高 翔，肖建華，王洪斌

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)黑龍江省動(dòng)物普通疾病防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 哈爾濱 150030）

0 引 言

在養(yǎng)殖業(yè)中，家禽養(yǎng)殖受傳染性疾病影響較大。與發(fā)達(dá)國家相比，中國家禽養(yǎng)殖在疾病防控方面存在的一個(gè)問題是，從業(yè)者往往更依賴疫苗與抗生素進(jìn)行傳染病的防控，忽視養(yǎng)殖管理、綜合防制的重要性。經(jīng)驗(yàn)證明，忽視日常管理，僅依靠抗生素與疫苗無法完全有效地控制家禽傳染性疾病的傳播流行[1]。疫苗雖然可以阻止動(dòng)物發(fā)病，卻不能阻止在養(yǎng)殖場(chǎng)與養(yǎng)殖家禽種群內(nèi)已存在的病毒的擴(kuò)散與傳播[2]。同時(shí)，由于病原微生物不斷的變異，在面對(duì)新發(fā)傳染病時(shí)，疫苗的研發(fā)會(huì)有一個(gè)滯后期。在這種情況下，評(píng)估養(yǎng)殖場(chǎng)內(nèi)外存在的影響疫病傳播的風(fēng)險(xiǎn)因素，針對(duì)性加強(qiáng)管理，提高動(dòng)物抗病能力，降低動(dòng)物接觸傳播病原的風(fēng)險(xiǎn)，是一種有效的防控措施。同時(shí)，抗生素殘留產(chǎn)生的耐藥問題已嚴(yán)重影響對(duì)相關(guān)疾病的治療?？股仉S著動(dòng)物排泄物進(jìn)入環(huán)境，在土壤和水體中慢慢富集，也最終對(duì)人類健康造成危害。對(duì)中國河流湖泊水樣進(jìn)行抽樣調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，在采集到的水體樣本中檢出的抗生素濃度普遍較高[3]。

綜上所述，國內(nèi)外流行病學(xué)研究專家越來越重視利用現(xiàn)代信息技術(shù)加強(qiáng)動(dòng)物養(yǎng)殖健康管理[4-5]。同時(shí)，傳染性疾病的傳播流行往往受到環(huán)境地理等因素，如氣象、植被、海拔等的影響[6]。為了及早發(fā)現(xiàn)傳染性疾病暴發(fā)流行的“苗頭”，國內(nèi)外的學(xué)者利用各種疾病與風(fēng)險(xiǎn)因素?cái)?shù)據(jù)，結(jié)合數(shù)學(xué)評(píng)估預(yù)測(cè)模型，開展對(duì)動(dòng)物傳染性疾病風(fēng)險(xiǎn)因素評(píng)估與早期預(yù)警的研究，在實(shí)際應(yīng)用中表現(xiàn)出了良好的性能[7-8]。

禽巴氏桿菌病(Avian pasteuretlosis)，俗稱禽霍亂，是一種在家禽中傳播的急性敗血性呼吸系統(tǒng)傳染病。長(zhǎng)久以來，禽霍亂是中國《獸醫(yī)公報(bào)》中收錄發(fā)病數(shù)據(jù)最多的家禽傳染性疾病。由于該病發(fā)病快，致死率高，嚴(yán)重威脅著中國家禽養(yǎng)殖業(yè)的健康發(fā)展，中國將此病列入家禽傳染病控制二類名單[9-10]。通過對(duì)過往發(fā)病數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)禽霍亂在中國集中分布于南方高溫高濕氣候省份，并表現(xiàn)出季節(jié)性發(fā)病的特點(diǎn)，因此，氣象因素是影響禽霍亂發(fā)病的重要風(fēng)險(xiǎn)因素。

