趙巧麗，李國強(qiáng)*，馮 曉，楊敘國，王進(jìn)磊，秦一浪，鄭國清

(1.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)與信息研究所，河南 鄭州 450002； 2.鶴壁市畜牧局，河南 鶴壁456600；3.河南省天下糧倉信息技術(shù)有限公司，河南 鄭州 450002)

基于GIS的畜禽疫病監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的構(gòu)建與實(shí)現(xiàn)

趙巧麗1，李國強(qiáng)1*，馮 曉1，楊敘國2，王進(jìn)磊3，秦一浪3，鄭國清1

(1.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)與信息研究所，河南 鄭州 450002； 2.鶴壁市畜牧局，河南 鶴壁456600；3.河南省天下糧倉信息技術(shù)有限公司，河南 鄭州 450002)

為提高疫病監(jiān)測的準(zhǔn)確性和科學(xué)性，依據(jù)畜禽疫病防控知識、專家經(jīng)驗(yàn)，采用人工智能、GIS技術(shù)等相關(guān)技術(shù)，構(gòu)建了河南省畜禽主要疫病監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)雞、豬和牛等常見疫病的實(shí)時監(jiān)測和預(yù)警。系統(tǒng)由服務(wù)器端和手持終端兩部分組成。服務(wù)器端基于B/S架構(gòu)，應(yīng)用C#語言、VS2010工具進(jìn)行開發(fā)。服務(wù)器端負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的匯總與分析，有系統(tǒng)管理、上報管理、流行病學(xué)分析、疫情分析、疫情預(yù)警和疫情決策6個功能模塊。手持終端是利用Java語言、Eclipse平臺開發(fā)的移動客戶端應(yīng)用。手持終端負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的實(shí)時采集和上傳，保證了數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性和及時性。系統(tǒng)可以滿足防疫部門日常工作需要，也可以為疫情監(jiān)測預(yù)警和應(yīng)急指揮提供決策支持。

GIS； 動物疫?。?監(jiān)測預(yù)警； 河南省

近年來，我國畜禽疫病的種類越來越多[1]，疫病的發(fā)生也越來越頻繁，由于發(fā)病規(guī)律、形式和特點(diǎn)越來越復(fù)雜，使畜禽疫病防控工作的強(qiáng)度和難度越來越大[2-8]。建立畜禽疫病監(jiān)測預(yù)警信息系統(tǒng)，有效控制畜禽疫病的發(fā)生和流行，是確保我國畜牧業(yè)快速、健康、持續(xù)發(fā)展的保證，也是確保畜禽產(chǎn)品質(zhì)量安全和人類健康的重要保障。我國許多學(xué)者已開展了相關(guān)的研究工作，并構(gòu)建了監(jiān)測預(yù)測系統(tǒng)[9-11]。李長友[12]構(gòu)建了基于GIS和GPS的全國高致病性禽流感防控決策系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了高致病性禽流感疫點(diǎn)的準(zhǔn)確定位，疫點(diǎn)、疫區(qū)、受威脅區(qū)地理信息的查詢和直接顯示。張大龍[13]根據(jù)濟(jì)南市畜牧生產(chǎn)及動物疫病監(jiān)測業(yè)務(wù)的實(shí)際需要，建立了畜牧生產(chǎn)及動物疫病監(jiān)測系統(tǒng)，能夠監(jiān)測屠宰檢疫和動物疫情。廖明臻[14]依托云南省畜禽疾病監(jiān)測體系，構(gòu)建了畜禽疾病監(jiān)測數(shù)據(jù)庫和畜禽疾病智能預(yù)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了高原地區(qū)畜禽常發(fā)疾病的監(jiān)測及預(yù)警。鄧振民等[15]初步研究了家禽腫瘤性疾病情監(jiān)測、風(fēng)險因素評估、預(yù)警模型、系統(tǒng)集成等內(nèi)容，利用WebGIS、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)手段，構(gòu)建了家禽腫瘤性疾病預(yù)警系統(tǒng)。在這些系統(tǒng)使用過程中，防疫人員常遇到數(shù)據(jù)采集不真實(shí)和不及時等問題。隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展以及智能手機(jī)的不斷普及[16-18]，借助智能手持設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)采集內(nèi)容準(zhǔn)確及時。為此，本研究基于河南省畜禽疫病監(jiān)測體系，采用GIS、移動互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，構(gòu)建了畜禽疫病監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)疫情監(jiān)測信息的高效、及時和穩(wěn)定交互，為日常流行病學(xué)調(diào)查和疫情監(jiān)測業(yè)務(wù)提供服務(wù)支撐，為防疫和預(yù)防控制部門提供決策支持。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1 河南省動物疫病監(jiān)測預(yù)警體系特點(diǎn)

