面对疫情,地理空间技术可以为我们做什么?

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图片: Pixabay

当爆发一种新疾病时,有效利用地理空间数据和测绘技术有助于遏制和应对危机。过去十年的经验证明了这一点。

无论是用互动式地图呈现何谓新冠疫情、疾病如何传播,以及过往的类似病例,还是世界卫生组织(WHO)即时更新的疫情仪表板,仰赖地图来追踪及呈现这类事件,都重新引发了对于地理空间技术及数据在预防及控制疾病方面的重要性的讨论。

然而,这并不是地理空间数据和工具——尤其是地理信息系统(GIS)——第一次被用来抑制疾病爆发、帮助政府和医疗专家应对疫情,让我们重温一些过去的案例。

西非埃博拉病毒

这张世卫组织的地图显示人类及动物身上的埃博拉病毒的地理分布。

埃博拉病毒疫情(2013-2016年)在西非和世界其他地区造成了严重破坏。这是有史以来影响范围最广的埃博拉病毒大爆发,导致大量生命损失和社会经济动乱。虽然受影响最严重的国家是几内亚、利比里亚和塞拉利昂,但全球其他地区也都有病例发生。

“当时,[地理信息系统] ArcGIS 被用来了解和预测疾病传播行为,以及支援应对机构准确判断要在何处、何时及如何部署资源。这项技术还帮助社区与救援组织间的沟通,并以更透明的方式进行合作,这样他们就能更快地将所需的协助,送达正确的位置”,Esri(被《福布斯》杂志称作地理信息系统技术的行业领导者)的创办人兼总裁杰克·丹格蒙德(Jack Dangermond)回忆。

那些年,第一线的急救人员所画的病例地图确保了埃博拉病毒的治疗单位设立在正确的位置,并且使没有网络的偏远地区获得最大限度的援助。

“在埃博拉病毒危机开始时,我们有23个成员组织在利比里亚和塞拉利昂工作。由于没有网络,很难获得农村地区的信息,”由50多个重要的人道主义、发展和保护组织组成的联盟“网络希望”(NetHope)的执行长劳伦·伍德曼(Lauren Woodman)对《地理空间世界》(Geospatial World)表示。

当时第一线的护理人员拿不到工资,因为发短信要花四天时间。NetHope 与其技术合作伙伴和捐助组织合作为400多个组织提供了网络。“当我们开始绘制地图时,发现在有网络的地区感染率正在下降,甚至早在当时,治疗单位就已经在这些地区上设点。但在感染率高的地区,却没有网络或治疗单位。如果我们没有在地图上标出这些区域,我们就不会发现这种相关性,”她补充道。“对我们的成员来说,地理空间数据有如此多的用途。与其他数据结合时,地理空间数据变得非常丰富。”

地理空间数据与人工智能等新兴技术的结合,在医疗保健领域创造了许多的机会和用途,因为位置因素在人口和个人健康中有着关键作用。

公共卫生的许多学科,如精密医学,都从中受益。“关于人工智能,我们已经看到它部署在整个 ArcGIS 社区中。丹格蒙德说:“这不是一个新趋势——自2014年起,人工智能便与 ArcGIS 共同用于因应埃博拉疫情。”

除了绘制地图外,他们还进行了时空分析,以评估偏远和受严重影响地区面对埃博拉的家庭风险因素,并开发了疫情传播的重力空间模型。地理空间工具和数据不仅有助于政府对抗病毒,还加快了作出回应及决策的速度。

寨卡病毒

这张美国疾病控制和预防中心的地图显示了2017年美国的寨卡病例数量。

2015年初, 源自巴西的寨卡病毒大流行,蔓延至南美及北美部分地区,并影响到太平洋和东南亚的几个岛屿。2016年2月,世界卫生组织宣布此次疫情为公共卫生紧急事件。为了监测由埃及伊蚊传播的寨卡病毒的扩散情形,美国疾病控制和预防中心使用了地理信息系统。

