空間數(shù)據(jù)分析技術(shù)在公共衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用

1、第22卷第3期2003年5月地理科學(xué)進(jìn)展PROGRESSINGEOGRAPHYVol122,No13May,2003文章編號:100726301(2003)03202192010空間數(shù)據(jù)分析技術(shù)在公共衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用武繼磊1,王勁峰1,鄭曉瑛2,宋新明2,孟斌1,張科利3(1中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所,北京100101;2北京大學(xué)人口研究所,北京100871;3北京師范大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)系,北京100875)摘要:空間數(shù)據(jù)分析技術(shù)是分析具有空間屬性的事物之間相互關(guān)系,對空間信息進(jìn)行認(rèn)知、解釋、預(yù)測及調(diào)控等,而公共衛(wèi)生研究領(lǐng)域集中在疾病時(shí)空規(guī)律的認(rèn)識、成因分析以及干預(yù)和防御等領(lǐng)域。本文從公共衛(wèi)

2、生研究的方向出發(fā),論述了空間數(shù)據(jù)分析技術(shù)在公共衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用,以及現(xiàn)階段空間數(shù)據(jù)分析軟件的發(fā)展?fàn)顩r,并對空間數(shù)據(jù)分析技術(shù)在公共衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用前景作了展望。關(guān)鍵詞:空間數(shù)據(jù)分析;公共衛(wèi)生中圖分類號:R188;N945111853年,一場嚴(yán)重的霍亂傳染病在倫敦爆發(fā),當(dāng)時(shí)連霍亂疾病的傳染模式乃至傳染體都不清楚,更無從談起有效的治療方法。然而,JohnSnow通過細(xì)心分析所獲得的數(shù)據(jù),繪制其所知的每例疾病發(fā)生的地點(diǎn),結(jié)果發(fā)現(xiàn),病例發(fā)生地均集中在BroadStreet街道的一個(gè)公用飲水井四周。接下來便是公眾衛(wèi)生研究歷史上記載的事情,水井被移除,霍亂病也迅速消失了1。該案例現(xiàn)已成為公眾衛(wèi)生與空間數(shù)據(jù)分析技

3、術(shù)綜合研究的典型案例。這一研究結(jié)果表明,在缺乏對疾病完全了解的情況下,周密檢測發(fā)病之間的狀況和細(xì)心的疾病研究也可以成功地預(yù)防疾病。JohnSnow成功地揭示了現(xiàn)在對于疾病檢測的三個(gè)要素,即:人、地點(diǎn)、時(shí)間之間的有機(jī)聯(lián)系,尤其是地點(diǎn)要素?；谝欢ōh(huán)境下的人群及疾病分布是公共衛(wèi)生的主要研究對象,而人的生活環(huán)境和活動(dòng)范圍都在一定的環(huán)境條件制約之下,人群疾病的發(fā)生更是受周圍環(huán)境的影響。因此,公眾衛(wèi)生領(lǐng)域的研究本身是和地理環(huán)境因素緊密結(jié)合在一起的。本文擬從空間數(shù)據(jù)分析技術(shù)體系出發(fā),分別對其在公共衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用加以討論,同時(shí)也論述了可用于公共衛(wèi)生領(lǐng)域的空間數(shù)據(jù)分析軟件包的開發(fā)現(xiàn)狀,并對其應(yīng)用前景進(jìn)行了總結(jié)

4、和展望。收稿日期:2003202;修訂日期:2003203基金項(xiàng)目:本研究是在國家973項(xiàng)目(2001CB5103)、863課題以及中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所知識創(chuàng)新工程和國家自然科學(xué)基金支持下進(jìn)行的1作者簡介:武繼磊(19762),男,山東菏澤人,博士生,研究方向?yàn)閘attice統(tǒng)計(jì)與分析,GIS與空間建模等1Email:wujllreis1ac1cn220地理科學(xué)進(jìn)展22卷1空間數(shù)據(jù)分析技術(shù)和公共衛(wèi)生研究領(lǐng)域111空間數(shù)據(jù)分析技術(shù)隨著信息技術(shù)的發(fā)展,人們對空間數(shù)據(jù)的獲取和處理能力已經(jīng)得到了極大的豐富和加強(qiáng),利用這些數(shù)據(jù)及其相應(yīng)的分析技術(shù),能更好地認(rèn)識和把握自然、社會及環(huán)境的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,進(jìn)

