面向应急服务的人工智能创新应用及发展建议

发表时间:2020/11/5   来源:《科学与技术》2020年第19期   作者:许猛 王晓波 张杰 徐世东 周瑛 陈一琦
[导读] 随着2019-nCov(NCP)病毒的肆虐,巡逻无人机、360消毒机器人、
        许猛,王晓波,张杰,徐世东,周瑛,陈一琦
        舟山职业技术学校,浙江舟山316000
        摘要:随着2019-nCov(NCP)病毒的肆虐,巡逻无人机、360消毒机器人、红外智能测温设备、咽拭子机器人、全肺定量分析技术、医疗机器人等等,诸多人工智能技术、设备和平台在抗“疫”主战场展露头角。未来,人工智能不但在病毒类型识别、异常病理的检测、治疗手段的优化、人流去向预测等方面继续发挥重要作用,而且在应急服务中堵漏洞、补短板、强弱项等方面作用仍不可小觑。建议将人工智能融入应急体系建设中,强化制度保障做好顶层设计,搭建人工智能应急响应协调平台,确保机制运行畅通,促进应急服务领域关键技术研究,破解跨平台集成耦合难题,鼓励打造产业链和特色服务基地,以便尽快构建高效、科学、智能化的新型应急管理体系。
        关键词:人工智能;应急服务;创新应用;发展对策
        中图分类号: G251.2
        DOI 10.3969/j.issn.1002-1965.2020.02.0001
   
Application and development suggestions of AI innovation for emergency services
Wang xiao-bo , Xu meng,Zhang jie, Xu shi-dong,Zhou ying,Chen yi-qi
(Zhou Shan vocational school,Zhoushan 316000,China)
Abstract:With the spread of 2019 ncov (NCP) virus, patrol UAV, 360 disinfection robot, infrared intelligent temperature measuring equipment, throat swab robot, whole lung quantitative analysis technology, medical robot, etc., many artificial intelligence technologies, equipment and platforms are emerging in the main battlefield of anti epidemic. In the future, artificial intelligence will continue to play an important role not only in virus type identification, abnormal pathological detection, optimization of treatment methods, prediction of human flow, etc., but also in emergency services such as plugging loopholes, making up for shortcomings, strengths and weaknesses. Therefore, it is suggested to integrate artificial intelligence into the construction of emergency response system, make overall planning from the perspective of system guarantee, build an artificial intelligence emergency response coordination