用GIS架起环境和健康之间的桥梁——访中南大学地球科学与信息物理学院副院长邹滨.pdf

2928No?主题策划Topic/本刊记者丹妮图/受访者提供GIS架起环境和健康之间的桥梁访中南大学地球科学与信息物理学院副院长邹滨2006年，正在读摄影测量遥感专业博士的邹滨，机缘巧合之下，参加了美国德克萨斯州立大学湛飞并教授带来的“关于GIS应用于环境健康领域研究”的讲学，对此产生了浓厚的兴趣。2007年，邹滨作为我国第一批公派联合培养的博士研究生，前往美国德克萨斯州立大学交流深造，师从湛飞并教授，博士论文方向正是环境与健康GIS研究。博士论文完成后，邹滨结束交流学习回国，“刚回国的时候，与此相关的研究在国内相对冷门，健康GIS这种交叉学科理念并不被行业认同，研究环境也不太成熟，起步挺艰难，学科科研资源的申请也没有那么顺利。”他介绍说。在艰难的时候，湛飞并教授鼓励他“踏实用心做，十年后的中国，一定会重视健康问题，健康GIS也会有春天。”来自老师的鼓励，让邹滨坚定了在这个领域踏实耕耘的科研决心。“当然这个过程中，从未谋面的中国环科院同行，仅凭对2012年我出版的空气污染暴露时空建模与风险评估专著的认可，在一个学术报告的现场考察后，直接电话邀约我作为国家重点研发首批大气污染专项项目课题负责人，让我至今仍觉感动。”邹滨补充道。也正是这一份来自学界的淳朴信任，让邹滨在2016年成为了整个测绘领域最早主持国家重点研发项目课题的副教授，获得学校和同行的认可，也让他更加相信环境健康学科未来发展的机遇和前景。对于“GIS是环境与健康之间的桥梁”这一定义，邹滨给出自己的解释：“我们个体和群体都存在有健康问题，跟环境关系密切的具体为慢性疾病和流行性传染病，环境导致疾病的过程在我们学科上称之为环境暴露，也就是长期接触由空气污染、污水或者重金属污染土壤等带来的水土气暴露环境，并因此给我们身体带来健康隐患，那具体何时何地造成的环境暴露过程刻画，就由GIS来完成。”健康GIS作为一门交叉学科，涉及地理、公共卫生、环境科学、城市科学、导航定位、卫星遥感等多个学科领域。据邹滨介绍，2013年，由海外华人地理信息协会（CPGIS）发起、北京师范大学承办的首届中美合作交流“地理信息技术在公共卫生健康领域的应用”讲习班成功开班，在导师的推荐下，邹滨成为了当时该班仅有的两名中国教员之一，也是这个机会，让邹滨有机会接触到这个领域更多的国内外学者和管理人员。“目前这个会议已经举办了7届，一开始是由GIS、公共卫生、地理等作为主体，随着时间的推移，慢慢吸引了更多学科的人。”谈及健康GIS学科跨界范围之广的原因，邹滨解释说，从环境和公共卫生视角出发，传统的环境暴露调查方式难以准确、实时记录受访者在特定时空位置的暴露情况，而GIS技术可以解决“以人为中心”精确量化个体环境暴露的环境健康研究；而从地理学科出发，更想发现时空的演化规律，找出污染点、热点空间、传播规律、未来风险等。他进一步补充，对环境科学的人来说，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，而基于卫星遥感数据的GIS模拟制图方法具有大范围连续获取表征空气污染时空分布的优势，可以很好地被应用于大气环境监测中；具备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；城市科学领域认为，传染病和慢病的发病机制一定程度是与城市规划相关的，城市需要将民众健康问题考虑在内去完成开发。“不同学科有不同的诉求，GIS充当着一个非常称职的连接工具。”邹滨补充道。1854年的伦敦大霍乱爆发之初，由于缺乏系统科学研究，人们依然普遍地认为霍乱与鼠疫一样，都是通过空气进行传播的。约翰斯诺结合疫情病例发生位置与规模及霍乱爆发规模的进一步分析后，猜测布罗德大街经常被居民使用的水泵遭受到了污染。他的大胆假设和严谨态度帮助政府采取了有效措施（将水泵的把手拆除），控制了霍乱的传播。结合采集数据、人口统计及空间分析做研究，这一举措也被公认为奠定了现代流行病学研究的基础。“这是GIS空间分析应用于健康领域的空间可视化分析最早可追溯的事件，也突出了GIS应用于健康的优势之一空间可视化。”