Σχεδιασμός και υλοποίηση εφαρμογής συλλογής και οπτικοποίησης επιδημιολογικών δεδομένων με χρήση τεχνολογιών προστασίας της ιδιωτικότητας: περίπτωση χρήσης για τον ιό COVID-19.
The collection of data on the occurrence of symptoms in the population, during epidemiological crises, can provide important information for the development and treatment of an epidemic. Due to the spread of COVID-19 virus, where there is a large variation in the severity and intensity of symptoms that appear in the population, recording and monitoring the onset of symptoms becomes particularly challenging. Information about the appearance of symptoms in the population of an area, combined with the recording of confirmed cases can provide useful information about the spread of the virus. This data however, regarding the occurrence of symptoms in the population, constitute sensitive personal information and it is necessary to protect it, both from leaks and from unauthorized uses. The above were the trigger for the elaboration of the present work, which concerns the design and implementation of a web application that aims to collect and visualize epidemiological data on the occurrence of symptoms in the population of an area. Following the logic of participatory sensing, symptom recording campaigns are created for specific geographical areas. The data submitted by the participants is stored in encrypted form and remains encrypted during their processing to extract the cumulative results of the campaign using homomorphic calculations. This ensures the protection of the personal data of the participants, without the loss of useful information. Using modern technologies and methods of application development, as well as privacy-preserving technologies, a system for collection, processing and visualization of epidemiological data is eveloped, which was applied to the use case of the COVID-19 virus. The design and methods used can be adapted to study any case of epidemiological data. The developed system achieves the effective collection of data by the participants, through the development of a suitable web application for the creation and management of symptomatic data collection campaigns. The data is ollected and stored in encrypted form, in the backend system, where they are processed to calculate the aggregate results by geographical area. Then, the results of the calculations are visualized through appropriate implementation of dynamic display of the data on a map and additionally on tables containing detailed presentation of the data.
Thesis
Η συλλογή δεδομένων σχετικά με την εμφάνιση συμπτωμάτων στον πληθυσμό, κατά τη διάρκεια επιδημιολογικών κρίσεων, μπορεί να παρέχει σημαντικές πληροφορίες για την εξέλιξη αλλά και την αντιμετώπιση μίας επιδημίας. Με αφορμή την εξάπλωση του ιού COVID-19, όπου υπάρχει μεγάλη διακύμανση στην σοβαρότητα και την ένταση των συμπτωμάτων που εμφανίζονται στον πληθυσμό, η καταγραφή και παρακολούθηση της εμφάνισης συμπτωμάτων καθίσταται ιδιαίτερα δύσκολη. Η πληροφορία εμφάνισης συμπτωμάτων στον πληθυσμό μίας περιοχής, σε συνδυασμό με την καταγραφή των επιβεβαιωμένων κρουσμάτων μπορεί να παρέχει χρήσιμες πληροφορίες σχετικά με την εξάπλωση του ιού. Τα στοιχεία αυτά, σχετικά με την εμφάνιση συμπτωμάτων στον πληθυσμό, αποτελούν ευαίσθητη προσωπική πληροφορία και είναι απαραίτητο να προστατεύεται, τόσο από διαρροές όσο και από μη-εξουσιοδοτημένες χρήσεις. Τα παραπάνω αποτέλεσαν το έναυσμα για την εκπόνηση της παρούσας εργασίας η οποία, αφορά το σχεδιασμό και υλοποίηση μιας web εφαρμογής η οποία έχει σκοπό την συλλογή κι οπτικοποίηση επιδημιολογικών δεδομένων σχετικά με την εμφάνιση συμπτωμάτων στον πληθυσμό μίας περιοχής. Ακολουθώντας την λογική της συμμετοχικής ανίχνευσης δεδομένων (participatory sensing) δημιουργούνται καμπάνιες καταγραφής συμπτωμάτων για συγκεκριμένες γεωγραφικές περιοχές. Τα δεδομένα που υποβάλλονται από τους συμμετέχοντες αποθηκεύονται σε κρυπτογραφημένη μορφή και παραμένουν κρυπτογραφημένα κατά την επεξεργασία τους για την εξαγωγή των αθροιστικών αποτελεσμάτων της καμπάνιας με τη χρήση ομομορφικών υπολογισμών. Με τον τρόπο αυτό διασφαλίζεται η προστασία των προσωπικών δεδομένων των συμμετεχόντων, χωρίς την απώλεια χρήσιμης πληροφορίας. Με χρήση σύγχρονων τεχνολογιών και μεθόδων ανάπτυξης εφαρμογών, αλλά και τεχνολογιών προστασίας της ιδιωτικότητας, αναπτύχθηκε σύστημα συλλογής, επεξεργασίας και οπτικοποίησης επιδημιολογικών δεδομένων, το οποίο χρησιμοποιήθηκε για την περίπτωση του ιού COVID-19. Η σχεδίαση και οι μέθοδοι που χρησιμοποιήθηκαν μπορούν να προσαρμοστούν για την μελέτη οποιασδήποτε περίπτωσης επιδημιολογικών δεδομένων. Το σύστημα που αναπτύχθηκε επιτυγχάνει την αποτελεσματική συλλογή των δεδομένων από τους συμμετέχοντες, μέσω της ανάπτυξης κατάλληλης web εφαρμογής για την δημιουργία και διαχείριση καμπανιών συλλογής δεδομένων εμφάνισης συμπτωμάτων. Τα δεδομένα συλλέγονται κι αποθηκεύονται σε κρυπτογραφημένη μορφή, στο σύστημα backend που αναπτύχθηκε, όπου και γίνεται η επεξεργασία τους για τη διεξαγωγή των συγκεντρωτικών αποτελεσμάτων ανά γεωγραφική περιοχή. Στη συνέχεια, τα αποτελέσματα των υπολογισμών οπτικοποιούνται μέσω κατάλληλης υλοποίησης δυναμικής απεικόνισης των δεδομένων, σε χάρτη και αλλά και πίνακες αναλυτικής παρουσίασης των δεδομένων.