第四节　空间信息技术在钉螺调查中的应用

空间信息技术（spatial information technology），通常也称为3S技术，是20世纪60年代兴起的一门新兴技术，泛指与空间位置相关的信息技术。主要包括地理信息系统（Geographical Information System，GIS）、遥感（Remote Sensing，RS）、全球定位系统（Global Positioning System，GPS）等。20世纪70年代中期以来，空间信息技术在我国得到迅速发展。当前，以3S为主导的空间信息技术以其快速高效的数据获取、强大的空间数据处理分析、直观生动的地图数据表达能力，被广泛应用于地学、交通、农业、林业、军事、医学等领域。20世纪90年代后期，我国学者周晓农、郑英杰等曾较早地将地理信息系统引入钉螺分布与监测等领域，掀起了空间信息技术在我国血防领域的广泛应用。目前空间信息技术在钉螺研究方面主要应用于钉螺分布特征、钉螺分布与生态的关系、可疑有螺环境探测、钉螺的聚集性分析等。

一、常用的空间信息技术介绍

（一）地理信息系统（GIS）

地理信息系统（GIS）是一种采集、存储、管理、分析、显示与应用地理信息的计算机系统，是分析和处理海量地理数据的通用技术。自20世纪60年代初产生以来，GIS先后经历了探索、发展和产品化等阶段，目前在许多领域得到广泛的应用。我国GIS起步稍迟，但发展迅速。经过三十多年的发展，我国GIS基础平台软件行业集聚度逐步提高。当前，我国GIS软件市场主要被超图、Esri、中地数码、武大吉奥等四大巨头瓜分，除Esri是美国产品外，其余三种软件均为国产软件。三大国内公司代表性的GIS软件产品分别为：超图的SuperMap、中地的MapGIS以武大吉奥的GeoStar。

（二）遥感（RS）

遥感顾名思义就是“遥远的感知”，通常是指在航天或航空平台上对地球系统或其他天体进行特定电磁波谱段的成像观测，进而获取被观测对象多方面特征信息的技术。现代遥感技术起源于20世纪60年代，以数字化成像方式为特征，是衡量一个国家科技发展水平和综合实力的重要标志，历来被世界主要科技和经济大国所重视。长期以来，美国始终是国际遥感科技发展的主要引领者之一，如美国的全球第一颗气象卫星（1961年）、第一颗陆地观测卫星（1972年）、第一颗海洋卫星（1978年）等。我国政府也特别重视遥感科技的发展，尤其是20世纪80年代以后，我国航天遥感事业取得长足进步，风云气象卫星（1988年以来）、资源系列卫星（1999年以来）、环境减灾系列卫星（2008年以来）、高分系列卫星（2013年以来）、碳卫星（2016年）等重要遥感卫星的成功发射，使我国也已跻身于世界遥感科技的前列。当前，遥感科技已显现出高空间分辨率、高光谱分辨率、高时间分辨率的“三高”新特征，并开拓了更多的应用新领域。

（三）全球定位系统（GPS）

全球定位系统是利用人造地球卫星进行点位测量导航技术的一种。其他的卫生导航系统有俄罗斯的GLONASS、欧洲空间局的NAVSAT以及我国的北斗导航定位卫星等。GPS系统主要包括三大部分：空间部分—GPS卫星星座、地面控制部分—地面监控系统、用户设备部分—GPS信号接收机。由于GPS具有无需通视、观测时间短，能够全天候、连续实时地提供高精度的三维位置、速度和时间等数据，因此近几十年来被广泛应用于高精度测量、监控导航、位置服务等领域。

二、钉螺调查研究中常用的空间信息软件

（一）ArcGIS系列软件

ArcGIS是美国Esri公司研发的构建于工业标准之上的无缝扩展的GIS产品家族。它整合了数据库、软件工程、人工智能、网络技术、云计算等主流的信息技术，宗旨在为用户提供一套完整的、开放的企业级GIS解决方案。在我国，杨国静等人曾较早地运用ArcView（ArcGIS的桌面版产品）建立了长江下游江苏、安徽和江西三个省份血吸虫病相关数据库和地理分布图，实现了对钉螺、血吸虫病的纵向分析。当前，随着ArcGIS软件功能的不断提升和版本的不断更新，该软件在血防领域的应用越来越广泛。例如，为分析三峡大坝建立后库区环境是否适合钉螺孳生，有学者利用ArcGIS软件的空间分析功能，结合气象资料及数字高程模型（DEM）对库区淹没时间、气温、降水、日照时间、植被种类及覆盖度进行研究，分析了库区钉螺孳生的可能性。

