Сравнительная оценка применимости инструментов пространственного анализа данных для оценки и прогнозирования состояния факторов среды обитания

Введение. Геоинформационные системы активно применяются (ГИС) при оценке санитарно-эпидемиологического благополучия, планировании контрольно-надзорных мероприятий и организации мониторинга благодаря набору инструментов пространственного анализа, позволяющего прогнозировать величину и распределение значений фактора в пределах изучаемой территории на основании ограниченного числа исходных данных. Развитие ГИС привело к появлению множества вариаций таких инструментов, а многообразие методов в их основе затрудняет их выбор, что может приводить к некорректным результатам.

Цель исследования – оценка инструментов пространственного анализа данных, реализованных в геоинформационных системах (на примере ArcGIS), с позиции их применимости для задач оценки санитарно-эпидемиологической обстановки.

Материалы и методы. Использованы результаты мониторинга качества атмосферного воздуха в г. Санкт-Петербурге в 2022–2023 гг.; питьевой воды, атмосферного воздуха и данные заболеваемости населения в Архангельской, Мурманской и Вологодской областях за период 2018–2023 гг.; данные сводных расчетов загрязнения атмосферного воздуха в городе Петровске-Забайкальском по состоянию на 2023 г. Анализировались методы визуализации распределения пространственно-привязанных данных при помощи инструментов пространственного анализа и группировки данных на примере геоинформационной системы ArcMap 9.3.

Результаты. Проведенный анализ показал важность учета характеристик выборок анализируемых данных, типа и характера самих данных при выборе определенных инструментов группировки (классификации) данных или геостатистического анализа. На практических примерах проиллюстрирована значимость выбора определенного метода пространственного анализа для результата прогноза распределения величин показателя.

Обсуждение. Традиционные ГИС сохраняют свою актуальность при анализе факторов среды обитания, заболеваемости населения и результатов социально-гигиенического мониторинга, где требуется применение специализированных инструментов группировки данных и геостатистики. Для получения объективных результатов необходимо учитывать свойства массива данных при выборе инструмента анализа.

Заключение. Сформулированы рекомендации по выбору оптимальных инструментов пространственного анализа для задач оценки и прогнозирования санитарно-эпидемиологической обстановки с учетом типа данных, характеристик их выборок и поставленных целей.

1. Бармин Ю.Я., Гурвич В.Б., Кузьмин С.В. и др. Методические подходы к среднесрочному планированию и оценке эффективности мер по управлению риском для здоровья населения в муниципальном образовании (на примере промышленно развитого города). Анализ риска здоровью. 2019. № 2. С. 21–34.

2. Новикова Ю.А., Тихонова Н.А., Федоров В.Н. К вопросу организации межрегиональной системы мониторинга с использованием ГИС // Проблемы сохранения здоровья и обеспечения санитарно-эпидемиологического благополучия населения в Арктике: Материалы IV международной научно-практической конференции. Санкт-Петербург: Издательско-полиграфическая компания «Коста», 2023. С. 181–186. EDN CMHJCH.

3. Zaitseva NV, May IV, Kiryanov DA, Goryaev DV, Kleyn SV. Social and hygienic monitoring today: State and prospects in conjunction with the risk-based supervision. Health Risk Analysis. 2016;(4):4-13. doi: 10.21668/health.risk/2016.4.01.eng

4. Кузьмин С.В., Додина Н.С., Шашина Т.А. и др. Научно-методическое обеспечение задач социальногигиенического мониторинга при реализации национального проекта «Экология» // Анализ риска здоровью - 2023: Совместно с международной встречей по окружающей среде и здоровью RISE-2023: материалы XIII Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. Т. 1. Пермь: Пермский национальный исследовательский политехнический университет, 2023. С. 9–13. EDN XHGZFP.

5. Козловских Д.Н., Гурвич В.Б., Диконская О.В., и др. Региональная система управления риском для здоровья населения в субъекте Российской Федерации // Гигиена и санитария. 2022. Т. 101. № 10. С. 1255–1261. doi: 10.47470/0016-9900-2022-101-10-1255-1261. EDN ZMJMNE.

6. Куликова И.Б., Кузнецов И.С., Коровка В. Г. и др. Геоинформационные методы поиска территорий повышенного риска распространения социально значимых инфекций в мегаполисах (на примере туберкулеза) // Медицинский альянс. 2023. Т. 11. № 4. С. 14–27. doi: 10.36422/23076348-2023-11-4-14-27. EDN JLMNCZ.

7. Епринцев С.А., Клепиков О.В., Дьякова Н.А. и др. Геоинформационный мониторинг формирования очагов экологически-обусловленной заболеваемости населения крупных городов при воздействии факторов окружающей среды // Вестник Воронежского государственного университета. Серия: География. Геоэкология. 2024. № 3. С. 135–141. doi: 10.17308/geo/1609-0683/2024/3/135-141. EDN JGXNDN.

8. Епринцев С.А., Шекоян С.В. Геоинформационное моделирование факторов, определяющих экологическую безопасность урбанизированных территорий // Экология. Экономика. Информатика. Серия: Геоинформационные технологии и космический мониторинг. 2023. Т. 2. № 8. С. 17–22. doi: 10.23885/2500-123X-2023-2-8-17-22. EDN VRAUIQ.

9. Коротков В.В., Кулешова А.М., Ушаков С.А., Савельев С.И., Зубчонок Н.В., Додина Н.С. Геоинформационная региональная система как эффективное средство обоснования управленческих решений и организации надзора в сфере санитарноэпидемиологической ситуации // Здравоохранение Российской Федерации. 2022. Т. 66. № 5. С. 380–384.

