Программное обеспечение системы (Геоинформационная подсистема, подсистема анализа, моделирования и визуализации)

ГИС — является ядром ПМСЗН. Формирование интеллектуализированных баз данных с последующей их математико-статистической обработкой и представления ЛПР в виде таблиц, графиков, тематических карт, а также — их комбинаций (компановок).

ГИС — открытая система программных модулей, способная как к интеграции почти всех распространенных форматов хранения электронных данных, так и — к самостоятельному выполнению практически всего диапазона сбора, обработки, анализа (в т. ч. — и статистического) и представления географически привязанных данных.

Программное обеспечение — ArcGIS (ver. 8−10), возможности, которого позволяют не только решить традиционные для ГИС задачи, но — дают возможность стать, во-первых, мощным средством сбора данных; а, во-вторых — эффективным и исчерпывающим инструментом пространственного математико-статистического анализа данных [2, 37−39, 67 — 70]. Таким образом нет необходимости приобретать и вводить в Систему дополнительное специализированное ПО.

На вход в ГИС ПМСЗН подаются параметры баз данных по антропогенным воздействиям (БД ОС), сопутствующим факторам и баз данных по показателям здоровья населения (БД Медицинской статистики), проживающего в исследуемом районе, либо по ЛПУ. В ПО ГИС необходимо предусмотреть подсистему нормировки показателей с целью сравнения имеющихся данных с допустимыми значениями.

Например, на входе в ПО ГИС мы загружаем, помимо БД ОС (Санитарно-гигиенические нормативы) [43]:

• — ПДК и др нормативные показатели, их классификации (среднесуточная, максимальноразовая и пр.);
• — БД по параметрам антропогенных воздействий и сопутствующим факторам.

Реализация:

• 1 Подсчет общепризнанных интегральных показателей загрязнения среды в пересчете на нормативные значения.
• 2 Формирование в БД дополнительных полей по вычисленным интегральным показателям среды.

На выходе по результатам подсистемы нормировок: укрупненная «интеллектуализированная» БД с нормированными географически привязанными значениями параметров антропогенных воздействий, готовыми для дальнейшего анализа на карте города.

Нормировка показателей здоровья населения, поступивших от ЛПУ к общему числу жителей, либо к общему числу заболевших, либо к общему числу родившихся, умерших и пр. — в зависимости от данных ЛПУ, происходит по данным о численности населения на той или иной территории. На выходе из подсистемы нормировок в ПО ГИС пользователь «видит» укрупненную «интеллектуализированную» готовую для дальнейшего анализа БД по нормированным параметрам здоровья населения с географически привязанными координатами постоянного проживания.

Подсистема моделирования и прогнозирования блок статистического анализа Назначение: выявление причинно-следственных связей между различными интегральными характеристиками природной среды и показателями здоровья населения.

Вход: интересующие поля в БД со значениями параметров антропогенных воздействий, сопутствующих факторов среды и поля БД с показателями здоровья.

Реализация:

• 1 При помощи ПО «Statistica 5.5» [43].
• — Благодаря различным статистическим методам анализа осуществляется поиск причинно-следственных связей. Как правило, это — непараметрические методы статистического анализа, поскольку неизвестны законы (модели) распределения (например, по территории) показателей загрязнения и здоровья населения.
• — Далее ведется вычисление соответствующих данному методу коэффициентов корреляции и доверительных интервалов.
• — В результате строятся регрессионные зависимости, по которым специалисты и выявляют причинно-следственные связи.
• 2 При помощи модуля ArcGIS «Geostatistical Analyst» [69].
• — Организовываются «тематические слои» необходимых показателей и наносятся на электронную карту.
• — Далее с помощью методов детерминированных и геостатистических интерполяций строятся непрерывные 2D-поверхности в рамках указанных территорий.
• — Затем, с целью правильного дальнейшего анализа, строят 2D-поверхности ошибок интерполяции.
• — При помощи геостатистических методов анализа осуществляется поиск взаимокорреляции между несколькими наборами данных. А также — ищутся ковариации между значениями показателей на интерполированной поверхности и расстояниями от этих значений (к примеру, как зависит заболеваемость населения от расстояния до загруженных трасс).

Выход:

• — Классы болезней, заболеваемость, смертность и другие показатели здоровья населения, имеющие достоверную корреляцию с антропогенным воздействием на ОС, а также выявления иных географических, временных (сезонных) зависимостей (например, исследование заболеваемости на слабо проветриваемых территориях или — по преимущественной годовой «Розе ветров»).
• — Факторы ОС, отвечающие за ту или иную заболеваемость, смертность и т. д.

