用信息化的手段来精准地发现/区分特定用户(例如确诊患者)的密切接触者，以便迅速对需要医学观察的用户采取措施、快速排出疾病传播风险。具体涉及一种利用电磁信号发现特定用户的密切接触者的方法及系统。

背景技术：

新型冠状病毒肺炎是一种传染性非常强的呼吸道疾病。对新型冠状病毒肺炎的传播模型进行深入研究，对疾病的联防联控会起到非常关键的作用。随着新冠病毒的爆发，传染病防治、疫情防控等需要全社会进行联防联控的突发公共卫生事件越发受到各国政府以及医疗卫生机构的重视。对于各地政府而言，辖区的风险区域进行预警，潜在风险人员的发现并排查，对确诊病例进行轨迹溯源，康复病人的轨迹追踪观察，人群流动动态的追踪都是在面对这类突发公共卫生事件时迫切需要采取的措施。

目前对确诊病例轨迹溯源和轨迹追踪的主要技术手段一是通过被调查者描述出入的场所，乘坐的车次航班来获取确诊病例的踪迹以及相关的接触人员。二是利用智能手机的定位功能来获取确诊病例在某段时间内所经过的地点。三是目前正在推广的公共场所打卡方式，通过打卡系统后台调阅确诊病例的打卡记录确定大概确定其经过的场所。以上这些技术手段都有不同程度的缺点，被调查者的描述和公共场所打卡，一旦发现有确诊病例，其所描述的或者打卡过的公共场所、相关车厢、相关航班上所有的人都会被列入可能的密切接触者而被隔离，对隔离人群的管理比较粗放；而利用智能手机的定位功能对确诊病例轨迹溯源和轨迹追踪，虽然定位的精度大大高于被调查者的描述和公共场所的打卡，但是对隔离人群的管理一样粗放；此外、采用智能手机定位进行轨迹溯源和追踪一旦被调查者进入室内，在大部分的场景下往往不能定位，造成历史轨迹的缺失，不能有效地和完整地轨迹溯源和轨迹追踪。例如，如果在一栋居民楼里发现一个确诊病例，如果利用打卡，被调查者描述进行轨迹溯源和追踪，整栋居民楼里所有的人员都会被认为是密切接触者。同样，利用智能手机的定位功能进行轨迹溯源和追踪，因为目前在大部分场景下，室内定位不能区分楼层，相隔很远的楼层里的人员也会被认为是密切接触者。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种更精细地进行轨迹溯源和轨迹追踪、精确区分密切接触者的技术方案。基于同一时间同一空间区域的电磁信号的强度特征高度相近的原理，利用用户随身携带的智能手机或其他物联网设备(手环，门卡，智能手表等)对空间杂波的感知功能，实现一种有效地和完整地进行轨迹溯源和轨迹追踪的方法及系统。

本发明提供的技术方案具体实现为：

一种利用电磁信号发现特定用户的密切接触者的方法，该方法包括：通过用户携带的、支持空间电磁信号的感知功能的设备周期性地采集其所在空间各电磁信号对应的感应标识、各电磁信号感应标识对应电磁信号强度、将各电磁信号对应的感应标识及强度构成该设备所在空间的电磁感应序列，将所述电磁序列附加时间戳、采集设备的id后形成电磁记录存储到预设的空间电磁序列数据库中；根据所采集的电磁记录的时间戳、从所述空间电磁序列数据库中提取在某一时段内需要进行轨迹溯源和轨迹追踪的特定用户的关联采集设备id对应的所有空间电磁序列和该数据库中其他采集设备id对应的所有空间电磁序列进行相关性分析；根据所述相关性分析的结果得出同一时间上与所述特定用户在空间位置上有交集的其他采集设备id关联的用户作为在该时段内所述特定用户疑似的密切接触者；其中、所述采集设备id能够唯一标识具体采集设备，与具体的用户关联。所述电磁信号可以是wi-fi信号,蓝牙beacon信号、地磁场信号、手机基站信号、gnss信号中的任一种。

进一步地、所述空间电磁序列数据库中设置在远程服务器中，所述采集设备上的软件自主执行或由所述远程服务器发出指令触发所述采集设备周期性地采集其所在空间各电磁信号对应的感应标识、各电磁信号感应标识对应电磁信号强度。所述采集设备采集电磁信号的周期可以根据实际情况由所述远程服务器进行设置或调整。