5、行過程的重現(xiàn)、科學(xué)預(yù)測以及調(diào)控。所謂的空間分析,是指用于分析具有空間屬性事物的一系列技術(shù),其分析的結(jié)果依賴于事件的分布2,面向公眾和私人最終用戶,其主要目的在于:空間信息的認(rèn)知,即有效獲取和科學(xué)描述空間數(shù)據(jù);空間信息的解釋,即對空間過程進(jìn)行理解和合理解釋;空間信息預(yù)測;空間上發(fā)生事件的科學(xué)調(diào)控等3。112公共衛(wèi)生研究的領(lǐng)域公共衛(wèi)生的概念是在醫(yī)學(xué)研究人員長期對疾病分析和認(rèn)識的過程中形成的。它是運(yùn)用醫(yī)學(xué)、工程學(xué)和社會科學(xué)等領(lǐng)域的各種成就,用以改善和保障人群的健康、預(yù)防疾病的一門學(xué)科。就公共衛(wèi)生研究的領(lǐng)域,通常來說,包括以下三個(gè)方面:(1)人群疾病的時(shí)空分布規(guī)律即認(rèn)識人群疾病發(fā)生的時(shí)間和空間的分布規(guī)

6、律,或者疾病的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)以及在時(shí)間和空間上的分布狀態(tài)。公共衛(wèi)生研究人群中的疾病現(xiàn)象和健康狀態(tài),人群是環(huán)境的組成要素,人群的疾病與健康現(xiàn)象不可避免地與環(huán)境緊密相連。環(huán)境要素在空間上表現(xiàn)出不同的區(qū)域差異,一方面表現(xiàn)為對疾病發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的影響,即各種人群疾病的發(fā)生與擴(kuò)散;另一方面,也對人群本身的免疫抵抗能力產(chǎn)生影響。人群疾病的時(shí)空規(guī)律分析,要分別從疾病本身的發(fā)病機(jī)制、傳播媒介和人群的暴露強(qiáng)度、持續(xù)時(shí)間等兩個(gè)角度來認(rèn)識。(2)疾病成因分析疾病成因分析,即分析導(dǎo)致疾病發(fā)生的危險(xiǎn)因子或者病因。隨著人們對健康概念認(rèn)識的不斷深化,健康與疾病是由多因子作用所決定已成共識。所謂疾病的危險(xiǎn)因子是使疾病的發(fā)生可能性增加的因

7、素;而病因則是危險(xiǎn)因子的數(shù)量增多,性質(zhì)惡化到一定程度的產(chǎn)物。因此,疾病的危險(xiǎn)因子是疾病成因研究的一個(gè)最重要的內(nèi)容。需要指出,導(dǎo)致疾病發(fā)生危險(xiǎn)因子的分析和識別,一種方式是在醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)可控條件下,逐一因子試驗(yàn)來完成;而另一種方法則需要通過對人群及其環(huán)境各要素等多種因子綜合分析,這是一般實(shí)驗(yàn)條件下所不能完成的,尤其是在復(fù)雜環(huán)境下,甚至一些疾病本身的發(fā)病機(jī)制不清楚的條件下,采取有效的辦法進(jìn)行疾病成因分析是公共衛(wèi)生領(lǐng)域中研究的難點(diǎn)問題。(3)疾病的預(yù)防和控制疾病的預(yù)防和控制則是指在認(rèn)識人群疾病發(fā)生的時(shí)空規(guī)律或者確定疾病發(fā)生的危險(xiǎn)因素后,通過風(fēng)險(xiǎn)人群的回避、疫苗接種、患者隔離、醫(yī)療資源有效配給等手段進(jìn)行

8、疾病的防御。其中,疾病發(fā)生的時(shí)空趨勢分析是疾病預(yù)防和控制的前提,而醫(yī)療資源的有效分配則是疾病預(yù)防和控制的保障。近年來,醫(yī)療資源的有效分配和地理公平性也成為了公共衛(wèi)生領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。3期武繼磊等:空間數(shù)據(jù)分析技術(shù)在公共衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用2212空間數(shù)據(jù)分析技術(shù)在公共衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用空間數(shù)據(jù)分析研究的對象覆蓋領(lǐng)域廣泛,從空間數(shù)據(jù)的可視化與探索,到空間統(tǒng)計(jì)及空間計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué),其技術(shù)體系特點(diǎn)在于探索、證明空間觀測對象之間存在的依賴性。從其研究對象來說,包括三個(gè)大類,面域空間屬性值分析,即地統(tǒng)計(jì)分析;觀測點(diǎn)屬性值分析,如流行病學(xué)中的案例分析等,稱為點(diǎn)模式分析;格網(wǎng)屬性值分析,即附屬于研究區(qū)域?qū)傩灾捣治?。展開

