基于GIS的空間流行病建模仿真實驗課內容設置探討

張利萍

【摘 要】近年以來，基于GIS的數據處理和空間分析技術被廣泛運用于公共衛生領域和流行病學研究，為流行病學發展起到了極大的促進作用。本文主要探討了醫學院校開設基于GIS的空間流行病建模仿真實驗課程必要性，并從理論和實驗教學兩方面探討了開放性實驗課程的內容設置。

【關鍵詞】空間流行病；GIS；開放實驗課

0 引言

地理信息系統，GIS（Geographic Information System）是綜合處理和分析空間數據的一種技術系統，是以空間數據庫為基礎在計算機軟硬件支持下對空間相關數據進行采集、存儲、管理、操作、分析、模擬和顯示，采用地理模型分析方法適時提供多種空間和動態的地理信息為研究和決策服務而建立起來的計算機系統。空間分析是GIS的核心和靈魂，其目的在于提取和傳輸空間信息，是基于地理對象的位置和形態特征的空間數據分析技術[1]。

人們生產和生活中有80%以上信息和地理空間位置有關。近年來，空間分析在疾病分布、聚集性與發病相關因素分析方面已有廣泛應用，通過對疾病的時空數據探索分析，可以幫助人們了解疾病時空分布特征及其變化規律[2-3]。早期，GIS主要被應用于媒介傳播疾病，如今已被廣泛應用于麻風病、流行性腦脊髓膜炎、肝炎、結核病、布魯氏菌病等傳染性疾病的研究上[4-9]。由于同時具有時間維度和空間維度的數據越來越豐富，將疾病的時間維度信息納入到空間分析中，建立疾病的時空模型，已經成為空間流行病學的研究熱點。

空間分析是GIS分析領域中理論性、技術性和應用性很強的分支。為提升醫學生掌握空間分析知識并熟練運用GIS的能力，我校開設了面向全校師生基于GIS的空間流行病建模與仿真開放性實驗課，與傳統的空間流行病學課程相比，開放性實驗課程在課程設置、課程內容和教學方式存在顯著差異。通過開設空間流行病學建模與仿真實驗課程，力求培養醫學生掌握空間分析基本理論和GIS應用軟件，并將其運用于研究疾病地域分布、空間聚集特點、人群空間分布特點及變化發展規律、探索影響特定人群健康狀況的決定因素等方面的能力。

1 空間流行病建模仿真實驗課開設難點

相比較傳統的空間分析理論課程，空間流行病建模仿真實驗課除講授空間分析基本理論知識，還需結合實際流行病學應用講授GIS軟件相關知識。傳統的空間流行病分析課程開設過程中往往存在以下問題：

（1）教學內容陳舊

傳統空間分析課程側重于理論講授，其理論知識需要具備大量高等數學、統計學、數值計算、圖論、拓撲學、地圖學相關基礎知識，而醫學生高等數學知識相對較少，導致空間分析理論知識過于晦澀難懂，對理論知識學習缺乏興趣。

（2）教學方式落后

傳統的空間分析課程側重于理論教學，課程內容側重于理論介紹、公式推導、邏輯推理，而講授方式也多為板書方式，導致學生學習興趣不夠濃厚，參與課程學習的動力不強。

（3）教學資源缺乏

空間分析課程多安排在教室上，學生在實驗的過程中很難自己動腦筋，一定程度上束縛了學生創造性思維的培養。

隨著辦學條件的改善，許多學校逐步具備多媒體教學條件并擁有自己的開放性計算機實驗中心可以為有需求的課程服務。開放性實驗課程除講解經典的課程內容外，還介紹最新理論及應用研究成果，并結合GIS實現，講授內容將更側重于培養學生實際應用能力。

2 空間流行病建模仿真實驗課內容設置探討

基于GIS的空間流行病建模仿真實驗課程要求學生不僅要自主學習課程理論知識，還要掌握利用計算機分析與實現，在很大程度上提升了學生參與課程學習的動力和自主學習的能力。為此，我們考慮從理論和實驗兩個方面設置空間流行病建模仿真實驗課教學內容[1，10]。

（1）空間分析理論（54學時）

1）空間分析基本理論：空間關系理論、空間認知理論、空間推理理論、空間數據分析的不確定理論等。

2）空間數據分析方法：依據數據類型，將空間數據分析方法劃分為柵格數據的空間分析方法、矢量數據的空間分析方法、三維數據的空間分析方法以及屬性數據的空間統計分析方法。

3）空間分析在流行病研究領域中的應用

（2）基于GIS的空間數據分析與實現實驗內容（72學時）

1）GIS的基礎知識：功能簡介、軟件體系、應用領域、安裝、窗口、視圖和工具介紹。

2）GIS數據處理：數據類型；數據獲取方法；坐標投影變換；Shape文件與地理數據的建立；數據格式轉換；數據屬性表操作；數據編輯；要素處理；柵格處理工具；矢量與柵格相互轉換。

3）GIS數據建模：模型構建器；數據建模。

4）GIS空間分析：矢量數據空間分析工具；TIN 與 Terrain；柵格數據空間分析工具；分析比較。

5）制圖表達：符號化；地圖注記；制圖表達；制圖綜合；數據驅動面；制圖與輸出。

6）三維可視化表達與分析：三維數據的生成；三維可視化表達；三維動畫制作。

7）案例選講：基于GIS的案例分析與空間流行病數據分析實例選講。

3 結語

開放性實驗課程的開設，使得空間流行病課程教學方式和學習方式都發生了巨大的變革。新的教學模式下，理論與實驗相結合更能激發學生的學習興趣和學習的主動性。合理選擇并不斷更新適合醫學生的理論教學內容及實驗內容將是我們不斷探索和完善的方向。

【參考文獻】

[1]秦昆.GIS空間分析理論與方法[M].武漢大學出版社，2010.

[2]鄧偉.地理信息系統在腫瘤空間流行病學中的應用現狀與展望[J].應用預防醫學，2013，19（5）：318-320.

[3]熱伊拉·吾斯曼， 夏擁軍， 帕它木·莫合買提，等.地理信息系統在新疆某三甲醫院糖尿病病例分析中的應用[J].新疆醫科大學學報，2015（5）：618-621.

[4]劉楊英，寧湧，Mirjam Bakker，等. 地理信息系統在四川省麻風防治中的應用[J].中國麻風皮膚病雜志，2011，27（4）：231-235.

[5]唐繼海，羅獻偉，陳霞，等.安徽省流行性腦脊髓膜炎空間自相關分析[J].中國疫苗和免疫，2015（4）：369-372.

[6]謝忠杭，詹美蓉，歐劍鳴，等.2010-2015年福建省戊型肝炎空間聚集性及變化規律研究[J].疾病監測，2017，32（5）：377-381.

[7]李新旭，周曉農，王黎霞.結核病空間分布特征及影響因素研究進展[J].中國公共衛生，2014， 30（1）：102-106.

[1]鄭強，關曉冬，曹巖，等. 近十年新疆人間布魯氏菌病時空分布分析[J]. 疾病預防控制通報， 2015（3）：9-12.

[9]張康軍，劉昆，邵中軍，等. 我國手足口病時空分布特征及預測模型研究進展[J].解放軍預防醫學雜志，2017， 35（6）.

[10]張明明，于滄海.ArcGIS 10.1超級學習手冊[M].人民郵電出版社，2015.endprint