基于GIS的湖北省釘螺螺情綜合數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建

常變?nèi)?，李仁東，徐興建，邱 娟，羅開盛

（1.中科院測量與地球物理研究所，湖北 武漢 430077； 2.中國科學院大學，北京 100049；3.湖北省疾病預防控制中心 血吸蟲病防治研究所，湖北 武漢 430079）

釘螺是血吸蟲的唯一中間宿主，釘螺分布決定血吸蟲的分布，掌握釘螺的分布狀況并監(jiān)測釘螺孳生環(huán)境，對于血吸蟲病的防治具有重要意義。以前，查螺工作主要通過先筆錄再匯總的方式分析釘螺的空間分布，較緩慢且不精確[1]。為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)的電子化和可視化[2]，提高血防工作引用空間數(shù)據(jù)資料的能力[3,4]，為建立精確的釘螺擴散預測模型提供科學依據(jù)，本文利用湖北省自1980年以來的螺情調(diào)查數(shù)據(jù)、中科院資源環(huán)境中心和其他單位提供的環(huán)境數(shù)據(jù)，構(gòu)建了湖北省釘螺螺情及其地理環(huán)境綜合數(shù)據(jù)庫。

1 數(shù)據(jù)收集及構(gòu)建流程

筆者收集了湖北省1980年～2010年的村級歷史螺情數(shù)據(jù)和該省2009年縣市區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)或者村級釘螺分布柵格圖片。從中國科學院資源環(huán)境科學數(shù)據(jù)中心獲得了湖北省村級行政區(qū)劃矢量圖，1980年、1990年、1995年、2000年、2005年及2008年的土地利用數(shù)據(jù)以及湖北省1980年以來的衛(wèi)星遙感TM、ETM+、MSS、SOPT5等衛(wèi)星遙感圖像；從國際科學數(shù)據(jù)服務平臺下載湖北省DEM影像；從湖北省水利廳收集到湖北省江河水情簡報；從湖北省24個二級氣象站收集到了氣象氣候數(shù)據(jù)。各類數(shù)據(jù)的地理坐標系統(tǒng)都采用GCS_Krasovsky_1940，投影坐標系統(tǒng)都采用Krasovsky_1940_Albers。湖北省釘螺螺情綜合數(shù)據(jù)庫構(gòu)建流程如圖1所示。

2 綜合數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建

2.1 基礎(chǔ)圖件數(shù)據(jù)庫

基礎(chǔ)圖件數(shù)據(jù)包括湖北省不同級別行政矢量圖、土壤類型圖、土地利用圖、多源衛(wèi)星遙感影像圖以及DEM影像。其中，多源衛(wèi)星遙感圖像為反演釘螺孳生的環(huán)境因子以及提取水系信息提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；DEM影像提供了研究山丘型釘螺所需的高程信息。

在Erdas 9.2軟件中，對湖北省2010年TM影像進行處理，包括影像的幾何輻射校正、圖像鑲嵌和圖像裁剪。在已有的土地利用數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，依靠人機交互的目視判讀方法，結(jié)合多次的野外調(diào)查數(shù)據(jù)進行土地利用變化信息提取，得到了湖北省2010年土地利用數(shù)據(jù)。借助于ArcGIS將上述數(shù)據(jù)導入GeoDatabase，構(gòu)建湖北省螺情基本圖件數(shù)據(jù)庫。

圖1 湖北省釘螺螺情綜合數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建流程圖

2.2 釘螺螺情數(shù)據(jù)庫

在分析歷史螺情資料的基礎(chǔ)上，根據(jù)研究所需設計了數(shù)據(jù)庫屬性表字段，共 110個字段，包括縣市區(qū)/鄉(xiāng)鎮(zhèn)/村名稱、國際代碼、釘螺面積及密度等，并依照這一標準整理各年份數(shù)據(jù)。其中，基本信息含釘螺地理區(qū)域分布，包括螺環(huán)境洲灘面積、耕地面積（水、旱田比例）、溝渠大小、養(yǎng)殖面積、種植結(jié)構(gòu)等；社會經(jīng)濟信息包括GDP、人均收入、交通、農(nóng)居密度等。湖北省的釘螺孳生環(huán)境類型分為湖沼型洲垸亞型、湖沼型洲灘亞型和山丘型丘陵亞型3種。依照這3種類型分別整理各年份的查螺滅螺信息，包括釘螺分布面積、調(diào)查框數(shù)、捕螺只數(shù)、陽性螺調(diào)查情況以及藥物和工程滅螺情況等。以湖北省的村級矢量圖為底圖，行政區(qū)國際代碼為關(guān)聯(lián)字段，利用Joins and Relates工具關(guān)聯(lián)上述屬性表，從而得到湖北省釘螺螺情數(shù)據(jù)庫。從圖2可知，湖北省釘螺主要孳生于沿江沿河流域。

圖2 2010年湖北省地理區(qū)劃及其釘螺分布圖

除此之外，借助ArcGIS平臺，利用Georeferencing工具將收集的2009年釘螺分布柵格圖片與相應的行政矢量圖進行空間配準，然后繪制釘螺的線狀和面狀分布圖，便可得到2009年釘螺分布的矢量圖，進一步完善釘螺數(shù)據(jù)庫。