基于以上背景，該研究提出利用數(shù)學(xué)評(píng)估模型評(píng)估氣象數(shù)據(jù)對(duì)禽霍亂發(fā)病影響，利用網(wǎng)絡(luò)地理信息（Web GIS）技術(shù)建立禽霍亂監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的思路。通過本文中的研究與系統(tǒng)開發(fā)，期望可以支持家禽養(yǎng)殖場(chǎng)疫病防控管理決策，降低經(jīng)濟(jì)損失，為數(shù)學(xué)評(píng)估模型在各類動(dòng)物疫病防控工作中的應(yīng)用研究提供參考。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的建設(shè)采用 B/S架構(gòu)，不僅能夠滿足用戶對(duì)傳統(tǒng)信息管理系統(tǒng)的需求，還可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的輸入、輸出、編輯、更改、查詢、計(jì)算等功能。而且，在地理信息技術(shù)的支持下，還可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的電子地圖可視化操作與空間分析功能。用戶在客戶端填寫的各類信息通過互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，傳輸?shù)焦芾聿块T的后臺(tái)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，進(jìn)行運(yùn)算分析，得到的結(jié)果再通過網(wǎng)絡(luò)返回用戶。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)可以被抽象為用戶層、功能層、技術(shù)層及數(shù)據(jù)層 4個(gè)層次。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖Fig.1 Architecture diagram of system

1.2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

系統(tǒng)功能大體上劃分為地圖基本操作、疫情數(shù)據(jù)上報(bào)、疫情數(shù)據(jù)查詢、疫情空間分析和風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè) 5大功能模塊。具體目標(biāo)包括：1）地圖基本操作：包括地圖的放大、縮小與平移，鷹眼視圖等功能。2）疫情數(shù)據(jù)上報(bào)：疫情上報(bào)信息包括發(fā)病日期、發(fā)病地點(diǎn)、動(dòng)物種類、動(dòng)物來源、發(fā)病數(shù)量、報(bào)告人等。利用系統(tǒng)，使用者點(diǎn)擊地圖上緊急疫情發(fā)生的地點(diǎn)，彈出數(shù)據(jù)錄入對(duì)話框，錄入相關(guān)信息。信息錄入后，在地圖上生成特定標(biāo)示的紅色點(diǎn)。數(shù)據(jù)錄入還包括對(duì)歷史疫情信息的收集整理，包括發(fā)病數(shù)、死亡數(shù)、捕殺數(shù)等。對(duì)于歷史疫情數(shù)據(jù)，還可以形成統(tǒng)計(jì)報(bào)表和統(tǒng)計(jì)圖形。3）疫情數(shù)據(jù)查詢：信息查詢功能包括圖查屬性功能與屬性查圖功能。圖查屬性功能允許使用者以感興趣的某一點(diǎn)為中心，通過設(shè)置查詢半徑，在生成的查詢區(qū)范圍內(nèi)的所有信息都已列表的形式被顯示。這方便了使用者及時(shí)掌握疫情點(diǎn)周圍的信息；屬性查圖通過鍵入感興趣點(diǎn)的信息，查找其在地圖上的位置。這方便了使用者快速查找到所感興趣的疫情點(diǎn)。4）疫情空間分析：包括緩沖分析與路徑分析。緩沖分析為三重緩沖分析，對(duì)應(yīng)滿足了疫情管理中需要?jiǎng)澐忠邊^(qū)、受影響區(qū)以及封鎖區(qū)的要求；路徑分析通過在地圖上設(shè)置起點(diǎn)及終點(diǎn)，由系統(tǒng)自動(dòng)給出兩點(diǎn)間最短的路徑信息。方便使用者在應(yīng)對(duì)緊急疫情時(shí)進(jìn)行物質(zhì)調(diào)配和人員的調(diào)動(dòng)。5）風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)：利用得到的各風(fēng)險(xiǎn)因素與疾病發(fā)病相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)，結(jié)合數(shù)據(jù)庫中的風(fēng)險(xiǎn)因素?cái)?shù)據(jù)，計(jì)算疾病發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)值并生成風(fēng)險(xiǎn)地圖。地圖以顏色的深淺判斷疾病風(fēng)險(xiǎn)的大小。

