GIS及其在公共衛(wèi)生領(lǐng)域中的應用

錢志華 馬吉英

[摘要]公共衛(wèi)生長久以來都是一個關(guān)系到國計民生的重大問題。由于資源不足、分配不均等原因，我國的公共衛(wèi)生長期處在覆蓋面不足的境地a如何才能把有限的資源利用到最好，也是我們公共衛(wèi)生工作人員一直在考慮的問題。地理信息系統(tǒng)(GIs)的出現(xiàn)是一個機遇，是我們在醫(yī)療資源緊缺的問題得到解決之前，使其盡可能覆蓋更大人群的新嘗試。就地理信息系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)及其在公共衛(wèi)生領(lǐng)域的應用作一綜述。

[關(guān)鍵詞]地理信息系統(tǒng)(GIS)公共衛(wèi)生疾病控制

中圖分類號：TN98文獻標識碼：A文章編號：1671—7597(2009)1020151—02

地理信息系統(tǒng)(Geographic Information Systems，簡稱GIS)是上世紀六十年代初在計算機技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種采集、存儲、管理、分析、顯示與應用整個或部分地球表面與空問和地理分布有關(guān)的數(shù)據(jù)的計算機系統(tǒng)，是分析和處理海量地理數(shù)據(jù)的通用技術(shù)。自上個世紀八十年代末以來，隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，地理信息的處理、分析手段日趨先進，GIs技術(shù)日趨成熟。在1998年1月美國副總統(tǒng)戈爾提出“數(shù)字地球”[3]概念后的近十年間，作為其核心技術(shù)的GIS在應用上已經(jīng)拓展到國防、城市規(guī)劃、交通運輸、環(huán)境監(jiān)測和保護等與國民經(jīng)濟乃至國家命脈相關(guān)的重要領(lǐng)域。其中在公共衛(wèi)生領(lǐng)域，GIS在分析疾病的三間分布、發(fā)展趨勢、潛在高危人群分布、危險因素分層分析、資源分配評估、疾病監(jiān)控規(guī)劃、疾病監(jiān)測報警等方面發(fā)揮著巨大的作用[4]。GIS的存在，為公共衛(wèi)生從業(yè)人員預防和控制疾病提供了一個有用的研究工具[5]。

一、地理信息系統(tǒng)概述

(一)GlS的起源和發(fā)展概況

20世紀60年代中期，加拿大開始研究建立世界上第一個地理信息系統(tǒng)CGIS，隨后又出現(xiàn)了美國哈佛大學的sYMAP和GRID等系統(tǒng)，自那時起，GIS就開始服務于經(jīng)濟建設(shè)和社會生活。在北美、西歐和日本等發(fā)達國家，現(xiàn)在已建立了國家級、洲際之間以及各種專題性的地理信息系統(tǒng)。我國GIS的研究與應用始于20世紀80年代，10多年來發(fā)展迅速，在計算機輔助繪制地圖等方面開展了大量基礎(chǔ)性的實驗與研究工作，在理論、技術(shù)方法和實踐經(jīng)驗等方面都有了長足的進步[6]。

(二)GIS的研究內(nèi)容

就目前而言，GIS的研究內(nèi)容主要包括以下4點：

1、數(shù)據(jù)的獲取

GIs所需的原始數(shù)據(jù)分為空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)兩種。空間數(shù)據(jù)是指圖形實體數(shù)據(jù)，最初的來源是紙質(zhì)資料的數(shù)字化和大地資料的實地測量。后來遙感和航空攝影設(shè)備的發(fā)展使得我們有了新的獲得數(shù)據(jù)的方法[7]。最近人們正在試圖將遙感(Rs)、全球定位系統(tǒng)(GPS)與GIS結(jié)合起來形成“3S”集成，這就為GIS的數(shù)據(jù)獲取提供了更加新興的方式[8]；屬性數(shù)據(jù)指圖形實體的特征數(shù)據(jù)，一般采用鍵盤輸入。

2、信息的管理

GIS包含了大量復雜的圖形，數(shù)據(jù)量極其龐大，因此需要使用空間數(shù)據(jù)庫對其進行管理。在空間數(shù)據(jù)庫中，GIS把真實的世界抽象為點、線、面、實體、地形、網(wǎng)絡(luò)、影像等多種類型，并為不同的數(shù)據(jù)賦予不同的坐標系統(tǒng)，使其在管理上更加方便、穩(wěn)定、安全。