platform, ensure smooth operation of mechanism, promote research on key technologies in emergency service field, solve cross platform integration and coupling problems, and encourage the building of industrial chain and characteristic service base, so as to build an efficient, scientific and intelligent system as soon as possible New emergency management system.
Key words:Artificial intelligence; emergency service; innovative application; development strategy
1 引言
        “人工智能(Artificial Intelligence,AI)”早在1956年被科学家提出来的,是计算机科学的一个分支[1],主要是研究人的智能如何被模拟与扩展,并形成可探究的理论、方法和技术并付诸应用的一门技术科学,涵盖领域分为语言处理、图像识别、机器人及专家系统等[2]。经过50多年的发展,取得了长足的发展,尤其是近些年,人工智能技术发展几乎堪称完美,如物体形状甄别、路径寻迹、语义的智能辨识、无人装备驾驶、寻迹导航、人机对弈等等,其功能、性能、效果及效率与常人无异、而或优于人类;除此之外还在个性化定制、特殊服务、智能生产、智慧生活和健康理疗方面发挥着重要的作用。2020年春节前夕,新型冠状病毒(2019-nCov,又名NCP)疫情牵动每个人的心,随着病毒的肆虐,在病毒种类的识别、病毒携带者的检测与识别、病情传播途径的检测与隔断、治疗方法与手段的优化、人员流动和疫情扩散趋势的预测等各个方面,彰显出人工智能的优势。
2  人工智能在抗“疫”主战场的应急服务
        2.1 AI装备把持在抗“疫”最前线
        新型肺炎诊断标准之一是发热,这场战斗中体温判别是第一道关卡,测温的手段和措施因人群的不同和场所的不同,需要采用的测温设备有所不同。如水银接触式测温适合居民自我测量和居家成员互测,若在社区入口、管制通道、医院导医台等场所对大众进行温度识别并服务于疫情分诊仪器,不适合接触式的,而采用非接触式电子枪测温比较合适;而对于车站、机场、码头、商场等人流量大的场合,接触式与近距离测温手段也不太合适,此时人工智能测温设备有明显的优势,因为它既可满足无接触、高效检测、快速通行,也可拥有高温智能报警、人员信息采集和路径追踪的功能,解除了运输企业和城市管理者遇到的困扰。如在北京某地铁站,配置了红外线及可见光双传感远距离人体测温系统,具有智能温度识别和人像采集的功能,在5米以内对大流量乘客进行测温,即使在带着口罩和帽子将大部分面部遮挡的状况下[3],也能准确无误识别,且温差小于0.3℃,每秒中可以完成15人次的测量任务,效率很高。同时,根据人脸信息及疑似发烧体征,红外相机可以把高温人员的鉴别处理,辅助工作人员对快速移动人员进行定位,一套系统可以监测16个闸机[4],1个工作人员就可以实现16通道的人员管控及测温的任务,很大程度提升了公共空间的检测效率和安全性,减低了一线工作人员被感染的风险。无独有偶,百度公司推出的AI大流量客体温检系统,通过人脸部识别和红外检测,人流不需要驻留,正常出站,体温及健康状况一目了然;山西天诚的热成像人体测温系统、北京千方科技的人脸识别红外视频检测系统等,也积极在不同场所进行布置。这些测温智能助手大部分利用了现代的热成像、人脸识别、5G实时通讯技术,具备布控快、兼顾多目标、成本低且精度高,很适合在商场、集团企业、学校、汽车站、火车站、地铁出入口及政府的安保场所配置。