GIS在探究环境与健康的相互影响方面具有独特的学科优势，环境、健康与地理信息关系密切，GIS与空间流行病中南学地球科学与信息物理学院副院邹滨教授“虽然说环境是环境，健康是健康，但健康GIS却可以在环境和健康之间架起桥梁。”采访开始，邹滨就如此定义本次交谈的主题。当前，类正临着全球化、业化、城镇化、龄化以及疾病、态环境、活式不断变化等带来的新挑战，尤其是过去3年，蔓延全球的新冠疫情更是在警醒我们，让众更加关注健康问题。类80%以上的活动与空间位置有关，任何、任何活动都脱离不了时空的概念。因此，健康GIS将环境数据、健康数据、地理要素集成在同时空模型下，并开展关联分析，给相关领域带去更多的参考指导意就显得更加顺理成章。中南学地球科学与信息物理学院副院邹滨教授是我国较早运GIS相关段进环境与健康领域研究的学者，并已在该领域深耕余年，本期他将从的科研经历出发，带来对GIS健康这前沿交叉学科发展与应等的解。发展中的前沿交叉学科优势明显的跨界应2928No?主题策划Topic/本刊记者丹妮图/受访者提供GIS架起环境和健康之间的桥梁访中南大学地球科学与信息物理学院副院长邹滨2006年，正在读摄影测量遥感专业博士的邹滨，机缘巧合之下，参加了美国德克萨斯州立大学湛飞并教授带来的“关于GIS应用于环境健康领域研究”的讲学，对此产生了浓厚的兴趣。2007年，邹滨作为我国第一批公派联合培养的博士研究生，前往美国德克萨斯州立大学交流深造，师从湛飞并教授，博士论文方向正是环境与健康GIS研究。博士论文完成后，邹滨结束交流学习回国，“刚回国的时候，与此相关的研究在国内相对冷门，健康GIS这种交叉学科理念并不被行业认同，研究环境也不太成熟，起步挺艰难，学科科研资源的申请也没有那么顺利。”他介绍说。在艰难的时候，湛飞并教授鼓励他“踏实用心做，十年后的中国，一定会重视健康问题，健康GIS也会有春天。”来自老师的鼓励，让邹滨坚定了在这个领域踏实耕耘的科研决心。“当然这个过程中，从未谋面的中国环科院同行，仅凭对2012年我出版的空气污染暴露时空建模与风险评估专著的认可，在一个学术报告的现场考察后，直接电话邀约我作为国家重点研发首批大气污染专项项目课题负责人，让我至今仍觉感动。”邹滨补充道。也正是这一份来自学界的淳朴信任，让邹滨在2016年成为了整个测绘领域最早主持国家重点研发项目课题的副教授，获得学校和同行的认可，也让他更加相信环境健康学科未来发展的机遇和前景。对于“GIS是环境与健康之间的桥梁”这一定义，邹滨给出自己的解释：“我们个体和群体都存在有健康问题，跟环境关系密切的具体为慢性疾病和流行性传染病，环境导致疾病的过程在我们学科上称之为环境暴露，也就是长期接触由空气污染、污水或者重金属污染土壤等带来的水土气暴露环境，并因此给我们身体带来健康隐患，那具体何时何地造成的环境暴露过程刻画，就由GIS来完成。”健康GIS作为一门交叉学科，涉及地理、公共卫生、环境科学、城市科学、导航定位、卫星遥感等多个学科领域。据邹滨介绍，2013年，由海外华人地理信息协会（CPGIS）发起、北京师范大学承办的首届中美合作交流“地理信息技术在公共卫生健康领域的应用”讲习班成功开班，在导师的推荐下，邹滨成为了当时该班仅有的两名中国教员之一，也是这个机会，让邹滨有机会接触到这个领域更多的国内外学者和管理人员。“目前这个会议已经举办了7届，一开始是由GIS、公共卫生、地理等作为主体，随着时间的推移，慢慢吸引了更多学科的人。”谈及健康GIS学科跨界范围之广的原因，邹滨解释说，从环境和公共卫生视角出发，传统的环境暴露调查方式难以准确、实时记录受访者在特定时空位置的暴露情况，而GIS技术可以解决“以人为中心”精确量化个体环境暴露的环境健康研究；而从地理学科出发，更想发现时空的演化规律，找出污染点、热点空间、传播规律、未来风险等。他进一步补充，对环境科学的人来说，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，而基于卫星遥感数据的GIS模拟制图方法具有大范围连续获取表征空气污染时空分布的优势，可以很好地被应用于大气环境监测中；具备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；城市科学领域认为，传染病和慢病的发病机制一定程度是与城市规划相关的，城市需要将民众健康问题考虑在内去完成开发。