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GIS新型交叉前沿:健康GIS

发布日期:2020-01-03 发表者:gly 浏览次数:1073次

邹滨,中南大学教授,博士生导师,地球科学与信息物理学院副院长,有色金属成矿预测与地质环境监测教育部重点实验室副主任。任国际华人地理信息协会健康GIS委员会、国际摄影测量与遥感协会大气遥感工作组、中国地理信息科学理论与方法委员会、中国城市科学研究会健康城市委员会等学术组织委员、多个国际/国内学术会议大会与专题分会场主席。获全国高校GIS创新人物、科技部遥感青年科技创新人才资助,湖南省121创新人才,全国高校黄大年式教师团队等荣誉称号,获全国地理信息科技进步特等奖1项、全国测绘科技进步二等奖2项、湖南省首届科技创新奖1项等奖励。主要从事环境地理过程精细模拟与制图、环境暴露风险评估与预警研究。主持国家重点研发计划项目课题、国家自然科学基金、原环保部行业公益项目课题、湖南省地理国情监测重点专项、中国博士后科学基金特别资助等科研项目20余项,在GIS、遥感、环境等领域知名期刊(International Journal of Geographical Information Science、Remote Sensing of Environment、Environment International)等发表学术论文125篇,其中SCI/SSCI论文56篇,ESI高被引论文4篇,国内外累计引用2000余次。出版专著1部,参编6部,获批国家发明专利/计算机软件著作权登记40项。累计培养博士硕士毕业生20人。


       邹滨教授是国内较早运用GIS与遥感手段开展环境健康研究的学者。2007年作为国家第一批公派联合培养的博士研究生,邹滨前往美国德克萨斯州立大学深造,致力于环境与健康GIS研究,而彼时,相关的研究在国内仍然偏冷门。
       在此次采访的不久前,邹滨教授在2019第十六届中国地理信息科学理论与方法学术年会上,正式召集了“健康GIS”专题。正如他预期,“健康GIS”正逐步发展成为地理、公共卫生、环境等学科的新兴前沿交叉研究方向。

       优势要明,思路要清

     “科学研究的站位一定要高,科研视角才能开阔。”邹滨教授认为,健康GIS研究是国家和社会发展过程中服务社会大众的需要。也因此,在健康GIS发轫之初,他就坚持在国内试推“边研究边应用”的发展模式。
2014年10月,中国将全民健身上升为国家战略。2016年10月国家印发《“健康中国2030”规划纲要》。2017年10月18日,在中国共产党第十九次全国代表大会上的报告,习近平总书记强调:人民健康是民族昌盛和国家富强的重要标志,要完善国民健康政策,为人民群众提供全方位全周期健康服务。邹滨教授强调,从事健康GIS一定要响应国家的战略和方针政策,明确国家和社会的需求在哪里。
       近年来,社会治理面临的健康负担日益加剧,大气污染导致的人口死亡率增加,爆发性传染病等公共健康问题频发,如2009年新型甲型流感病毒H1N1在美国与墨西哥爆发,并迅速传播至全球,造成两万多例死亡病例。针对日益凸显的环境健康问题,如何准确了解环境污染空间分布及其动态变化规律,快速发现疾病时空分布格局,明确致病环境因子并开展有效的生态环境治理和疾病预防,已成为政府和公众广泛关注的焦点。对此,地理学和地理信息科学可以提供新的时空动态分析解决方案,已得到政府与学界的广泛认可。
       作为一个新兴交叉研究领域,邹滨教授强调,健康GIS研究的优势要明,思路要清。GIS与健康领域的结合,是一项跨界工作,涉及地理、公共卫生、环境、流行病等学科领域的融合交叉,一定要明白学科的各自优势所在。
首先,需突出不同学科的优势。“以我主要从事的环境健康研究为例,环境监测能够获取地面采样位置的环境指标数据;而公共卫生和医学在健康数据获取方面有其固有优势。但两者之间如何关联?”邹滨教授认为这就是地理学或者说地理信息科学技术在环境健康研究中的优势所在。“人类80%以上的活动与空间位置有关。任何人、任何活动都脱离不了时空的概念。因此,无论是环境数据、健康数据还是地理要素都能够在统一的时空框架下予以集成,并利用地理学的思维开展时空关联分析。同时,地理学家或者说从事地理及GIS研究的专家学者,在宏观规律认知、时空数据存储、表达、分析等方面也具备明显优势。”
       其次,在院校专业上也要明确学科融合交叉研究的特色优势。邹滨教授以其所在的中南大学为例谈到:“科学研究特别是交叉学科的研究要立足于所在院校的背景。中南大学在医学、公共卫生方面有百年的办学历史,拥有”湘雅医学院、湘雅公共卫生学院、湘雅大数据平台”等学科平台。同时学校拥有全国B+水平的测绘地理信息学科群,已经建有国家工程技术研究中心的环境学科也正在蓬勃高速发展。在这个背景下,在中南大学开展健康GIS交叉融合研究就具有很好的学科基础。”
       基于学科优势及特色,邹滨教授明确了“健康GIS”的研究思路:扎根地理科学,用地理学的研究范式,开展环境健康研究。放眼国际,健康GIS研究主要可以分为两大块,一块是空间流行病学,主要运用GIS时空分析方法研究流行病发展变化的时空分布格局,并预测其未来演化动态,国内北京师范大学、中科院地理所等也有相关团队从事此类研究工作。另一方面是慢性非传染性疾病的研究,如空气污染的癌症效应等。2019年全球疾病负担报告显示,在所有健康风险因素中,空气污染位列第五,而在中国,这个数字排第四。对此,邹滨教授讲到,这些年他们团队主要以大气颗粒物与土壤重金属污染为切入点,融合地理信息科学、环境科学、公共卫生等领域的理论方法,重点开展了环境污染暴露GIS时空统计模拟测量体系重构的研究工作,有力推动了从污染监测到暴露测量到风险防控的环境健康全链条研究体系的贯通。邹滨教授认为,在当今“大数据时代”背景下,地理信息科学在公共卫生与健康领域中的应用越来越广泛。从环境风险因子的外暴露调查,到环境致病因子与健康的内暴露关联,再到医疗资源的空间配置和可达性评价,以及公共卫生突发事件预警与应急响应,地理空间分析技术与人类健康主题相结合的研究已经越来越多,将会是未来GIS发展的重要方向之一。