10. Зибарев Е.В., Афанасьев А.С., Слюсарева О.В. и др. Разработка геоинформационного портала для обеспечения санитарно-эпидемиологического надзора за передающими радиотехническими объектами // Гигиена и санитария. 2020. Т. 99. № 4. С. 344–350. doi: 10.47470/0016-9900-2020-99-4-344-350.

11. Ефимов Е.И., Побединский Г.Г. Опыт разработки ГИС «Электронный эпидемиологический атлас» // Интерэкспо Гео-Сибирь. 2020. Т. 1. № 2. С. 3–18. doi: 10.33764/2618-981X-2020-1-2-3-18

12. Сарсков С.А., Вьюшков М.В., Полянина А.В. и др. Геоинформационный программный комплекс «Эпидемиологический атлас России» по актуальным инфекционным заболеваниям // Современные технологии в медицине. 2023. Т. 15. № 6. С. 22–30. doi: 10.17691/stm2023.15.6.03

13. Жуков К.В., Удовиченко С.К., Никитин Д.Н., Викторов Д.В., Топорков А.В. Использование географической информационной системы в эпидемиологическом надзоре на примере арбовирусных инфекций // Инфекционные болезни: новости, мнения, обучения. 2021. Т. 10. № 2. С. 16–24. doi: 10.33029/2305-3496-2021-10-2-16-24

14. Вьюшков М.В., Зайцева Н.Н., Ефимов Е.И., Кита嬬ва Л.С., Побединский Г.Г., Сарсков С.А. Геоинформационные технологии в эпидемиологии – актуальное научное направление деятельности ННИИЭМ им. академика И.Н. Блохиной // Здоровье населения и среда обитания. 2021. № 4 (337). С. 31–42. doi: 10.35627/22195238/202133743142.

15. Епринцев С.А., Клепиков О.В., Шекоян С.В. и др. Геоинформационный анализ факторов, определяющих социально-экологическую безопасность населения городов Воронежа, Липецка, Тулы // Журналистика и география : Сборник материалов III Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. Воронеж: Издательский дом «Кварта», 2024. С. 223–227. EDN QXMRCG.

16. Епринцев С.А., Куролап С.А., Клепиков О.В. и др. Геоинформационно-аналитическая модель повышения качества окружающей среды городов Центрального Черноземья // Экология. Экономика. Информатика. Серия: Геоинформационные технологии и космический мониторинг. 2024. Т. 2. № 9. С. 27–33. doi: 10.23885/2500-123X-2024-2-9-27-33. EDN ZGNIID.

17. Buzinov RV, Fedorov VN, Kovshov AA, et al. Choosing data clustering tools for GIS-based visualization of disease incidence in the population. Russian Open Medical Journal. 2023;12(3):306. doi: 10.15275/rusomj.2023.0306

18. Федоров В.Н., Копытенкова О.И., Новикова Ю.А. и др. Выбор инструментов группировки массивов данных заболеваемости населения при их визуализации с применением геоинформационных систем // Анализ риска здоровью – 2024: Материалы XIV Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. В 2-х томах. Пермь: Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения, 2024. С. 82–90.

19. Клепиков О.В., Куролап С.А., Студеникина Е.М., Жукова В.В. Региональный опыт и проблемные вопросы использования географических информационных систем в социально-гигиеническом мониторинге // Санитарный врач. 2019. № 6. С. 68–75. EDN QVYJVG.

20. Епринцев С.А., Куролап С.А., Клепиков О.В. Геоинформационный анализ антропогенного загрязнения атмосферы городов Центрально-Черноземного региона России // Донецкие чтения 2022: образование, наука, инновации, культура и вызовы современности: Материалы VII Международной научной конференции, посвященной 85-летию Донецкого национального университета.Под общей редакцией С.В. Беспаловой. Т. 3. Донецк: Донецкий национальный университет, 2022. С. 57–59. EDN MXCRFO.

21. Расходчиков А.Н. Искусственный интеллект и «умный город»: от цифровизации к городу-инновации // Социально-политические науки. 2022. Т. 12. № 4. С. 47–54. doi: 10.33693/2223-0092-2022-12-4-47-54

22. Krivoguz D. Geo-spatial analysis of urbanization and environmental changes with deep neural networks: Insights from a three-decade study in Kerch peninsula. Ecological Informatics. 2024;80:102513. doi: 10.1016/j.ecoinf.2024.102513

23. Калюжин А.С., Латышевская Н.И., Байракова А.Л., Калюжина М.А., Морозова М.А., Филатов Б.Н. Геоинформационная система как инструмент СГМ в структурах Роспотребнадзора и здравоохранении, на примере санитарно-гигиенического контроля водных ресурсов (информационно-аналитический обзор) // Здоровье населения и среда обитания. 2024. Т. 32. № 1. С. 36–48. doi: 10.35627/2219-5238/2024-32-1-36-48

24. Клепиков О.В., Мамчик Н.П., Колнет И.В. и др. Применение геоинформационных технологий в региональных системах мониторинга окружающей среды и здоровья населения // Вестник Удмуртского университета. Серия Биология. Науки о Земле. 2018. Т. 28. № 3. С. 249–256.

25. Суржиков Д.В., Кислицына В.В., Штайгер В.А., Голиков Р.А. Опыт применения статистико-математических технологий для оценки влияния атмосферных загрязнений на здоровье населения в крупном промышленном центре // Гигиена и санитария. 2021. Т. 100. № 7. С. 663–667. doi: 10.47470/0016-9900-2021-100-7-663-667. EDN TYCCTC.