“不同学科有不同的诉求，GIS充当着一个非常称职的连接工具。”邹滨补充道。1854年的伦敦大霍乱爆发之初，由于缺乏系统科学研究，人们依然普遍地认为霍乱与鼠疫一样，都是通过空气进行传播的。约翰斯诺结合疫情病例发生位置与规模及霍乱爆发规模的进一步分析后，猜测布罗德大街经常被居民使用的水泵遭受到了污染。他的大胆假设和严谨态度帮助政府采取了有效措施（将水泵的把手拆除），控制了霍乱的传播。结合采集数据、人口统计及空间分析做研究，这一举措也被公认为奠定了现代流行病学研究的基础。“这是GIS空间分析应用于健康领域的空间可视化分析最早可追溯的事件，也突出了GIS应用于健康的优势之一空间可视化。”GIS在探究环境与健康的相互影响方面具有独特的学科优势，环境、健康与地理信息关系密切，GIS与空间流行病中南学地球科学与信息物理学院副院邹滨教授“虽然说环境是环境，健康是健康，但健康GIS却可以在环境和健康之间架起桥梁。”采访开始，邹滨就如此定义本次交谈的主题。当前，类正临着全球化、业化、城镇化、龄化以及疾病、态环境、活式不断变化等带来的新挑战，尤其是过去3年，蔓延全球的新冠疫情更是在警醒我们，让众更加关注健康问题。类80%以上的活动与空间位置有关，任何、任何活动都脱离不了时空的概念。因此，健康GIS将环境数据、健康数据、地理要素集成在同时空模型下，并开展关联分析，给相关领域带去更多的参考指导意就显得更加顺理成章。中南学地球科学与信息物理学院副院邹滨教授是我国较早运GIS相关段进环境与健康领域研究的学者，并已在该领域深耕余年，本期他将从的科研经历出发，带来对GIS健康这前沿交叉学科发展与应等的解。发展中的前沿交叉学科优势明显的跨界应3130No?主题策划Topic在应急层面，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应对公共卫生事件的举措。在非应急层面，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潜在需要管控的对象。在公众服务层面，参考现有最短路径、避免拥堵、高速优先导航思路，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，并配合相应健康出行路线规划系统与服务。“只有学科的科学逻辑、政府的管理逻辑、大众的商业逻辑三方面进行统一，健康GIS的研究和结论才会更有生命力，学科发展才会越来越好。”现今，GIS在地理、公共卫生、环境科学、城市科学等多领域愈发广泛应用，交叉课程的开设也满足了跨学科复合型人才的培养，谈及对学科的期望以及自身科研的原则，邹滨强调：“只有多学科实现深度的融合，迎合国家和社会需求，健康GIS学科的发展土壤才会更加良性。比如，为了从学科交叉视角推动空气质量与健康主题的研究，我在2017年9月全部自筹经费，依托国际摄影测量与遥感协会大气环境工作组（ISPRS WGIII/8）发起了旨在推动研究人员增进了解、相互认同的首届大气环境遥感与协同分析国际研讨会，吸引了来自德国、美国、奥地利、中国香港等国内外25家单位的80余位代表参与了会议。”目前，这个会议已经是每年一届，规模在300人400人，并且由此推动成立了国际大气遥感学会。邹滨始终认为，科研不应该只是“为了研究而研究”，要作有用的研究，最终成果能够为国家环境治理与大众健康保护做出贡献，这是他个人认同的科研目标、也是应该成为环境健康领域研究人员“面向人民生命健康”总体要求给出的美好答卷。学、统计学的结合为动态监测疾病发展变化、定量评估环境因素的健康效应、精准地评估污染暴露，以及快速识别重点区域的疾病流行与公共卫生状况提供便利性条件。提及健康GIS的学科和应用优势，邹滨介绍说除了空间可视化，还有数据精细化、结论精准化、趋势可预知性和调控的可模拟性等优势点。空间可视化每个个体都可能遭受环境暴露，环境暴露过程中的污染物进的体，就可能带来疾病隐患。在何时何地遭受多程度的环境暴露，需要使时空GIS的概念形成可供参考的空间分布模型。数据精细化不论是传染病还是慢病，都可以通过时空GIS模型得出相关规律。充分考虑污染源排放强度、排放时间窗、污染扩散的象地形等地理因，即使定点空质量监测数据少且稀疏，也能实现污染暴露强度的量化，作出更可靠、精细化、格化的污染地图。