基于GIS的空間流行病建模仿真實驗課內(nèi)容設(shè)置探討

張利萍

【摘 要】近年以來，基于GIS的數(shù)據(jù)處理和空間分析技術(shù)被廣泛運用于公共衛(wèi)生領(lǐng)域和流行病學研究，為流行病學發(fā)展起到了極大的促進作用。本文主要探討了醫(yī)學院校開設(shè)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(nèi)容設(shè)置。

【關(guān)鍵詞】空間流行病；GIS；開放實驗課

0 引言

地理信息系統(tǒng)，GIS（Geographic Information System）是綜合處理和分析空間數(shù)據(jù)的一種技術(shù)系統(tǒng)，是以空間數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)在計算機軟硬件支持下對空間相關(guān)數(shù)據(jù)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(tài)的地理信息為研究和決策服務(wù)而建立起來的計算機系統(tǒng)。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(tài)特征的空間數(shù)據(jù)分析技術(shù)[1]。

人們生產(chǎn)和生活中有80%以上信息和地理空間位置有關(guān)。近年來，空間分析在疾病分布、聚集性與發(fā)病相關(guān)因素分析方面已有廣泛應(yīng)用，通過對疾病的時空數(shù)據(jù)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(guī)律[2-3]。早期，GIS主要被應(yīng)用于媒介傳播疾病，如今已被廣泛應(yīng)用于麻風病、流行性腦脊髓膜炎、肝炎、結(jié)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(shù)據(jù)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(jīng)成為空間流行病學的研究熱點。

空間分析是GIS分析領(lǐng)域中理論性、技術(shù)性和應(yīng)用性很強的分支。為提升醫(yī)學生掌握空間分析知識并熟練運用GIS的能力，我校開設(shè)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(tǒng)的空間流行病學課程相比，開放性實驗課程在課程設(shè)置、課程內(nèi)容和教學方式存在顯著差異。通過開設(shè)空間流行病學建模與仿真實驗課程，力求培養(yǎng)醫(yī)學生掌握空間分析基本理論和GIS應(yīng)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(fā)展規(guī)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(shè)難點

相比較傳統(tǒng)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(jié)合實際流行病學應(yīng)用講授GIS軟件相關(guān)知識。傳統(tǒng)的空間流行病分析課程開設(shè)過程中往往存在以下問題：

（1）教學內(nèi)容陳舊

傳統(tǒng)空間分析課程側(cè)重于理論講授，其理論知識需要具備大量高等數(shù)學、統(tǒng)計學、數(shù)值計算、圖論、拓撲學、地圖學相關(guān)基礎(chǔ)知識，而醫(yī)學生高等數(shù)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(tǒng)的空間分析課程側(cè)重于理論教學，課程內(nèi)容側(cè)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(chuàng)造性思維的培養(yǎng)。

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(wù)。開放性實驗課程除講解經(jīng)典的課程內(nèi)容外，還介紹最新理論及應(yīng)用研究成果，并結(jié)合GIS實現(xiàn)，講授內(nèi)容將更側(cè)重于培養(yǎng)學生實際應(yīng)用能力。

2 空間流行病建模仿真實驗課內(nèi)容設(shè)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(xiàn)，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(shè)置空間流行病建模仿真實驗課教學內(nèi)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(guān)系理論、空間認知理論、空間推理理論、空間數(shù)據(jù)分析的不確定理論等。

2）空間數(shù)據(jù)分析方法：依據(jù)數(shù)據(jù)類型，將空間數(shù)據(jù)分析方法劃分為柵格數(shù)據(jù)的空間分析方法、矢量數(shù)據(jù)的空間分析方法、三維數(shù)據(jù)的空間分析方法以及屬性數(shù)據(jù)的空間統(tǒng)計分析方法。

3）空間分析在流行病研究領(lǐng)域中的應(yīng)用

（2）基于GIS的空間數(shù)據(jù)分析與實現(xiàn)實驗內(nèi)容（72學時）

1）GIS的基礎(chǔ)知識：功能簡介、軟件體系、應(yīng)用領(lǐng)域、安裝、窗口、視圖和工具介紹。

2）GIS數(shù)據(jù)處理：數(shù)據(jù)類型；數(shù)據(jù)獲取方法；坐標投影變換；Shape文件與地理數(shù)據(jù)的建立；數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換；數(shù)據(jù)屬性表操作；數(shù)據(jù)編輯；要素處理；柵格處理工具；矢量與柵格相互轉(zhuǎn)換。

3）GIS數(shù)據(jù)建模：模型構(gòu)建器；數(shù)據(jù)建模。

4）GIS空間分析：矢量數(shù)據(jù)空間分析工具；TIN 與 Terrain；柵格數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)驅(qū)動面；制圖與輸出。

6）三維可視化表達與分析：三維數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)分析實例選講。

3 結(jié)語

開放性實驗課程的開設(shè)，使得空間流行病課程教學方式和學習方式都發(fā)生了巨大的變革。新的教學模式下，理論與實驗相結(jié)合更能激發(fā)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(yī)學生的理論教學內(nèi)容及實驗內(nèi)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(tǒng)在腫瘤空間流行病學中的應(yīng)用現(xiàn)狀與展望[J].應(yīng)用預防醫(yī)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(tǒng)在新疆某三甲醫(yī)院糖尿病病例分析中的應(yīng)用[J].新疆醫(yī)科大學學報，2015（5）：618-621.

[4]劉楊英，寧湧，Mirjam Bakker，等. 地理信息系統(tǒng)在四川省麻風防治中的應(yīng)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(guān)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(guī)律研究[J].疾病監(jiān)測，2017，32（5）：377-381.

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

[1]鄭強，關(guān)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(yī)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