ГИС

Анализ пространственно-временной структуры природного очага с помощью ГИС-технологии

Современная компьютерная географическая информационная система (ГИС) получила широкое распространение в управленческой, хозяйственной, научной деятельности различных ведомств (по чрезвычайным ситуациям, в сельском хозяйстве, геологической разведке, военном деле, природопользовании и т. д.) как инструмент анализа, позволяющая моделировать различные пространственные ситуации на местности. Однако с помощью ГИС еще недостаточно изучены или вообще не изучались возможности анализа многих сторон специфических экологических процессов, одним из которых является эпизоотический процесс.

Эпизоотический процесс – это непрерывный процесс возникновения и распространения инфекционных болезней животных, развивающихся при наличии источников, факторов передачи возбудителя инфекции и восприимчивого поголовья.

Для оценки этого явления важным является осуществление мониторинга природно-очаговых территорий. Анализ результатов мониторинга эпизоотологической ситуации на очаговых территориях проводился и ранее, однако к настоящему времени накопились значительные объемы материалов, и ограничиться их обработкой обычными математическими и статистическими методами недостаточно, т. к. эпизоотический процесс – процесс многофакторный и многовекторный.

Информацию о динамике эпизоотического процесса получают при целенаправленном лабораторном исследовании материала (млекопитающие, эктопаразиты, погадки, экскреты, вода, почва и др.), собранного в природе, а также косвенно - при регистрации случаев природно-очаговых заболеваний среди людей. По своей эффективности и достаточности (объективности) основными лабораторными методами, используемые для диагностики эпизоотологического процесса, являются бактериоскопический, бактериологический (вирусологический) и серологический.

Эпизоотический процесс – явление системное, поэтому любой результат исследования занимает определенное место в пространственно-временной структуре природного очага. При его изучении чаще всего используется случайно-выборочный метод, по результатам которого сложно воссоздать полную картину эпизоотического процесса. Этот метод дает возможность оценить время прохождения и фазу процесса по следующим главнейшим параметрам:

· географический адрес полученной информации,

· наличие (выделение) возбудителя,

· титр реагента (числовое значение концентрации) в положительной диагностической серологической реакции,

· видовой и групповой (по степени чувствительности к возбудителю) состав теплокровных хозяев, от которых получен инфицированный материал.

Целью работы явилось изучение возможности использования географической информационной технологии (ГИС) для изучения пространственно-временной структуры очага природно-очаговой инфекции (на примере туляремии).

Крымской противочумной станцией с 1978 по 1997 гг. исследовано бактериологическим и серологическим методами 45080 экземпляров 27 видов мелких млекопитающих – преимущественно грызунов и насекомоядных, в том числе на туляремию – 34650 экземпляров. При этом получено 372 (~1,1%) положительных результата.

Вся имеющаяся информация упорядочена в виде электронных баз данных в программах Excel и ArcView. Создание электронно-картографических слоев проведено по следующим параметрам:

· видовые (хозяина, возбудителя),

· временные (год, месяц),

· территориальные (район, азимут, удаление),

· экологические (стация),

· микробиологические методы исследования (серологический, бактерио­ло­ги­ческий) и т. д.

Собранные материалы характеризуют: динамику процесса по годам, видам основных и второстепенных носителей, активности эпизоотийных проявлений, по положительным (отрицательным) находкам при использовании различных лабораторных методов.

Использование ГИС, открывает и другие возможности. В частности, используя фрагментарные материалы и метод выборочно-случайного обследования территории можно реконструировать и проанализировать территориально-временной "срез" состояния природного очага, приблизительную картину его формирования и векторность.

Для этого использовался следующий алгоритм. Сначала на электронную карту нанесли информацию за конкретный период (календарный год) работы, затем создали отдельные "слои" по видам хозяев, нозоформам, методам лабораторного исследования, по временным отрезкам (месяцам). В результате полученные данные отобразили в виде картограмм, сопровождаемых диаграммами с попарными количественными характеристиками взаимоотношений различных взаимозависимостей исследуемого эпизоотического процесса.

Послойный (вид – месяц) анализ базы показывает изменение как фаунистического, так и долевого состава теплокровных носителей, что дает возможность судить о фазе развития эпизоотического процесса. Аналогичное сопоставление слоев (месяц – точка) показывает динамику распространения по территории и прохождение фаз эпизоотического процесса в определенной точке. Фрагменты такого анализа осуществлялись и ранее, но с большими затратами времени, и были статичными. В режиме ГИС информация воспринимается в динамическом состоянии. При дальнейшем пополнении объема и содержания информации аналогичного характера гипотеза по реконструкции эпизоотического процесса может проверяться и модифицироваться – расширяться и корректироваться.

Изучение развития эпизоотического процесса, который начинается, как правило, не в виде взрыва, вспышки, а в виде возгорания на ограниченной площади (картосхема I), во многом зависит от условий внешней среды, в связи с чем, при дальнейшей работе в этом направлении в число учитываемых параметров будут включены дополнительные физические и климатические факторы.