1.3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫包括屬性數(shù)據(jù)庫、空間數(shù)據(jù)庫以及模型庫。數(shù)據(jù)庫支持系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的管理、計(jì)算功能，是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)空間分析與預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)。本研究采用的是ArcGIS 10.0內(nèi)置數(shù)據(jù)庫來管理空間數(shù)據(jù)，以矢量地圖格式，按空間、地物屬性分類的依據(jù)分層存儲(chǔ)，地圖坐標(biāo)為經(jīng)緯度坐標(biāo)。

圖2 監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)細(xì)節(jié)功能圖Fig.2 Function of monitoring early warning system

屬性數(shù)據(jù)庫主要包括養(yǎng)殖狀況數(shù)據(jù)以及歷史疫情數(shù)據(jù)等。養(yǎng)殖情況數(shù)據(jù)包括全國各省、市、自治區(qū)每年年底家禽存欄數(shù)、出欄數(shù)、各省的土地面積等數(shù)據(jù)，為顯示疫情信息等功能提供數(shù)據(jù)支持。疫情數(shù)據(jù)包括各省月家禽疫情數(shù)據(jù)，包括發(fā)病數(shù)、死亡數(shù)、捕殺數(shù)等數(shù)據(jù)，是建立評(píng)估預(yù)測(cè)模型的主要數(shù)據(jù)來源。

預(yù)測(cè)模型是整個(gè)決策支持系統(tǒng)的核心功能部分。模型庫主要是利用已有的專家知識(shí)和專家經(jīng)驗(yàn)，采用零膨脹負(fù)二項(xiàng)式回歸模型(zero-inflated negative binomial，ZINB)方法建立相關(guān)預(yù)警模型，通過編程技術(shù)建立系統(tǒng)模型。模型可調(diào)用數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)及參數(shù)值，并將結(jié)果返回動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫。

2 預(yù)測(cè)模型的建立

2.1 研究數(shù)據(jù)

該研究中，2006年1月至2016年12月中國各省禽霍亂每月發(fā)病數(shù)據(jù)來源于中國獸醫(yī)局網(wǎng)站下載的《獸醫(yī)公報(bào)》。將2006年1月至2015年12月間的數(shù)據(jù)資料用于預(yù)測(cè)研究，2016年1月至2016年12月的數(shù)據(jù)資料作為模型預(yù)測(cè)效果的檢驗(yàn)數(shù)據(jù)。養(yǎng)殖數(shù)據(jù)來自于由國家統(tǒng)計(jì)局網(wǎng)站下載的2006―2016年《中國統(tǒng)計(jì)年鑒》。氣象數(shù)據(jù)來自于國家氣象局信息中心。

2.2 時(shí)間與季節(jié)性分析

該研究中，首先通過時(shí)間與季節(jié)性分析排除之前月份發(fā)病對(duì)本月發(fā)病的影響，以及季節(jié)因子對(duì)疾病發(fā)病的影響，為氣象因素風(fēng)險(xiǎn)作用的分析做準(zhǔn)備。

時(shí)間序列分析方法通過判斷時(shí)間上前后兩點(diǎn)間數(shù)據(jù)的相關(guān)關(guān)系，探尋數(shù)據(jù)相關(guān)事件的發(fā)展規(guī)律。時(shí)間序列分析包括對(duì)數(shù)據(jù)隨機(jī)性與平穩(wěn)性的分析。

時(shí)間序列分析的一個(gè)前提是要求研究數(shù)據(jù)為非平穩(wěn)性序列。檢驗(yàn)時(shí)間序列是否為平穩(wěn)性序列，目前常用的是增廣 ADF檢驗(yàn)(augmented dickey-fuller test)，簡(jiǎn)記為ADF檢驗(yàn)[11]。ADF檢驗(yàn)是單位根檢驗(yàn)(unit root test)的一種，原假設(shè)為序列具有非平穩(wěn)性，顯著水平取值為0.01。當(dāng)P＜0.01拒絕原假設(shè)。ADF檢驗(yàn)任何一部分結(jié)果中出現(xiàn)P＞0.01的情況，都表明原假設(shè)成立。其計(jì)算公式如下所示：