3、信息的處理分析

數(shù)據(jù)處理包括兩方面：一是對輸入的數(shù)據(jù)進行質(zhì)量的檢查與修正，包括圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的編輯，二者之間對應關(guān)系的校驗以及空間數(shù)據(jù)的誤差糾正等；二是對輸入的圖形數(shù)據(jù)進行整飾處理，使其滿足GIS的各種應用要求，如對矢量數(shù)據(jù)的壓縮和光滑處理、拓撲關(guān)系的建立、矢量柵格數(shù)據(jù)之間的相互轉(zhuǎn)化、地圖裁剪及拼接等。

4、數(shù)據(jù)的輸出和應用

即將用戶所需的經(jīng)GIS處理分析過的圖形、數(shù)據(jù)報表、文字報告、數(shù)學數(shù)據(jù)等以用戶能夠識別的形式靈活的顯示出來。一般來說，GIS系統(tǒng)都采取了分層技術(shù)，即根據(jù)地圖特征將其分成幾層，分層疊加形成整張地圖。這樣用戶在操作時可根據(jù)需要只涉及相應的層，而不是整個地圖，從而系統(tǒng)可對用戶的請求做出迅速的反應，在應用方面極為便捷。

(三)GIS的功能

1、數(shù)據(jù)操作與處理功能

地理信息系統(tǒng)屬于空間型數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，但它同樣具備一般數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的功能。此外，還有一系列獨特的數(shù)據(jù)管理和分析功能。GIS的主要優(yōu)勢是數(shù)據(jù)單元轉(zhuǎn)換和分析，包括坐標變換、投影變換、空間數(shù)據(jù)類型的轉(zhuǎn)換、地圖邊緣匹配、數(shù)據(jù)提取和疊加、數(shù)據(jù)管理以及其它內(nèi)容。根據(jù)需要，GIS的輸出結(jié)果可以是數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)庫表格、報表、統(tǒng)計圖、專題地圖等多種形式，實現(xiàn)所見即所需的目的。傳統(tǒng)上，流行病學專家一直采用地圖去分析位置、環(huán)境和疾病之間的關(guān)系。GIS誕生后，就為地理位置、環(huán)境與疾病之間關(guān)系的研究提供了一個非常有用的工具[10]。

2、制圖顯示功能

制圖顯示系統(tǒng)是GIS地理環(huán)境仿真制作系統(tǒng)，它允許用戶從數(shù)據(jù)庫里摘選必要的素材，如空間特征和屬性，并在屏幕或其他設(shè)備上快速生成仿真圖。還可利用高速靜電繪圖儀、專用筆式繪圖儀和激光打印機生成大眾化格式的圖像文件[10]。

3、空間查詢與分析功能

該功能是GIS的核心功能，也是G[S與其它計算機系統(tǒng)的根本區(qū)別。它可進行空間圖形與屬性的雙向查詢。但是，GIS面向用戶的應用功能不僅表現(xiàn)在它能提供一些靜態(tài)的數(shù)據(jù)檢索功能，更大的意義在于用戶可以根據(jù)需要建立一個應用分析模式，通過對原始數(shù)據(jù)模型的觀察和實驗，用戶可以獲得新的經(jīng)驗和知識，并以此作為空間行為的依據(jù)，為評價、管理和決策服務[10]。

二、GIS在公共衛(wèi)生領(lǐng)域的應用

目前，發(fā)達國家的醫(yī)療保障覆蓋率基本上達到100％；印度醫(yī)療保障覆蓋率也高達70％以上[11]：而中國60％的人口只占有國家衛(wèi)生支出的20％[12]。GIS和空間統(tǒng)計方法是分析和研究公共衛(wèi)生設(shè)施的空間分布、疾病傳播模式，能夠優(yōu)化配置公共衛(wèi)生資源、有效預防疾病的傳播。

(一)疾病監(jiān)測

GIS應用于疾病監(jiān)測，可以實時、動態(tài)地顯示發(fā)病變化情況，展示疾病的時空分布，確定疾病的高發(fā)地區(qū)、高危人群，探索疾病的病因或危險因素。易彬樘等[14]探索登革熱流行和媒介伊蚊種群的空間分布特征，指出地理信息系統(tǒng)用于登革熱媒介監(jiān)測分析是可行的，并具有常規(guī)研究方法不可替代的作用。汪天平[15]等將GIS應用于江蘇、安徽和江西省血吸蟲病流行預測，發(fā)現(xiàn)GIS技術(shù)可以作為血吸蟲病分布、流行強度的監(jiān)測和預測工具。