9、空間數(shù)據(jù)分析技術(shù)在公共衛(wèi)生領(lǐng)域應(yīng)用的討論,還需要從公共衛(wèi)生研究的主要領(lǐng)域出發(fā),分別詳細(xì)論述。211人群疾病時(shí)空分布規(guī)律認(rèn)識地理要素在空間上表現(xiàn)出不同的區(qū)域差異,這些差異會引起環(huán)境狀態(tài)的不同,如地質(zhì)變異會引起土壤礦物質(zhì)含量變化;土壤的濕度和滲透性等差異會造成土壤的地化學(xué)性質(zhì)不同,有害物質(zhì)的擴(kuò)散也不同;同時(shí)也影響到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式變化甚至帶來的社會關(guān)系變異等等。這樣,疾病在不同環(huán)境下發(fā)生,也會因其影響而產(chǎn)生空間分布的不同與變異。王敬華對于山西省山陰和應(yīng)縣兩地從環(huán)境水文地球化學(xué)角度分析當(dāng)?shù)馗呱椤⒎脑?研究表明巖石、土壤、淤泥質(zhì)沉積和地貌、構(gòu)造、古地理及水文地質(zhì)環(huán)境分別是當(dāng)?shù)馗呱椤⒎匾奈镔|(zhì)來源

10、和關(guān)鍵的形成條件,進(jìn)而從地理要素上分析砷、氟中毒引起的疾病空間分布4。除了疾病在空間上表現(xiàn)出的各種空間差異性之外,疾病還具有發(fā)生、擴(kuò)散、流行、人類干預(yù)和消除的時(shí)間延續(xù)過程。因此,對于疾病的分析,還需要利用GIS和空間數(shù)據(jù)分析技術(shù),從時(shí)間和空間兩個(gè)角度上進(jìn)行分析,找出疾病的時(shí)空發(fā)展規(guī)律。在此方面,ChristinaFrank等人對萊姆關(guān)節(jié)炎(Lymedisease)進(jìn)行了空間分析,得出了美國Maryland地區(qū)19931998年、按照郵政區(qū)編碼分布的該種疾病的時(shí)空分布趨勢5。李海蓉6,楊林生7等人也分別就中國鼠疫的時(shí)空分布特點(diǎn)做了分析,在此基礎(chǔ)上,確立了鼠疫病情的綜合評價(jià)指標(biāo),為鼠疫的有效控制提

11、供了條件。從另一個(gè)角度講,疾病在時(shí)間、空間上的分布差異,而易受疾病感染的人群即風(fēng)險(xiǎn)人群的分布在空間上也具有差異性。1990年期間與飲酒有關(guān)F1Cipriani等人對意大利1980的死亡人口進(jìn)行對照分析,結(jié)果表明,飲酒引起的死亡率在各個(gè)地區(qū)之間存在明顯的差異,從而證明了各地區(qū)人群免疫性的差別8。城市和鄉(xiāng)村之間的B1Solca等人對不同區(qū)域之間、人口碘攝取量的差異進(jìn)行分析,確定碘缺乏疾病的風(fēng)險(xiǎn)人群,結(jié)果發(fā)現(xiàn)鄉(xiāng)村和城市之間差異甚少,而區(qū)域間的差異甚大,從而根據(jù)區(qū)域劃定出碘缺乏疾病易發(fā)生人群的地域分布9。武克恭等也對內(nèi)蒙古地區(qū)的砷中毒病區(qū)的病人分布差異做了分析比較,得出該地區(qū)風(fēng)險(xiǎn)人群的范圍10。更甚者

12、,GeoffreyT1F等人則對加利福尼亞地區(qū)普魯氏菌病的時(shí)空聚類分布進(jìn)行了分析。通過對1973至1992年長達(dá)20年的數(shù)據(jù)進(jìn)行空間分析,一方面確定了疾病的空間分布,另一方面也得出疾病與人群的關(guān)聯(lián)性,即西班牙后裔牛奶消費(fèi)的生活習(xí)慣與該種疾病發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)系11。總體說來,空間數(shù)據(jù)分析技術(shù)在人群疾病時(shí)空分布規(guī)律的認(rèn)識上目前已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用,但定量刻畫疾病的空間分布規(guī)律還有待于進(jìn)一步的深入研究和應(yīng)用。在此方面,空間數(shù)據(jù)分析中關(guān)于時(shí)空分布規(guī)律探索的方法如MoranI統(tǒng)計(jì)12、G3統(tǒng)計(jì)13等可以很好的222地理科學(xué)進(jìn)展22卷刻畫出研究對象在空間上分布的聚集狀態(tài)和相關(guān)程度。對于MoranI統(tǒng)計(jì),它可以反