河南省動物疫病監(jiān)測預(yù)警體系是以省、市、縣防控機(jī)構(gòu)為主體，以鄉(xiāng)(鎮(zhèn))防檢中心站為支點(diǎn)，以村級動物疫情報告觀察員為基礎(chǔ)，由不同規(guī)模養(yǎng)殖場、散養(yǎng)戶、活禽交易市場等監(jiān)測網(wǎng)點(diǎn)組成的免疫效果監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)、疫情監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)和流行病學(xué)調(diào)查網(wǎng)絡(luò)[19-20]。本研究以河南省動物疫情監(jiān)測預(yù)警體系為基礎(chǔ)，對疫病監(jiān)測結(jié)果采集、整合、分析、預(yù)警、發(fā)布環(huán)節(jié)進(jìn)行分析，總結(jié)提煉主要功能模塊，依據(jù)農(nóng)業(yè)部《高致病性禽流感防治技術(shù)規(guī)范》等14個動物疫病防治技術(shù)規(guī)范，制定流行病學(xué)調(diào)查和疫情監(jiān)測上報內(nèi)容。

1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)總體上設(shè)計(jì)為客戶端/服務(wù)器的架構(gòu)。服務(wù)器負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)接收、存儲、統(tǒng)計(jì)分析等，客戶端負(fù)責(zé)信息采集。服務(wù)器端功能分為系統(tǒng)管理、上報管理、流行病學(xué)分析、疫情分析、疫情預(yù)警和疫情決策(圖1)。服務(wù)器端是基于B/S模式實(shí)現(xiàn)的，由基礎(chǔ)軟件層、數(shù)據(jù)層、開發(fā)層和應(yīng)用層4層構(gòu)成。服務(wù)器端采用組件技術(shù)開發(fā)方式，運(yùn)用ArcGIS Engine 9.2軟件和C#語言開發(fā)了基于Web的畜禽疫病監(jiān)測預(yù)警信息系統(tǒng)。

客戶端功能分為流行病學(xué)調(diào)查、免疫上報和疫情上報。手持終端在Android SDK和Eclipse環(huán)境下開發(fā)了安卓疫情采集系統(tǒng)。手機(jī)端與服務(wù)器端之間采用Socket通信方式，保證數(shù)據(jù)交互的高效性和通用性?？蛻舳藬?shù)據(jù)存儲分為在線存儲和離線存儲2種模式：在線存儲模式是通過3G將數(shù)據(jù)即時傳輸并存儲于服務(wù)器端；離線存儲模式是將采集的數(shù)據(jù)臨時存儲于智能手機(jī)本地?cái)?shù)據(jù)庫，隨后將數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)器端。

圖1 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

1.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)包括空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)兩部分?？臻g數(shù)據(jù)主要是行政區(qū)劃圖，屬性數(shù)據(jù)包括機(jī)構(gòu)管理、養(yǎng)殖場基本信息、疫情上報數(shù)據(jù)、抗體/病原監(jiān)測數(shù)據(jù)和疫病知識數(shù)據(jù)。采用ARCSDE空間數(shù)據(jù)引擎對空間數(shù)據(jù)進(jìn)行保存和管理，采用SQL Server數(shù)據(jù)庫對屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。

2 系統(tǒng)功能介紹

2.1 系統(tǒng)管理

提供用戶管理、防控機(jī)構(gòu)管理、養(yǎng)殖場管理和畜禽種類管理功能。用戶管理提供超級用戶、防疫機(jī)構(gòu)和養(yǎng)殖場主(散養(yǎng)戶)3類角色用戶的增加、修改和刪除等功能。用戶信息包括用戶名、密碼、角色等；防疫機(jī)構(gòu)管理提供防疫主管部門和其管轄范圍的添加、修改和刪除等功能。防疫機(jī)構(gòu)信息包括機(jī)構(gòu)名稱、聯(lián)系方式、所在轄區(qū)等。養(yǎng)殖場管理提供養(yǎng)殖場信息的逐條添加、批量上傳、修改和刪除等功能。養(yǎng)殖場信息包括名稱、畜禽種類、存欄量、地理坐標(biāo)、所在轄區(qū)等。畜禽種類管理提供養(yǎng)殖場養(yǎng)殖畜禽類別的添加、修改和刪除等功能。