(二)流行病學研究

GIS可以考慮特定環(huán)境中影響疾病分布的各種因素，如地理因素(地形、地貌)、土壤因素、氣象因素和人文社會因素(人口密度、構(gòu)成和衛(wèi)生經(jīng)濟狀況等)，并把這些因素與疾病分布和變化相聯(lián)系，探索疾病的影響因子(如病因分析和危險因素分析等)，為流行病學研究服務。Bavia等[16]應用GIs和遙感技術(shù)對巴西Bahia地區(qū)血吸蟲病的流行因素進行分析，結(jié)果表

明環(huán)境因素決定血吸蟲病的流行狀況，流行率的高低與土壤和植被等因素密切相關(guān)。董毅等[17]收集云南省1995年和2003年血吸蟲病抽樣調(diào)查資料，建立GIS數(shù)據(jù)庫分析云南省血吸蟲病的流行狀況，認為通過GIS特有的空間分析方法，可以找出血吸蟲病和釘螺的分布規(guī)律，因此，GIs在認識血吸蟲病分布和發(fā)展趨勢方面有著巨大的優(yōu)勢。

(三)環(huán)境健康研究

任何涉及到空間現(xiàn)象的有害衛(wèi)生狀態(tài)都可以用GIS技術(shù)進行分析。環(huán)境污染監(jiān)測時，在可獲得各污染源污染物測定值的情況下，GIS能夠根據(jù)具體的擴散過程和地形、氣候等因素，建立擴散模型以估計暴露水平。在GIS環(huán)境下，經(jīng)過一系列的空間操作(如空間插值、地理編碼等)，環(huán)境和健康數(shù)據(jù)分別形成GIS特有的層(coverage)，其中一個(或一些)層面為區(qū)域環(huán)境污染物水平，另一個(或一些)為各區(qū)域發(fā)病／死亡情況。GIS的疊加分析方法可用于求解兩層或兩層以上數(shù)據(jù)的集合，從而將環(huán)境和健康信息統(tǒng)一起來，其優(yōu)點有：一方面GIS可綜合不同來源的數(shù)據(jù)，充分利用并展示空間信息，將復雜問題簡單化；另一方面GIS空間模型處理后的數(shù)據(jù)，如再進行傳統(tǒng)的統(tǒng)計學分析，得到的結(jié)果更為合理，可解釋性大大加強。

(四)衛(wèi)生服務、利用及決策研究

醫(yī)療衛(wèi)生服務的供給具有一定的空間分布特征。人口分散于各地且分布不均，各地衛(wèi)生資源及衛(wèi)生需求也不一樣。因此，應根據(jù)衛(wèi)生需求的緊迫程度及產(chǎn)出效益按優(yōu)先次序分配有限的衛(wèi)生資源。GIS可將各種醫(yī)療衛(wèi)生服務機構(gòu)的地點、覆蓋范圍及其利用情況和人口、環(huán)境等信息整合，產(chǎn)生一個當?shù)兀踔量梢栽愦_到社區(qū)水平的醫(yī)療衛(wèi)生服務利用圖。方便衛(wèi)生決策者對各種衛(wèi)生資源的管理。

(五)應對突發(fā)公共衛(wèi)生事件

GIS預先將當?shù)氐牡乇硖卣鳌⒑恿鞣植己妥呦颉⑷丝跇?gòu)成、工廠分布、潛在健康危害的作業(yè)流程、毒物種類以及數(shù)量、當?shù)氐臍夂驐l件、道路交通狀況等信息存入數(shù)據(jù)庫，在突發(fā)公共衛(wèi)生事件后，GIS的地圖展示功能可以讓研究者對疫情或者事件發(fā)展情況一目了然，從而在最短的反應時間內(nèi)做出決策并提出有效的救治或者疏散方案。早在19世紀中期JohnSnow統(tǒng)計患者的位置，繪制出倫敦霍亂病發(fā)生的空間分布圖，從而發(fā)現(xiàn)了引發(fā)疾病的根源[18]；2001年，印度南部某村莊暴發(fā)登革熱疫情，研究者采用GIS在簡易地圖上展示病例分布情況，并比較病例空間分布的不同，為后續(xù)的干預措施提供線索。隨著大量蚊子成蟲和幼蟲的消滅，研究者成功地阻止了疫情蔓延[19]。

由上可見，在公共衛(wèi)生領(lǐng)域，GIS應用于多個方面。隨著GIS技術(shù)的不斷發(fā)展及其與公共衛(wèi)生專業(yè)知識的結(jié)合不斷緊密，相信GIS在這個領(lǐng)域的應用必將更加廣泛，發(fā)揮的作用也越來越大。