Блок оценки риска здоровью Назначение: Расчет на основе подходящих для РФ моделей риска здоровья населения от достоверно выявленных антропогенных факторов ОС; исходя из значений рисков, оценивание ущерба здоровью от причиненного вреда [43].

Вход:

• — Классы болезней, заболеваемость, смертность и другие показатели здоровья населения, имеющие достоверную корреляцию с антропогенным воздействием на ОС, а также — выявления иных географических, временных (сезонных) зависимостей (например, исследование заболеваемости на слабо проветриваемых территориях или — по преимущественной годовой «Розе ветров»).
• — Факторы ОС, отвечающие за ту или иную заболеваемость, смертность и т. д.
• — Научно-доказанные справочные коэфициенты по общепризнанным моделям оценки риска (Американское Агенство по охране ОС — ЕРА US)
• — Экономические показатели стоимости комплекса лечебно-профилактических мероприятий и экспертиз.

Выход:

• — Оценки рисков здоровью от достоверно выявленных ПМСЗН факторов природной среды.
• — Оценка нанесенного экономического ущерба здоровью в результате действия антропогенных факторов ОС [87].
• — Прогностические оценки экономического ущерба здоровью на определенной территории [20].

Подсистемы визуализации для различных групп пользователей Одно из преимуществ использования ГИС видится прежде всего в том, что система дает возможность широкого, доступного и понятного для неспециалистов представления полученных данных. В результате, упрощается управление рисками (работа с населением через СМИ, с органами власти и пр.), что повышает эффективность принятия решений ЛПР.

Вход:

• — Численные оценки рисков здоровью от достоверно выявленных ПМСЗН факторов природной среды.
• — Численные оценки нанесенного экономического ущерба здоровью в результате действия антропогенных факторов ОС.
• — Численные прогностические оценки экономического ущерба здоровью на определенной территории.
• — Сопутствующие разнородные численные данные неодинакового объема (географическое местоположение, направление ветра, время установления диагноза и пр.).

Выход:

• 1. Представление входных данных на графиках и картограммах.
• 2. Формирование соответствующих п. А) электронных карт в виде геоинформационной системы с возможностью не только представления численных результатов, но и работы с ними (поиска по запросам, редактирования, «подключения» новых данных). Причем, формируется система так, чтоб каждая координата исследуемой территории «несла» необходимую информацию для ЛПР. Результат формируется по запросам из баз геоданных на сервере в виде картинки в web-интерфейса ЛПР (Рис. 33). Web интерфейс, не требующий специального ПО, обучения, прост и доступен)

Поступившие на выходе различных подсистем визуализации (для ЛПР, для сотрудников МИАЦ, ТУ Роспотребнадзора и пр.) доступные и понятные данные могут дать возможность управлять рисками и ситуацией в окружающей природной среде посредством:

— Формирования в соответствующих органах новых (с учетом современной ситуации) нормативных параметров, которые могут быть использованы в дальнейшем, что принесет дополнительную достоверность результатов в системе ПМСЗН.

Рисунок 33. Веб-интерфейс ЛПР.

• — Работы с региональными, областными, городскими, муниципальными и локальными (объектовыми) органами власти: представление им данных с целью дальнейшего принятия решений по корректировки своей управленческой деятельности.
• — Выработки (расчета) санкций физическим и юридическим лицам в случае нарушений ими благоприятной экологический обстановки, приведшей к ухудшению здоровья населения.
• — Работы со СМИ с целью уведомления населения о зонах риска здоровью, вследствие, например, неблагоприятной с экологической точки зрения деятельности предприятия [43, 28−30].

Этап принятия управленческих решений включает, помимо количественных величин риска, анализ и характеристику неопределенностей, связанных с оценкой, и обобщение всей информации по оценке риска.

Среди основных источников неопределенности, с которыми вынуждены считаться ЛПР, это:

• — Неопределенность, связанная с формированием исходной выборки баз данных; Неопределенность, вызванная проблемами статистической выборки;
• — Отклонения и неточности при интерполяции и статистической обработки выборки;
• — Неопределенность в моделях воздействия или моделях «доза-эффект», особенно на уровне доз малой интенсивности;
• — Неопределенность, вызванная неполнотой совпадения с реальностью использованных моделей.

