Тема 4. Геоинформационные технологии в оценке воздействия факторов окружающей среды на здоровье населения.

Понятие о Геоинформационной системе (ГИС)

Геоинформационная система (ГИС) - это программно-аппаратный комплекс, решающий совокупность задач по хранению, отображению, обновлению и анализу пространственной и атрибутивной информации по объектам территории. Одна из основных функций ГИС - создание и использование компьютерных (электронных) карт, атласов и других картографических произведений.

ГИС, или географические информационные системы - это аппаратно-программные комплексы, позволяющие эффективно работать с пространственно распределенной информацией. Они являются закономерным расширением концепции баз данных, дополняя их наглядностью представления и возможностью решать задачи пространственного анализа. Практически в любой сфере деятельности мы встречаемся с информацией такого рода, представленной в виде карт, планов, схем, диаграмм и пр. Это может быть схема метро или план здания, карта экологического мониторинга территории или схема взаимосвязей между офисами компании, атлас земельного кадастра или карта природных ресурсов и многое другое. ГИС дает возможность накапливать и анализировать подобную информацию, оперативно находить нужные сведения и отображать их в удобном для использования виде. Применение ГИС-технологий позволяет резко увеличить оперативность и качество работы с пространственно распределенной информацией по сравнению с традиционными «бумажными» методами.

На базе ГИС возможно - организовать цельную систему, которая позволила бы объединить в себе параметры окружающей среды и показатели здоровья населения, проанализировать и представить лицам, принимающим управленческие решения, возможные варианты совершенствования системы.

 

Классификация ГИС

В настоящее время разработано и эксплуатируется большое количество ГИС, которые построены на различных принципах. Не отрицая различий, лежащих в основе разнообразных ГИС, следует отметить, что большинство систем предлагают набор функциональных возможностей, отвечающий значительному количеству потребностей пользователя. Однако вопрос не ограничивается лишь существованием тех или иных функциональных возможностей. Важно то, как они реализованы в системе и какие модели данных поддерживают. Функциональные возможности систем и их реализация во многом зависят от проблемной ориентации пакетов. Правильный выбор базовых программных и информационных инструментальных средств ГИС затруднен еще и тем, что в настоящее время отсутствует четкая классификация ГИС. Минимальным набором критериев, позволяющим идентифицировать каждую конкретную ГИС, являются: территориальных охват, предметная область информационного моделирования и проблемная ориентация. На основе указанных критериев, а также критерия полноты использования цифровой картографической информации (ЦКИ) и типа цифровой модели можно выделить три основных группы ГИС:

- ГИС цифрового картографирования и геодезического обеспечения;

- Информационно-аналитические ГИС;

- Информационно-справочные и статистические ГИС.

В свою очередь по своим функциональным возможностям, архитектурному построению, возможностям и универсальности пользовательского интерфейса ГИС могут подразделяться на инструментальные и специализированные. Большинство ГИС являются специализированными,

Первая группа ГИС предназначена для создания, обновления, хранения и выдачи цифровой картографической информации, получаемой по традиционным картографическим материалам (карты и планы различного масштаба), по материалам аэрокосмосъемки и материалам геодезической съемки. В настоящее время это наиболее представительная группа ГИС как на отечественном, так и на мировом рынке. Данная группа ГИС является базовой основой остальных ГИС Особенностью данных ГИС является создание или обновление цифровой модели карты (или местности), что накладывает особые требования к цифровой картографической информации по достоверности, точности, полноте и способу представления данных.

Во вторую группу входят ГИС, инструментальные средства которых обеспечивают решение задач в части анализа и моделирования природных явлений и ситуаций, связанных с деятельностью человека. Такие ГИС ориентированы на готовые цифровые модели карты и используют для своего моделирования всю полноту и возможности ЦКИ. Эта группа ГИС должна обладать хорошо развитыми средствами пространственного анализа и моделирования, средствами картографической графики и иметь хороший пользовательский интерфейс со средствами разработки приложений. Конечным продуктом таких ГИС являются модели оценки и прогнозирования ситуаций, графическая интерпретация которых представляется в виде тематических карт и планов.

Эту группу ГИС можно разбить условно на три класса:

 - ГИС анализа и моделирования природных явлений (оценка чрезвычайных ситуаций, вызванных наводнениями, землетрясениями, ураганами, пожарами и т.п.);

- ГИС анализа и прогнозирования окружающей среды;

 - ГИС специального назначения (ГИС для моделирования боевых операций, тренажеры, военные компьютерные игры, навигационные спутниковые системы, навигационные морские и автомобильные системы). Третья группа ГИС в настоящее время является наиболее развивающейся.