2.3 環(huán)境因子數(shù)據(jù)庫

釘螺的分布與多種環(huán)境因素關(guān)系密切，如氣溫、植被、土壤、水域和地形。其中，水是釘螺生長繁殖的必要條件之一。地形因子主要指高程。從整個空間宏觀分布規(guī)律來看，極端低氣溫可能是影響釘螺分布的重要因素，雖然水、土壤、植被等也影響釘螺的分布，但它們在局部范圍的影響更明顯。因此，獲取釘螺孳生環(huán)境因子對于研究釘螺孳生的預測模型具有重要意義。

1）氣象氣候。收集到的氣象數(shù)據(jù)只是有限站點數(shù)據(jù)，未能覆蓋整個省區(qū)域。而空間插值就是用已知點來估算其他點數(shù)值的過程，是將點數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成面數(shù)據(jù)的一種方法[5]。采用克呂格空間插值方法，得到整個區(qū)域的氣象數(shù)據(jù)。

2）水系湖泊。從現(xiàn)有的土地利用分類圖中提取水域（河流、湖泊、水庫/坑塘）信息，利用高分辨率SPOT影像提取溝渠。湖北省江河水情簡報提供了各個水文站點記錄的各江河流域的水流量、水位等信息。

3）植被信息。在ENVI軟件中，依據(jù)歸一化植被指數(shù)計算公式,對TM影像進行波段計算，得到植被指數(shù)圖。植被覆蓋度的計算是基于像元二分模型，采用混合像元分解法[6,7]，將影像地類大致分為土壤和植被。在ENVI軟件中，依據(jù)植被覆蓋度公式FV=(NDVINDVIs)/(NDVIv-NDVIs)，其中，NDVI為歸一化差異植被指數(shù)，取NDVIv=0.7和NDVIs=0，對TM影像進行波段計算，得到植被覆蓋度圖。

4）地表溫度。地表溫度是地區(qū)環(huán)境分析的重要指標。目前，基于遙感圖像的地表溫度反演方法主要有輻射傳輸方程法、單窗算法和單通道算法[8]。本文采用輻射傳輸方程法，借助ENVI軟件，基于TM影像進行地表溫度反演，得到地表溫度分布圖。

5）土壤濕度。土壤濕度也是影響釘螺孳生的一個重要環(huán)境因子。目前，土壤含水量的獲取方法主要有田間實測法、土壤水分模型法和遙感法3類[9-12]。本文采用遙感法，通過建立TVDI模型來反演土壤水分含量，利用之前提取的植被指數(shù)（NDVI）和地表溫度（TS），在Erdas中通過建模來建立Ts/NDVI的特征空間來擬合干邊和濕邊方程，計算得到溫度植被干旱指數(shù)TVDI，然后根據(jù)TVDI和土壤實測水分的相關(guān)性建立反演土壤水分的TVDI模型，進而得到土壤水分數(shù)據(jù)。

最后，借助于ArcGIS軟件將植被指數(shù)圖、植被覆蓋圖和地表溫度圖數(shù)據(jù)導入GeoDatabase中。利用Toolbox中的Extract Values to point工具可以提取上述環(huán)境遙感因子柵格圖像的值。以湖北省的行政區(qū)矢量圖為底圖，以行政區(qū)國際代碼為關(guān)聯(lián)字段，利用Joins and Relates工具，關(guān)聯(lián)上述氣象氣候數(shù)據(jù)、水系湖泊數(shù)據(jù)、植被指數(shù)、植被覆蓋度以及土壤濕度數(shù)據(jù)，從而建立了湖北省螺情環(huán)境因子數(shù)據(jù)庫。

3 結(jié) 語

1）本文借助于GIS和遙感技術(shù)將不同來源的數(shù)據(jù)進行了統(tǒng)一，構(gòu)建了湖北省釘螺螺情及其地理環(huán)境綜合數(shù)據(jù)庫，為下一步釘螺擴散預測模型的建立奠定了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。今后可以將預測精度高的模型也納入此數(shù)據(jù)庫中。在此數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，利用GIS軟件，通過二次開發(fā)建立預測預警平臺，對湖北省的血防工作具有重要意義。

2）在GIS平臺下，該數(shù)據(jù)庫可以快速直觀地顯示自1980年～2010年間隔5 a的釘螺地理分布特征，便于分析釘螺的時空動態(tài)分布變化，了解多年來血防控螺滅螺工作的進展情況，提高了歷史有螺環(huán)境資料在釘螺監(jiān)測和控螺滅螺工作的利用價值。

3）由于人力、物力所限，完整地收集湖北省有釘螺孳生的各個行政區(qū)的螺情數(shù)據(jù)比較困難。另外，關(guān)于查螺地點經(jīng)緯度的記錄不夠全面，今后應將查螺框的地理位置精確定位，以便通過ArcGIS軟在電子地圖上實現(xiàn)螺點精確定位。

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