式中μ為常數(shù)均值；β為回歸系數(shù)；εt為誤差項(xiàng)。

進(jìn)行時(shí)間序列分析的另一個(gè)前提是作為研究對(duì)象的數(shù)據(jù)序列必須存在時(shí)間上的關(guān)聯(lián)性，純隨機(jī)序列沒有進(jìn)行時(shí)間序列分析的價(jià)值[12]。理論上，純隨機(jī)序列數(shù)據(jù)的自相關(guān)系數(shù)（autocorrelation coefficients，AC）為 0。自相關(guān)系數(shù)可根據(jù)以下公式求得：

式中 n為序列觀測(cè)值的數(shù)目；ρk為樣本自相關(guān)系數(shù)；k(0＜k＜n)為延遲階數(shù)；xt為t時(shí)刻序列測(cè)量值。

該研究中，首先利用ADF方法判斷禽霍亂發(fā)病數(shù)據(jù)序列的平穩(wěn)性。然后，利用自相關(guān)與偏自相關(guān)系數(shù)判斷發(fā)病數(shù)據(jù)本身存在的自相關(guān)性。相關(guān)分析由SAS 9.2分析軟件完成。

該研究通過使用季節(jié)分解模型對(duì)2006年1月至2015年12月中國家禽傳染性疾病月發(fā)病數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，描述其季節(jié)分布特征與長(zhǎng)期趨勢(shì)。通過季節(jié)分解模型，可以將原始發(fā)病數(shù)據(jù)分解得到季節(jié)因子序列（seasonal adjustment factors，SAF），通過SAF序列，可以判斷發(fā)病數(shù)據(jù)的季節(jié)性，當(dāng)序列峰值大于 1時(shí)，發(fā)病數(shù)據(jù)具有季節(jié)性[13]。對(duì)于時(shí)間序列ARIMA（n, d, m），其季節(jié)分解模型的一般形式為：

式中e為時(shí)間序列ARIMA（n, d, m）的殘差；d為時(shí)間序列由非平穩(wěn)序列轉(zhuǎn)變?yōu)槠椒€(wěn)序列的d階差分；a為時(shí)間序列ARIMA（n, d, m）的白噪音，n與m分別為時(shí)間序列自相關(guān)系數(shù)最佳的階層和偏自相關(guān)系數(shù)最佳的階數(shù)，

2.3 風(fēng)險(xiǎn)分析

通過對(duì)禽霍亂發(fā)病數(shù)據(jù)時(shí)空分布特點(diǎn)的研究，發(fā)現(xiàn)禽霍亂發(fā)病會(huì)受到季節(jié)因子作用的影響。同時(shí)，上月發(fā)病會(huì)影響本月疾病的發(fā)生。因此，季節(jié)因子與上月發(fā)病數(shù)作為協(xié)變量納入模型分析。當(dāng)?shù)氐募仪蒺B(yǎng)殖量作為啞變量控制因養(yǎng)殖規(guī)模不同而對(duì)發(fā)病數(shù)據(jù)造成的影響。

為了檢驗(yàn)氣象因子相互之間是否存在共線性。研究利用 Spearman 等級(jí)相關(guān)分析方法對(duì)氣象因子間的相關(guān)關(guān)系進(jìn)行檢驗(yàn)。Spearman 等級(jí)相關(guān)系數(shù)取值區(qū)間為0～1，一般認(rèn)為相關(guān)系數(shù)大于 0.7時(shí)，兩變量間存在共線性，不能同時(shí)納入多變量的模型分析[14]。

對(duì)于存在共線性的 2個(gè)氣象因素，研究采用采用赤池信息量信息準(zhǔn)則（akaike information criterion，AIC）對(duì)納入了不同變量的模型進(jìn)行評(píng)估。根據(jù)相關(guān)準(zhǔn)則，AIC的取值越小，模型的擬合預(yù)測(cè)結(jié)果越好[15-16]。

式中K是所擬合模型中參數(shù)的數(shù)量；L是對(duì)數(shù)似然值；n是觀測(cè)值數(shù)目。

本文中的研究使用互相關(guān)(cross-correlation)分析方法研究氣象因素對(duì)全國家禽傳染性疾病的滯后作用，其計(jì)算公式為[17]：