进一步地、所述根据所述相关性分析结果得出同一时间上与所述特定用户在空间位置上有交集的其他采集设备id关联的用户作为所述特定用户的疑似密切接触者，包括将满足以下任一条件的用户作为与所述特定用户的疑似密切接触者：

a.在所述同一采集周期内与所述特定用户关联的采集设备id连接同一个wi-fiap的其他采集设备id关联的用户。

b.在所述同一采集周期内与所述特定用户关联的设备id连接同一个蓝牙beacon的其他采集设备id关联的用户。

c.对所述同一采集周期内所有用户gnss信号的位置信息进行分析得到空间上与所述特定用户有位置交集的其他采集设备id关联的用户。

d.在所述同一个采集周期内，从其采集的电磁感应序列组与从所述特定用户采集的电磁感应序列组按照预设的相关系数计算公式计算出的相关系数大于预设值的用户。

具体地，可以查询所述空间电磁序列数据库确定所述特定用户在观察时间段内采集记录所属的区域电磁聚类模型中的所有节点后，通过该所有节点中每条记录上带有的采集设备id/用户信息和时间戳信息，确定在该观察时间段内与所述特定用户在空间上有交集的所有其他采集设备id关联的用户作为候选用户，统计这些候选用户与所述特定用户同处于相同区域的累计时间；将所述累计时间超过预设的最低接触时间的候选用户作为该特定用户疑似的密切接触者。其中、所述区域电磁聚类模型包括多个节点，每一个节点中的所有记录处于同一空间区域中；其通过采用基于向量的聚类算法对所述空间电磁序列数据库中某一辖区所有的记录按照电磁序列进行聚类而产生。

进一步地、所述方法还包括从所述空间电磁序列数据库中随机挑选一定数量该辖区的采集设备id关联的用户作为初代确诊病例，与最低接触时间、传染系数一起输入到所述区域电磁聚类模型对该辖区的病毒/疾病传播情况进行模拟以供决策参考。

相应地、本发明还提供一种利用电磁信号发现特定用户的密切接触者的系统，该系统包括：用户便携设备和远程服务器；其中、所述用户便携设备具有空间电磁信号的感知功能，用于周期性地采集其所在空间各电磁信号对应的感应标识、各电磁信号感应标识对应电磁信号强度，将各电磁信号对应的感应标识及强度构成该设备所在空间的电磁感应序列附加时间戳、采集设备的id/关联的用户信息后形成记录上传到远程服务器；所述远程服务器，用于接收各所述用户便携设备上传的所述记录、并将所述记录存储到所预设的空间电磁序列数据库中；根据所采集的电磁记录的时间戳、从所述空间电磁序列数据库中提取在某一时段内需要进行轨迹溯源和轨迹追踪的特定用户关联采集设备id对应的所有空间电磁序列和该数据库中其他采集设备id对应的所有空间电磁序列进行相关性分析以确定同一时间上与所述特定用户在空间位置上有交集的其他采集设备id关联的用户作为所述特定用户疑似的密切接触者；其中、其中、所述采集设备id能够唯一标识具体采集设备，与具体的用户关联。所述系统的具体实现细节与上述利用电磁信号发现特定用户的密切接触者的方法对应，即所述系统用于执行上述利用电磁信号发现特定用户的密切接触者的方法。

附图说明

图1为本发明提供的技术方案的一个实施例示意图；

图2为在本发明所提供技术方案中远程服务器的示意图；

图3为基于上海市某一辖区1月9日收集的电磁记录产生的区域电磁聚类模型，在设定传染系数0.8、初代用户确诊率0.2的条件下，预测一天传播后新增确诊病例用户数量与最低接触时间的关系图；

图4为基于上海市某一辖区1月9日收集的电磁记录产生的区域电磁聚类模型，在设定最低接触时间为5分钟、初代用户率固定为0.2的条件下，预测一天传播后新增确诊病例用户数量与传染系数的关系图；

图5为基于上海市某一辖区1月9日收集的电磁记录产生的区域电磁聚类模型，在设定传染系数为0.8、最低接触时间为5分钟，预测一天传播后最终确诊病例数量、新增确诊病例数量与初代确诊用户率之间的关系图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案以及有益效果更加清楚明白，以下结合附图对本发明进行进一步详细说明。应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供的一种利用电磁信号发现特定用户的密切接触者的方法，该方法包括：通过用户携带的、支持空间电磁信号的感知功能的设备周期性地采集其所在空间各电磁信号对应的感应标识、各电磁信号感应标识对应电磁信号强度、将各电磁信号对应的感应标识及强度构成该设备所在空间的电磁感应序列，将所述电磁感应序列附加时间戳、采集设备的id后形成记录存储到预设的空间电磁序列数据库中；根据所采集的电磁记录的时间戳、从所述空间电磁序列数据库中提取在某一时段内需要进行轨迹溯源和轨迹追踪的特定用户关联采集设备id对应的所有空间电磁序列和该数据库中其他采集设备id对应的所有空间电磁序列进行相关性分析；根据所述相关性分析结果确定同一时间上与所述特定用户在空间位置上有交集的其他采集设备id关联的用户作为在该时段内与所述特定用户疑似的密切接触者；其中、所述采集设备id能够唯一标识具体采集设备，与具体的用户关联。