13、映出研究對象之間的空間相關(guān)關(guān)系,其表述如下:nnijnI=wijnn (yi-y)(yj-y)n(wijij) (yii2-y)這里,n表示研究對象的數(shù)目,yi為觀測值,wij為研究對象i、j之間的權(quán)重,其中wii=0,對于權(quán)重的確定,一般有兩種方式,即1)二值相鄰矩陣,當(dāng)i、j相鄰,wij=1,否則wij=0;2)距離矩陣,wij=(dij)-r,一般情況下,權(quán)重矩陣為對稱矩陣。對于I的取值,一般在-1到1之間,當(dāng)I>0時(shí),表示研究對象之間存在空間上的正向自相關(guān)關(guān)系,即空間上研究對象之間的取值,高高相鄰;I<0時(shí),則研究對象之間存在空間上的負(fù)向自相關(guān)關(guān)系,即空間上研究對象的取值分

14、布存在高低相鄰的情況。而G3統(tǒng)計(jì)和MoranI統(tǒng)計(jì)不同,通過G3統(tǒng)計(jì),可以很好地反映出研究對象在局域空間上的熱點(diǎn)區(qū)域分布,其統(tǒng)計(jì)模型為:nGi=3wjij(d) yj-W32i3i yS nS1i-W32(n-1)1 這里,S是觀測值y的標(biāo)準(zhǔn)方差;當(dāng)j距i為d之內(nèi),權(quán)重矩陣Wij(d)=1,否則Wij=30;S1i3=SjWij,W3i=SjWij(d);Gi所得值越高,則表示在給定距離下,該點(diǎn)所產(chǎn)生的影響力越大,由此可以成為研究事物發(fā)生的熱點(diǎn)區(qū)域。212疾病的成因分析作為環(huán)境組成部分,人類自身的健康狀態(tài)時(shí)刻受到周圍環(huán)境的影響。任何環(huán)境的異常,包括自然環(huán)境和社會經(jīng)濟(jì)環(huán)境,如環(huán)境中的礦物質(zhì)或者某

15、一類化學(xué)元素含量缺乏或者過多,以及社會經(jīng)濟(jì)等因素導(dǎo)致的心理壓力過大或者不平衡,將會引起人體的不適應(yīng)或者應(yīng)激反應(yīng),當(dāng)超出人體承受限度時(shí),則表現(xiàn)為疾病的產(chǎn)生。通過空間數(shù)據(jù)分析技術(shù)來對人群生存環(huán)境進(jìn)行分析,可以在一定程度上有效揭示某些疾病發(fā)生的原因或者危險(xiǎn)因子。如王寶德通過研究地質(zhì)環(huán)境和生命科學(xué)及人體健康之間的關(guān)系,建議進(jìn)行1:20萬尺度下地球化學(xué)掃面資料的空間分析,確定抵制異常區(qū)域,以期為醫(yī)學(xué)工作者在研究區(qū)域性疾病的發(fā)病機(jī)理時(shí)提供部分空間分析思路14。而社會經(jīng)濟(jì)等因素對人的健康影響,如呼吸道疾病、肌肉萎縮、心臟病和關(guān)節(jié)炎等慢性疾病(limitinglong2termillness,LLTI)等就與

16、失業(yè)率、居住空間、單親家庭、社會等級以及人口密度等因素有關(guān)15。定性分析環(huán)境與人群健康之間的關(guān)系已經(jīng)作了很多工作,如在上節(jié)疾病時(shí)空分布規(guī)律的認(rèn)識以及一些疾病成因的分析等,但定量刻畫環(huán)境要素對人群健康之間的關(guān)系模型尚處于起始階段。盡管如此,定量分析環(huán)境致病因子與人群健康之間的關(guān)系研究能夠彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)室缺乏對自然環(huán)境條件下多因子對人體健康狀況影響分析的不足,具有綜合分析優(yōu)勢。地理信息系統(tǒng)的發(fā)展,大量空間信息和人群健康信息可以集成到一個(gè)平臺上,進(jìn)而為定量化分析疾病的成因提供了依據(jù),在缺乏明確的病因網(wǎng)絡(luò)關(guān)系的狀況下,空間數(shù)據(jù)分析技術(shù)中的空間回歸分析方法可以在一定程度上揭示環(huán)境致病因子與人群健康之間的定量關(guān)

