地理信息系统及其在公共卫生中的应用状况.pdf

1 综述 地理信息系统及其在公共卫生中的应用状况 广东省中山市疾病预防控制中心 李炳烈 广东省中山市孙文中路 9 1 号 邮编 5 2 8 4 0 3 电话 0 7 6 0 8 8 7 6 5 0 3 摘要 地理信息系统 GIS 是一种决策支持系统 以地理空间数据库为基础 对空间 相关数据进行采集 管理 操作 分析 模拟和显示 并采用地理模型分析方法 适时提供 多种空间和动态的地理信息 本文阐述了其基本概念 组成及基本功能 并举例说明 GIS 在 公共卫生领域有着广泛的应用前景 可用于疾病研究监测 流行病预防控制 环境危险评价 卫生服务 利用与决策研究 健康教育 卫生应急响应等多个方面 关键词 地理信息系统 公共卫生 1 地理信息系统概述 地理信息系统 Geographic Information System GIS 是一种决策支持系统 于六十年 代中期开始发展起来 GIS 以地理空间数据库为基础 对空间相关数据进行采集 管理 操 作 分析 模拟和显示 并采用地理模型分析方法 适时提供多种空间和动态的地理信息 它最初为解决地理问题而起 至今已成为一门集测绘学 环境科学 计算机信息技术 遥感 学 地图学 管理学等多学科 多领域为一体的新兴边缘科学 1 6 GIS 可以对空间数据按地理坐标或空间位置进行各种处理 对数据有效管理 研究各种 空间实体及相互关系 GIS 是计算机辅助数据库管理和制图技术 组织和存储大量的多元信 息 GIS 在信息技术中加入了空间维信息 提供了数据和地图之间的接口 使得决策者能够 快速 高效的获得各种现有信息 GIS 以地理空间数据库为基础 采用地理模型分析方法 适时提供多种空间的和动态的地理相关信息 支持空间规划 管理和决策 GIS 是整个地球或部分区域的资源 环境在计算机中的缩影 严格地讲 GIS 是反映人 们赖以生存的现实世界实体的现状和变化的各类空间数据及描述这些空间实体的属性数据 在计算机软硬件的支持下 以一定的格式采集 管理 操作 分析 模拟和显示应用的技术 系统 它是以采集 贮存 管理 处理分析和描述整个或部分地球表面与空间 地理有关的 数据的空间信息系统 随着计算机技术 空间技术和现代信息技术的飞速发展 特别是当今 数字地球 概念的提出 使得人们对 GIS 的重要性有了更新的了解 进入 90 年代以来 GIS 得到了空前的发展 并成为世界各国激烈竞争的高科技热点之一 3 目前对 GIS 的定义较多 还没有给出一个统一的定义 因为 GIS 涉及面太广 站在不 同的角度 给出的定义就不同 如从面向应用定义 根据 GIS 应用的领域的不同 将 GIS 分 为各类应用系统 例如土地信息系统 城市信息系统 疾病监控信息系统 区域规划信息系 统 空间决策支持系统等 1 1 G I S 的形成 GIS 出现以前 人们一直在特定的空间 时间范围内 对事物进行分析和处理 对于这 些基于坐标信息的存储和显示的 一直是以传统的模拟地图文献 即最常见的纸质地图 纸 质地图 包括各种地形图和专题图 可看作是地形数据库 各种描述地理信息的文献可看作 是属性数据库 而这两种数据库的结合 可以看作是一种模拟的地理信息系统 2 五十年代 由于计算机科学的兴起 以及它在空间测量和地图制图学中的应用 使人们 可以用计算机收集 处理各种与空间分布有关的图形和属性数据 并通过对数据的分析直接 为管理和决策服务 这样就提供了 GIS 产生的条件 1963 年 加拿大测绘学家 R F Tomlinson 博土首先提出了 地理信息系统 这一术语 并且建立了世界上第一个 GIS 加拿大地理信 息系统 CGIS 用于自然资源的管理和规划 1 2 G I S 的组成 虽然 GIS 是一门多学科综合的边缘学科 但其核心是计算机科学 GIS 组成部分除了硬 件 软件和数据外 还包括用户和所涉及的方法 GIS 数据包括两类数据 表示地图要素点 线 面位置的图形数据和说明这些点 线 面性质的属性 特征 数据 图形数据存储于图 形数据库中 是描述 GIS 地物要素的空间位置的 例如 山峰 河流 医院 行政区域分界 线等 为表示这些要素在二维平面的空间位置 必须搜集可靠精度的定位资料 定量数据说 明要素的性质 特征或强度 例如 距离 人口 收入 发病率等 属性数据通过指定的坐 标 例如经度 纬度 