如图1所示的实施例、通过用户随身携带的智能手机102内置的程序自主或者由远程服务器103发送指令触发所述智能手机102周期性地感知其所在空间各wifiap信号强度。图1中采集场景101中各wi-fi的标识采用各wifi设备的mac地址，分别mac1-mac4、所在空间检测到各wifiap信号强度对应为s1-s4,则该用户智能手机采集的电磁感应序列为[(mac1、s1)，(mac2、s2)，(mac3、s3)，(mac4、s4)]。用户智能手机102将采集的上述电磁感应序列附加时间戳、以及智能手机电话号码、imei识别码等任一种能够唯一标识具体用户手机、且与该用户关联的标识信息(如和该智能手机进行实名认证的身份证号码等)形成电磁记录上传到远程服务器103中。如图2所示、所述远程服务器的包括网络通信设备201、执行程序代码的处理器202和内存203、存储代码的计算机可读存储介质204以及空间电磁序列数据库205。所述远程服务器执行所述可读存储介质204中代码实现通过网络通信设备201接收上传的电磁记录，并存储在所述空间电磁序列数据库205中。

除了wi-fi信号、所述电磁信号也可以是wi-fi信号、蓝牙beacon信号、地磁场信号、手机基站信号、gnss信号中的任一种。与上述各种电磁信号相对应、所述根据所述相关性分析结果确定同一时间上与所述特定用户在空间位置上有交集的其他采集设备id关联的用户作为与所述特定用户的疑似密切接触者，具体实现为将满足以下任一条件的用户作为与所述特定用户的疑似密切接触者：

a.在所述同一采集周期内与所述特定用户关联的采集设备id连接同一个wi-fiap的其他采集设备id关联的用户。

b.在所述同一采集周期内与所述特定用户关联的设备id连接同一个蓝牙beacon的其他采集设备id关联的用户。

c.对所述同一采集周期内所有用户gnss信号的位置信息进行分析得到空间上与所述特定用户有位置交集的其他采集设备id关联的用户。

d.在所述同一个采集周期内，从其采集的电磁感应序列组与从所述特定用户采集的电磁感应序列组按照预设的相关系数计算公式计算出的相关系数大于预设值的用户。

所述预设相关系数计算公式可以是任何本领域的技术人员根据所采集的空间电磁序列的特征构建的、符合实际需求的相关系数的计算公式，具体可以是修正余弦(adjusted-cosine)形式的相关系数计算公式，皮尔逊(pearson)形式的相关系数计算公式，雅卡尔(jaccard)形式的相关系数计算公式，以及欧氏距离形式、曼哈顿距离形式、spearsman形式以及gamma形式的相关系数计算公式。

这里不再一一叙述，仅以修正余弦(adjusted-cosine)相关系数为例，说明其计算方法。修正余弦(adjusted-cosine)相关系数可以按照以下计算公式得到：

其中、sim(i，j)为特定用户i关联的采集设备id和其他用户关联设备id在所述同一个采集周期内电磁感应序列的相关度。u为在所述同一个采集周期内特定用户i关联的采集设备id和其他用户j关联的采集设备id共同检测到的电磁感应序列的合集u＝ui∪uj。ru，i为所述特定用户i关联的采集设备id在该同一个采集周期内采集到的电磁信号u的感应强度，为ui中所有电磁感应信号u对应的感应强度的统计平均值。ru，j为集合u所述其他用户j关联的采集设备id在该时段内采集到的电磁信号u的感应强度序列，为uj中所有电磁感应信号u对应的感应强度的统计平均值。其中、所述电磁信号为wi-fi信号,蓝牙beacon信号、地磁场信号、手机基站信号中的任一种。

进一步地、所述方法还包括从所述空间电磁序列数据库中随机挑选一定数量该辖区的用户/采集设备id关联的用户作为初代确诊病例，与设置的最低接触时间、传染系数一起输入到所述区域电磁聚类模型对该辖区的病毒/疾病传播情况进行模拟以供决策参考。

在一个实验例子中、选取了上海市某一辖区1月9日一天的采集到的20379条空间电磁信号数据进行分析。首先将20379条轨迹数据，通过聚类(clustering)的方法形成了2161个节点，每一个节点中的轨迹彼此之间都在信号上具有极高相似性，因此，可以认为每一个节点的所有的轨迹是处于同一区域(或同一场景)中。通过轨迹上带有的与具体用户关联采集设备id和时间戳信息，可以知道这个节点中包含了哪些用户，即哪些用户曾到达过这个区域以及其进入和离开该区域的时间。假定两个用户同时处于这一区域超过一定的时间(此时间作为最低接触时间参数可调)、且其中一个已经确诊，则就有一定的概率(这个概率作为传染系数参数可调)确诊用户将病毒传染给正常用户，而被传播的正常用户则作为确诊用户的下一代(比如：第二代确诊用户的直接传染者将会是第三代确诊用户)。根据披露的病毒特性假定病毒的传播代数不会超过4代。

