来源:Quantitative Biology 发布时间:2022/5/16 10:05:33
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QB | 前沿研究:ASTM——炭疽病相关时空特征及气象研究的网络服务平台

论文标题:ASTM: Developing the web service for anthrax related spatiotemporal characteristics and meteorology study (ASTM——炭疽病相关时空特征及气象研究的网络服务平台)

期刊:Quantitative Biology

作者:Shiwei Fan, Ming Xiao, Boyu Sun, Weizhong Zhou, Qingrong Chen, Weimin Lv, Pengfei Zhang, Le Zhang

发表时间:02 Mar 2022

DOI:10.15302/J-QB-022-0288

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炭疽病是由炭疽杆菌引起的人畜共患疾病,对社会经济和人群公共卫生安全造成了非常严重的影响。得益于污染材料的合理处置和疫苗接种,目前炭疽病的发病率正在逐渐下降,但炭疽病仍在世界范围内蔓延。为对炭疽病进行有效防控,需要了解炭疽病的时空传播特征以及各气象因素对炭疽病传染能力的影响。

近日,四川大学计算机学院章乐教授课题组开发了一个针对甘肃省甘南藏族自治州(甘南州)炭疽病例的多角度可视化与分析平台,主要包含如下功能:(1)针对该州各地区炭疽病例的多类型可视化分析,如病例的地理分布、性别分布、职业分布以及时间分布等;(2)针对该州各地区炭疽病例的时间序列分析,主要用于预测该州各县市之间炭疽的传播方向;(3)针对该州各地区炭疽病例的回归分析,基于气温、湿度、降雨量、日照时长、气压、风速以及热指数等气象因素对炭疽病例数进行预测,并分析各气象因素对炭疽病例数的影响程度。作者为中国甘肃省甘南州炭疽病例的可视化和分析提供了一个信息丰富的互动平台,以期在未来可以为炭疽的防控提供一定的参考。相关文章“ASTM: Developing the Web Service for Anthrax Related Spatiotemporal Characteristics and Meteorology Study”已经发表在Quantitative Biology期刊上(点击文末“阅读原文”下载PDF全文)。

全文概要

本文基于甘肃省甘南州2005-2019年炭疽病例和气象因素资料,探讨炭疽发病的时空特征以及炭疽病例数与各种气象因素之间的关系(图1)。同时,为方便研究人员使用,本文开发了一个包含上述功能的炭疽多角度可视化与分析平台(http://www.combio-lezhang.online/anthrax/index.html)。

图1 分析流程:各地区炭疽病例的多角度展示、炭疽在各地之间传播的时空关联以及各气候因素对炭疽病例数的影响

可视化分析模块,本文对甘南州各市县炭疽病例进行了可视化分析。首先,是各病例的性别、年龄、职业以及季节分布,结果表明,该州的炭疽病例多为36-60的男性牧民,且基本集中分布在夏秋两季。其次,是各病例的地理分布,结果显示,该州的大部分病例分布在玛曲、碌曲以及夏河三县,这正与当地发达的畜牧业相对应。最后,是各病例的时间分布,结果显示,每年的炭疽发病基本集中在7、8两月,且从2005年至2017年,炭疽病例数总体呈上涨趋势,但从2017年开始下降,这正与当地2017年以来严格的防控措施相契合。

时间序列分析模块,本文首先按城市对甘南州的炭疽病例进行划分,进而得到六座城市(合作市,夏河县,碌曲县、玛曲县,卓尼县以及临潭县)各自的炭疽病例时间序列(2005年至2019年)。然后使用KPSS检验和ADF检验对炭疽病例数时间序列的平稳性进行检验,若不平稳,则对其进行差分处理,直到时间序列平稳。最后,使用格兰杰因果检验两两一组对6座城市的炭疽病例时间序列进行检验。结果显示,炭疽可能从玛曲县传播到合作市和夏河县,从夏河县传播到卓尼县和碌曲县,从碌曲县传播到卓尼县。

回归分析模块,本文构建了三个具有泊松分布(Poisson distribution)的广义线性模型(Generalized Linear Model, GLM),用于分析各气象因素(温度、降水量、风速、日照时长、相对湿度、气压以及热指数)对甘南州炭疽病例数的影响。结果显示,温度和热指数对炭疽病例数有很强的正向影响,而相对湿度、风速和气压对炭疽病例数有很强的负向影响。此外,温度、日照时间和相对湿度等气象因素对炭疽病例的数量有滞后影响。同时,该模块还可以根据各气象因素的值对该州的炭疽病例数进行预测。

综上,本文探索了炭疽在各地区之间传播的时空特征,分析了7种气象因素对炭疽病例数的影响,并开发了一个整合了上述功能的炭疽多角度可视化与分析平台,可为炭疽病的防治工作提供一定的参考。

Quantitative Biology期刊介绍

Quantitative Biology (QB)期刊是由清华大学、北京大学、高教出版社联合创办的全英文学术期刊。QB主要刊登生物信息学、计算生物学、系统生物学、理论生物学和合成生物学的最新研究成果和前沿进展,并为生命科学与计算机、数学、物理等交叉研究领域打造一个学术水平高、可读性强、具有全球影响力的交叉学科期刊品牌。

QB期刊目前已被ESCI, Scopus, CSCD等国内外重要数据库收录。

《前沿》系列英文学术期刊

由教育部主管、高等教育出版社主办的《前沿》(Frontiers)系列英文学术期刊,于2006年正式创刊,以网络版和印刷版向全球发行。系列期刊包括基础科学、生命科学、工程技术和人文社会科学四个主题,是我国覆盖学科最广泛的英文学术期刊群,其中13种被SCI收录,其他也被A&HCI、Ei、MEDLINE或相应学科国际权威检索系统收录,具有一定的国际学术影响力。系列期刊采用在线优先出版方式,保证文章以最快速度发表。

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