В идеальном случае, каждая неопределенность должна сопровождаться распределениями индивидуальной и обобщенной вероятности, из которых выводятся средние или худшие индивидуальные оценки негативного эффекта. Оценка риска является одной из основ для принятия решений по профилактике неблагоприятного воздействия экологических факторов на здоровье населения, но не самим решением.

Другие необходимые для этого условия — анализ не рисковых факторов, сопоставление их с характеристиками риска и установление между ними соответствующих пропорций, входят в процедуру управления, являющуюся заключительным Системы ПМСЗН. Решения, принимаемые на такой основе, не являются ни чисто хозяйственными, ориентирующимися только на экономическую выгоду, ни чисто медико-экологическими, преследующими цель устранения даже минимального риска для здоровья человека или стабильности экосистемы без учета затрат на обеспечение такой ситуации.

Другими словами, сопоставление медико-экологических, социальных и технико-экономических факторов дает основу для ответа на вопрос о степени приемлемости риска и необходимости принятия решения, ограничивающего или запрещающего использование того или иного технического решения, функционального зонирования территории поселения при разработке его генплана, принятия немедленных мер по стимулированию природоохранной деятельности предприятий и т. д.

Для специалистов отображение геоданных по показателям здоровья (заболеваемость, смертность, временная утрата трудоспособности и др.), по показателям факторов ОС (химических) происходят в виде картограмм:

• — либо по топологическим (инфраструктурным) информационным делениям;
• — либо по цифровым пространственным моделям (непрерывных распространений в пространстве города);

Прием ЛПР в web-интерфейсе может масштабировать и получать любую детализацию:

• — от администрации района
• — до квартала или дома

Важно специалистам для ЛПР предоставлять результирующие (интегральные) картограммы для удобства прочтения уже связанных показателей на уровне пространства. Кроме визуализации, необходим инструмент получения информации по объекту на карте. ЛПР важен результат: таким образом, должны быть готовые оценки с приведенной точностью прогноза-результата.

Для удобства работы с территориями в web-интерфейс может быть снабжён дополнительными функциями поиска (вывод в таблице и на карте).

• — адресный поиск, поиск по району
• — поиск по показателям здоровья
• — поиск по локализации загрязнения
• — поиск по интегральным показателям
• — поиск в радиусе от заданной точки, с выводом результатов в радиусе на карте

Важно генерировать результаты работы в отчет для доклада или своих документов Методология оценки риска начинает широко использоваться в практической деятельности органов санэпидслужбы. Были разработаны региональные нормативы и методики, связанные с оценкой риска здоровью населения при воздействии факторов ОС, производственных факторов, качества ряда продуктов питания и пр. Оценка риска используется при принятии решений в различных областях деятельности санэпиднадзора, от выбора и согласования участка под строительство отдельных зданий и сооружений, до принятия стратегических решений, связанных с вопросами функционального зонирования территории города, реконструкции промышленных узлов, формирования транспортной инфраструктуры города и пр.

В результате на выходе в работе специалиста — организатора здравоохранения: система ПМСЗН дает возможность для принятия решений о корректировке деятельности государственных и негосударственных учреждений здравоохранения и предприятий с учетом выявленных экологически неблагоприятных зон с повышенными рисками для здоровья населения этих районов внутри города.

3. расли здравоохранения на примере Санкт-Петербурга

ГИС здравоохранения региона может отвечать за обработку информации, привязанной к территории, и формирование табличных, графических и картографических отчетов для решения 4 -х основных задач отрасли здравоохранения в городе (регионе) [41]:

• 1. Оптимизация ресурсов здравоохранения, планирование ресурсов на перспективу;
• 2. Анализа и прогноза территориального распределения медикодемографических и социально — экономических показателей;
• 3. Выявление причинно-следственных связей между показателями территориально-распределенных факторов и откликами в виде медицинских показателей и, как следствие — оценка медицинских, экологических и других рисков;
• 4. Улучшения возможностей доступа населения к информации о медицинских услугах, лечебным учреждениям, что повышает качество предоставляемой помощи.

Это основные, но далеко не все задачи, в которых профессионально развернутая ГИС региона, города или области может помочь в отрасли здравоохранения. Геоинформационная система может быть интегрируема в BI-систему [91,102], а может существовать отдельно и независимо, интегрируясь в систему сбора медицинских данных, которая в том или ином виде имеется у городских медицинских информационных центрах, территориальных органах управления здравоохранением, районных органах управления здравоохранением, крупных медицинских центрах, аптечных сетях.