式中 Cov(yt,Xt-k)為延遲 k階的協(xié)方差，Var(yt)，Var(Xt-k)分別是相應(yīng)變量的方差。

在傳染性疾病的研究中，由于疾病空間集聚以及季節(jié)性分布的特點(diǎn)，發(fā)病數(shù)的方差往往明顯偏離發(fā)病均數(shù)，不能滿足等離散的條件。對(duì)這些類型的傳染病數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，大大超過了傳統(tǒng)計(jì)數(shù)模型的分析能力。同時(shí)，在對(duì)發(fā)病數(shù)據(jù)此類計(jì)數(shù)資料進(jìn)行研究的過程中，時(shí)常還會(huì)遇到在單位觀測(cè)時(shí)間段內(nèi)，事件的發(fā)生次數(shù)為0的現(xiàn)象。傳統(tǒng)的計(jì)數(shù)模型對(duì)此類含有大量“0”的事件數(shù)據(jù)都不能有效的進(jìn)行擬合。因此，Lambert于1992年提出了ZINB模型[18]。ZINB模型是一種將“零膨脹”事件的發(fā)生過程分作了零計(jì)數(shù)過程以及泊松計(jì)數(shù)過程 2個(gè)部分的混合概率分析方法。利用零計(jì)數(shù)過程可以解釋事件發(fā)展過程中出現(xiàn)大量“0”的原因，有效地彌補(bǔ)了傳統(tǒng)計(jì)數(shù)分析模型分析含有大量“0”的事件數(shù)據(jù)不足的問題，使得分析結(jié)果更加準(zhǔn)確[19]。

ZINB模型形式如下：

式中φ為ZI參數(shù)；α為散度參數(shù)，E(Y)=(1-φ)/λ。

2.4 模型評(píng)估

該研究釆用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)（intraclass correlation coefficient，ICC）分析方法評(píng)估模型預(yù)測(cè)發(fā)病數(shù)與實(shí)際疾病發(fā)病數(shù)之間的一致性[20]。本文采用的ICC分析方法是經(jīng)Shrout和Fleiss對(duì)傳統(tǒng)的組內(nèi)相關(guān)系數(shù)分析方法理論作出改進(jìn)，將其擴(kuò)展到了評(píng)價(jià)重復(fù)量測(cè)數(shù)據(jù)之間相關(guān)性應(yīng)用領(lǐng)域后的方法，組內(nèi)相關(guān)系數(shù)被定義為被測(cè)量者間變異占總變異的比例[21]。改進(jìn)后，ICC分析方法被逐漸應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)學(xué)與醫(yī)學(xué)統(tǒng)計(jì)分析領(lǐng)域，組內(nèi)相關(guān)系數(shù)的取值范圍在0～1，一般認(rèn)為ICC大于0.75時(shí)預(yù)測(cè)值與實(shí)際值擬合良好[22]。其計(jì)算公式為：

式中MS處理為真實(shí)值與預(yù)測(cè)間的均方；MS區(qū)組代表不同月間病例數(shù)的均方；MS誤差為誤差的均方；n被觀察對(duì)象的例數(shù)；k為處理組數(shù)。

3 預(yù)測(cè)結(jié)果與預(yù)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 時(shí)間序列與季節(jié)性分析結(jié)果

由ADF檢驗(yàn)結(jié)果可見，各檢驗(yàn)方法均有P值大于0.01，不能拒絕無效假設(shè)，可認(rèn)為序列為非平穩(wěn)性時(shí)間序列。

表1 禽霍亂發(fā)病數(shù)序列單位根檢驗(yàn)結(jié)果Table 1 Results of ADF tests of Avian pasteuretlosis sequence

從自相關(guān)系數(shù)可以看出，除 1～4階自相關(guān)系數(shù)外，延遲5階及以后的自相關(guān)系數(shù)均在2倍的標(biāo)準(zhǔn)誤以內(nèi)，沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。同時(shí)，由表2可以看出延遲1階的自相關(guān)系數(shù)及偏自相關(guān)系數(shù)對(duì)比其他階系數(shù)均明顯偏大，這說明了中國2006年1月至2015年12月禽霍亂病例具有延遲一階的自相關(guān)，即當(dāng)月的禽霍亂發(fā)病數(shù)受上個(gè)月病例數(shù)的影響。