结论精准化科学可靠的精细化数据可分析出精准化的结论，如果模型数据精细化程度够，那么全世界各地在进研究时，即使样本群选择不样，得出的结论数据也会同异。趋势预知性持续动态分析GIS建模型后的历史数据可以发现它的变化趋势和规律，实现未来的动态预测。如通过传染病动态数据的分析构建模型，确认疫情传播模型媒介传播的空间、时间关系，就可以判断下个重点传播源。调控的可模拟性针对核电站、电站或者压站等可能带来环境暴露的程建设，在建设初期可通过模型模拟，预警预测其带来的健康影响，进决定建设地点的选择，既能满经济发展需要，也能满众对健康的预期。“在2007年2019年，我们健康GIS研究领域面临的最大挑战，是行业对学科方向的不认同，这个方向上的项目申请也很难获得资助。为了扭转这种局面，过去我们做了很多努力。”邹滨说道。过去3年的新冠疫情，已经让大家看到了时空GIS在传染病管控和阻断方面立竿见影的价值和作用，一定程度上也推动了健康GIS学科的发展。“从这些经历中我发现，为了后续学科发展及深入研究，科研必须要联系实际，注重问题导向，在我们提出问题的同时还要能有合理的解决方法。”邹滨语重心长地说道。与在传染病领域的立竿见影相比，公众对慢性疾病与环境暴露关联度评估结果的信任方面还在打问号。“比如癌症的发病机理非常复杂，跟饮食、基因遗传、生活习惯等关系紧密，其与环境暴露之间有关系，但是关联程度有多密切其实很难讲清楚和印证，过去受限于客观条件，一些研究验证方法也并不科学，这一定程度上也给结论的可信度带来影响。”“当前健康GIS领域发表的论文得出很多结论：比如极端颗粒物污染暴露和高温事件均会致人过早死亡、大气污染会造成新生儿缺陷或不孕不育等，类似研究结论的推导以及论文发表的过程已经持续了很长一段时间，包括现在依然还有很多研究人员不断地用不同的数据重复论证着这些大家已经公认的结论。我个人认为，当大家在对某个方面的基本认知已经形成的时候，比如公众已经认同孕期大气污染暴露会增加新生儿缺陷等疾病风险，那么作为研究人员，我们就不能仍满足于或停留在用不同的数据反复去论证这个结论，而应该再前进一步，以如何避免和解决这个问题为导向，去提供更有价值的、对改变现状有用的研究成果，避免为了科研而科研，为了论文而论文。”针对当前环境健康学科领域的现象，邹滨呼吁道。在邹滨看来，健康GIS研究的目的在于服务的精细化与大众化，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，甚至是从国土空间规划视角提前谋划实现“健康城市”理念，地理空间分析技术与人类健康主题相结合的研究，这才是当下及未来健康GIS成熟的发展方向。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）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）。邹滨出席第三届环境遥感与协同分析国际会议问题导向引领学科发展3130No?主题策划Topic在应急层面，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应对公共卫生事件的举措。在非应急层面，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潜在需要管控的对象。在公众服务层面，参考现有最短路径、避免拥堵、高速优先导航思路，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，并配合相应健康出行路线规划系统与服务。“只有学科的科学逻辑、政府的管理逻辑、大众的商业逻辑三方面进行统一，健康GIS的研究和结论才会更有生命力，学科发展才会越来越好。”现今，GIS在地理、公共卫生、环境科学、城市科学等多领域愈发广泛应用，交叉课程的开设也满足了跨学科复合型人才的培养，谈及对学科的期望以及自身科研的原则，邹滨强调：“只有多学科实现深度的融合，迎合国家和社会需求，健康GIS学科的发展土壤才会更加良性。比如，为了从学科交叉视角推动空气质量与健康主题的研究，我在2017年9月全部自筹经费，依托国际摄影测量与遥感协会大气环境工作组（ISPRS WGIII/8）发起了旨在推动研究人员增进了解、相互认同的首届大气环境遥感与协同分析国际研讨会，吸引了来自德国、美国、奥地利、中国香港等国内外25家单位的80余位代表参与了会议。”