基于GIS的畜禽疫病监测预警系统的构建与实现

赵巧丽，李国强*，冯 晓，杨叙国，王进磊，秦一浪，郑国清

(1.河南省农业科学院 农业经济与信息研究所，河南 郑州 450002； 2.鹤壁市畜牧局，河南 鹤壁456600；3.河南省天下粮仓信息技术有限公司，河南 郑州 450002)

基于GIS的畜禽疫病监测预警系统的构建与实现

赵巧丽1，李国强1*，冯 晓1，杨叙国2，王进磊3，秦一浪3，郑国清1

(1.河南省农业科学院 农业经济与信息研究所，河南 郑州 450002； 2.鹤壁市畜牧局，河南 鹤壁456600；3.河南省天下粮仓信息技术有限公司，河南 郑州 450002)

为提高疫病监测的准确性和科学性，依据畜禽疫病防控知识、专家经验，采用人工智能、GIS技术等相关技术，构建了河南省畜禽主要疫病监测预警系统，实现鸡、猪和牛等常见疫病的实时监测和预警。系统由服务器端和手持终端两部分组成。服务器端基于B/S架构，应用C#语言、VS2010工具进行开发。服务器端负责数据的汇总与分析，有系统管理、上报管理、流行病学分析、疫情分析、疫情预警和疫情决策6个功能模块。手持终端是利用Java语言、Eclipse平台开发的移动客户端应用。手持终端负责数据的实时采集和上传，保证了数据采集的准确性和及时性。系统可以满足防疫部门日常工作需要，也可以为疫情监测预警和应急指挥提供决策支持。

GIS； 动物疫病； 监测预警； 河南省

近年来，我国畜禽疫病的种类越来越多[1]，疫病的发生也越来越频繁，由于发病规律、形式和特点越来越复杂，使畜禽疫病防控工作的强度和难度越来越大[2-8]。建立畜禽疫病监测预警信息系统，有效控制畜禽疫病的发生和流行，是确保我国畜牧业快速、健康、持续发展的保证，也是确保畜禽产品质量安全和人类健康的重要保障。我国许多学者已开展了相关的研究工作，并构建了监测预测系统[9-11]。李长友[12]构建了基于GIS和GPS的全国高致病性禽流感防控决策系统，实现了高致病性禽流感疫点的准确定位，疫点、疫区、受威胁区地理信息的查询和直接显示。张大龙[13]根据济南市畜牧生产及动物疫病监测业务的实际需要，建立了畜牧生产及动物疫病监测系统，能够监测屠宰检疫和动物疫情。廖明臻[14]依托云南省畜禽疾病监测体系，构建了畜禽疾病监测数据库和畜禽疾病智能预警系统，实现了高原地区畜禽常发疾病的监测及预警。邓振民等[15]初步研究了家禽肿瘤性疾病情监测、风险因素评估、预警模型、系统集成等内容，利用WebGIS、物联网等技术手段，构建了家禽肿瘤性疾病预警系统。在这些系统使用过程中，防疫人员常遇到数据采集不真实和不及时等问题。随着移动互联网的快速发展以及智能手机的不断普及[16-18]，借助智能手持设备，能够实现采集内容准确及时。为此，本研究基于河南省畜禽疫病监测体系，采用GIS、移动互联网等技术，构建了畜禽疫病监测预警系统，实现疫情监测信息的高效、及时和稳定交互，为日常流行病学调查和疫情监测业务提供服务支撑，为防疫和预防控制部门提供决策支持。

1 系统总体设计

1.1 河南省动物疫病监测预警体系特点

河南省动物疫病监测预警体系是以省、市、县防控机构为主体，以乡(镇)防检中心站为支点，以村级动物疫情报告观察员为基础，由不同规模养殖场、散养户、活禽交易市场等监测网点组成的免疫效果监测网络、疫情监测网络和流行病学调查网络[19-20]。本研究以河南省动物疫情监测预警体系为基础，对疫病监测结果采集、整合、分析、预警、发布环节进行分析，总结提炼主要功能模块，依据农业部《高致病性禽流感防治技术规范》等14个动物疫病防治技术规范，制定流行病学调查和疫情监测上报内容。

1.2 系统设计

本系统总体上设计为客户端/服务器的架构。服务器负责数据接收、存储、统计分析等，客户端负责信息采集。服务器端功能分为系统管理、上报管理、流行病学分析、疫情分析、疫情预警和疫情决策(图1)。服务器端是基于B/S模式实现的，由基础软件层、数据层、开发层和应用层4层构成。服务器端采用组件技术开发方式，运用ArcGIS Engine 9.2软件和C#语言开发了基于Web的畜禽疫病监测预警信息系统。

客户端功能分为流行病学调查、免疫上报和疫情上报。手持终端在Android SDK和Eclipse环境下开发了安卓疫情采集系统。手机端与服务器端之间采用Socket通信方式，保证数据交互的高效性和通用性。客户端数据存储分为在线存储和离线存储2种模式：在线存储模式是通过3G将数据即时传输并存储于服务器端；离线存储模式是将采集的数据临时存储于智能手机本地数据库，随后将数据上传到服务器端。