       发力要准,服务要精

       邹滨教授同时认为,健康GIS作为一门交叉学科,涉及多个学科领域,一定要抓住其研究的痛点和难点。站在环境和公共卫生视角,传统的暴露调查方式是现场采集及问卷调查,用数页甚至数十页的回顾性调查问卷来研究个体的环境接触和暴露行为,这种调查方式难以准确、实时记录受访者在特定时空位置的暴露情况。同时,环境对于人健康的影响具有复杂性,例如老年人、中年人和婴幼儿对于空气污染的敏感性和耐受力不同。因此,如何“以人为中心”精确量化个体环境暴露是环境健康研究常常面临的一大难题。而地理信息技术为解决这一难题提供了契机。例如,与传统地面常规监测手段仅能获取表征有限、离散站点位置的空气质量浓度这一缺陷相比,基于卫星遥感数据的GIS模拟制图方法具有大范围连续表征空气污染时空分布的优势,越来越多的被应用于大气环境监测中。再如,带导航定位功能的个体便携式传感器设备可以实时详细记录不同时段、不同地点的个体环境暴露情况,并可在地图平台上精确分析。
       但同时地理信息技术的应用也存在其痛点与难点,如夜晚、阴天、有云等情况下,光学卫星获取不到数据或数据质量差,且在时空分辨率较低情况下,即使借助耦合多源因素的GIS建模手段,通常也难以准确揭示大气污染的时空情景。基于此,如何从地理学尺度视角突破精细模拟或者称微观模拟,这就是地理学及GIS在健康研究领域需要发力的点。此外,随着研究及应用的深入,环境健康研究的视角必然从室外转向室内,而室内定位精度偏低、室内外污染的时空差异如何,这些都还是问题,期待5G技术能助力这些问题的解决。
       健康GIS研究的目的在于服务的精细化与大众化。契合中国科学院、中国工程院李德仁院士提出的“4R”概念,邹滨教授认为,“健康GIS”研究的目标也在于实现精细化的“4R”服务,即将指定位置(right place)的实时(right time)、正确的污染暴露信息(right data/information/knowledge)推送给需要的人(right person)。
       比如在辅助决策层面,利用GIS将各类时空环境信息和健康相关数据进行统一整合、分析和可视化,最终对公共措施和政府决策起到指导性的作用,这将极大地推动各级政府近年来一直致力的环境保护和治理。基于“健康GIS”研究,结合我国环境治理的切实需求,邹滨教授认为,现阶段我国的环境治理应树立以风险为导向的治理理念,环境治理需从以环境质量标准规定的污染浓度指标控制转向面向人的健康风险基准的指标控制,通过风险防控来优化环境治理的时空范围。以空气污染治理为例,空气污染空间分布存在一定连续性,而人的分布同样也有时空积聚的特点。因此,如何将有限的治理资金、人力、物力优先投入到污染风险高的人口聚居区,这就是精准治理服务值得研究的一个方面。
       从生产管理层面来讲,“一定区域内污染的形成,天的因素(气象条件)可能暂时无法控制,但人祸还是可以加以管控的,如工厂超标排放、施工无序组织、秸秆随意燃烧等。GIS技术的应用可协助政府对这些‘人祸’进行监控、取证、处置等”。邹滨教授的研究工作,意在让政府对污染的监测监管不限于紧盯已经明确的重点排污对象,而是可以借助时空精细的污染空间分布模拟监测手段,进一步在全域地理空间全方位地发现更多的潜在需要管控的对象。
       在公众服务层面,目前相关的空气质量监测可视化网站、APP等已经十分广泛,能够帮助公众了解自身所处环境的空气质量,并基于此安排自己的日常出行活动。但邹滨教授认为这还只是宏观的面上的指导性意见,如何面向特定的个体提出有针对性的大气污染暴露健康风险规避建议更为重要。对此,参考现有最短路径、避免拥堵、高速优先导航思路,邹滨教授以规避或减少公众出行的空气污染暴露损害为目的,提出了一种基于低空气污染暴露的健康出行路径动态搜索算法,并设计开发了相应健康出行路线规划系统与服务,正寻求相应的产业化推广应用机会。