Эпизоотический процесс распространяется в биогеоценозе с различной скоростью и охватывает варьирующие по площади территории. ГИС-технология позволяет путем наложения указанных временных (месячных) слоев, вычленить участки микроочагов, проследить их развитие и разрастание.

Это следует из анализа последовательных месячных карт-слоев точек, в которых были обнаружены возбудитель туляремии или его следы по анализу данных за 1989 г. Сравнение январской и февральской картограмм показывает, что в этот промежуток времени эпизоотический процесс распространился из Первомайского р-на в Раздольненский и далее в Черноморский р-н (очаг № 1, картосхема I-II). В это же время очаг в Джанкойском районе передвинулся на границу Нижнегорского и Советского р-нов (очаг № 2, картосхема I-II), а очаг из присивашской зоны – к югу, где надолго закрепился на границе Кировского р-на и территории Феодосийского горсовета (очаг №3, картосхема I-II). В то же время первичные очаги Керченского полуострова разрастаются и сливаются на большей части этой территории.

Дальнейший анализ картограмм положительных серологических находок показывает, что воздействие январского очага № 3 сохраняется вплоть до сентября включительно. Отсутствие положительных находок в марте и апреле связано, вероятно, не с последствиями предыдущей эпизоотии, а с зарождением очередной, так как наличие серологических находок низких титров при туляремии среди животных-хозяев I группы (в отличие от большинства других зоонозов) свидетельствует не о прошедшем, а о начинающемся эпизоотическом процессе. Этим же, по-видимому, объясняется отсутствие серологических находок на Керченском полуострове, так как интенсивная и разлитая зимняя эпизоотия, при которой все заразившиеся грызуны, оказавшиеся принадлежащими к I группе (высоковосприимчивые и высокочувствительные), вымерли.

Продуктивность используемой ГИС-технологии заключается в том, что при проведении пространственно-временного анализа эпизоотийной ситуации возможно получение прогностических результатов. Но для этого необходимо в дальнейшем решить ряд предварительных задач. Необходим мониторинг природных очагов инфекций, включающий регулярное обследование территории Крыма по площадям, административным территориям, временным графикам. Это позволит более аргументировано прогнозировать ситуацию на основании получаемых при лабораторном исследовании фрагментарных, эпизодических территориальных проб инфицированного материала. Задача эта сложная, т. к. связана с огромными трудовыми и финансовыми затратами. Однако, для значительного сокращения этих затрат в дальнейшем, используя данный подход, целесообразно и перспективно в течение 2-3 эпизоотийных лет провести систематическое обследование территории полуострова для исчисления модельных зависимостей (констант), которые необходимы для создания алгоритмов вероятностных карт-прогнозов.

Приведенные результаты показывают, что возможно проведение более точного анализа пространственно-временной структуры природного очага с помощью ГИС-технологии. При этом, на наш взгляд, существенны следующие задачи и подходы:

· для создания модельных временных карт-слоев обследование природно-очаговой территории необходимо проводить через более мелкие по сравнению с используемыми, временные интервалы (декадные или даже недельные);

· в природном очаге возбудителя каждой нозоформы необходимо тщательное исследование так называемой "зоны зачернения", т. е. радиуса территории, на которой находится инфект в момент взятия пробы для лабораторного исследования, по отношению к точке его обнаружения;

· необходим картографический анализ соотнесения очаговых территорий с физико-географическими особенностями мест их обнаружения (биоценотические связи; для прогноза направления распространения инфекта).

Полученные результаты позволяют судить о взаимодействии и взаимозависимости различных по площади и прохождению эпизоотических очагах.

Очаговая территория – крупное территориально-экологическое образование, стабильное по расположению и по времени (продолжительности) существования со сложившимся биогеоценозом, в состав которого входит в качестве компонента микроорганизм.

Использование ГИС показывает, что некоторые терминологические понятия (первичный очаг, микроочаг, элементарный очаг, затухающий очаг, свежий очаг и др.) имеют определенное смысловое значение, но не имеют постоянной географической привязки, поэтому они отражают не суть, а детали проявления эпизоотического процесса на очаговой территории.

Поскольку представленные факты сопровождаются биоценотической характеристикой разновекторного процесса, которым является эпизоотический, следует отметить, что ГИС-технологию можно использовать для анализа как однонаправленных, так и разновекторных взаимодействий.

Таким образом, использование ГИС-технологий, как вспомогательного метода анализа пространственно-временной структуры природного очага инфекции способствует лучшему пониманию его возникновения, распространения, затухания и других особенностей эпизоотического процесса.

