基于基于 GISGIS 的奶牛疫情监测系统研的奶牛疫情监测系统研究究

　　　

报告人：李林 单 位：沈阳农业大学畜牧兽医学院 　　　

感谢各位领导和专家百忙之中莅临指导

报告题目报告题目

主要内容一、 研 究 背 景

二、 系 统 设 计

三、 研 究 内 容

四、 研 究 成 果

近年来禽流感、口蹄疫、蓝耳病等动物疫病在中国部分地区暴发与蔓延，给人们造成了巨大的损失。计算机作为现代化的手段，是进行疫情信息管理、分析、预测的理想工具。

在国家中长期科学和技术发展规划纲要中明确指出农业信息化、现代奶业是我国在未来 15年内发展的重点领域及优先主题。

一、 研究背景

奶牛疾病对奶牛业危害严重 发生在特定地区一些奶牛传染病、地方病和人畜共患病等对奶牛业及人民身体健康危害非常大，严重地阻碍奶牛业的发展。

目前奶牛业发展存在的问题

疫情监测水平有待提高基本上是一种被动监测 ，对疾病信息的分析能力、辅助决策能力还比较弱。距离理想的“早发现、早反应”的运行状态还有很大差距 。

疾病的发生与流行、人才的分布等都与空间信息密切相关

成为 GIS 应用的前提

1

对不同地区自然条件、生态环境、奶牛疾病分布等进行普查和分析，从而提出有效的防治措施。

3

建立数字化监测平台，改进和完善现有的疾病监测、管理的手段和方法。

2

对畜牧兽医人才资源的现状、分布、专业层次进行调查，从而有目的地进行使用和培训。

地理信息系统（ GIS）是一个计算机辅助的空间数据信息管理系统，它可以实现空间数据的管理，分析和显示。

空间数

据 属性数

据

综合体

GISGIS是是

GG ISIS

奶牛 家禽 猪 羊 牛奶

城市 A

城市 B

城市 C

城市 D

城市 E

城市 F

GIS 概述

GIS 在医疗卫生中的应用

GIS对动物疫病监测的主要作用

实现动物疾病信息可视化管理 对动物疾病信息进行综合分析与模拟预测 辅助突发动物疫病事件的分析与应急方案的制定

世界各国都意识到 GIS对动物疾病监测的重要性，包括我国在内的一些国家都建立了基于 GIS的国家动物卫生信息系统来实现动物疫情的显示、汇总、分析。

目前，我国的系统对疾病信息的分析、辅助决策能力还有待加强。并且针对某种动物（例如奶牛）的畜禽疫情监测系统的建立及应用在我国几乎没有开展起来，也阻碍了动物卫生信息系统的建设与发展。