表2 禽霍亂發(fā)病數(shù)序列自相關(guān)與偏自相關(guān)系數(shù)Table 2 Autocorrelation coefficients(AC) and partial autocorrelation coefficients(PAC) of Avian pasteuretlosis sequence

通過禽霍亂各月份發(fā)病數(shù)與季節(jié)因子SAF的曲線可以看出，2006年10月至2015年12月中國禽霍亂發(fā)病多出現(xiàn)在秋冬季節(jié)（圖 3），具有明顯的季節(jié)性（季節(jié)因子峰值超過1）[13]。

圖3 禽霍亂各月份發(fā)病數(shù)Fig.3 Number of Avian pasteurellosis cases in every month

3.2 氣象因素風(fēng)險(xiǎn)分析

該研究將氣象因素的當(dāng)月數(shù)據(jù)和之前 1～3月的數(shù)據(jù)作為自變量，將全國家禽傳染性疾病每月發(fā)病數(shù)作為響應(yīng)變量，納入分析。模型納入前 1個(gè)月的家禽傳染性疾病月發(fā)病數(shù)用于控制疾病自相關(guān)；納入季節(jié)因子控制禽病疫情發(fā)生的季節(jié)性；納入各地區(qū)的禽養(yǎng)殖數(shù)量總數(shù)抵消養(yǎng)殖數(shù)量不同造成的差異。

圖4 禽霍亂的季節(jié)因子分析Fig.4 Seasonal factor analysis of Avian pasteurellosis

由于Spearman等級(jí)相關(guān)分析顯示，發(fā)現(xiàn)中國當(dāng)月的降水量與月平均濕度以及月平均溫度，當(dāng)月的降水量與滯后1個(gè)月的月最高溫度呈共線性，不能同時(shí)納入模型。因此，禽霍亂多因素研究有2個(gè)模型：I滯后本月的平均相對(duì)濕度+本月的平均溫度+本月的最高氣溫+本月的平均風(fēng)速+上月的平均氣溫；II本月的總降水量+本月的最高氣溫+本月的平均風(fēng)速+上月的平均氣溫。根據(jù)AIC準(zhǔn)則，選擇模型I作為最優(yōu)模型。

利用回歸模型分析得到氣象因素對(duì)禽霍亂發(fā)病影響作用結(jié)果如表 1示。在計(jì)數(shù)過程中，本月最高氣溫、本月相對(duì)濕度與本月禽霍亂發(fā)生呈正相關(guān)，本月和上月的月平均氣溫也與其呈正相關(guān)；季節(jié)性因子與本月平均風(fēng)速與禽霍亂發(fā)生呈負(fù)相關(guān)。在零計(jì)數(shù)過程中，上個(gè)月禽霍亂病例對(duì)零計(jì)數(shù)的發(fā)生概率呈負(fù)相關(guān)，即上個(gè)月的禽霍亂病例會(huì)降低本月不發(fā)生禽霍亂的概率。

表3 ZINB回歸模型結(jié)果Table 3 Results of multivariate analysis by using zero-inflated negative binomial model

3.3 模型評(píng)估結(jié)果

利用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)方法對(duì)預(yù)測(cè)值與中國2016年禽霍亂月實(shí)際發(fā)病數(shù)進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果顯示 ICC取值分別為0.802，說明模型預(yù)測(cè)值與實(shí)際病例數(shù)據(jù)有較好的一致性，預(yù)測(cè)值與觀測(cè)值之間的R2取值為0.7853。

圖5 2016年禽霍亂的月發(fā)病數(shù)預(yù)測(cè)值與觀測(cè)值擬合圖Fig.5 Predicted number of outbreaks versus observed number of monthly-reported outbreaks of Avia, 2016

