基于GIS的马拉松猝死风险管理和应急救援仿真系统研究*

蒲柳羽 张英华 高玉坤

(北京科技大学，金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室 北京 100083)

0 引言

随着全民健身的热潮流行起来，越来越多的人开始关注并参与到马拉松比赛中，但由于马拉松路程长，对选手的身体耐力有很高的要求，并且还要求选手有一定的马拉松训练或者参赛经验，但在实际情况中，参与马拉松比赛的选手绝大部分都是非专业，这使猝死风险成为在实际比赛中需要时刻考虑的关键问题。本文通过GIS(地理信息系统)结合Java Web技术设计，开发了实现赛前风险信息管理、现场人员物资调动、事故决策等集预防、管理、响应、执行等功能于一体的系统。

1 基于GIS的马拉松应急救援仿真系统功能设计

1.1 风险人员等级划分

马拉松比赛中发生猝死最主要的原因是部分参赛选手存在潜在的危险。据统计，90%的运动猝死者是本身就患有心脏疾病[1]，心源性运动猝死占猝死人数中的绝大部分。此外，中枢神经疾病或者呼吸系统疾病都有可能导致选手在运动中发生猝死。因此，赛前进行有猝死风险的选手统计非常必要。

为了在该系统内实现风险人员的管理，将有潜在猝死风险的参赛选手个人信息录入系统内，由于马拉松参赛选手基数过大，而管理成本有限，所以在该系统内进行风险人员的分级，风险性随等级增大而减小，等级分类标准如表1所示。

表1 风险等级分类

出于研究需要，将I，II级选手都划入到风险人员类，作为重点监控的对象。把存在猝死风险的参赛选手进行风险等级分类，得到以下结果。

(1)心脑疾病患者：包括风湿性心脏病、冠心病、高血压心脏病、心肌病、心脏肿瘤、严重心律不齐、先天性冠状动脉畸形、主动脉破裂、主动脉瓣狭窄、长QT综合、二尖瓣脱垂、心脏震荡等心脏病以及脑动脉粥样硬化、血栓形成、狭窄、闭塞、脑动脉炎等脑血管病[2]。在马拉松实际比赛中患有心脑方面疾病的患者，直接被判定为高危人群，不具有报名资格，本分类中出于仿真要求，仍将心脑病患者列入系统的风险人员。风险等级分类如表2所示。

表2 心脑疾病与风险等级

(2)肥胖程度：BMI指数达到24以上，患高血压、糖尿病、冠心病和血脂异常等严重危害健康的疾病的概率会显著增加，达到28以上则被视为肥胖，需要慎重进行剧烈运动；超过32则被视为过度肥胖，不适宜马拉松这样的大强度运动。风险等级分类如表3所示。

表3 BMI与风险等级

(3)血压：成年人如果收缩压高于140 mm汞柱、舒张压高于90 mm汞柱，就叫“高血压”[3]；如果收缩压低于90 mm汞柱、舒张压低于60 mm汞柱，就叫“低血压”。高血压患者和低血压患者都不适合马拉松运动。风险等级分类如表4所示。

表4 血压与风险等级

(4)血糖疾病：糖尿病患者、低血糖患者在剧烈运动时都会存在猝死的风险，虽然近年来不少患有糖尿病的选手仍成功参赛并取得了相对优异的成绩，但是患有血糖疾病的选手如果缺乏针对的训练，在比赛中仍属于风险较高的人群，需要重点监控、防范。风险等级分类如表5所示。

表5 血糖与风险等级

(5)其他疾病：支气管肺炎、急性出血性疾患、急性出血性胰腺炎、肝肾功能衰退、气管异物等疾病也可引起猝死[4]，疾病类型多样且严重程度各不相同，所以根据疾病的严重程度划分风险等级，见表6。

表6 其他疾病与风险等级

(6)年龄：根据规定，70岁以上的人为高年龄组，该分组下的人在剧烈运动时风险更高，应该在比赛中重点监控。年龄划分风险等级见表7。

表7 年龄与风险等级

(7)赛前不良反应：一些选手在比赛前突然患上急性病、感冒之类的病症，也有可能引发运动中风猝死。根据人体舒适程度划分风险等级见表8。

表8 赛前不良反应与风险等级

根据以上标准划分参赛人员的风险等级，符合I，II级风险标准的人员由于发生猝死的风险较大，为了防止比赛中猝死情况发生，被重点监控。

1.2 马拉松的赛事急救医疗保障系统

马拉松的赛事急救医疗保障系统是比赛的重要组成部分，承担着马拉松数万参赛选手的生命安全任务，在控制减少猝死事件发生的方面更是关键。虽然马拉松类型众多，设置也因赛事特点不同而变化，但急救系统组成部分是大同小异，本文根据参考众多马拉松的急救系统设置总结出一般情况下赛事医疗急救保障系统的组成部分，如图1所示。