（二）Google Earth（谷歌地球）

Google Earth（谷歌地球）是一款由美国Google公司开发的虚拟地球仪软件，它把卫星图像、地图、百科全书和飞行模拟器整合在一起，布置在一个地球的三维模型上。近年来，该软件在我国血吸虫病防治领域应用越来越广泛。工作人员在通过运用手持GPS设备（或者智能手机加载GPS软件）对钉螺相关信息进行采集，再导入谷歌地球（Google Earth）高分辨率影像地图上，进而实现了对钉螺分布等有关信息的展示、制图、预警和空间分析。

（三）MapInfo

MapInfo是美国MapInfo公司的桌面地理信息系统软件，是一种数据可视化、信息地图化的桌面解决方案。它依据地图及其应用的概念、采用办公自动化的操作、集成多种数据库数据、融合计算机地图方法、使用地理数据库技术、加入了地理信息系统分析功能，形成了极具实用价值的、可以为各行各业所用的大众化小型软件系统。在实际工作中，专业人员可使用手持GPS采集钉螺环境数据和查螺数据，同时使用MapInfo软件制作调查地区的行政区划地图，而后将GPS采集相关数据导入MapInfo软件，绘制出螺点环境图，建立钉螺环境信息专用数据库。通过MapInfo的专题地图功能，绘制区域范围图、直方图、点密度图等地理统计图，分析有螺面积、阳性螺面积等变量的地理分布特征。近年来，随着Google Earth（谷歌地球）的普及，MapInfo常与Google Earth相结合，在钉螺调查分布等应用逐渐增多。

（四）SatScan

扫描统计量（Scan statistics）是由Naus于1965年提出，最初用于识别一维电过程的聚集性，后来逐渐扩展到探讨事物在二维空间和三维时空上的聚集性。时空扫描统计量是空间扫描统计量由二维空间向三维时空的扩展，用于识别时空的聚集性和近似的聚类位置及时间。通过时空扫描统计量可以用来分析疾病和健康事件在时空分布上是否存在聚集倾向或趋势，可用于疾病暴发的早期预警、潜在公共卫生风险的早期发现和监测。SatScan是一个用于对时间序列数据、空间数据或者时空数据进行时间、空间和时空扫描统计的开源软件。其主要功包括：①执行疾病地理监测，探索疾病的空间或时空聚集区，同时探索对应的数据是否存在显著性相关；②探索疾病在时间、空间或者时空上的分布是离散还是聚集的；③评估疾病聚集区的统计学显著特征；④进行多种时间周期性疾病监测，以便及早发现疾病暴发。近年来，越来越多的学者运用该工具开展钉螺时空聚集分析特征、感染性钉螺分布预警等方面的研究。

（五）遥感图像处理软件

1.遥感图像处理软件PCI

PCI Geomatica是全球地理空间信息领域知名公司加拿大PCI公司推出的一款软件。该软件是目前所有遥感图像处理软件中正射处理效果最好、精确度最高的遥感图像处理软件。其应用领域十分广泛，包括石油天然气勘探、林业、农业、土地资源调查评估与管理、测绘、环保、城市规划、铁路交通、气象预报等诸多领域。近年来，在钉螺调查以及血吸虫病防治研究中也有一定应用。

2.ENVI（The Environment for Visualizing Images）

ENVI是一个完整的遥感图像处理平台，应用汇集中的软件处理技术覆盖了图像数据的输入/输出、图像定标、图像增强、纠正、正射校正、镶嵌、数据融合以及各种变换、信息提取、图像分类、基于知识的决策树分类、与GIS的整合、DEM及地形信息提取、雷达数据处理、三维立体显示分析。近年来国内部分学者也将该软件应用于钉螺调查研究领域。