与它们所描述的空间实体 例如卫生机构 社区 村庄 烟囱等 关 联在一起 GIS 能够处理不同来源的数据 例如 疾病监测数据 人口状况数据 环境状况数据 道路交通数据 河流水系分布数据等等 并将这些数据以分层的形式进行存储 这种数据管 理模式为 GIS 进行空间分析提供了前提保证 1 3 G I S 的功能 通常 GIS 系统具有如下的功能 7 8 数据采集 数据获取可以通过现成的数字化数据 人工编码 数字化和扫描等方式 数据整理 核查 纠正和编辑数据 剔除转换中的错误数据 数据融合 通过一系列的操作将数据转换成一致的地理信息结构 数据存储 以恰当的形式存储于数据库中 以方便查询和分析 数据查询 使用者以特定的条件查看数据信息 空间分析 进行数据的地理操作和转换 如缓冲区分析 Buffer 点面叠置分析 Point in Polygon 插值分析 Interpolation 叠置分析 Overlay 等 统计分析 对单个层或多个层进行描述性分析等 结果展示 产生图形 图象 表格等多种形式的结果 并在屏幕或其它输出设备上 进行显示 一个 GIS 系统在以上功能的基础之上能够帮助回答以下问题 7 定位 Location Where Is It 对象在何处 条件 Condition What Is 那些地方符合 特定的条件 趋势 Trends What Has Changed Since 从何时起发生了哪些变化 模式 Patterns What Spatial Patterns Exist 对象的分布存在何种空间模式 模拟 Modeling What If 如果 将如何 2 G I S 在公共卫生中的应用状况 公共卫生是一个涉及微观结构和宏观系统的多分支科学 大量数据具有空间分布特点 传染病的发生与流行 地方病的分布及病因 许多疾病的地方高发性特点 以及医药卫生机 构的分布等都与空间信息密切相关 医学数据资料的这种空间相关特点成为 GIS 应用的前 提 健康和疾病受到各种生活方式和环境因素的影响 这些具有定位特点的影响因素 为健 3 康与环境的流行病学研究提供了有价值的线索 如 John Snow 对伦敦 Soho 地区的霍乱流行 进行了研究 并于 1854 年用多幅地图演示了 Soho 地区霍乱死亡与污染水源空间分布的密 切关系 充分显示了空间地图在疾病流行病学研究中的重要意义 2 1 疾病监测及流行病学研究 2 1 1 疾病的时空分布 GIS 已成为公共卫生和流行病学的重要组成部分 它将帮助卫生工作者分析 解释和处 理大量的时空信息 将可以确定疾病与因子关联程度的流行病学方法与可以确定因子将在哪 些地方发生的 GIS 技术结合起来 从而可以提供一种非常有用的手段来描述受众多环境因素 影响的疾病的三间分布 2 1 2 疾病追踪监控 GIS 不仅能够显示疾病的空间分布及不同的演变过程 还可作为卫生部门的监测和评估 工具 监测评估是卫生管理中必不可少的环节 正如 WHO UNICEF 在一份监测项目报告中 指出的 通过监测就能及时干预并纠正检测到的错误 还可以为卫生部门及时地提供卫生人 力资源分布 卫生设施利用及覆盖范围 疾病发病分布及健康需求等信息 协助管理者做出 重要决定 6 WHO 的血吸虫疾病控制组织在血吸虫病流行的国家应用 GIS 进行疫区分布研究 Bavia 等 10 研究并建立了巴西 Bahia 地区的血吸虫 GIS 对疾病的感染进行动态的时空监测 并用于确定影响血吸虫病分布的因素 结果显示人口密度和旱季是最重要的因素 并且显示 其流行与土壤类型 植被有密切关系 中国四川省寄生虫病防治研究所与美国加州大学合作 建立了 西昌试区血吸虫病流行 GIS 用于研究和监测血吸虫及钉螺的分布 以及各种影响 血吸虫病流行的环境因素如日照 温度 降雨等 以色列建立了以 GIS 为基础的疟疾监控系 统 一旦疟疾爆发 它就能迅速确定可能的传染滋生地 蚊虫种类及可能的病人传染源 从 而可使控制措施更为准确 及时 有效 此外 GIS 还被应用于其它疾病的监控 如丝虫病 麻疹 登革热 性传播疾病以及寄生虫病 地方病 热带病等等 2 2 环境健康研究 任何涉及到空间现象的有害卫生状态均可以用 GIS 技术进行分析 它不仅能够显示高 危地区 高危人群 更重要的是它可以将卫生状况与环境因素联系起来 清楚地显示环境与 卫生之间的关系 