GIS在动物疾病监测的应用现状

通过把 GIS技术方法与畜牧兽医理论相结合，实现对奶牛疾病相关信息的可视化监测管理。

采用多种空间分析方法，对奶牛疾病信息进行综合分析，为开展疾病防治工作提供科学依据。

构建“基于 GIS的奶牛疫情监测系统”来动态监控奶牛疾病分布、发生、蔓延。保障奶牛业持续健康发展。

研究目的与意义

二、 系 统 设 计

a.开发环境b.技术路线c.系统结构d.系统功能

硬件环境 台式计算机：联想 80G 硬盘； 512M 内存 扫 描 仪： Scanmaker 6EL

数 码 相 机： Canon Pro90IS

数码摄像机： Sony TRV900E

打 印 机：联想激光打印机 LJ 1700

软件环境 操 作 系 统 为： Window 2000/Window XP

GIS 开 发 平 台 为： ESRI 公司的 MapObjects 2.1

空间数 据 操 作平台为： ESRI 公司的 ArcView3.2/ArcGIS 9.1/Mapinfo7.8

属性数据库管理系统为： Microsoft Access 2000

开 发 集 成 环 境 为： Microsoft Visual Basic 6.0

a.开发环境

低成本易开发

易于推广

准备阶段

疫情相关资料的收集整理

疫情相关专题地图的制备

分析模型的建立

空间分析方法选择、建立与完善

属性数据库空间数据库其他数据库

建立各种类型的数据库 系统的分

析与设计

设计阶段

开发阶段

系统基本功能的实现

系统的调试与修改

系统的测试与完善

系统功能的扩展

b. 技术路线

属性数据库 空间数据库 图形库 模型库

疫情相关信息管理

疫情可视化查询

疫情监测空间分析

动物法规预案帮助

高级评价模型分析

奶牛疫情监测系统

数据采集与处理

法规数据

分析模型

其它数据

空间数据

养殖情况数据

疫情数据

c. 总体结构

奶牛疫情监测系统

疫情相关信息管理

疫情可视化查询

畜禽资源信息

人才资源信息

动物疫情信息

影响因素信息 属性查图

图查属性

动态显示查询

面积和距离查询

奶牛疫情专题地图

影响因素专题地图

牛群免疫专题地图疫情监测空间分析

疫情涉及范围分析

疫情专题地图分析

疫区相邻分析

疫情动态分析

疫情信息叠加分析

疫区应急资源分析

平时预防措施动物法规预案帮助紧急控制措施

高级评价模型分析

地方病分析模型

资源配置分析模型

疫情预测分析模型

选址分析模型

应用应用 ArcGIS

等软件等软件

d. 系统功能

1. 奶牛疫情相关信息数字化和可视化监测研究2. 基于 GIS的奶牛疫情监测的空间分析方法和评价模型的建

立

三、 研究内容

a. 建立奶牛资源、疾病空间数据库和属性库 b. 建立奶牛相关法规及应急预案信息库 c. 奶牛疫情相关信息可视化查询与管理

1. 奶牛疫情相关信息数字化和可视化监测研究

a. 建立奶牛资源、疾病空间数据库和属性库建立数据库的技术路线

相关部门信息资料

书籍、期刊　互联网

数据来源

数据预处理

数据生成

数据库

数据管理

数据调用接口 数据检索 数据维护 数据备份 数据安全控制

数据规范化与标准化

数据库结构设计

奶牛资源

疾病信息

系统属性数据库

人才信息

疾病相关信息

空间数据库的内容包括：基础地理信息，如行政区划、公路、铁路、河流、湖泊、植被、地貌等以及疫病信息专题地图，养殖场地理分布图、传播媒介的空间分布图等。

系统空间数据库

基础地理信息专题图

b. 建立奶牛相关法规及应急预案信息库

　　收集、整理我国与奶牛相关法规预案，为辅助应急提供法律依据，并对发生的不同动物疫病提供科学的控制措施。

平时预防措施动物法规预案帮助

紧急控制措施

如发现动物口蹄疫时，提示要及时进行上报。

数据流程示意图

基础地理数据

地理空间数据库

奶牛疾病和人才数据库

地图显示 统计表格 分析图表 专题地图

奶牛相关信息

奶牛疫情监测平台奶牛疫情监测平台

c. 奶牛疫情相关信息可视化查询与管理 实现疫情相关信息显示与控制、查询与检索等功能，对奶牛疫情信息的监测管理和分析发挥有效的作用。

疫情相关信息管理奶牛资源信息人才资源信息奶牛疫情信息影响因素信息

疫情可视化查询

图查属性属性查图动态显示查询面积距离查询

图查属性－－可通过点击地图查询疫情数据。

使用属性工具点击地图，跳出属性窗口显示与奶牛疾病相关的信息。

属性工具

属性查图可综合查询多种与动物疾病相关的信息。为宏观决策分析提供依据。

查询奶牛某种疾病发病数大于一定数值的地区，这些地区高亮显示在地图上。

研究对动物疾病相关信息的动态显示。对一段时间内的疫情变化进行动态显示，分析其历史发展趋势。

根据所选的起止时间和疾病，地图不断发生变化。

动态显示查询

面积距离查询 研究动物疾病相关距离和面积的查询。可以计算到疫点的距离以及疫区的面积，从而合理快速的进行应急支援。

通过点击疫点和防疫站的位置而查询两点间的距离。

疫情相关信息管理

实现疫情数据权限管理与查询

分类管理畜牧兽医相关人才

2. 基于 GIS的奶牛疫情监测空间分析方法和评价模型的研究

a. 奶牛疫情监测空间分析方法的研究b. 建立适合奶牛疫情监测的分析评价模型

a. 奶牛疫情监测空间分析方法的研究

通过对奶牛资源、疾病时空信息进行叠加分析、缓冲区分析、数据重分类、相邻分析、动态模拟分析以及对疫情专题地图的编制，为奶牛疫情的预警预测及应急提供辅助支持。

疫情监测空间分析

疫情涉及范围分析

疫区相邻分析

疫情专题地图分析

疫情动态分析

疫情信息叠加分析

疫区应急资源分析

奶牛疫病相关信息叠加分析－－通过对养殖场、防疫站、疫点等地区信息图层的叠加，可从整体分析其分布情况，为制定决策提供依据。

可用于根据疫点和防疫站的位置，就近调配疫病控制物资等。

奶牛疫情涉及范围分析－－提供多种形状的缓冲区分析，可视化疫情的影响区域。

根据周围山脉、河流的分布调整缓冲区的具体形状。将由于山脉等自然屏障而对疫病形成自然隔离的地区划出缓冲区。

疫区相邻分析－－分析疫区周围地区的情况，为这些地区及时防疫提供支持。

图中红色地区为疫区，蓝色标记的是其相邻的

地区

疫情专题地图分析

为综合评价疫病分布和奶牛相关资源分布提供技术支持。

进行从简单到高级的图表渲染和专题地图制作，为综合评价疫病分布和奶牛相关资源分布提供技术支持。

疫情动态分析

通过对疫区扩大缩小、以及上下左右的动态分析，显示其可能的扩散趋势及涉及的范围，为提前防疫做好准备。

也可以分析不同疫情的重叠区域情况，从而为制定更合理、全面的防疫计划提供支持。

根据疫区动物和其产品流动情况 ,并考虑风向等因素，分析疫病可能传播的区域。也为疫病追踪提供支持。

疫区应急资源分析

分析疫区范围内防疫站、养殖场等情况，评估应急力量，以及潜在的受威胁因子。

可对所选区域易感动物数等进行统计，从而确定疫苗的用量。

b. 建立适合奶牛疫情监测的分析评价模型 通过 Arcgis等软件建立多种用于分析、评价、预测奶牛疾病相关信息的分析评价模型。有助于提取出隐含信息，加深对奶牛疾病的理解，为奶牛生产、疾病防控的宏观调控提供依据。

高级评价模型分析

地方病分析模型

资源配置分析模型

密度分析模型

选址分析模型

最优路径分析模型

疫情预测分析模型

ModelBuilder ：提供类似流程图的空间数据处理自动化界面。

应用 Arcgis的 ModelBuilder 建模解决空间问题既能将问题一步步分解，又能将分析方法重用。

地方病数据 分类的地方病数据

土壤有机质含量

分区汇总统计 土壤有机质在含量各个地方病发病区

的汇总统计表

再分类

地方病数据 分类的地方病数据

土壤有机质含量

分区直方图分析土壤有机质在含量各个地方病发病区

的直方图

再分类

奶牛地方病分析模型

可分析奶牛疾病与自然环境的关系（如土壤氟含量与奶牛地氟病关系），为实施预防和诊治某些地方病的提供依据。

形成汇总统计表与直方图

随着土壤氟含量的增加，地氟病的发病率也增加。

防疫检疫点专题图

行政区专题图

防疫点服务影响范围防疫检疫点专题图

资源合理配置评价图

邻近分析

叠加

资源合理配置分析模型

通过距离因素来确定防疫站的服务范围，有利于将有限的卫生 资源进合理的配置。

也适用于当发生奶牛疫情时，确定哪些临近的防疫站，医疗机构能在最短时间上给予支持。

相同颜色的区域是通过距离因素来确定防疫站的服务范围。

可对奶牛疾病相关信息进行整体评估。

奶牛数量专题图

奶牛密度分布图

奶牛密度分级图

奶牛密度评价图

密度分析

再分类 再分类

人才资源专题图

人才密度分布图

人才密度分级图

人才密度评价图

密度分析 再分类 再分类

奶牛密度评价地图分析模型

人才密度评价地图分析模型

奶牛疾病相关信息密度分析模型

有利于制定准确的宏观调控计划，如确定最佳的饲养结构和饲养密度等。

为新建养殖基地、兽医机构等的选址提供依据。

选址分析模型

现有兽医卫生机构

专题图

奶牛数量专题地图

土地使用专题地图

现有兽医卫生机构

距离图

奶牛密度分布地图

栅格化土地使用专题地图

再分类的现有兽医卫生机构

距离图

再分类的奶牛密度分布地图

再分类栅格化土地使用专题地图

综合评价专题图

再分类综合评价

专题图

现有兽医卫生机构

专题图

道路专题图

奶牛数量专题地图

土地使用专题地图

选址分析综合评价图

距离

分析

密度

分析

栅格

化

再分

类

地图 计算

再分

类

叠加

分析

再分

类

再分

类

综合考虑地理环境、已有的设施分布、潜在的需求分布等因素，通过叠加、密度和再分类等分析方法，进行科学的选址。

图中颜色越深的地方表示越适合新建设施的地方。

兽医卫生机构专题图

养殖场专题图

道路专题图

路径综合分布图 最优路径分布图叠

加

网络分析

最优路径分析模型

应用网络分析法选择到达疫区的最优路径。

选择到目的地的最优路径，节约应急成本

对奶牛疾病相关数据进行基于 GIS 的空间统计分析，为辅助决策提供技 术上和理论上支持。主要应用 Arcgis9 等空间统计分析软件。

空间统计分析与经典统计分析的差别 经典统计分析的基本假设是样本的相互独立，无法揭示与地理位置相关的空间数据

关联性和依赖性。

空间统计分析是对经典的统计分析技术加以修改，以使它们能够适用于空间数据的统计分析。

GIS为动物流行病学研究中空间数据的管理、分析提供有效工具。

疫情预测分析模型的研究

A 区奶牛炭疽分布空间特征研究及预测图的建立

采用基于 GIS 的空间统计学方法研究 A 区奶牛炭疽历史数据的空间分布特征 ，并对整体炭疽分布情况进行预测。

奶牛炭疽疫点在A区内地理空间中的分布图

集聚性分析结果：高集聚性

A 区内炭疽疫点空间位置集聚性分析结果 A 区炭疽密度空间集聚性分析结果

炭疽疫点分布为集聚分布模式，而不是离散分布。

表示炭疽分布都是高密度区与高密度区邻接，低密度区与低密度区。

空间自相关分析结果： 显著的正空间自相关

A 区炭疽分布的变异函数各向异性分析曲线及平面图

变化以指数形式衰减存在空间方向性

根据得出的 A 区炭疽分布的空间特征 ，可以运用 Arcgis9软件的地统学功能，建立 A 区炭疽分布预测图（左图）。

将得到的预测图与炭疽分布矢量图层叠加（右图），预测图中炭疽密度与矢量图中的炭疽密度基本一致 ,能较好地反映A 区的炭疽分布情况。

A 区炭疽分布预侧图颜色越深表示炭疽密度越大

A 区炭疽分布预测图与疫点矢量图的叠加图蓝色斑点的大小表示炭疽密度的高低

实现了奶牛疾病相关信息可视化管理。为管理和研究奶牛疾病相关信

息及其空间分布特征提供了科学、便捷的方法。 建立了多种用于分析、评价、预测奶牛疾病相关信息的数字化方法。

有助于提取出隐含信息，加深对奶牛疾病的理解，为奶牛生产、疾病防控的宏观调控提供依据。

构建基于 GIS 的奶牛疫情监测系统。为我国畜禽疫病监测系统建设提供良好的应用和技术层面的参考。

四、研究成果

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请各位领导和专家批评指正！请各位领导和专家批评指正！