摘要

随着空间信息技术的更新和发展，其在公共卫生领域的应用也更加深入和广泛。遥感能够快速、全面地探索、发现、监测与人类健康相关的环境因素，地理信息系统为传染病相关流行因素数据的管理和分析提供了快速、先进、可靠的技术手段，结合多维信息可视化、计算机模拟等数据分析与表达方法不仅能动态分析传染病的时间与空间分布特征，而且可以使我们从全新的角度和方式来研究和认识传染病，从而为传染病时空传播和流行规律的研究提供新的思路和方法。

血吸虫病是一种具有地方性和自然疫源性的人畜共患传染病，在我国存在历史悠久，分布面积广泛，传播过程又涉及众多的自然因素和社会因素，从而给血吸虫病防制工作带来了极大的困难。近几年来，由于西部大开发、三峡移民等工程的实施，我国的自然、社会和经济等因素变化较大，血吸虫病疫情回升显著，表现为血吸虫病患病人数增多，急性感染人数呈上升趋势，局部地区钉螺扩散明显，感染性钉螺分布范围逐渐扩大，部分已经达到传播控制标准和传播阻断标准的地区疫情严重回升，出现向城市蔓延的趋势等，对人民健康、经济发展和社会进步构成威胁，血防工作形势严峻。

我国血吸虫病流行区具有严格的地方性,它与钉螺的分布基本一致。可分为水网、湖沼和山丘三种不同类型。流行区中，湖沼型钉螺面积占全国钉螺总面积3400 km²的95%以上，其中，江西省鄱阳湖周围的11个县为血吸虫病流行区。本文基于空间信息技术研究鄱阳湖区洲滩环境下血吸虫病相关因素的监测方法及其时空传播规律，旨在为我国湖区GIS血吸虫病预警系统的建设提供方法和技术的贡献，从而为血吸虫病防制提供辅助决策和为应急反应奠定基础。本文主要开展了以下四部分的研究工作。

（1）基于TM遥感影像的钉螺可疑孳生地的识别研究。

针对鄱阳湖区钉螺分布面积广泛的特点，本文基于流行病学现场调查的方法，在2005年现场考察鄱阳湖区血吸虫病流行地区，同时测量和收集疫区洲滩上的植被数据和钉螺数据。结合历史文献资料以及合作单位提供的数据，分析了鄱阳湖区洲滩和有螺洲滩的分布状况，进而分析了鄱阳湖区植被分布状况及其与钉螺分布的关系。采用同一时相的覆盖鄱阳湖区的TM遥感影像，选取合适的研究区，仔细分析研究区地貌，典型地物的光谱特征，地面考察收集样本点的光谱特征，形成用于分类的专家经验性知识，然后采用基于知识模型的专家决策分类方法分类识别钉螺可疑孳生地，分类精度较已做过的研究有提高，总体精度为88.94%。将分类结果与鄱阳湖区钉螺分布地图集进行了对比分析，并统计分析了2005年研究区内钉螺孳生面积情况，结果表明整个研究区面积为1567.720 km²，其中适合钉螺孳生的面积为582.292 km²，占整个研究区面积的37.14%。由此可见鄱阳湖区钉螺分布面积广泛，血吸虫病防制的工作任务艰巨。

（2) 基于图像特征的洲滩钉螺滋生小环境的自动识别研究。

针对鄱阳湖区洲滩环境下钉螺的密度和植被所造成的微小气候直接相关的特点，本文根据现场采集的数据具体分析一块鄱阳湖洲滩上植被的种盖度和总盖度与钉螺密度的关系，对采样点数据进行聚类分析，确定了不同植被种盖度和总盖度对应的钉螺密度关系模型。针对采样点图像表现出来的不同植被种盖度和总盖度的图像特征，研究确定有效的图像特征提取方法，基于图像特征设计实现基于BP神经网络分类器的钉螺孳生小环境识别算法对采样点图像进行自动分类，确定其对应的钉螺密度关系，并且分类精度较高。本算法不受图像获取时光照变化和方向性的影响，适用于白天的各个时间段和各个方向所获取的所有图像。因此将本算法集成到模型飞机搭载的CCD相机获取和处理系统中，能够根据自动分类的结果进行聚类从而产生灭螺方案的处方作业图，参照作业图并在GPS的指引下进行灭螺喷药，可以大大节省人力和物力，对灭螺工作有重要的指导意义。

（3）基于智能体的鄱阳湖洲滩环境血吸虫病的智能模拟研究。

传统的流行病学数学模型方法采用构建微分方程的方法来模拟血吸虫病的生命周期和传播过程。血吸虫病的时空传播模型，引入高程变化等地理因素模拟血吸虫的毛蚴和尾蚴数量变化，上述模型都是以群体为单位考察群体数量变化的数学建模分析方法。而基于智能体的模拟模型以个体为单位进行建模，所以模型容易扩展和修改。本文基于复杂自适应系统的理论方法，采用自下而上的基于智能体（个体）的建模方法模拟分析鄱阳湖洲滩血吸虫病传播过程中几个相关主要因素的特征以及重要作用程度。在分析鄱阳湖地区洲滩上钉螺的生态学特征、血吸虫的毛蚴的生态学特征、洲滩上血吸虫病的主要传染源－牛的日常行为活动特征的基础上，建立了包括钉螺生长时空变化,毛蚴感染钉螺时空变化,以及牛群活动受感染作用时空变化的概念模型。根据概念模型设计并基于Swarm平台和java语言编程实现了上述三个智能模拟模型，并对模型运行计算与显示的模拟过程和结果进行了分析。将上述三个模拟模型连接，以余干县长江洲为例，综合模拟长江洲环境、钉螺、血吸虫毛蚴、牛相互作用的关系和时空变化过程,模拟初始结果显示长江洲仍然属于比较严重的疫区，应采取相应的积极的防制措施，模拟灭螺工作开展后，结果显示牛的新增感染率明显下降。

（4）鄱阳湖区血吸虫病监测预测信息系统研究。

针对我国湖区GIS血吸虫病预警系统建设的总体目标,本文研究了鄱阳湖区血吸虫病监测预测系统的构建方法。在研究分析了监测预测信息系统的建设目标、功能需求和建设内容的基础上，对系统的总体架构进行了设计，同时探讨了系统实现架构的建设方法。同时集成上述研究成果设计易于与鄱阳湖区血吸虫病监测预测信息系统集成的血吸虫病模拟子系统，最后开展了原型系统试验。鄱阳湖区血吸虫病监测预测系统的构建对于我国湖区GIS血吸虫病预警系统研究有重要的参考价值，血吸虫病模拟子系统的设计开发有助于基于虚拟地理环境研究血吸虫病的发生与传播、控制规律。

关键词：血吸虫病；鄱阳湖；洲滩；钉螺；遥感；决策树；特征提取； BP神经网络；智能体；分布式计算；Swarm；Java3D；VRML