Здесь можно выделить также три класса ГИС:

- информационно-поисковые ГИС (земельные, лесные, водные и городские кадастры, природопользовательские системы, системы административного управления и т.п.);

 - статистические ГИС (социальное, медицинское, политическое и др. прогнозирование, статистические отчеты в графической форме для систем управления всех уровней и т.п.);

- справочные и учебные ГИС (туризм, сфера торговли и культуры, городской транспорт, планы городов с адресами и т.п.). Основная часть информационно-справочных систем реализуется на базе инструментальных ГИС, таких как Arc/Info, Mapinfo, WinGIS и других.

Основными составными частями географической информационной системы являются следующие: ▼аппаратные средства, ▼программное обеспечение, ▼данные,  ▼исполнители и ▼методы.

Аппаратные средства - это средства вычислительной техники, являющиеся платформой для установи программного обеспечения.

Программное обеспечение - это набор программных средств и инструментов, реализующих функции хранения, анализа и визуализации пространственной информации. Ключевыми компонентами программных продуктов являются: средства для ввода и обработки географической информации, системы управления базами данных, средства поддержки пространственных запросов, анализа и визуализации, средства дружественного интерфейса для упрощения доступа к инструментарию.

Данные – информация о пространственном расположении объектов и связанные с ними табличные данные могут быть собраны непосредственно пользователем либо приобретены у поставщиков на коммерческой или другой основе. Методология и методика определения точных целей и постановки задач, решение которых должно привести к реализации этих целей, полностью определяет эффективность применения ГИС во всех областях исследовательской и практической деятельности.

Географические информационные системы общего назначения предназначены для выполнения пяти основных процедур с данными. Ввод. Для использования в ГИС пространственные данные должны быть преобразованы в подходящий цифровой формат. Манипулирование. Для выполнения конкретных проектов имеющиеся картографические данные необходимо преобразовать в соответствии с требованиями системы. Технология ГИС предоставляет разные способы манипулирования пространственными данными в соответствии с поставленными задачами. Управление. Наиболее эффективной и эргономичной является реляционная структура баз данных. Данные хранятся в табличной форме. При этом для связывания таблиц применяются общие поля. Запрос и анализ. При условии адекватной постановки задачи и соответствующего уровня формализации данных технология ГИС и географической информации с помощью ГИС можно выявлять и задавать шаблоны для поиска, проигрывать сценарии по типу «что будет, если…» и т.д. Визуализация. ГИС предоставляет новые средства, расширяющие и развивающие возможности и научные основы картографии. С ее помощью визуализация самих карт может быть дополнена отчетными документами, трехмерными изображениями, графиками и таблицами, фотографиями и другими средствами, например, мультимедийными.

Тема 4. Геоинформационные технологии в оценке воздействия факторов окружающей среды на здоровье населения.

Проблема информационного обеспечения исследований влияния техногенного загрязнения окружающей среды на здоровье населения. Понятие о геоинформационной системе (ГИС). Классификация и структура ГИС. Геоинформационные технологии в здравоохранении. Методы пространственного анализа.

 

При проведении исследований по оценке влияния техногенного загрязнения окружающей среды на здоровье населения возникает ряд проблем, которые в значительной степени снижают результативность научных разработок.

До настоящего времени состояние здоровья населения, подвергающегося воздействию неблагоприятных экологических факторов, в основном изучается по показателям общей заболеваемости. Учитывая необходимость комплексной оценки здоровья населения, многие исследователи используют также и другие показатели - демографические, функционального состояния и физического развития организма. При этом основным источником информации остаются данные по обращаемости населения за медицинской помощью.

Важно учитывать, что уровень заболеваемости, регистрируемый статистикой, зависит от ряда факторов:

1) состояния медицинского обслуживания на данной территории (обеспеченность врачами, средним и младшим медицинским персоналом, оборудованием, специализация медицинской помощи, квалификация врачей, радиус врачебного обслуживания и доступность медицинской помощи);

2) субъективного отношения больного к своему здоровью (25-30 % населения не обращается за медицинской помощью);

3) статистического учета врачебных диагнозов, социального статуса и образования населения, культуры населения, своеобразной «моды» на диагнозы.

Все эго формирует уровень заболеваемости и, следовательно, оказывает влияние на результаты оценки состояния здоровья населения.

Медико-демографические последствия экологического неблагополучия региона получают наиболее объективную оценку, когда наблюдения и исследования ведутся на особо чувствительном контингенте населения - детях. Организм ребенка практически не испытывает воздействия вредных факторов, формируемых образом жизни (профессиональные болезни, никотин, алкоголь), менее экспонирован к действию лекарственных средств.

Вместе с тем высокая восприимчивость растущего организма к действию неблагоприятных факторов, в том числе малой интенсивности, характеризует однотипные изменения, детерминированные условиями внешней среды, которые проявляются на популяционном уровне.

Однако, ориентируясь на изучение детской заболеваемости в связи с неблагоприятным воздействием экологических факторов, нужно иметь в виду трудности организации медицинской помощи в сельских районах, которые различаются плотностью населения, средним расстоянием между населенными пунктами, обеспеченностью автомобильными дорогами, удаленностью от сельских врачебных амбулаторий и больниц и др. В связи с ухудшением материального положения населения, повышением цен на транспорт, сокращением автобусных маршрутов на селе родители не всегда могут привозить детей для осмотра педиатра и узких специалистов в районную поликлинику, вследствие чего заболевание может остаться невыявленным.