       坚守初心,为民谋福

       GIS在环境、医学、公共卫生领域的广泛应用,使得健康GIS这一交叉学科日益成为当前研究的热点。国内外许多大学都纷纷开设了GIS与公共卫生交叉学科的相关课程,以满足培养跨学科复合型人才的需求。
       但邹滨教授认为,现阶段我国在健康GIS学科交叉研究上仍存在较大的人才缺口。在他看来,健康GIS的多学科交叉特性,使得相关研究人员需深入了解每个学科的基础理论方法,只有在地理学、公共卫生、医学、环境科学等不同领域学习,才能在交叉研究上走得更深、更远,做出的研究成果才能真正服务与应用于社会与人民。2012年,他深知个人在健康GIS研究方向上需要进一步完善环境健康的理论与方法认知,毫不犹豫地选择了跨界攻读环境方向的博士后,这也为他后续更好地融合多学科领域知识,开展健康GIS研究奠定了坚实的基础。不仅率先垂范,作为中南大学地球科学与信息物理学院分管本科教学的副院长,邹滨教授在学院日常教学管理实践中,也一直在思考国家需要、科学研究与人才培养的结合方式。他强调,在人才培养目标设定,课程体系梳理,课程教学过程中,一定要强调国家和社会需求。
      “苦尽甘来,过去可不是这样的。”邹滨教授感慨道。“十几年前,我开始做GIS与环境健康的交叉研究时,国内无论是学科理念还是研究环境都不成熟,这个方向上的项目申请常难以获得认可与资助!研究工作举步维艰。当然,做科研特别是在新兴交叉前沿方向上的研究就是如此的,更何况这样的研究工作还是一开始在没有大的科研团队基础上起步的,更需要坚持坚韧,要有坐冷板凳的决心和准备。坚持下来就好了,这是我2007-2019以来最大的体会。”
       当问起他做科研的初心是什么。他笑说:“为中国人民谋幸福,为中华民族谋复兴。可能听起来有点大,但确确实实一路支撑着我的科研决心。”邹滨教授深感地理信息科学的发展壮大需要深化拓展环境健康领域研究,利用其时空关联关系的理论与方法,深度耦合环境、公共卫生、流行病学等多学科领域优势,才能实现健康GIS学科领域的纵向拓延与深度社会服务。说着,他又说回到地理学中,“健康GIS属于地理学的研究范畴,地理研究的时空变化过程与规律,几乎都离不开人,所以我们过去的研究工作可以理解为既是在搞科研,但又是真真切切地事关人们的福祉”。“做有用的研究,能够为国家环境治理与大众健康保护做出微薄贡献,于我而言是更大的幸福!”这是采访结尾邹滨教授对于研究初心的理解与表达。