2.2 上報管理

提供流行病學(xué)調(diào)查、免疫效果和疫情監(jiān)測數(shù)據(jù)上報功能。流行病學(xué)調(diào)查內(nèi)容包括病原名稱、畜禽種類、監(jiān)測地點(diǎn)、檢測樣品類型、檢測方法、檢測結(jié)果、采樣時間等；免疫效果上報內(nèi)容包括病原名稱、畜禽種類、監(jiān)測地點(diǎn)、檢測樣品、檢測方法、免疫抗體結(jié)果等。疫情監(jiān)測數(shù)據(jù)包括養(yǎng)殖場名稱、發(fā)病數(shù)、死亡數(shù)、病原名稱等。本模塊為3類數(shù)據(jù)均提供了逐條添加和批量添加2種上報方式。

2.3 流行病學(xué)分析

提供流行病學(xué)動態(tài)、疫苗免疫狀態(tài)的分析功能，并根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果自動出具檢測報告。通過流行病學(xué)調(diào)查數(shù)據(jù)、免疫監(jiān)測數(shù)據(jù)的整理和匯總，繪制柱狀圖、折線圖和專題圖，分析疫情發(fā)生潛在風(fēng)險。

2.4 疫情分析

提供養(yǎng)殖場快速定位、疫病監(jiān)測數(shù)據(jù)緩沖區(qū)分析、專題圖制作等功能。養(yǎng)殖場快速定位是根據(jù)養(yǎng)殖場編號或養(yǎng)殖場名稱快速定位上報疫情養(yǎng)殖場的地理位置、疫情發(fā)病數(shù)、死亡數(shù)等信息。疫病監(jiān)測數(shù)據(jù)緩沖區(qū)分析是指利用GIS的緩沖區(qū)分析方法，根據(jù)疫情類別(一類、二類、三類)、傳播途徑等確定緩沖距離，對疫區(qū)進(jìn)行劃分，同時統(tǒng)計(jì)各疫區(qū)內(nèi)養(yǎng)殖畜禽數(shù)量。專題圖制作可以制作某區(qū)域某段時間內(nèi)疫病發(fā)病數(shù)或死亡數(shù)的專題圖。

2.5 疫情預(yù)警

提供疫病發(fā)病率預(yù)測功能。疫情預(yù)警對可能出現(xiàn)的疫病風(fēng)險進(jìn)行預(yù)測，必要時采取相應(yīng)級別的行動，最大限度地防范疫情發(fā)生和發(fā)展，盡可能降低損失。近年來常用的各種預(yù)測方法中，時間序列模型是定量預(yù)測精度較高、應(yīng)用較廣的模型之一[21-22]。本模塊根據(jù)歷史動物疫病的月發(fā)病率，構(gòu)建時間序列模型。本預(yù)測模型可以估算未來月份疫病發(fā)病率，而后進(jìn)行預(yù)警。豬瘟發(fā)病率預(yù)測模型為：

Ft+1=αXt+(1-α)Ft

式中，F(xiàn)t+1是預(yù)測月份的疫病發(fā)病率，Xt是前一期月份的實(shí)際發(fā)病率，F(xiàn)t是前一期月份的預(yù)測發(fā)病率，α為權(quán)數(shù)，最佳α需要通過反復(fù)試驗(yàn)確定。

2.6 疫情決策

主要用于疫情發(fā)生時，綜合利用本系統(tǒng)的各項(xiàng)功能，為指揮決策者提供全方位疫情信息，為科學(xué)制定撲殺方案提供決策依據(jù)，包括應(yīng)急決策、疫病防疫措施查詢。應(yīng)急決策模塊提供疫情應(yīng)急預(yù)案演練和應(yīng)急救援預(yù)案所需各應(yīng)急救援力量和物資的統(tǒng)計(jì)功能，即利用GIS緩沖分析方法，根據(jù)常見疫情級別、發(fā)生特點(diǎn)、傳播途徑、發(fā)展趨勢，對疫區(qū)進(jìn)行劃分，統(tǒng)計(jì)各分區(qū)內(nèi)各養(yǎng)殖場疫病發(fā)生情況。然后根據(jù)疫病發(fā)生危害程度，估算所需救援人員、撲殺工具等物資需求。疫病防疫措施查詢模塊提供常見畜禽疫病防控知識查詢功能，包括各種疾病的知識、癥狀和臨床表現(xiàn)，預(yù)防方法和注意事項(xiàng)等，為決策提供參考。