Кроме того, в сельской местности существует и такая проблема, как необходимость получения больничного листа или справки по уходу за больным ребенком. В городе этот зопрос решается вызовом врача на дом, а на селе матери чаще всего ухаживают за больным ребенком, продолжая работать. При этом, если заболевание не носит тяжелой формы, случай не регистрируется медицинской статистикой. Все это может значительно повлиять на учет уровня детской заболеваемости (по обращаемости) и существенно занизить его. Поэтому заболеваемость детей в сельских районах республики, по данным статистики, в 2-2,5 раза ниже, чем в городах [4].

Наиболее достоверные данные могут быть получены в результате специальных исследований накопления в организме человека химических веществ техногенной природы (например, тяжелых металлов, нитратов и т. д.) в сочетании с углубленными исследованиями состояния здоровья различных групп населения. Но это возможно только на основе специальных исследований, которые трудоемки, дорогостоящи и поэтому проводятся в малом масштабе.

Проблематичным является и получение информации о загрязнении различных сред на данной территории с необходимым количеством проб и замеров за длительный период времени. Существующая система наблюдений за уровнями загрязнения приземных слоев атмосферы не позволяет в полном объеме оценить экологическую ситуацию на всей территории объекта. Наблюдения ведутся, как правило, на нескольких стационарных постах только за ограниченным числом загрязнителей, поэтому значительное количество загрязняющих источников остаются вне контроля. Режим работы постов наблюдения не позволяет фиксировать все случаи максимальных концентраций в течение суток и залповые выбросы. Известно, что небольшие, но систематически повторяющиеся превышения ПДК, не выявленные в процессе наблюдения, могут через определенное время проявиться неспецифическими реакциями организма на эти вещества. Случайные пиковые подъемы концентраций на фоне постоянного воздействия предельно допустимых могут вызывать тяжелые изменения в организме. Так, например, в городе со среднемесячной загазованностью ниже ПДК даже разовый выброс двуокиси серы, превышающий установленную норму, сопровождается ростом обращаемости в поликлиники по поводу бронхита в течение последующих двоих суток.

В связи с этим необходимо различать фактическую и регистрируемую заболеваемость, фактический и выявленный при контроле уровень загрязнения,  которые могут являться причиной несовпадения данных об уровне загрязнения окружающей среды и заболеваемости населения.

Медико-географическое картографирование является одной из эффективных форм интерпретации антропоэкологической обстановки. Внедрение этой формы медицинской оценки территории региона по заболеваемости позволяет осуществить дифференцированный подход к определению состояния здоровья населения, проживающего в разных экономико-географических зонах города, и разработать концепцию территориального научно обоснованного планирования и внедрения дифференцированной системы реабилитации. Дифференциация территории по уровню заболеваемости может служить основой для разработки комплекса мероприятий по оздоровлению населения как в масштабе города, так и на региональном, локальном уровнях. Пространственные особенности распространения патологии позволяют выявить приоритетные направления деятельности по снижению заболеваемости, конкретизировать организацию лечебно-диагностической и профилактической деятельности поликлинических учреждений. Использование современных геоинформационных (ГИС) технологий для создания системы автоматизированного картографирования становится привычной формой представления информации, обеспечивающей визуальное восприятие медико-экологической информации в концентрированном графическом виде.

ГИС, отражающая пространственно-распределенные данные, представляет собой эффективное средство сбора, передачи, хранения информации и в полной мере отвечает требованиям медико-экологического мониторинга. ГИС имеет объектную пространственную основу (цифровая карта), собственную базу данных, связанную с пространственной основой. Каждый объект наблюдения описывается по определенным правилам и подвергается статистическому анализу и математическому моделированию. Цифровая карта обеспечивает лучшее восприятие информации, позволяет путем произвольного комбинирования тематических слоев получать опосредованные сведения, которые не указаны в базе явно, дает возможность быстро прогнозировать санитарную и эпидемиологическую ситуацию, создавать новые тематические слои и обновлять существующие.

Геоинформационные системы это одни из наиболее развитых глобальных АИС в экологии на данный момент.

Современные информационные технологии предназначаются для поиска, обработки и распространения больших массивов данных, создания и эксплуатации различных информационных систем, содержащих базы и банки данных и знаний.

В широком смысле слова, информационная система - это система, некоторые элементы которой являются информационными объектами (тексты, графики, формулы, сайты, программы и пр.), а связи носят информационный характер.

Информационная система, понимаемая в более узком смысле, - это система, предназначенная для хранения информации в специальным образом организованной форме, снабженная средствами для выполнения процедур ввода, размещения, обработки, поиска и выдачи информации по запросам пользователей.