罗谦党婉丽
中国民用航空总局第二研究所
一、 项目背景
2019年底武汉爆发新型冠状病毒疫情，铁路、公路、水路和民航运输构建的综合交通体系是人员流动的主要支撑工具。疫情期间，在人员流动的交通方式中，航班所占的比例达到了32.8%，其更是国际运输的主要交通工具。确诊病例密切接触者的有效跟踪及快速隔离措施是疫情防控的重中之重。现有的流行病学调查以人工询问确诊病例回溯记忆为主来发起密切接触者的跟踪工作。当确诊病例记忆模糊、主动隐瞒或信息未知时，均可以导致密切接触者难以定位。
对于大型公共区而言，均具有高密度、遮挡严重、人员流动缓慢的特点，机场航站楼场景如图1所示，这些特征一定程度上导致确诊患者。这些特征一定程度上导致确诊患者经过的地方，会较长时间并在安全距离内接触其余旅客。不是确诊患者的同行或者家属一类的接触者与确诊病例互不相识且是随机集散产生接触，导致部分接触者的跟踪溯源缺失。因此，我们需要提高密切接触者跟踪的可行性。
图1：机场航站楼场景示意图
二、 解决方案和系统实现
（一） 系统目标
大型交通公共场所密切接触者追踪、识别系统以实现大型公共场所密切接触者识别、溯源为总体目标。建立基于多目标跟踪模型，确诊人员及密切接触者位置及轨迹跟踪方法；实现基于多数据融合技术的密切接触者身份信息的确认及输出。
（二） 系统总体思路
系统以旅客信息为基础，以视频数据为依据，以基于概率场的跟踪技术为核心，结合传染病机理，确定潜在感染者位置，结合公共区域所具有的时空特征，实现密切接触者身份的确认。系统实现总体思路如图2所示。
图2：系统实现总体思路
以航站楼为例，具体实现思路描述如下：
步骤1：获得确诊病例的个人信息，如姓名、身份证号和航班号；
步骤2：通过该确诊病例的身份证号获得办理值机、安检和登机业务的时间；
步骤3：通过时间去查询该区域CCTV的视频图像数据，形成结构化信息与非结构化信息的关联，建立该确诊病例的个人信息与图像信息的关联；
步骤4：以该确诊病例图像还原跟踪值机、安检、登机区域该确诊病例的行为轨迹点；
步骤5：以轨迹点为圆心画出半径1-2米的同心圆，圈出圆内涉及的密切接触者图像集合；
步骤6：逐一对密切接触者图像集合中的每一位图像进行行为轨迹跟踪；
步骤7：输出该隐形密切接触者办理值机、安检和登机业务的轨迹点时间；
步骤8：利用该时间和资源编号去匹配值机、安检和登机的业务办理时间，获得密切接触者的个人信息，如姓名、身份证号、手机号码等，完成该密切接触者图像信息与个人信息关联。
（三） 系统建设原理
通过对密切接触者的跟踪及溯源，基于业务、资源空间、视频数据融合的匹配规则方法，实现确诊患者初始位置输出及密切接触者身份的确认及输出，解决密切接触者身份难以确认问题，其具体的原理框架如图3所示。
图3：密切接触者身份确认原理框架图
针对摄像头远近带来的距离变化以及三维距离与二维距离差异大的问题，系统以影视投射模型为基础，建立三维至二维空间映射数学模型，实现密切接触者位置的确认，具体原理示意图如图4所示（注： 代表不同的圆的圆心坐标）。
图4：三维距离与二维距离变化映射原理图
针对旅客姿势变化频繁，不同的场景遮挡情况不同，行人难以区分的问题，系统构建了基于空间概率的跟踪模型实现机场航站楼的确诊人员以及密切接触者位置及轨迹跟踪方法，图5展示了具体的实验逻辑及效果示意。
图5：基于空间概率跟踪模型的实验逻辑及效果示意图
（四） 系统功能实现
1. 确诊人员轨迹追踪
通过输入确诊旅客的身份证信息、所乘坐航班的执行日期和航班号，查找密切接触者，图6中的(a),(b),(c),(d)展示了某办理登机业务模拟确诊病例的轨迹示意图，主要对图像进行分块并对图像中的人员进行检测及编号，对模拟确诊病例所在图像的倒序连续帧进行上述人员检测和编号，还原其在相关区域的行为轨迹。
图6：确诊人员轨迹追踪示意图
2. 密切接触者圈定
结合流行病传播机理，得到模拟确诊病例在其整个行为轨迹过程中圈定的隐性密切接触者。流行病传播的重要条件就是与确诊病例发生密切接触，因此定义不同的密切接触距离可呈现不同的流行病传播结果。图7中黄色框展示了模拟确诊患者在红色框位置时的密切接触者，接触距离设置为1m。
图7：密切接触者圈定示意图
3. 确诊旅客及密切接触者信息管理
可以查询已追踪的确诊旅客信息，包括影响的密切接触者的信息，包括姓名、航班、时间、接触次数等，同时支持数据下载功能。
三、 典型机场应用案例
系统已经在首都机场、大兴机场实际应用，疫情期间，支持机场、防控中心根据确诊人员对机场关键区域的密切接触者进行识别及溯源，已成功溯源密切接触者42名，其中有2名旅客确诊。成为了防疫工作的“眼睛”。图8为首都机场应用系统界面图。
图8：首都机场系统应用界面图
同时，此系统产生的关键技术可直接扩展至关注重点人员识别中，同样可利用航站楼候机区现有摄像头，以关键节点旅客数据为基础，结合追踪、重识别技术，实现机场关注重点人员轨迹描述以及出现位置定位，其现在即将在广州白云机场应用于迟登机旅客的寻找，以此来减少迟登机旅客对航班那延误的影响，并提高机场服务质量，图9为广州白云机场迟登机旅客寻找系统界面示意图。
图9：广州白云机场迟登机旅客寻找系统界面图
四、 未来展望
民航机场航站楼作为综合交通体系下典型的大型公共场所，在旅客聚集、排队分布、多业务环节衔接等方面具有代表性。因此，实现机场航站楼内隐性密切接触者的识别和跟踪，是实现综合交通体系下隐性密切接触者跟踪的关键，并且具有较强的扩展性和可移植性。基于相同原理，可将上述在民航交通运输场景中的隐性密切接触者跟踪和识别方法，扩展至客运枢纽、高铁站等地面交通运输场景之中，进而实现在整个综合交通体系下的隐性密切接触者的跟踪和识别，最终为疫情的常态化管理提供技术支撑手段。