        疫情期间,全国不乏利用人工智能手段进行宣传、号召、劝导的案例,如为了让民众牢记“勿聚集、戴口罩、勤洗手”等基本防范常识,广东清远公安首先采用“无人机+大喇叭”科技创新拼搭,对人群密集区域进行管控与引导,沭阳交警也采用该方式对未带口罩的市民进行劝告,即实用又安全。当然,也有脑洞大开的年轻人采用“无人机+购物袋”创新手段进行便民服务,如河南小伙子在小区实施管控期间,操纵无人机多次从小区外面购买方便面等日用品为小区居民提供方便。“消毒机器人”也是危机关头冲锋在前、坚守“疫”线的人工智能重要代表。医院场所、电梯空间、公共交通工具及必备的器具每天都需要被消毒多次,恰逢春节,人手奇缺,适时启用自主导航、自主巡检消毒机器人,不但全天候360度无死角进行彻查消毒,而且可以在次氯酸、紫外线、过氧化氢多种模式之间切换选择,即拥有多个应变解数,让病毒无处遁形,既方便又省事。同时新上马的火神山医院新风系统,其采用了世界最顶尖的智能消杀技术,控制程序会根据室内空气的浊度选用合适的过滤、消毒、杀菌、增氧模式,确保向病房内输送最舒适和洁净的空气。
        2.2 AI算法为治“疫”倾尽算力
        咽拭子试剂盒检测法[5]是判断新冠肺炎患者确诊的重要方法之一,医生或护士取样时病人可能会咳嗽,咳出大量的气体并包含飞沫,而新冠肺炎的直传播途径及载体就是飞沫,每个医护人员每天要面为几百上千的发热病人咽拭子取样与检测,在这样的环境下工作感染的概率很大,后来专家验证病毒也会在病人呼出的气溶胶中进行传播,所以医护人员的每时每刻就面临着被感染的风险。为此,新松机器人推出了咽拭子检测机器人,它由咽拭子采集器、蛇形机械手、六轴协作机械手和移动机械手几部分组成,机器人按照预设的控制程序,可以精确完成咽拭子的作,实现无人操作,省去医护工作者冒风险亲临现场取样的环节。新型冠状病毒感染者的判别另一个手段是影像学特征辨识,符合确诊的特征是呈现肺炎或急性窘迫综合征,因其不是通过量化指标诊断,不像血结果判断那样指向性明显,故需要采用人工方法进行比对量化评估,往往一个病例需要花费近5个小时对比,效率很低,临床推广比较困难。相比人工手段,人工智能在处理医学影像方面一直在尝试与进步,例如李飞飞提出对胸片影像深度检测的方法在实验中呈现的效果就比较良好[6],阿里云ET也在从事肺结节方面研究,并着力优化了检测方法,大大提高了准确度,因而成熟的AI技术可以对患者的CT影像进行局部性病灶、弥漫性病变研究,并根据全肺受累的各类肺炎疾病的严重程度进行分级比对并形成报告,可以在2-3秒完成精准定量分析,并快速自动识别疑似病例,这样不但可以帮助医生对患者进行精准治疗,也可以减少不同病患者之间交叉感染。
        新冠肺炎来势汹汹,快速研制对应的治疗药物是当前重中之重,近期小分子药物(如瑞德西韦)在相关科研中显示出了潜在的疗效,受到广泛关注。又因为小分子药物容易产生抗药性,所以需要获取病毒的变异的规律,以便更好找出应对策略,必须快速进行基因分析和药理分析,但是这需要利用大量AI的算力才能完成。所以在春节期间,为帮助新药研制、蛋白筛选和基因测序,阿里免费向全球公共科研机构提供算力,百度研究院也免费开放RNA结构预测网站和线性时间算法LinearFold平台,同时深圳超算、上海超算联合苏州计算中心、昆山计算中心、江西省计算中心和甘肃省计算中心等单位为新冠状病毒治疗和研究提供算力支持[7]。强强联合的计算资源也加快了大分子药物治疗的方法研究,人工智能更新了抗“疫”的技术手段和科学方法。新型冠状病毒除了席卷全国,在其他国家也有确诊案例,据英国《卫报》的报道在大洋彼岸的美国出现首例新型肺炎病例时,在没有完全掌握病毒的传播特性与路径情况下,为了防止医护人员被新型冠状病毒的无端感染,美国将感染者单独安置在隔离室之中的,并且完全由智能机器人进行治疗,而机器人上安装了麦克风、听诊器和摄像头,医生坐在病房外通过操作电脑对病患进行观察和治疗,该医院如此安排主要是为了降低院内传染、保护医院内的医护人员和其它病人身体健康。当然,除了这种诊断机器人外,还有科大讯飞的智能分诊机器人、新松机器人的医用配送机器人、智能护理床、多功能餐饮服务机器人等,随着智能设备的增加,协助医护人快速、科学、精准判断与识别病理的手段越来越先进,对感染者进行救治与护理可选择方法越来越多。