17、系。由于空間要素之間的關(guān)聯(lián)性,傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)分析中要求的樣本獨(dú)立條件不成立,因此傳3期武繼磊等:空間數(shù)據(jù)分析技術(shù)在公共衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用223統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)分析中的回歸方法不能夠有效、無偏、一致地分析環(huán)境致病因子與人群健康之間的關(guān)系。空間回歸分析起源于空間計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué),其發(fā)展的核心在于考慮到空間效應(yīng)條件下的分析方法,空間效應(yīng)包括空間自相關(guān)和空間異質(zhì)性,因此其工作步驟包括以下四點(diǎn):制定具有空間效應(yīng)的計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)模型;模型估計(jì)其空間效應(yīng);考慮空間效應(yīng)條件下模型的檢驗(yàn);以及模型預(yù)測。在空間效應(yīng)中,考慮更多的是空間自相關(guān)性分析。空間自相關(guān)性是指每一個(gè)研究對象和其鄰近對象之間的屬性值具有一定的相關(guān)性?？梢詤f(xié)方差表達(dá):co

18、vyi,yj=Eyiyj-Eyi yj0,forij這里,i,j分別是研究對象的觀測點(diǎn),yi(j)是觀測點(diǎn)獲取的值,當(dāng)觀測點(diǎn)的值即樣本點(diǎn)獨(dú)立時(shí),協(xié)方差應(yīng)該為0;而觀測點(diǎn)及樣本空間存在空間結(jié)構(gòu)時(shí),協(xié)方差不等于0。由此對于空間關(guān)系的衡量進(jìn)一步表現(xiàn)為空間自回歸(spatialautoregressive,SAR)和空間移動(dòng)平均(spatialmovingaverage,SMA)兩個(gè)過程。即-1(y-i)=W(y-i)+or(y-i)=(I-W)和y=W+ory=(I+W)這里,I是單位矩陣,i是N×1維單位向量,為觀測點(diǎn)的均值,、符合正態(tài)分布i為獨(dú)立且方差為2的誤差項(xiàng),W為空間衡量空間關(guān)系

19、的權(quán)重矩陣,和分別表示了空間自回歸和空間移動(dòng)平均過程的參數(shù)16。以空間自回歸和空間移動(dòng)平均為特征的空間回歸分析已在社會經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的分析上得到了廣泛的應(yīng)用,在公共衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用業(yè)已逐步開展,可以定量刻畫環(huán)境要素與人群健康狀態(tài)之間的關(guān)系。213長期疾病的監(jiān)測與干預(yù)的醫(yī)療資源配置對于人群疾病發(fā)生的規(guī)律認(rèn)識或者疾病成因的分析,其最終目的是人群疾病的預(yù)防與干預(yù)。一般情況下,人群中發(fā)生疾病的監(jiān)測與干預(yù)存在長期性等特點(diǎn),而醫(yī)療設(shè)施等醫(yī)療資源不能夠滿足充分干預(yù)和治療的目的。由此也就產(chǎn)生了針對人群疾病空間分布和風(fēng)險(xiǎn)人群分布進(jìn)行醫(yī)療資源空間優(yōu)化配置等問題。如VincentJ1DelVasino對于健康服務(wù)空間分布的

20、均衡性進(jìn)行了討論,指出疾病發(fā)病區(qū)之間均衡配置醫(yī)療資源具有重要意義17,JP18Twigger等也對小區(qū)域的醫(yī)院分布和時(shí)間距離之間的關(guān)系進(jìn)行了分析,這些研究均提出了醫(yī)療資源優(yōu)化配置的問題。H1L1Holley則論述了在財(cái)政限制和健康管理分散的情況下,區(qū)域健康需求和服務(wù)、醫(yī)療設(shè)施利用與治療的不均衡性。指出利用地理研究中的方法,作區(qū)域性研究對于人群健康具有重要意義,同時(shí)也指出了地理分析技術(shù)在醫(yī)療資源平衡分配中的潛在應(yīng)用意義19。就目前醫(yī)療資源的配置方案來說,其出發(fā)點(diǎn)包括兩個(gè)方面,第一,地理可達(dá)度的公平性(geographicallyfair),即在給定時(shí)間內(nèi),一定區(qū)域的人獲得有效醫(yī)療的條件是平等的;