3.4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)基于ArcGIS 10.0與Visual Studio.NET 2008開發(fā)平臺(tái)，以 C#. NET語言為基礎(chǔ)進(jìn)行開發(fā)，數(shù)據(jù)庫采用Microsoft SQL Server 2005。開發(fā)完成的系統(tǒng)軟件可在Windows操作系統(tǒng)下運(yùn)行，系統(tǒng)界面如圖6所示。系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的主要目標(biāo)包括：①數(shù)據(jù)管理：通過疫情上報(bào)的方式對(duì)家禽歷史疫情信息包括發(fā)病數(shù)、死亡數(shù)、捕殺數(shù)等進(jìn)行收集；通過系統(tǒng)自身建立的環(huán)境數(shù)據(jù)專題庫對(duì)影響家禽傳染性疾病發(fā)病的氣象因素進(jìn)行整理；②疾病預(yù)警：利用ZINB模型分析得到的各氣象風(fēng)險(xiǎn)因素與疾病發(fā)病相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)，計(jì)算疾病發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)值并生成風(fēng)險(xiǎn)地圖；③應(yīng)急管理：通過緩沖分析、路徑分析等多種空間分析功能，方便使用者在應(yīng)對(duì)緊急疫情時(shí)制定物質(zhì)調(diào)配和人員調(diào)動(dòng)等應(yīng)急管理策略；④用戶可隨時(shí)查詢?nèi)我鈺r(shí)間段內(nèi)的監(jiān)測(cè)記錄，并生成相對(duì)應(yīng)的報(bào)告圖片。系統(tǒng)部分功能如圖7所示。

4 討論

傳統(tǒng)研究中，利用邏輯回歸分析或相關(guān)性分析模型揭示氣象因素對(duì)傳染性疾病發(fā)生傳播的影響作用，在進(jìn)行此類研究時(shí)，需要預(yù)先假設(shè)氣象因素與傳染病發(fā)病之間滿足線性或?qū)?shù)線性相關(guān)的關(guān)系。然而，在實(shí)際中，氣象因素與疾病發(fā)病之間的關(guān)系往往表現(xiàn)非線性特點(diǎn)。例如，在一定的范圍內(nèi)，病原微生物的致病能力隨環(huán)境溫度的上升而增加。但當(dāng)氣溫超過一定范圍時(shí)，環(huán)境溫度升高反而抑制病毒的感染能力[23]。此外，對(duì)于傳染性疾病發(fā)生發(fā)展，氣象因素還存在滯后性影響。例如，當(dāng)氣象變化超過生物體適宜的生存范圍時(shí)，機(jī)體的免疫能力會(huì)受損下降。但這種變化并不是立即發(fā)生的，生物體的內(nèi)環(huán)境具有一定的“穩(wěn)態(tài)”，對(duì)于外界條件的變化往往表現(xiàn)一定的抵抗力[24]。ZINB模型是一種改進(jìn)后的泊松分析方法，它不僅能夠很好地解釋氣象因素對(duì)傳染性疾病的非線性影響，結(jié)合互相關(guān)分析，對(duì)氣象因子的滯后性作出評(píng)估。而且，對(duì)于疫情數(shù)據(jù)集中因?yàn)槟承┰路輿]有疾病發(fā)生而存在的大量“零數(shù)據(jù)”， ZINB模型也能有效消除其對(duì)分析結(jié)果的影響，大幅提髙預(yù)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確度。因此，ZINB模型被越來越多的應(yīng)用于氣象對(duì)疾病傳播流行影響的分析中[25]。

ZINB模型分析顯示禽霍亂發(fā)生與氣溫、濕度呈正相關(guān)，與風(fēng)速呈負(fù)相關(guān)。氣象因素與氣候變化對(duì)傳染病發(fā)生的影響表現(xiàn)在各個(gè)方面，包括影響宿主的抵抗力和易感性等[26]。一般而言，機(jī)體內(nèi)環(huán)境對(duì)于外界環(huán)境的變化存在一定的抵抗力，維持著一定的“穩(wěn)態(tài)”。但是當(dāng)動(dòng)物長(zhǎng)期處于不適宜的外界環(huán)境中時(shí)，內(nèi)環(huán)境的“穩(wěn)態(tài)”會(huì)受到破壞，引起免疫力的下降。Garren等[27]于1956年的研究表明，長(zhǎng)期處于高溫、高濕的環(huán)境下會(huì)導(dǎo)致機(jī)體的免疫能力受到抑制。解剖后發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期在高溫、高濕環(huán)境下飼養(yǎng)的雞的胸腺、法氏囊等免疫器官發(fā)生壞死萎縮、淋巴液相較于正常的雞明顯減少，抗病能力顯著下降。