图1 系统功能结构

1.3 数据库设计

数据库数据包括空间数据和属性数据两部分。空间数据主要是行政区划图，属性数据包括机构管理、养殖场基本信息、疫情上报数据、抗体/病原监测数据和疫病知识数据。采用ARCSDE空间数据引擎对空间数据进行保存和管理，采用SQL Server数据库对属性数据进行管理。

2 系统功能介绍

2.1 系统管理

提供用户管理、防控机构管理、养殖场管理和畜禽种类管理功能。用户管理提供超级用户、防疫机构和养殖场主(散养户)3类角色用户的增加、修改和删除等功能。用户信息包括用户名、密码、角色等；防疫机构管理提供防疫主管部门和其管辖范围的添加、修改和删除等功能。防疫机构信息包括机构名称、联系方式、所在辖区等。养殖场管理提供养殖场信息的逐条添加、批量上传、修改和删除等功能。养殖场信息包括名称、畜禽种类、存栏量、地理坐标、所在辖区等。畜禽种类管理提供养殖场养殖畜禽类别的添加、修改和删除等功能。

2.2 上报管理

提供流行病学调查、免疫效果和疫情监测数据上报功能。流行病学调查内容包括病原名称、畜禽种类、监测地点、检测样品类型、检测方法、检测结果、采样时间等；免疫效果上报内容包括病原名称、畜禽种类、监测地点、检测样品、检测方法、免疫抗体结果等。疫情监测数据包括养殖场名称、发病数、死亡数、病原名称等。本模块为3类数据均提供了逐条添加和批量添加2种上报方式。

2.3 流行病学分析

提供流行病学动态、疫苗免疫状态的分析功能，并根据统计结果自动出具检测报告。通过流行病学调查数据、免疫监测数据的整理和汇总，绘制柱状图、折线图和专题图，分析疫情发生潜在风险。

2.4 疫情分析

提供养殖场快速定位、疫病监测数据缓冲区分析、专题图制作等功能。养殖场快速定位是根据养殖场编号或养殖场名称快速定位上报疫情养殖场的地理位置、疫情发病数、死亡数等信息。疫病监测数据缓冲区分析是指利用GIS的缓冲区分析方法，根据疫情类别(一类、二类、三类)、传播途径等确定缓冲距离，对疫区进行划分，同时统计各疫区内养殖畜禽数量。专题图制作可以制作某区域某段时间内疫病发病数或死亡数的专题图。

2.5 疫情预警

提供疫病发病率预测功能。疫情预警对可能出现的疫病风险进行预测，必要时采取相应级别的行动，最大限度地防范疫情发生和发展，尽可能降低损失。近年来常用的各种预测方法中，时间序列模型是定量预测精度较高、应用较广的模型之一[21-22]。本模块根据历史动物疫病的月发病率，构建时间序列模型。本预测模型可以估算未来月份疫病发病率，而后进行预警。猪瘟发病率预测模型为：

Ft+1=αXt+(1-α)Ft

式中，Ft+1是预测月份的疫病发病率，Xt是前一期月份的实际发病率，Ft是前一期月份的预测发病率，α为权数，最佳α需要通过反复试验确定。

2.6 疫情决策

主要用于疫情发生时，综合利用本系统的各项功能，为指挥决策者提供全方位疫情信息，为科学制定扑杀方案提供决策依据，包括应急决策、疫病防疫措施查询。应急决策模块提供疫情应急预案演练和应急救援预案所需各应急救援力量和物资的统计功能，即利用GIS缓冲分析方法，根据常见疫情级别、发生特点、传播途径、发展趋势，对疫区进行划分，统计各分区内各养殖场疫病发生情况。然后根据疫病发生危害程度，估算所需救援人员、扑杀工具等物资需求。疫病防疫措施查询模块提供常见畜禽疫病防控知识查询功能，包括各种疾病的知识、症状和临床表现，预防方法和注意事项等，为决策提供参考。

3 应用

2014—2015年，系统在河南省鹤壁市投入使用。对鹤壁市鸡、猪和奶牛等养殖场采集样本做免疫效果检测和病原学检测，通过检测分析模块对数据检测结果进行汇总，绘制图表，并出具分析报告。疫情发生时，利用系统对疫病分布状态，疫病发生、流行的主要原因及影响因素进行分析，对疫点快速查询和定位，对疫区进行划分，统计各疫区内养殖场情况。系统功能较好满足了防疫部门日常业务需要，疫情出现时，可迅速获取相关信息，为应急决策提供支持。

4 结论

本研究构建的畜禽疫病监测预警系统具有流行病学调查数据上报、免疫和疫情上报、流行病学分析、疫情分析、疫情预警和疫情决策等功能，具有操作简单、使用方便、采集信息多样化、统计分析多样化等特点，实现信息随地采集、随时上报，保证信息的及时性；同时采集经纬度、照片等信息，保证采集信息的准确性。本系统是基于互联网的疾病监测网络，实现监测点、监测单位和疫病预防控制机构对疫情监测数据的远程实时采集，实现信息处理的网络化、实时化，做到早发现、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

河南省重大科技专项(121100111000)

赵巧丽(1982-)，女，河南林州人，助理研究员，硕士，主要从事农业信息技术研究。 E-mail:zhaoqiaoli1009@163.com

*通讯作者：李国强(1984-)，男，河南林州人，副研究员，博士，主要从事农业信息技术研究。E-mail:gqli@hnagri.org.cn

S851.33

A

1004-3268(2016)03-0157-04