21、第二,干預(yù)區(qū)域的側(cè)重性(regionalemphases),一般情況下,區(qū)域人群的發(fā)病具有一定的特點(diǎn),在有效醫(yī)療資源的條件下,不同的區(qū)域?qū)τ卺t(yī)療資源的投入應(yīng)該是有重點(diǎn)地投入到最大化消除人群疾病、取得最佳健康效益的領(lǐng)域。既要使得人群獲得醫(yī)療資源分配的公正性,又要優(yōu)先保障疾病高發(fā)區(qū)的醫(yī)療資源配給,因此,必須采取多目標(biāo)空間資源優(yōu)化配置模型進(jìn)行醫(yī)療資源的有效配置。在此方面,王勁峰等就水資源的空間分配做了深入研究20,21,而224地理科學(xué)進(jìn)展22卷對于醫(yī)療資源的分配,同樣可以采取制定目標(biāo)函數(shù)、層層優(yōu)化、變量的逐步釋放以及Lagrange條件極值的算法,得出空間上的最佳醫(yī)療配置方案,表述如下:設(shè)定在區(qū)域

22、(i)、最小干預(yù)時(shí)間(j)和干預(yù)疾病種類(k)之間醫(yī)療資源的投入總量為R,(i,k,R)為不同疾病種類在各個(gè)區(qū)域之間投入一段時(shí)間后的健康恢復(fù)彈性函數(shù),則醫(yī)療資源的最優(yōu)化分配為regTKRHR=(i,k,R)dR(i,j,k)djdii=0j=0k=1R=0這里,reg為疾病干預(yù)的區(qū)域,T為干預(yù)時(shí)間。令A(yù)為醫(yī)療資源分配的目標(biāo)泛函,則醫(yī)療資源分配決策的過程即為尋找達(dá)到A的極大值的R(i,j,k)。則根據(jù)醫(yī)療資源分配的出發(fā)點(diǎn),存在不同的醫(yī)療資源分配目標(biāo)。目標(biāo)1:疾病干預(yù)期間,醫(yī)療資源分配取得效果最佳,即regTKRA=maxR(i,j,k)(i,k,R)dR(i,j,k)djdii=0j=0k=1R

23、=0TKR目標(biāo)2:區(qū)域醫(yī)療資源地理公平性,即醫(yī)療資源的可達(dá)度對人群分布一致,即regA=minR(i,j,k)(i,k,R)dR(i,j,k)dj-i=0j=0k=1R=0regTKRmdi2這里m=(i,k,R)dR(i,j,k)djdii=0j=0k=1R=0TKR目標(biāo)3:對疾病高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)進(jìn)行重點(diǎn)干預(yù)或者個(gè)別疾病種類重點(diǎn)防御,即A=maxminR(i,j,k)i(i,k,R)dR(i,j,k)di,ij=0k=0R=0當(dāng)然,對于公共衛(wèi)生的服務(wù)目標(biāo)多種多樣,因此醫(yī)療資源的分配也不局限于以上的一個(gè)目標(biāo),但最終的醫(yī)療資源分配可以通過多個(gè)目標(biāo)的組合的優(yōu)化過程而獲得,至于目標(biāo)方程的求解,可以參考21。

24、3公共衛(wèi)生空間數(shù)據(jù)分析軟件包的開發(fā)空間數(shù)據(jù)分析技術(shù)方法的應(yīng)用,促進(jìn)了大量空間數(shù)據(jù)分析軟件及軟件包的開發(fā),其中不少軟件和軟件包在公共衛(wèi)生領(lǐng)域的疾病分析和干預(yù)方面得到了進(jìn)一步的應(yīng)用。就這些可應(yīng)用于公共衛(wèi)生領(lǐng)域的軟件和軟件包的開發(fā)源頭來看,主要包括以下三類:第一類,以現(xiàn)有的統(tǒng)計(jì)分析軟件為基礎(chǔ),構(gòu)造商業(yè)化的邊緣應(yīng)用軟件(Commercialoff2the2shelf,CoTs)。這類軟件本身依靠原有商業(yè)軟件的強(qiáng)大分析功能,可以進(jìn)行專業(yè)的時(shí)序統(tǒng)計(jì)分析,具有很好的經(jīng)典統(tǒng)計(jì)分析理論基礎(chǔ)。同時(shí),原有的公共衛(wèi)生領(lǐng)域中的衛(wèi)生統(tǒng)計(jì)本身沒有考慮到空間要素前,這些軟件就得到了廣泛的應(yīng)用,因此結(jié)合空間數(shù)據(jù)分析技術(shù)方法特點(diǎn)