从而协助我们更好地认识环境危害因素所带来的潜在影响 2 3 卫生服务 利用与决策研究 许多涉及到卫生服务和卫生保健的计划 提供和分配等问题都与地理相关 然而在卫生 服务及保健需求评价中 空间上的可及性往往是一个被忽视的问题 但是 这种可及性评价 对于病人获得及时 恰当的服务是非常重要的 可及性的分析结果将帮助卫生服务和卫生保 健提供者弄清是否应扩大服务 以及指点病人到最近的地方接受服务 这种评价是一个典型 的空间分析问题 2 4 公共卫生突发事件的应急处理 自 2003 年非典爆发后 北京 合肥等地建立一些基于 GIS 的应急信息系统或决策支持 系统 但在实际应用中也暴露了出很多的问题 主要反映在数据共享能力差 信息收集不流 畅 系统互操作程度低 2 5 健康教育 图形和图像是极好的信息沟通 知识传播的媒介 可用于各种健康教育题材 6 GIS 制 4 作的各种地图和图像 可以直观地表现事件的各种状态 这些地图可以显示居民房屋的位置 公共卫生设施 水源 道路网络 社区中心 保健中心等 让人们了解他们所居住的环境及 卫生状况 如果将有关疾病的 GIS 地图和图像放在公共场所并不断更新 则可以提供一个持 久的健康教育 GIS 的可视化结果将有助于公众参与社区的卫生规划 有助于整个社区健康 教育的发展 有助于人们认识他们所处的环境和疾病的演变过程 因此 GIS 在健康教育方 面的作用是显而易见的 3 结语 GIS 在公共卫生领域有着广泛的应用前景 可用于社区卫生评价 疾病研究监测 流行 病预防控制 环境危险评价 卫生资源配置 卫生服务研究 卫生教育 卫生项目拟定及评 价 卫生应急响应 医疗卫生数据信息管理等各个方面 其研究的成果将为科学决策提供参 考依据 从而保障和促进地区卫生事业的进步和可持续发展 目前 GIS 在我国公共卫生中的应用正处于起步阶段 且多集中于地方病及某些寄生虫 病 研究方法则多数停留在对疾病空间分布的描述方面 如何将 GIS 的应用领域进行扩展 如何恰当地将 GIS 流行病学原理 统计方法特别是多元统计方法和空间统计方法结合起来 真正地将 GIS 作为强有力的工具应用于疾病 伤害 健康和卫生事件的管理 有待进一步的 深入研究 参考文献 1 邬伦 刘瑜 张晶等著 地理信息系统原理 方法和应用 科学出版社 2004 2 何国辉 开发地理信息系统的一种新方法 计算机工程 1998 6 24 6 60 62 3 吴信才 地理信息系统的基本技术与发展动态 地球科学 1998 7 23 4 4 李志伟 地理信息系统及其应用 计算机工程与应用 1995 6 42 46 5 Chen Shupeng Zhong Ershun Perspectives On GIS Development In China 2nd Annual GIS Infrastructure And Management Conference Beijing China 26 28 may 1998 6 Loslier L Geographical Information Systems GIS From A Health Perspective http www idrc ca books focus 766 loslier1 html 7 WHO Geographical Information Systems GIS Mapping For Epidemiological Surveillance Weekly Epidemiological Record 27 August 1999 74th 281 285 http www who int wer 8 Briggs DJ Elliott P The Use Of Geographical Information Systems In Studies On Environment And Health World Health Stat Q 1995 48 2 85 94 9 Scholten HJ de Lepper MJ The Benefits Of The Application Of Geographical Information Systems In Public And Environmental Health World Health Stat Q 1991 44 3 160 70 10