ИСпользование географической информационной системы в проведении эпиднадзора за холерой и другими инфекционными заболеваниями

Методы картографирования давно используются в зоогеографии, медицинской географии, в городском планировании, охране окружающей среды, прогнозировании районов стихийных бедствий. Значительный скачок в развитие картографирования внесло создание географических информационных систем (ГИС), которые стали широко использоваться в различных сферах деятельности человека. Содержание ГИС-технологии заключается в точном отображении на электронной карте объекта, привязанного к конкретной точке на местности (почва, ландшафт, водоисточник и т. д.). Одновременное отображение на карто­­графической основе явления (процесса, объекта) с факторами, оказывающими на него влияние, открывает возможность использования этого метода в эпидемиологии. Одним из разделов эпидемиологии является осуществление эпидемиологического надзора – системы мероприятий, изучающих причины возникновения эпидемических осложнений и активизации эпидемического процесса. В основу проведения эпидемиологического надзора положен мониторинг эпидемического процесса.

В настоящее время эпидемиологический надзор за инфекционными заболеваниями и, в частности за холерой, проводится путем сбора и обобщения данных о заболеваемости, циркуляции возбудителя в объектах окружающей среды, без учета влияния факторов окружающей среды, что затрудняет осуществление многофакторного анализа. ГИС в сочетании с другими методами, является вспомогательным инструментом в работе по накоплению, сохранению, обработке и анализу баз данных для эпидемиологического анализа.

Картографические методы в эпидемиологии применяются в основном для расшифровки вспышек и групповых заболеваний, с использованием при этом бумажной картографической основы, которая позволяет фотографически отобразить сложившуюся ситуацию на момент проведения эпидемиологи­ческого расследования. Учет ретроспективных сведений, необходимый для комп­­лекс­ного эпидемиологического анализа, при этом невозможен или затруднен.

Географическая информационная система включает электронные таблицы, в которых содержится характеристика изучаемого явления и географическую карту местности.

На основе электронных таблиц создаются слои, в которых возможно отображение территориального, временного и другого распределения изучаемого явления. Программы компьютерного картографирования связаны с электронными таблицами и работают в динамическом режиме, т. е. возможно пополнение объема информации путем внесения новых точек (мест исследования) и параметров, характеризующих явление. Сформированные слои по заболеваемости, циркуляции возбудителя, климатогеографическим условиям, физико-хими­ческим факторам и другим признакам, могут просматриваться каждый отдельно или быть совмещены в любом наборе и последовательности.

Целью настоящей работы является создание электронных карт мониторинга эпидемического процесса холеры в мире и Украине.

Повсеместное распространение холеры прослеживается с помощью ГИС. Созданы слои по периодам вовлечения стран в 7-ю пандемию. Они связаны с электронными базами данных о заболеваемости карантинными инфекциями в мире, в которых учтена вся официальная информация Всемирной организации здравоохранения, начиная с 1974 г. Данные с 1960 по 1973 гг. отобраны из литературных источников. Полученные результаты наглядно демонстрируют динамику вовлечения стран и континентов в пандемию и дают возможность научно обосновать периоды распространения холеры в мире. Итогом этой работы стало создание эпидемиолого-геогра­фичес­кой карты распространения холеры в мире.

В пандемический процесс вовлечена и Украина. Поэтому следующим эта­пом работы стало создание электронной карты мониторинга холеры в Украине.

В 7-ю пандемию холера была занесена на Украину в 1970 г.. Собранная с начала пандемии информация по месту обнаружения культур холерных вибрионов, по их количеству и характеристике сконцентрирована в электронных таблицах. На их основе созданы картографические слои по объектам выделения культур: водные экосистемы, пищевые продукты, смывы из очагов заболевания холерой, культуры, выделенные от людей. Полученные данные показали территориальное распространение и динамику выделения культур холерных вибрионов в Украине (рис.). В результате анализа определено географическое преобладание по количеству выделенных культур в южных регионах Украины – АР Крым, Донецкая, Херсонская, Николаевская, Одесская области; выявлено преимущественное выделение холерных вибрионов из открытых водоемов и сточных вод. Использование ГИС для анализа эпидемической ситуации по холере открыло возможность проследить динамику выделения культур с дифференцированием по времени, экосистемам, территориям в оперативном режиме.

Использование электронной картографической основы для осуществления эпидемиологического надзора, позволило осуществить привязку к местности данных о заболеваемости, циркуляции возбудителя в объектах окружающей среды и комплексно оценить воздействие факторов окружающей среды, что было затруднительно при использовании бумажной картографической основы.

Особенностью ГИС-технологии является возможность быстро менять мас­штаб. Укрупнение масштаба в пределах одного картографического слоя, позволяет использовать электронные карты, начиная со всего мира и заканчивая областью, городом, улицей.

Как показали проведенные исследования, методический и практический опыт создания эпидемиологических карт, ГИС может успешно использоваться для управления и наблюдения за эпидемиологической ситуацией при холере на различных его уровнях (мировом, федеральном, региональном). Учитывая общие методологические подходы при проведении эпидемиологического надзора, вероятно, ГИС может использоваться при эпидемиологическом анализе различных нозологических форм на разных территориях.

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить