GIS及其在公共卫生领域中的应用

钱志华 马吉英

[摘要]公共卫生长久以来都是一个关系到国计民生的重大问题。由于资源不足、分配不均等原因，我国的公共卫生长期处在覆盖面不足的境地a如何才能把有限的资源利用到最好，也是我们公共卫生工作人员一直在考虑的问题。地理信息系统(GIs)的出现是一个机遇，是我们在医疗资源紧缺的问题得到解决之前，使其尽可能覆盖更大人群的新尝试。就地理信息系统的相关技术及其在公共卫生领域的应用作一综述。

[关键词]地理信息系统(GIS)公共卫生疾病控制

中图分类号：TN98文献标识码：A文章编号：1671—7597(2009)1020151—02

地理信息系统(Geographic Information Systems，简称GIS)是上世纪六十年代初在计算机技术基础上发展起来的一种采集、存储、管理、分析、显示与应用整个或部分地球表面与空问和地理分布有关的数据的计算机系统，是分析和处理海量地理数据的通用技术。自上个世纪八十年代末以来，随着计算机技术的飞速发展，地理信息的处理、分析手段日趋先进，GIs技术日趋成熟。在1998年1月美国副总统戈尔提出“数字地球”[3]概念后的近十年间，作为其核心技术的GIS在应用上已经拓展到国防、城市规划、交通运输、环境监测和保护等与国民经济乃至国家命脉相关的重要领域。其中在公共卫生领域，GIS在分析疾病的三间分布、发展趋势、潜在高危人群分布、危险因素分层分析、资源分配评估、疾病监控规划、疾病监测报警等方面发挥着巨大的作用[4]。GIS的存在，为公共卫生从业人员预防和控制疾病提供了一个有用的研究工具[5]。

一、地理信息系统概述

(一)GlS的起源和发展概况

20世纪60年代中期，加拿大开始研究建立世界上第一个地理信息系统CGIS，随后又出现了美国哈佛大学的sYMAP和GRID等系统，自那时起，GIS就开始服务于经济建设和社会生活。在北美、西欧和日本等发达国家，现在已建立了国家级、洲际之间以及各种专题性的地理信息系统。我国GIS的研究与应用始于20世纪80年代，10多年来发展迅速，在计算机辅助绘制地图等方面开展了大量基础性的实验与研究工作，在理论、技术方法和实践经验等方面都有了长足的进步[6]。

(二)GIS的研究内容

就目前而言，GIS的研究内容主要包括以下4点：

1、数据的获取

GIs所需的原始数据分为空间数据和属性数据两种。空间数据是指图形实体数据，最初的来源是纸质资料的数字化和大地资料的实地测量。后来遥感和航空摄影设备的发展使得我们有了新的获得数据的方法[7]。最近人们正在试图将遥感(Rs)、全球定位系统(GPS)与GIS结合起来形成“3S”集成，这就为GIS的数据获取提供了更加新兴的方式[8]；属性数据指图形实体的特征数据，一般采用键盘输入。

2、信息的管理

GIS包含了大量复杂的图形，数据量极其庞大，因此需要使用空间数据库对其进行管理。在空间数据库中，GIS把真实的世界抽象为点、线、面、实体、地形、网络、影像等多种类型，并为不同的数据赋予不同的坐标系统，使其在管理上更加方便、稳定、安全。

3、信息的处理分析

数据处理包括两方面：一是对输入的数据进行质量的检查与修正，包括图形数据和属性数据的编辑，二者之间对应关系的校验以及空间数据的误差纠正等；二是对输入的图形数据进行整饰处理，使其满足GIS的各种应用要求，如对矢量数据的压缩和光滑处理、拓扑关系的建立、矢量栅格数据之间的相互转化、地图裁剪及拼接等。

4、数据的输出和应用

即将用户所需的经GIS处理分析过的图形、数据报表、文字报告、数学数据等以用户能够识别的形式灵活的显示出来。一般来说，GIS系统都采取了分层技术，即根据地图特征将其分成几层，分层叠加形成整张地图。这样用户在操作时可根据需要只涉及相应的层，而不是整个地图，从而系统可对用户的请求做出迅速的反应，在应用方面极为便捷。

(三)GIS的功能

1、数据操作与处理功能

地理信息系统属于空间型数据管理系统，但它同样具备一般数据库管理系统的功能。此外，还有一系列独特的数据管理和分析功能。GIS的主要优势是数据单元转换和分析，包括坐标变换、投影变换、空间数据类型的转换、地图边缘匹配、数据提取和叠加、数据管理以及其它内容。根据需要，GIS的输出结果可以是数据、数据库表格、报表、统计图、专题地图等多种形式，实现所见即所需的目的。传统上，流行病学专家一直采用地图去分析位置、环境和疾病之间的关系。GIS诞生后，就为地理位置、环境与疾病之间关系的研究提供了一个非常有用的工具[10]。