透过绘制寨卡病毒的地图,研究人员得以确定蚊子可能滋生的地区,并将结果与人口普查数据进行交叉比对。很快地便发现,显然寨卡病毒对孕妇的威胁重大,孕妇人口众多的地区随即被标示出来。为了她们的安全和福祉,相关单位在这些地区采取了必要步骤。

将地理空间技术用于追踪病毒最终促成了有效的政策制定、检验机制和社会意识。重灾区居民被鼓励使用杀虫剂和杀幼虫剂等来抑制疾病传播。在美国,大众可以时时关注显示该国寨卡病例数量的仪表板。

新型流感 H1N1

这张世卫组织地图呈现了2009年 H1N1大流行期间的全球病例分布

新型流感病毒 H1N1 于2009年1月爆发,至2010年8月共持续了一年多。在此期间,全球各地都通报了感染案例,其中美国、巴西、印度、墨西哥和中国是受影响最严重的国家。
美国的首批患者在2009年初被发现。感染人数迅速增加,并在该国蔓延,这种病毒含有一种过去从未在人类和动物身上发现的独特流感基因组合。当时,地理信息系统被广泛用于可视化和探索性空间分析(exploratory spatial analysis),以深入了解疫情。

美国的国家和地方卫生部门,包括疾病控制和预防中心,使用 Esri 的地理信息系统技术来测量 H1N1 病毒的浓度。由于该流行病的传播与地理因素有关,使得这种绘图工具对大众、专业人士和研究人员来说都很方便。

为了追踪病毒,俄亥俄州立大学的研究人员丹尼尔·詹尼斯(Daniel Janies)使用了一台超级计算机、谷歌地球和一个共享遗传数据的科学家网络。

该研究项目反映出 H1N1 病毒是如何变异、传播并使全世界生病的。他的地图显示了原先的流感病毒如何随着时间推移,对一种在中国被过度用于治疗牲畜的抗流感药物产生抗药性。尽管 H1N1 病毒最初出现在墨西哥,但詹尼斯对它进行溯源基因检测,并找出它与在猪、鸟和人类中发现的病毒的关联。

由于德克萨斯州的教育厅建议各校重新规划或取消部分活动,来避免学生于疫情中旅游并尽可能减少接触,卢伯克独立学区(Lubbock Independent School District)的学生使用学校的 ArcGIS 应用程序创建了德克萨斯州各县的基本地图。分析数据时,他们发现地图上颜色最深的区域(表示有最多确诊病例数)都是人口稠密的地区,而非边境的县。学生们用地理信息系统做出的视觉图表不仅与卫生保健单位有关,也关乎整个德州西部。

布隆迪疟疾

“消失的地图”(Missing Maps)志愿者在靠近坦桑尼亚边境的鲁伊吉(Ruyigi)农村地区追踪了近9万栋建筑。

布隆迪是东非大裂谷的一个内陆国家,也是非洲大湖区和东非的交会点,并在去(2019)年爆发了疟疾。自2019年1月以来,该国1100万人口中超过三分之二罹患了这种疾病。

在该国卫生部门寻求无国界医生组织(MSF)的帮助下,那些在地图上找不到的地区的问题浮现。就在那时,“消失的地图”(Missing Maps)志愿者介入并追踪了靠近坦桑尼亚边境的鲁伊吉农村地区的近9万栋建筑。在随后的几个月里,民间的64个小组针对金银亚(Kinyinya)区域的97%家户进行室内消毒。

通过使用地理信息系统进行的缜密准备和组织,团队得以在那些遥远的据点进行这么大面积的防疫工作。“它帮助我们规划行动的方方面面:行动小组的规模、所需天数以及相关的财务方面”,在“消失的地图”网站的一篇文章中,无国界医生组织水利卫生经理特拉奥雷·B·豪斯塞尼(Traoré B. Housséini)解释。藉著努力不懈及有效利用地理空间技术,无国界医生组织以室内消毒行动防止疟疾在布隆迪东部扩散,保护了约30万名居民。

