基于GIS的空间流行病建模仿真实验课内容设置探讨

张利萍

【摘 要】近年以来，基于GIS的数据处理和空间分析技术被广泛运用于公共卫生领域和流行病学研究，为流行病学发展起到了极大的促进作用。本文主要探讨了医学院校开设基于GIS的空间流行病建模仿真实验课程必要性，并从理论和实验教学两方面探讨了开放性实验课程的内容设置。

【关键词】空间流行病；GIS；开放实验课

0 引言

地理信息系统，GIS（Geographic Information System）是综合处理和分析空间数据的一种技术系统，是以空间数据库为基础在计算机软硬件支持下对空间相关数据进行采集、存储、管理、操作、分析、模拟和显示，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为研究和决策服务而建立起来的计算机系统。空间分析是GIS的核心和灵魂，其目的在于提取和传输空间信息，是基于地理对象的位置和形态特征的空间数据分析技术[1]。

人们生产和生活中有80%以上信息和地理空间位置有关。近年来，空间分析在疾病分布、聚集性与发病相关因素分析方面已有廣泛应用，通过对疾病的时空数据探索分析，可以帮助人们了解疾病时空分布特征及其变化规律[2-3]。早期，GIS主要被应用于媒介传播疾病，如今已被广泛应用于麻风病、流行性脑脊髓膜炎、肝炎、结核病、布鲁氏菌病等传染性疾病的研究上[4-9]。由于同时具有时间维度和空间维度的数据越来越丰富，将疾病的时间维度信息纳入到空间分析中，建立疾病的时空模型，已经成为空间流行病学的研究热点。

空间分析是GIS分析领域中理论性、技术性和应用性很强的分支。为提升医学生掌握空间分析知识并熟练运用GIS的能力，我校开设了面向全校师生基于GIS的空间流行病建模与仿真开放性实验课，与传统的空间流行病学课程相比，开放性实验课程在课程设置、课程内容和教学方式存在显著差异。通过开设空间流行病学建模与仿真实验课程，力求培养医学生掌握空间分析基本理论和GIS应用软件，并将其运用于研究疾病地域分布、空间聚集特点、人群空间分布特点及变化发展规律、探索影响特定人群健康状况的决定因素等方面的能力。

1 空间流行病建模仿真实验课开设难点

相比较传统的空间分析理论课程，空间流行病建模仿真实验课除讲授空间分析基本理论知识，还需结合实际流行病学应用讲授GIS软件相关知识。传统的空间流行病分析课程开设过程中往往存在以下问题：

（1）教学内容陈旧

传统空间分析课程侧重于理论讲授，其理论知识需要具备大量高等数学、统计学、数值计算、图论、拓扑学、地图学相关基础知识，而医学生高等数学知识相对较少，导致空间分析理论知识过于晦涩难懂，对理论知识学习缺乏兴趣。

（2）教学方式落后

传统的空间分析课程侧重于理论教学，课程内容侧重于理论介绍、公式推导、逻辑推理，而讲授方式也多为板书方式，导致学生学习兴趣不够浓厚，参与课程学习的动力不强。

（3）教学资源缺乏

空间分析课程多安排在教室上，学生在实验的过程中很难自己动脑筋，一定程度上束缚了学生创造性思维的培养。

随着办学条件的改善，许多学校逐步具备多媒体教学条件并拥有自己的开放性计算机实验中心可以为有需求的课程服务。开放性实验课程除讲解经典的课程内容外，还介绍最新理论及应用研究成果，并结合GIS实现，讲授内容将更侧重于培养学生实际应用能力。

2 空间流行病建模仿真实验课内容设置探讨

基于GIS的空间流行病建模仿真实验课程要求学生不仅要自主学习课程理论知识，还要掌握利用计算机分析与实现，在很大程度上提升了学生参与课程学习的动力和自主学习的能力。为此，我们考虑从理论和实验两个方面设置空间流行病建模仿真实验课教学内容[1，10]。

（1）空间分析理论（54学时）

1）空间分析基本理论：空间关系理论、空间认知理论、空间推理理论、空间数据分析的不确定理论等。

2）空间数据分析方法：依据数据类型，将空间数据分析方法划分为栅格数据的空间分析方法、矢量数据的空间分析方法、三维数据的空间分析方法以及属性数据的空间统计分析方法。

3）空间分析在流行病研究领域中的应用

（2）基于GIS的空间数据分析与实现实验内容（72学时）

1）GIS的基础知识：功能简介、软件体系、应用领域、安装、窗口、视图和工具介绍。

2）GIS数据处理：数据类型；数据获取方法；坐标投影变换；Shape文件与地理数据的建立；数据格式转换；数据属性表操作；数据编辑；要素处理；栅格处理工具；矢量与栅格相互转换。

3）GIS数据建模：模型构建器；数据建模。

4）GIS空间分析：矢量数据空间分析工具；TIN 与 Terrain；栅格数据空间分析工具；分析比较。

5）制图表达：符号化；地图注记；制图表达；制图综合；数据驱动面；制图与输出。

6）三维可视化表达与分析：三维数据的生成；三维可视化表达；三维动画制作。

7）案例选讲：基于GIS的案例分析与空间流行病数据分析实例选讲。

3 结语

开放性实验课程的开设，使得空间流行病课程教学方式和学习方式都发生了巨大的变革。新的教学模式下，理论与实验相结合更能激发学生的学习兴趣和学习的主动性。合理选择并不断更新适合医学生的理论教学内容及实验内容将是我们不断探索和完善的方向。

【参考文献】

[1]秦昆.GIS空间分析理论与方法[M].武汉大学出版社，2010.

[2]邓伟.地理信息系统在肿瘤空间流行病学中的应用现状与展望[J].应用预防医学，2013，19（5）：318-320.

[3]热伊拉·吾斯曼， 夏拥军， 帕它木·莫合买提，等.地理信息系统在新疆某三甲医院糖尿病病例分析中的应用[J].新疆医科大学学报，2015（5）：618-621.

[4]刘杨英，宁湧，Mirjam Bakker，等. 地理信息系统在四川省麻风防治中的应用[J].中国麻风皮肤病杂志，2011，27（4）：231-235.

[5]唐继海，罗献伟，陈霞，等.安徽省流行性脑脊髓膜炎空间自相关分析[J].中国疫苗和免疫，2015（4）：369-372.

[6]谢忠杭，詹美蓉，欧剑鸣，等.2010-2015年福建省戊型肝炎空间聚集性及变化规律研究[J].疾病监测，2017，32（5）：377-381.

[7]李新旭，周晓农，王黎霞.结核病空间分布特征及影响因素研究进展[J].中国公共卫生，2014， 30（1）：102-106.

[1]郑强，关晓冬，曹岩，等. 近十年新疆人间布鲁氏菌病时空分布分析[J]. 疾病预防控制通报， 2015（3）：9-12.

[9]张康军，刘昆，邵中军，等. 我国手足口病时空分布特征及预测模型研究进展[J].解放军预防医学杂志，2017， 35（6）.

[10]张明明，于沧海.ArcGIS 10.1超级学习手册[M].人民邮电出版社，2015.endprint