本文在这20379条轨迹数据所包含的4699个用户中，会随机挑选初代(第一代)“确诊病例”用户(随机挑选的数量与用户总数量的比值为初代用户率参数可调)。然后，将这些初代用户放入该模型中进行“传播”，观测一天中病毒传播造成的感染人数，以及这些人的位置等信息。最低接触时间、传染系数、初代用户率这三个参数对病毒的传播情况非常重要。最低接触时间的定义是：用户之间可能发生交叉感染所需要的最低的接触时间。初代确诊用户率的定义是：初代(第一代)确诊用户占所有用户的比率。传染系数指的是用户之间在同一区域接触超过了最低接触时间发生传染的可能性。

图3为在该实验例子中，将传染系数固定为0.8(即接触传染概率为80％)，将初代用户率固定为0.2，即有939户被确定为初代确诊病例用户，则经过一天传播后新增确诊病例用户数量与最低接触时间的关系图，图中曲线上的小圆圈为相应的观察点。可以看到，随着最低接触时间越长，新增确诊病例用户呈减少的趋势。这也意味着，用户之间交叉感染所需要的接触时间越长，病毒就越不容易传染。由于受传染系数等参数的影响，病毒的传染带有随机性，因此在图上可以看到波动，属于正常现象。

图4为在该实验中，将最低接触时间固定为5分钟，将初代用户率固定为0.2，即有939户被确定为初代确诊病例用户，则经过一天传播后新增确诊病例用户数量与传染系数的关系图，图中曲线上的小圆圈为相应的观察点。从图4中可以看到，传染概率越高，则最终新增确诊用户数量就越大，而且新增确诊用户数目与传染概率呈正比关系。

图5为在该实验中，设置传染系数为80％且最低接触时间为5分钟，最终确诊病例数量和新增确诊病例数量与初代确诊用户率之间的关系图，图中曲线上的小圆圈为相应的观察点。从图中可以看出，随着初代确诊用户的数目增多，最终的感染的确诊用户数目也会增多，而新增的确诊用户数目会先上升，后收敛到一个阈值最后下降到0(当所有的用户都是初代确诊用户，就不会有新增用户了)。从图还可以看出，在初代用户较少，能够自由发挥传染新用户能力时，在传染率为80％且最低接触时间为5分钟时，平均每个初代确诊用户每天可以造成1个新增确诊用户。

与上述方法相对应、本发明还提供一种利用电磁信号发现特定用户的密切接触者的远程服务器，该远程服务器通过网络通信设备收集用户便携式采集设备周期性采集的电磁记录、并将所述电磁记录存储到预设的空间电磁序列数据库中；所述电磁记录包括该用户便携设备采集到的自身所在空间各电磁信号对应的感应标识、各电磁信号感应标识对应电磁信号强度构成的电磁感应序列，采集时间戳以及采集设备的id；从所述空间电磁序列数据库中提取在某一时段内需要进行轨迹溯源和轨迹追踪的特定用户关联采集设备id对应的所有电磁记录和该数据库中其他采集设备id对应的所有电磁记录进行相关性分析以确定同一时间上与所述特定用户在空间位置上有交集的其他采集设备id关联的用户作为所述特定用户疑似的密切接触者；其中、所述采集设备id能够唯一标识具体采集设备，与具体的用户关联。

所述远程服务器进行所述相关性分析以确定同一时间上与所述特定用户在空间位置上有交集的其他采集设备id关联的用户作为所述特定用户疑似的密切接触者具体实现细节与上述利用电磁信号发现特定用户的密切接触者的方法相对应，即所述远程服务器用于执行上述利用电磁信号发现特定用户的密切接触者的方法。

与上述方法相对应、本发明还提供一种利用电磁信号发现特定用户的密切接触者的系统，该系统包括：用户便携设备和上述本发明提供的远程服务器；其中、所述用户便携设备具有空间电磁信号的感知功能，用于周期性地采集其所在空间各电磁信号对应的感应标识、各电磁信号感应标识对应电磁信号强度，将各电磁信号对应的感应标识及强度构成该设备所在空间的电磁感应序列附加时间戳、采集设备的id后形成电磁记录上传到远程服务器；其中、所述采集设备id能够唯一标识具体采集设备，与具体的用户关联。

相应地、本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序当被处理器执行时实现上述的利用电磁信号发现特定用户的密切接触者的方法。

通过本发明提供的技术方案能够更精细、更完整地实现对特定用户(确诊病例)进行轨迹溯源和追踪，精确区分/识别该特定用户的密切接触者，对于疫情或者其他传染病的防控能够启到很好的作用。