禽流感

这张甲型禽流感 H7N9的中国疫情地图显示了累计病例数的分布情况。该地图是用 ArcGIS(由美国加州雷德兰兹的公司 ESRI 出品)创建的。

2013年2月至2015年3月期间,中国通报了人类感染甲型禽流感 H7N9 的病例。为了解并应付病毒,研究人员利用数据来定位传播路线,并预测病毒的下一次攻击位置。绘制病毒地图有助于确定一些非常重要的信息,例如引发病毒传播的因素。

使用多层数据绘制地图,为描述禽流感的传播和风险因素提供了一种有价值的方法。此外,基于模拟的中国人类感染预测风险图则有助于找出需要监测和介入预防措施的区域。

脊髓灰质炎

地图显示在尼日利亚北部根除脊髓灰质炎行动中,疫苗接种小组所到之处。

地理空间技术,尤其是卫星图像和全球定位系统,在印度东部比哈尔邦消除脊髓灰质炎方面发挥了关键作用。通过加强实证性宣传、增设疫苗接种点,以及规划和监测偏远地区的加强疫苗接种活动,该邦得以避免许多因免疫水平低落而感染的病例。在这些技术的帮助下,该邦某些地区的全面免疫覆盖率从2005-2006年的32%增加到2013年的70%以上。

同样地,使用全球定位系统和卫星图像追踪疫苗接种小组,尼日利亚也在对抗击脊髓灰质炎的战役中取得胜利。卫星图像可以精确定位出在地图上并不明显的偏远定居点和村庄。此外,全球定位系统的追踪有助于有效规划疫苗接种小组的任务,并随时监督他们的行动。并且,之前没有记录的10个州的精确地图也有助于大幅减少这些长期“被忽视”的居住地区。

非典型肺炎

这张地图呈现了2002年11月至2003年8月间感染非典的国家。

严重急性呼吸道综合症(SARS,或SARS-1,又称非典型性肺炎),一种人畜共通的病毒性呼吸系统疾病,于21世纪初出现。在2002年至2003年的一年内,30个国家通报了多达1万例非典病例。该次疫情也为地理信息系统专家提供了一个机会,展示现代空间分析和制图技术在建模、追踪和呈现疾病传播信息方面的有效性。

在疫情爆发期间,多个网站推出了频繁更新的地图,按地区、国家、全球三种不同的比例尺显示疾病的动态。其中一些网站更提供互动式地图及空间分析功能。这可能是大众第一次这么快速方便地了解危险疾病与他们有多接近,以及世界其他地方的情况。

掌握基本知识

2020年3月31日,世卫组织针对新冠肺炎爆发的信息仪表板。

定位是任何田野调查的基本原则。在新冠肺炎这类疾病规模爆发的情况下,相较于对象及时间,“地点”更加重要。地理空间工具和数据在流行病学方面有着巨大的潜力——能绘制事件地图、获取相关补充数据,并做出实证性的决策。

在抗击疫情的过程中,地理空间信息可用于人力追踪、确诊病例分布图、区域管理和空间大数据分析,以帮助当局做出明智的决策。中国超图集团 SuperMap 的周文雯和李云霞表示:“当与大数据相结合时,地理空间数据可以在快速可视化、疫情信息传播、病毒来源的空间追踪、区域传播预测、区域风险划分、确定防控优先级、资源控制和消除恐慌方面发挥积极作用。”。

虽然新冠肺炎持续造成的生命和商业损失,既悲惨又令人担忧,但这个机会也能让决策者了解,地理空间技术和数据不仅对遏制和应对疾病传播至关重要,而且有助于事先预防。


本文首发于《地理空间世界》(Geospatial World)网站上,全球深度报道网获授权编译转载

Avneep Dhingra 是地理空间媒体与通信公司(Geospatial Media and Communications)的助理编辑。他拥有超过12年的写作和编辑经验,对政治、经济、政策和科技非常感兴趣,并撰写各种主题的文章。

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