医疗急救保障团队是实现马拉松中对心脏骤停急救的重要力量，也是现场急救的关键环节，一般情况下医疗急救保障团队的组成力量如图2所示。

注：AED为体外除颤仪，能有效救治心脏骤停；移动AED指比赛中由专业急救人员，通过自行车、摩托等骑行工具承载AED，并在固定范围内来回巡逻。

马拉松因场地、参赛人数等客观条件的不同在设置上会有很大差异，但马拉松现场急救的基本形式仍然是“赛道急救志愿者+固定医疗站+移动AED”的组合。当现场有选手发生心脏骤停倒地时，通常情况下医疗服务志愿者是第一时间发现危险的人，而后志愿者通知应急指挥部，再由指挥部传达到距离事发地点最近的固定医疗站和移动AED，固定医疗站派出救护车搭载医务人员和AED立即前往事发地点，移动AED接到通知后立即前往事发地点。流程如图3所示。

图3 现场急救流程

2018年成都国际马拉松为例，医疗设置情况见表9，具体为：起点、终点、迷你终点、全程终点分别设置1个固定医疗站，从起点2.5 km开始，每2.5 km设置1个固定医疗站，共23处，每个医疗站安排医生、护士各2名，AED一台；赛道全线设置28个救护车移动医疗点，每台救护车配备医生、护士、司机各1名，AED一台及其他物资；赛道沿途每隔100 m有一位医疗志愿者；此外还有36台移动AED。

表9 成都马拉松的医疗设置情况

2 系统开发与实现

利用Java Web技术，开发基于B/S逻辑体系(Broswer-Server)的一套能应用于马拉松的应急救援管理系统，其主要功能是应急救援仿真与风险管理。美国环境系统研究所(ESRI)开发的ArcGIS平台具有强大的地图制作、空间数据管理分析、空间信息整合、发布与共享的能力[5]，本系统的开发环境选择为“JDK8(Java SE Development Kit 8)+Tomcat，9.0.24+Intelli J IDEA”，具体开发方式见表10。

表10 开发方式

配置好环境与程序后，通过本地服务器打开系统，系统的主界面如图4所示。

图4 系统主界面

最左侧是工具栏，从上往下功能依次是“应急救援”、“风险管理”与“用户管理”，应急模块的主要功能是电子地图的仿真；风险管理模块的功能是对医疗设备、应急队伍以及风险人员进行信息录入与管理。

2.1 风险管理功能

根据上文，中风险等级划分为I，II，III，IV 4个等级，本系统中仅收录风险等级为I，II级的选手，风险类别有肥胖、血压、年龄、其他4类，其他可备注，最后录入的完整风险信息界面如图5所示。

图5 风险信息界面

本模块在模拟风险人员时，是随机在马拉松路线中插入人员，使其处于运动的状态，但该模拟人员的位置是可获取的，在马拉松的真实比赛中，可以通过GPS等手段获取选手的实时位置。

固定医疗站与移动AED的添加类似以上操作，添加固定医疗站和移动AED完毕后，可以对这两种救援力量进行位置设置，固定医疗站位置是固定的，在地图中选取后具体操作如图6所示。

图6 固定医疗站的位置设置

2.2 应急救援仿真

根据上文研究可知，已知风险人员存在发生心脏骤停的可能性较其他参赛选手更高，但实际并不是所有潜在风险都可被提前捕捉，因此仿真中并不区别心脏骤停发生的人群种类，而是随机选择心脏骤停发生的空间。

第一步，进入电子地图界面，点击左上角“开启仿真”按键，具体操作如图7所示。固定医疗站静止，风险人员从随机的原始位置开始，沿着主路线移动，移动AED则在划定的范围里来回移动。

图7 第一步——选择事故地点

第二步，选择事故发生地点，即地图中报警器所在地，事故地点选择好之后，系统开启自动搜索功能，自动搜寻最近的医疗站和移动AED，搜索范围逐渐扩大，搜寻过程如图8所示；搜寻到适合的固定医疗站与移动AED后自动规划最短路径，如图9所示。

图8 第二步——开始搜寻AED

图9 搜寻结果

3 结语

随着马拉松运动的不断壮大发展，马拉松猝死风险的防止控制必须进一步加强。本文通过分析猝死致因机理，并结合GIS系统与Java Web技术开发了可用于马拉松风险管理且兼具模拟心脏骤停发生后的仿真应急功能的Web系统，具有一定的创新性和实用性。希望通过本文的研究，为保障马拉松赛事中人民群众的生命财产安全提供宝贵建议。