        2.3 AI数据助力“疫情”追踪与阻断
        疫情的防控中后期着力点是在社区,社区防控的目标是“防输入、防蔓延、防输出”,但是基层工作者人员有限。为此,一方面将街道、基层医疗机构人员、社区所有工作者都调动起来,发挥群防群控优势,任务落实到户、责任明确到人,开展网格化管理、地毯式追踪;另一方面,借用遥感手段、数据分析与挖掘技术[8],提高防疫与阻疫的效率、缓解了人手严重不足的压力。如快速调用遥感数据,了解流动人群城市切换情况、车辆移动轨迹,实现呈报信息与真实信息比对与核实,借助AI移动数据采集和数据分析技术,可以第一时间获取某些人员在局部范围内位置移动信息,有利于上门排查、社区精准管理、促进疫情切断。当然,对于疑似病例及密接人员的居家观察,传统的方式就是采用专人值守,一户一人耗去大量的人力。因而,一些社区采用临时安装了图像采集及监控设备,通过远程监控、一对多的方式动态掌握被隔离者是外出情况和移动轨迹;也有某些社区采用劝导被隔离者佩戴电子手环,如2月3日中国香港就要求在14天以内去过疫情发生地的香港居民禁止离开指定居所并佩戴电子手环[9],从刚开始预备的500个增至1000个,这些手环可以对佩戴者进行同步监控和实施喊话及预警功能,避免不配合者擅自活动造成疫情的传播。

除了上述举措,将人工智能数据运算模型与地方通信运营平台进行对接,第一时间掌握市民及游客的出行规律,对疫情防控及追踪提供了很大的帮助。如杭州建立的“卫健警务新冠肺炎防控系统”、“疫情地图”等措施,可以方便获知疫情后各个区域人员的去向,更加精准获得被感染者的出行轨迹;“上海市肺炎防控平台”对接交通、医疗、企事业单位等第三方平台,利用大数据技术进行预测与判断,提高发现密切接触者效率和提升防控能力;万达信息与浦东新区充分利用三大运营商的基站和GPS提供人群定位信息,动态管理预警留观人群的动向,防止被隔离的人群脱离掌控范围。
        2.4 AI平台为保障民生统筹发力
        疫情的防范,遵循“早发现、早报告、早隔离、早诊断”的原则,但是对于医疗资源匮乏的地方,“早诊断”也会遇到困难,此前一段时间,一些医院的发热门诊出现严重排队情况,以致于一些原本只得了普通感冒的患者要面临被感染新型肺炎的风险,试问,能不能足不出户得到医情咨询与科学指导,或者患者在家可以被初步预判与诊疗呢?可以,河南开封市人民医院搭建的互联网医院平台发挥了很大作用,线上进行24小时义诊,帮助患者进行普通的感冒发烧与新冠肺炎区分,建议普通感冒者就自行吃药观察,不需要扎堆占用医疗资源,既减轻了医院门诊的压力,也减少去医院排队候诊被交叉感染的风险。目前,全国正在抗击疫情攻坚阶段,做好社区防范、除了做好疫情防控,还应该充分用好科技手段保障群众的基本生活。如当前利用大数据、自动化技术实现远程监管及异地调度,让医疗器材、防护产品、药剂药品等生产厂家复工复产;利用智慧城市系统进行精准施策、科学管理,引导居家办公、推动线上教与学,减少人员流动及外出;通过物联网溯源技术确保线上线下平台的食品、蔬菜、肉、蛋和粮油,来源可靠、流通顺畅、交易透明、配送快捷。所以,利用好科技手段有利打好阻击战,让社会尽快回归到正常的生产、学习和工作和生活上来;随着城市5G技术普及、工业互联网平台的建设,人工智能将保障民生方面发挥更大的作用。
3 人工智能在应急服务中全面发力的对策与建议
        3.1重顶层设计加大投入,将人工智能纳入应急管理体系
        人工智能已经在抗疫阻击战中展露头角并发挥重要作用,但很多被应用的方法和手段缺乏规范约束和系统设计,不乏是研究者一种尝试、应用者的一次创新或是科技爱好者的一创意拼搭,这样既不利于人工智能优势充分发挥,也不利于应急服务效能发挥。