除了高溫、高濕的環(huán)境影響外，家禽養(yǎng)殖場(chǎng)內(nèi)及其周邊環(huán)境的空氣質(zhì)量也會(huì)造成家禽免疫力的下降。這是由于健康的動(dòng)物體內(nèi)或體外也會(huì)帶有一些致病微生物，這些微生物隨唾液或脫落的皮屑在養(yǎng)殖場(chǎng)內(nèi)或養(yǎng)殖場(chǎng)周邊的空氣中飄蕩，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的風(fēng)化，與空氣中的水、顆粒塵埃等進(jìn)一步融合形成氣溶膠。在氣溶膠內(nèi)的微生物往往可以在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持感染能力[28]。同時(shí)，家禽養(yǎng)殖場(chǎng)內(nèi)及周邊的空氣中，硫化氫與氨氣的濃度往往很高。這些氣體進(jìn)入呼吸道，會(huì)引起呼吸道免疫系統(tǒng)的纖毛-黏液系統(tǒng)的功能受損，降低呼吸道的抗感染能力[29]。

綜上所述，高氣溫與濕度引起禽霍亂發(fā)病數(shù)的增加可能是因?yàn)楦叩臍鉁嘏c濕度會(huì)造成動(dòng)物體免疫機(jī)能的損傷與下降。由于機(jī)體對(duì)外界環(huán)境的變動(dòng)具有一定的抵抗力，因此氣溫對(duì)禽霍亂發(fā)病數(shù)的影響也表現(xiàn)出一定的滯后作用。較高的風(fēng)速可能在一定程度上抵抗高溫、高濕的影響，同時(shí)，風(fēng)速較大時(shí)可能會(huì)降低養(yǎng)殖場(chǎng)環(huán)境空氣中氨氣、粉塵及有害氣體的濃度。因此，風(fēng)速對(duì)禽霍亂的發(fā)生呈現(xiàn)一定的負(fù)相關(guān)作用。

5 結(jié)論

本文通過將季節(jié)性分析、時(shí)間序列分析方法和零膨脹負(fù)二項(xiàng)式回歸模型技術(shù)相結(jié)合，對(duì)中國禽霍亂發(fā)病的分布特征進(jìn)行了描述，對(duì)氣象因素對(duì)中國禽霍亂發(fā)病的影響作用進(jìn)行了評(píng)估。結(jié)果表明：1）禽霍亂發(fā)生與氣溫、濕度呈正相關(guān)，與風(fēng)速呈負(fù)相關(guān)。同時(shí)，氣象因素影響的滯后作用可能反映了動(dòng)物機(jī)體對(duì)外界環(huán)境變動(dòng)具有一定的抵抗能力；2）基于零膨脹負(fù)二項(xiàng)式回歸模型的分析結(jié)果，利用氣象數(shù)據(jù)對(duì)禽霍亂的發(fā)病作出預(yù)測(cè)，與實(shí)際發(fā)病數(shù)比較，準(zhǔn)確率可達(dá) 80.2%，該模型的分析結(jié)果能夠較好地反映相關(guān)氣象因子對(duì)中國禽霍亂發(fā)病的影響作用。

家禽傳染性疾病的傳播過程復(fù)雜，受多種因素影響，同時(shí)，中國家禽養(yǎng)殖模式多種多樣，養(yǎng)殖水平高低不一。條件所限，本文只選擇對(duì)氣象因素對(duì)中國禽霍亂發(fā)病的影響進(jìn)行了分析。如何將經(jīng)濟(jì)、交通乃至候鳥遷徙等更多風(fēng)險(xiǎn)因素納入分析，進(jìn)一步提高預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確度，是下一步研究工作的重點(diǎn)。