2、制图显示功能

制图显示系统是GIS地理环境仿真制作系统，它允许用户从数据库里摘选必要的素材，如空间特征和属性，并在屏幕或其他设备上快速生成仿真图。还可利用高速静电绘图仪、专用笔式绘图仪和激光打印机生成大众化格式的图像文件[10]。

3、空间查询与分析功能

该功能是GIS的核心功能，也是G[S与其它计算机系统的根本区别。它可进行空间图形与属性的双向查询。但是，GIS面向用户的应用功能不仅表现在它能提供一些静态的数据检索功能，更大的意义在于用户可以根据需要建立一个应用分析模式，通过对原始数据模型的观察和实验，用户可以获得新的经验和知识，并以此作为空间行为的依据，为评价、管理和决策服务[10]。

二、GIS在公共卫生领域的应用

目前，发达国家的医疗保障覆盖率基本上达到100％；印度医疗保障覆盖率也高达70％以上[11]：而中国60％的人口只占有国家卫生支出的20％[12]。GIS和空间统计方法是分析和研究公共卫生设施的空间分布、疾病传播模式，能够优化配置公共卫生资源、有效预防疾病的传播。

(一)疾病监测

GIS应用于疾病监测，可以实时、动态地显示发病变化情况，展示疾病的时空分布，确定疾病的高发地区、高危人群，探索疾病的病因或危险因素。易彬樘等[14]探索登革热流行和媒介伊蚊种群的空间分布特征，指出地理信息系统用于登革热媒介监测分析是可行的，并具有常规研究方法不可替代的作用。汪天平[15]等将GIS应用于江苏、安徽和江西省血吸虫病流行预测，发现GIS技术可以作为血吸虫病分布、流行强度的监测和预测工具。

(二)流行病学研究

GIS可以考虑特定环境中影响疾病分布的各种因素，如地理因素(地形、地貌)、土壤因素、气象因素和人文社会因素(人口密度、构成和卫生经济状况等)，并把这些因素与疾病分布和变化相联系，探索疾病的影响因子(如病因分析和危险因素分析等)，为流行病学研究服务。Bavia等[16]应用GIs和遥感技术对巴西Bahia地区血吸虫病的流行因素进行分析，结果表

明环境因素决定血吸虫病的流行状况，流行率的高低与土壤和植被等因素密切相关。董毅等[17]收集云南省1995年和2003年血吸虫病抽样调查资料，建立GIS数据库分析云南省血吸虫病的流行状况，认为通过GIS特有的空间分析方法，可以找出血吸虫病和钉螺的分布规律，因此，GIs在认识血吸虫病分布和发展趋势方面有着巨大的优势。

(三)环境健康研究

任何涉及到空间现象的有害卫生状态都可以用GIS技术进行分析。环境污染监测时，在可获得各污染源污染物测定值的情况下，GIS能够根据具体的扩散过程和地形、气候等因素，建立扩散模型以估计暴露水平。在GIS环境下，经过一系列的空间操作(如空间插值、地理编码等)，环境和健康数据分别形成GIS特有的层(coverage)，其中一个(或一些)层面为区域环境污染物水平，另一个(或一些)为各区域发病／死亡情况。GIS的叠加分析方法可用于求解两层或两层以上数据的集合，从而将环境和健康信息统一起来，其优点有：一方面GIS可综合不同来源的数据，充分利用并展示空间信息，将复杂问题简单化；另一方面GIS空间模型处理后的数据，如再进行传统的统计学分析，得到的结果更为合理，可解释性大大加强。

(四)卫生服务、利用及决策研究

医疗卫生服务的供给具有一定的空间分布特征。人口分散于各地且分布不均，各地卫生资源及卫生需求也不一样。因此，应根据卫生需求的紧迫程度及产出效益按优先次序分配有限的卫生资源。GIS可将各种医疗卫生服务机构的地点、覆盖范围及其利用情况和人口、环境等信息整合，产生一个当地，甚至可以糟确到社区水平的医疗卫生服务利用图。方便卫生决策者对各种卫生资源的管理。

(五)应对突发公共卫生事件

GIS预先将当地的地表特征、河流分布和走向、人口构成、工厂分布、潜在健康危害的作业流程、毒物种类以及数量、当地的气候条件、道路交通状况等信息存入数据库，在突发公共卫生事件后，GIS的地图展示功能可以让研究者对疫情或者事件发展情况一目了然，从而在最短的反应时间内做出决策并提出有效的救治或者疏散方案。早在19世纪中期JohnSnow统计患者的位置，绘制出伦敦霍乱病发生的空间分布图，从而发现了引发疾病的根源[18]；2001年，印度南部某村庄暴发登革热疫情，研究者采用GIS在简易地图上展示病例分布情况，并比较病例空间分布的不同，为后续的干预措施提供线索。随着大量蚊子成虫和幼虫的消灭，研究者成功地阻止了疫情蔓延[19]。

由上可见，在公共卫生领域，GIS应用于多个方面。随着GIS技术的不断发展及其与公共卫生专业知识的结合不断紧密，相信GIS在这个领域的应用必将更加广泛，发挥的作用也越来越大。