当前,既要科学施策打赢这场疫情阻击战,也要放眼未来,发现问题与不足,及时的堵漏洞、补短板、强弱项。为此建议做好顶层设计,将人工智能的技术及应用纳入国家应急体系[10]。一是财政支持,提高社区应急响应的科学手段。社区是社会的有机体最基本的单元,加大财政投入,加强关系到居民出行、物品输送、信息传递和安全护卫方面的器具设备的配置,提升数据采集、信息比对、智慧监控、网格计算、智能安保、信息导流及交通引领等方面的信息化手段,加快提升街道、社区人员的信息化素养水平,确保基层队伍具有OA办公、信息咨询、科技辨识及图谱识别能力,并具有一定的自主决策与建议能力。二是政策引领,吸引智能设备融入智慧医疗体系中。通过智慧医疗、智能医疗项目的落地,让新兴的机器人技术、AI算法、社会算力等以标准配置与个性推送的形式与社区服务系统或平台对接,推进传染病互联网医院和线上医疗系统建设,实行省域及全国联网互诊,最大化发挥资源与地域优势,带动区域经济带和智慧医疗产业发展。三是制度保障,将成熟人工智能配置到应急系统中。如家用机器人、护理机器人、医疗机器人、消毒机器人、信息采集机器人、互联网医院、在线诊疗系统、医疗传感设备、惠民电商系统、商品溯源系统、医疗大数据平台、线上线下产品供给平台等,科学有序融入到防控体系中,并从制度上给于保障。
        3.2 构建人工智能协作平台,确保应急机制运行畅通
        将人工智能设备、算力、平台等融入到应急响应系统中,从设计到集成再到应用,确保整个过程顺畅,需要构建人工智能协作平台,完成以下任务:一是对应急管理系统进行科学设计与统一部署。根据国家、省市县各级应急响应的需求,将人工智能的实现手段、产品设备、技术策略无缝地对接至应急管理系统中,并且有条不紊地发挥应有的作用,需要对保障制度、约束机制、人员配置、合作主体、系统耦合、综合演练等进行全方位规划、设计与统筹[11]。二是制定协同机制和运作办法。应急服务需要政府、职能部门、高校、企业各方单位与人员参与,需要制定完善运行办法和协调与约束机制,确保省、市、县、街道及社区单位主体边界清晰、政令畅通、人员配置合理、责任明确,执行任务不折不扣、应急响应落地有声。三是打造一支保障有力的技术团队。用智能思维进行应急系统设计与集成,需要组建一支包含区块链、物联网、云计算、大数据等交叉学科的服务团队,确保体系设计期间能提出科学方案、系统建设期间能进行集成与调试、平台运行期间能进行技术维护与应急保障。四是开展标准制定与技术迭代升级工作。在系统集成时,涉及到不同的部门、不同的设备、不同的系统和不同的平台,为此需要加速制定数据协议、硬件接口、共享模式等统一的技术标准,才能将机器人系统、算力平台、管理体系、决策中心通过信息高速公路进行有效整合并事半功倍。虽说应急服务系统大部分时间处在备战状态,但是,养兵千日用兵一时,技术实时更新及产品迭代升级是必不可少的。
3.3 加快人工智能技术耦合研究,破解系统集成中遇到的瓶颈问题
        虽然人工智能技术已经十分成熟,落地应用效果比较明显,但是真正构建高效协作、智能一体化的应急服务系统,还需要在系统集成方面加强研究,破解不同系统不同平台耦合的瓶颈问题,故重点研究工作从以下几个方面着手。一是加快推动专用设备研究。如无人机开发与设计的初衷不是用于街道喊话和食品运输,简单器件的拼凑与搭建势必存在管理跨界及安全隐患,为此可以尝试开发专用的训巡逻监视和便民商品输送飞行器,开发社区服务和网格管理机器人,温度智能检测机器人、医用消毒机器人、咽拭子机器人等同专用智能设备,当然,行业企业技术标准、产品检测标准、用户使用手册和售后服务办法及技术更新策略需要与之配套。二是设备协作平台架构研究。如社区固定监视器的后台分析、地上运动的载货机器人控制、空中飞行器安全协议、协作平台的云控手段、决策中心的调度机制等,以及大量的数据耦合、协同工作及响应机制的底层技术研究与开发。三是促进精细技术应用与发展。如医疗保健机器人、家庭看护机器人已经尝试走进了家庭与医疗场所,但是真正全面应用推广时,还会存在人性化程度不够、技术精准度不高、操作不够灵活等弊端,因此能否设计与开发出高效灵活的先进的智能设备,是决定以后的应用前景的重要因素,尤其是在传染病房进行无人手术、无菌操作、精心看护等方面的设备。