25、,對原有統(tǒng)計(jì)分析功能模塊進(jìn)行擴(kuò)充,形成空間數(shù)據(jù)分析軟件包,在公共衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用占有較高的比例。如基于經(jīng)典統(tǒng)計(jì)分析大型軟件SAS系統(tǒng),結(jié)合地理信息系統(tǒng)軟22件,形成了SAS GIS空間分析軟件包,進(jìn)行了廣泛的流行病研究;此外,著名的統(tǒng)計(jì)分3期武繼磊等:空間數(shù)據(jù)分析技術(shù)在公共衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用225析軟件S2Plus也擴(kuò)展了其空間分析能力,形成了EnvironmentalStatsforS2PLUS、S2PLUS23forArcViewGIS及S+SpatialStats等空間數(shù)據(jù)分析模塊。這類軟件的突出特點(diǎn)是基于成熟的商業(yè)軟件進(jìn)行擴(kuò)充和開發(fā),系統(tǒng)穩(wěn)定,但在空間數(shù)據(jù)獲取和空間表達(dá)能力上則有許多欠缺之處

26、。第二類,從現(xiàn)有成熟的地理信息系統(tǒng)軟件出發(fā),利用軟件本身提供的二次開發(fā)語言或者其他開發(fā)語言,進(jìn)行空間數(shù)據(jù)分析軟件包的開發(fā)?，F(xiàn)有的商業(yè)地理信息系統(tǒng)軟件本身一般具有二次開發(fā)語言或者和其他軟件開發(fā)環(huán)境相通的控件或接口,用于功能的擴(kuò)展。如ArcInfo軟件提供的AML語言、ArcView提供的Avenue語言以及MapInfo提供的MapBasic語言等,此外這類軟件還提供ArcObject、MapObject控件等,允許用戶進(jìn)行二次開發(fā)。劍橋大學(xué)的RobertHaining等人在ArcInfo地理信息系統(tǒng)環(huán)境下,開發(fā)出了專門用于人群健康分析的軟件包SAGE,取得了一定的應(yīng)用成果24。PatrickA

27、1Wall等人則結(jié)合地理信息系統(tǒng)軟件MapInfo的二次開發(fā)以及Delphi集成開發(fā)環(huán)境,開發(fā)出空間數(shù)據(jù)分析的空間關(guān)聯(lián)和聚類分析的軟件包MapStat,對俄亥俄州的肺癌死亡率進(jìn)行了空間分析25。這類軟件基于以空間信息管理為顯著功能的地理信息系統(tǒng)平臺,因此在空間數(shù)據(jù)的獲取和空間表達(dá)能力上具有突出優(yōu)勢,但由于系統(tǒng)自帶二次開發(fā)語言過于簡單,對于復(fù)雜的統(tǒng)計(jì)分析功能實(shí)現(xiàn)來說,需要大力加強(qiáng)。第三類,獨(dú)立開發(fā)空間數(shù)據(jù)分析軟件包。這類軟件包的開發(fā)本身借助基本的軟件開發(fā)語言或者其他集成開發(fā)環(huán)境,形成脫離地理信息系統(tǒng)環(huán)境,同時(shí)可從地理信息系統(tǒng)軟件中獲取空間數(shù)據(jù)并輸出能夠被地理信息系統(tǒng)識別和演示數(shù)據(jù)的軟件包。如Ge

28、tis&Chen等開發(fā)的空間點(diǎn)模式分析統(tǒng)計(jì)軟件包PPA26,以及Anselin的通用空間分析軟件SpaceStat27等,它們分別應(yīng)用C語言開發(fā)環(huán)境以及GAUSS集成開發(fā)環(huán)境等開發(fā),融入最新的空間數(shù)據(jù)分析理論、技術(shù)和方法,能夠突出反映空間信息的本質(zhì)是這類軟件的特點(diǎn),但就目前這類軟件的發(fā)展來看,由于其應(yīng)用多在科研領(lǐng)域,沒有形成大規(guī)模的開發(fā)需求,因此軟件在可操作性上需要大力改善,以上述兩個(gè)軟件包為例,其運(yùn)行基本還處于DOS的工作平臺下,與現(xiàn)階段的視窗操作Windows環(huán)境還有一定的距離。從現(xiàn)有的這些可應(yīng)用于公共衛(wèi)生領(lǐng)域的各種軟件和軟件包的發(fā)展來看,公共衛(wèi)生空間數(shù)據(jù)分析軟件包也面臨著非常大的