3 應(yīng)用

2014—2015年，系統(tǒng)在河南省鶴壁市投入使用。對鶴壁市雞、豬和奶牛等養(yǎng)殖場采集樣本做免疫效果檢測和病原學(xué)檢測，通過檢測分析模塊對數(shù)據(jù)檢測結(jié)果進(jìn)行匯總，繪制圖表，并出具分析報告。疫情發(fā)生時，利用系統(tǒng)對疫病分布狀態(tài)，疫病發(fā)生、流行的主要原因及影響因素進(jìn)行分析，對疫點(diǎn)快速查詢和定位，對疫區(qū)進(jìn)行劃分，統(tǒng)計(jì)各疫區(qū)內(nèi)養(yǎng)殖場情況。系統(tǒng)功能較好滿足了防疫部門日常業(yè)務(wù)需要，疫情出現(xiàn)時，可迅速獲取相關(guān)信息，為應(yīng)急決策提供支持。

4 結(jié)論

本研究構(gòu)建的畜禽疫病監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)具有流行病學(xué)調(diào)查數(shù)據(jù)上報、免疫和疫情上報、流行病學(xué)分析、疫情分析、疫情預(yù)警和疫情決策等功能，具有操作簡單、使用方便、采集信息多樣化、統(tǒng)計(jì)分析多樣化等特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)信息隨地采集、隨時上報，保證信息的及時性；同時采集經(jīng)緯度、照片等信息，保證采集信息的準(zhǔn)確性。本系統(tǒng)是基于互聯(lián)網(wǎng)的疾病監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測點(diǎn)、監(jiān)測單位和疫病預(yù)防控制機(jī)構(gòu)對疫情監(jiān)測數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程實(shí)時采集，實(shí)現(xiàn)信息處理的網(wǎng)絡(luò)化、實(shí)時化，做到早發(fā)現(xiàn)、早控制。

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Construction and Implementation of Monitoring and Warning System for Animal Disease Based on GIS

ZHAO Qiaoli1,LI Guoqiang1*,FENG Xiao1,YANG Xuguo2,WANG Jinlei3,QIN Yilang3,ZHENG Guoqing1

(1.Institute of Agricultural Economics and Information Research,Henan Academy of Agricultural Sciences,Zhengzhou 450002,China; 2.Hebi Animal Husbandry Bureau,Hebi 456600,China; 3.Henan World Granary Information Technology Co.,Ltd.,Zhengzhou 450002,China)

In order to improve the accuracy and scientificity of livestock epidemic disease control,the monitoring and early warning system for animal disease was constructed based on prevention and control knowledge,experts experiences,artificial intelligence,geographic information system,decision support system and other related technologies.This system could be employed to monitor and forecast diseases of chicken,pig，cattle and so on.This system included server and handheld terminal.The server was based on the B/S architecture,and developed by C# and VS2010 tools,which was responsible for data collection and analysis.The server included six functional modules:system management,data uploading management,epidemiological analysis,epidemic analysis,epidemic warning and epidemic decision-making.The handheld terminal was a mobile client application based on Java and Eclipse platform,which was responsible for data real-time acquisition and uploading,ensuring the data of diseases acquired accurately and rapidly.The system could meet the daily work of epidemic prevention department,and it could provide decision support for the epidemic monitoring, warning and emergency command.

GIS; animal disease; monitoring and warning; Henan province

2015-10-08

河南省重大科技專項(xiàng)(121100111000)

趙巧麗(1982-)，女，河南林州人，助理研究員，碩士，主要從事農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究。 E-mail:zhaoqiaoli1009@163.com

*通訊作者：李國強(qiáng)(1984-)，男，河南林州人，副研究員，博士，主要從事農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究。E-mail:gqli@hnagri.org.cn

S851.33

A

1004-3268(2016)03-0157-04