目前，这个会议已经是每年一届，规模在300人400人，并且由此推动成立了国际大气遥感学会。邹滨始终认为，科研不应该只是“为了研究而研究”，要作有用的研究，最终成果能够为国家环境治理与大众健康保护做出贡献，这是他个人认同的科研目标、也是应该成为环境健康领域研究人员“面向人民生命健康”总体要求给出的美好答卷。学、统计学的结合为动态监测疾病发展变化、定量评估环境因素的健康效应、精准地评估污染暴露，以及快速识别重点区域的疾病流行与公共卫生状况提供便利性条件。提及健康GIS的学科和应用优势，邹滨介绍说除了空间可视化，还有数据精细化、结论精准化、趋势可预知性和调控的可模拟性等优势点。空间可视化每个个体都可能遭受环境暴露，环境暴露过程中的污染物进的体，就可能带来疾病隐患。在何时何地遭受多程度的环境暴露，需要使时空GIS的概念形成可供参考的空间分布模型。数据精细化不论是传染病还是慢病，都可以通过时空GIS模型得出相关规律。充分考虑污染源排放强度、排放时间窗、污染扩散的象地形等地理因，即使定点空质量监测数据少且稀疏，也能实现污染暴露强度的量化，作出更可靠、精细化、格化的污染地图。结论精准化科学可靠的精细化数据可分析出精准化的结论，如果模型数据精细化程度够，那么全世界各地在进研究时，即使样本群选择不样，得出的结论数据也会同异。趋势预知性持续动态分析GIS建模型后的历史数据可以发现它的变化趋势和规律，实现未来的动态预测。如通过传染病动态数据的分析构建模型，确认疫情传播模型媒介传播的空间、时间关系，就可以判断下个重点传播源。调控的可模拟性针对核电站、电站或者压站等可能带来环境暴露的程建设，在建设初期可通过模型模拟，预警预测其带来的健康影响，进决定建设地点的选择，既能满经济发展需要，也能满众对健康的预期。“在2007年2019年，我们健康GIS研究领域面临的最大挑战，是行业对学科方向的不认同，这个方向上的项目申请也很难获得资助。为了扭转这种局面，过去我们做了很多努力。”邹滨说道。过去3年的新冠疫情，已经让大家看到了时空GIS在传染病管控和阻断方面立竿见影的价值和作用，一定程度上也推动了健康GIS学科的发展。“从这些经历中我发现，为了后续学科发展及深入研究，科研必须要联系实际，注重问题导向，在我们提出问题的同时还要能有合理的解决方法。”邹滨语重心长地说道。与在传染病领域的立竿见影相比，公众对慢性疾病与环境暴露关联度评估结果的信任方面还在打问号。“比如癌症的发病机理非常复杂，跟饮食、基因遗传、生活习惯等关系紧密，其与环境暴露之间有关系，但是关联程度有多密切其实很难讲清楚和印证，过去受限于客观条件，一些研究验证方法也并不科学，这一定程度上也给结论的可信度带来影响。”“当前健康GIS领域发表的论文得出很多结论：比如极端颗粒物污染暴露和高温事件均会致人过早死亡、大气污染会造成新生儿缺陷或不孕不育等，类似研究结论的推导以及论文发表的过程已经持续了很长一段时间，包括现在依然还有很多研究人员不断地用不同的数据重复论证着这些大家已经公认的结论。我个人认为，当大家在对某个方面的基本认知已经形成的时候，比如公众已经认同孕期大气污染暴露会增加新生儿缺陷等疾病风险，那么作为研究人员，我们就不能仍满足于或停留在用不同的数据反复去论证这个结论，而应该再前进一步，以如何避免和解决这个问题为导向，去提供更有价值的、对改变现状有用的研究成果，避免为了科研而科研，为了论文而论文。”针对当前环境健康学科领域的现象，邹滨呼吁道。在邹滨看来，健康GIS研究的目的在于服务的精细化与大众化，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，甚至是从国土空间规划视角提前谋划实现“健康城市”理念，地理空间分析技术与人类健康主题相结合的研究，这才是当下及未来健康GIS成熟的发展方向。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）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）。邹滨出席第三届环境遥感与协同分析国际会议问题导向引领学科发展