29、市場需求。但就此類軟件包的應(yīng)用和推廣,還需要以下幾個(gè)方面的技術(shù)進(jìn)展:第一,研制更加通用的空間分析軟件,使其具備友好用戶界面,降低入門臺階,鼓勵(lì)和支持用戶利用空間數(shù)據(jù)進(jìn)行公共衛(wèi)生應(yīng)用領(lǐng)域的研究分析。第二,在通用大規(guī)模空間數(shù)據(jù)分析軟件形成規(guī)模之前,較高的兼容性也是空間數(shù)據(jù)分析軟件需要注意的一個(gè)重要方面,提高軟件處理大數(shù)據(jù)集的能力,提供多種數(shù)據(jù)融合與共享以滿足用戶需求,促進(jìn)空間數(shù)據(jù)分析軟件的發(fā)展。第三,Linux系統(tǒng)的發(fā)展說明公開源代碼和系統(tǒng)框架,具有極大的發(fā)展優(yōu)越性。因此,采取開放式結(jié)構(gòu)、模塊化設(shè)計(jì)、支持重用性,允許空間數(shù)據(jù)分析方法的擴(kuò)充與重構(gòu),從而使得用戶可以混合和重用不同的空間數(shù)據(jù)分析模塊,乃

30、至源代碼公開,允許研究者可以在前人的研究基礎(chǔ)上對系統(tǒng)再開發(fā),這對于空間數(shù)據(jù)分析軟件的發(fā)展也具有重要意義。226地理科學(xué)進(jìn)展22卷4結(jié)論和展望數(shù)字地球戰(zhàn)略的實(shí)施和空間信息基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè),使我們能夠快速獲取和掌握大量的自然、生態(tài)、環(huán)境及社會經(jīng)濟(jì)等大量數(shù)據(jù)信息,從而客觀上促進(jìn)了空間數(shù)據(jù)分析技術(shù)的發(fā)展及其在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用。其中,空間數(shù)據(jù)分析已經(jīng)在公共衛(wèi)生領(lǐng)域得到了初步成功的應(yīng)用,展示出了良好的發(fā)展態(tài)勢和應(yīng)用前景。然而,從整體上看,空間數(shù)據(jù)分析技術(shù)在公共衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用還處于初步階段,其主要研究領(lǐng)域主要集中在地方病和個(gè)別媒介傳染疾病的分布監(jiān)測上,還遠(yuǎn)沒有深入到亟需空間分析的公共衛(wèi)生諸多領(lǐng)域之中,究其限制

31、原因,主要有以下兩點(diǎn)。第一、空間數(shù)據(jù)分析技術(shù)的有效依賴平臺地理信息系統(tǒng)是在20世紀(jì)六十年代以來出現(xiàn)并發(fā)展起來的,而空間數(shù)據(jù)分析技術(shù)則是近二十年內(nèi)才獲得較快的發(fā)展,一些空間數(shù)據(jù)分析的模型、方法和技術(shù)本身尚存在許多不完善之處。盡管空間數(shù)據(jù)分析在社會和環(huán)境分析中已經(jīng)初步顯示出其極大的應(yīng)用潛力,但地理信息系統(tǒng)和空間數(shù)據(jù)分析技術(shù)本身仍需要拓展其在各領(lǐng)域中的應(yīng)用范圍,并結(jié)合各領(lǐng)域自身特點(diǎn),進(jìn)一步完善其功能。第二、空間數(shù)據(jù)分析技術(shù)和方法在公共衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用受到數(shù)據(jù)源的限制。公共衛(wèi)生研究的發(fā)展始于17世紀(jì)歐洲工業(yè)革命時(shí)期。當(dāng)時(shí)大量農(nóng)民向城市集中,帶來的環(huán)境惡化導(dǎo)致霍亂、痢疾和肺結(jié)核等疾病蔓延,居民健康狀況下降

32、,在采取環(huán)境衛(wèi)生措施和對疾病作斗爭的過程中公共衛(wèi)生研究才逐步完善起來。公共衛(wèi)生的發(fā)展過程中缺乏相應(yīng)的空間理論、方法和技術(shù)手段,因此,長期以來積累的數(shù)據(jù)缺乏空間屬性,限制了空間數(shù)據(jù)分析在公共衛(wèi)生領(lǐng)域的展開。但是,“地理信息系統(tǒng)可以處理海量數(shù)據(jù),和空間數(shù)據(jù)分析結(jié)合,決定了其在分析疾病地理分布模式和社會、自然環(huán)境條件的關(guān)系中的核心作用,作為疾病的預(yù)防和干預(yù)決策支持系統(tǒng)的核心,其潛力是不可替代的28”。因此,隨著信息技術(shù)的發(fā)展、GIS空間技術(shù)的進(jìn)一步廣泛應(yīng)用和空間數(shù)據(jù)分析理論、技術(shù)和方法體系的完善,空間數(shù)據(jù)分析將在公共衛(wèi)生領(lǐng)域做出突出的、不可替代的貢獻(xiàn)。參考文獻(xiàn)1TerraciniB1Environm

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