四是便民化和人性化设计研究。出行地理信息定位、生活及移动轨迹的大数据参考,已经不自觉走进了人民的生活中,因此开发设计的人机交互界面的人性化、信息推送的便捷化、政策解读的亲民化都需要重新定义与考虑,同时,智能平台对信息识别、安保措施、信息关联、决策方法、协调机制和底层动态模型等方面也需要加强研究[12]。五是创新应用领域的探究。互联网医院已经开始线上运营了,但是温度读数、血压高低、脉搏跳动频率、血糖指数等物联传感设备如何接入互联网供诊断参考,在线义诊或付费诊断的责任约束机制、远程诊断的信息报送机制,病理病例信息共享策略,人员流动无障碍查询及信息提示办法,无人驾驶的救护车操控技术及调度体系、自动驾驶公共车辆运作机制等,大部分是空白领域亟待研究。
        3.4 明晰市场需求及产业发展前景,努力打造上下游产业链
        抗击疫情很快就会夺取最终胜利,基于人工智能的优势,未来更多的细分市场有望在人工智能与应急防控与服务方面进行融合发展。尤其是消毒机器人、医疗护理机器人、互联网医院、智慧社区、网格防控、人群移动大数据挖掘等方面。当下充分结合省情、国情,让有条件的市县区加快医疗设备、口罩防护、消毒杀菌产业企业复工复产,解决国际、全国、全省内外燃眉之需,后期大力支持医疗防护和新药制造方面的创新研究,同时根据当地产业经济基础和未来规划与布局,为企业创造条件、吸引国内外资金积极参与打造新兴经济带和产业集群。以浙江为例,全省拥有人工智能、机器人、物联网、区块链、云制造等多个特色小镇,有丰富经济体系管理与特色打造的经验,全面开展市场调研、积极进行顶层设计、实施跨区域协作机制,将人工智能、系统集成、特色医疗器械制造、智能物流配送、医疗医护创新应用等诸多特色要素与优势融合,与现代区块链、5G通讯技术、物联网平台和大数据深度结合,发挥区域经济优势,积极打造特色产业基地和经济带,尽快形成上下游产业链[13]。
        在本次防疫战斗中,浙江省表现出了较高的政治敏锐度和快速应急决策能力。疫情初期,全国最早启动省一级响应、并做好部署,首先在人员隔离、排查到户等方面都走在全国的前列;接着政府联合阿里巴巴一天搭建出“疫情信息采集系统”,实现了足不出户,一部手机就能查疫情、报线索;在全国省级疾控中心中浙江病毒研究实验室首个成功分离毒株,接着为治疗探究病例、释放了大量的AI算力,又结合大数据分析技术快速获知全国人员流动与去向、帮助客流进行轨迹追踪,近日来,率先推出健康码或绿码,为社区管理方面带来很大的方便,在全省上下奋力抗疫之际,也不忘伸出援助之手,为武汉捐钱捐物,先后派出五支医疗队,驰援武汉和湖北其他地市。浙江经济走在全国前列,与其秉承“领头羊”与“敢为人先”的精神分不开的,全省抗击疫情还未接近尾声,省委省政府率先提前布局如何早日复工复产,并出台了一系列的边防控边复产的政策举措,为企业打通上下游产业链、克服困难早日复工出谋划策。待抗疫彻底胜利,春暖花开之际,浙江若能率先构建集设备、平台、数据、人员于一体的应急管理服务体系,必能促进新经济模式和业态诞生,带动区域经济和特色产业发展,成功的样板可供全国兄弟省份和全世界其他国家借鉴与参考。
4  结束语
        疫情爆发以来,人工智能在疫情诊断、阻断、追踪和治疗等方面优势大显,但是目前投入应用的技术设备、数据平台多是单枪匹马或创新尝试的案例,缺乏系统化设计与规划。未来,从应急管理体系建设的角度来看,人工智能在医护资源增补、医疗手段提升、社区服务便捷化和智慧化方面大有用武之地,为此,需要从应急体系的规划与建设、制度制订与完善、机制运行与保障方面多做文章,做到定位清晰、目标明细、保障有力、协调有序;需要在开展新技术、新设备耦合、新模式应用方面多下功夫,全局设计、统筹规划,尽快打造服务于人工智能应急系统集成的上下游产业链,让人工智能在日常的生活、学习、工作甚至紧急避险中发挥应有功能,源源不断为民众带来福祉。
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