С 2000 года в Медицинском информационно-аналитическом центре (СПб МИАЦ) Комитета по здравоохранению Правительства Санкт-Петербурга была начата активная работа по разработке методов пространственного анализа, моделирования, геостатистического исследования, изучения взаимосвязей между распределением факторов среды и откликов в виде заболеваемости, было создано большое количество картограмм и отчетов для органов управления здравоохранением, позволяющих оптимизировать коечный фонд, оценивать и сравнивать показатели обеспеченности врачами по районам города, визуализировать информацию медицинской отчетности, строить медико — санитарные зоны, зоны обслуживания сетей ЛПУ, строить офисные карты распределения ЛПУ города по типам, подчиненности, осуществлять расчеты обеспеченности населения ЛПУ для градостроительных задач, осуществлять и оптимизировать аптеки, аптеки ДЛО, травмпункты, учитывая пешеходную транспортную доступность, следить за оптимальной госпитализацией больных в стационары, визуализировать более 100 показателей заболеваемости злокачественными новообразованиями в пределах кварталов и домов города, оценивать фальсификацию предоставленных данных по диспансеризации детей по отдельным типам заболеваемости, визуализировать в пределах кварталов информацию не только о больных, но и здоровых детей по результатам проекта диспансеризации и многое, многое другое/ [40, 41, 91].

Рисунок 34. Веб-интерфейс первой ГИС здравоохранения в СПб МИАЦ (2007 год) Все это легло в основу создания с 2007 года геоинформационной системы здравоохранения Санкт-Петербурга с веб-интерфейсом (Рисунок 34), которая «разворачивается» силами СПб МИАЦ и Центром пространственных исследований при поддержке городских программ информатизации и модернизации здравоохранения Санкт-Петербурга (Рисунок 35).

Рисунок 35. Укрупненная структурная схема Геоинформационной системы здравоохранения Санкт-Петербурга [40,91].

В соответствии с 3 группами пользователей: населением, организациями (ЛПУ, частные клиники, аптеки), и правительством субъекта существует 3 «выхода» ГИС здравоохранения. Результаты данных систем без труда могут быть реализованы в конкретных проектах линейки веб-ориентированных геоинформационных сервисов (Web-GIS) и корпоративных геоинформационных Интранет/Интернет систем, настроенных «под задачи» и бизнес процессы отрасли здравоохранения (Web-GIS.Zdrav) региона .

Самый простой пример — это создание карты распределения ГУЗ и аптек по городу (Рисунок 36), сформированная при помощи наличия реестра организаций здравоохранения в МИАЦ и подсистемы геокодирования и визуализации. Воплощение простой электронной карты в виде информационного киоска, установленного в каждом ЛПУ города, дает возможность любому человеку найти ближайшую аптеку. А справочная информация о перечне медицинских услуг, привязанных в тому или иному учреждении на карте города, реализованная на официальном сайте Комитета по здравоохранению в виде геопортала, поможет дополнительно стимулировать слой населения с низкими показателями обращаемости в медицинское учреждение, повысить доверие к официальному порталу и информации в нем. Этот слой совпадает по возрасту с большинством пользователей Рунета 18 — 38 лет. Следовательно, геопорталы и инфокиоски, реализованные в т. ч. и с применением технологий Web-GIS — это комплекс мер по увеличению доступности медицинской услуги населению.

Рисунок 36. Пример веб-интерфейса ГИС здравоохранения для пользователей разных групп. Распределение ЛПУ и зон обслуживания. (2010 год) Вторая группа пользователей: — это представители организаций. Информация может быть полезна и с маркетинговых (геомаркетинговых) позиций аптечным сетям, сетям частных клиник, так и для медицинских специалистов государственных ЛПУ, желающих ознакомиться с распределенными данными стандартной медицинской отчетности на карте города (Рисунок 37). Кроме того, в зависимости от налаживания системы сбора данных и технические возможности Web-GIS на «тонком клиенте» могут позволить осуществлять сбор данных по нестандартным показателям, осуществлять выборки по территориям и многокритериальный поиск. Корпоративная ГИС, внедряемая, например, — в рамках справочной службы позволит оператору оперативно давать справку о ближайших аптеках, лекарствах и т. д.

Рисунок 37. Пример веб-интерфейса ГИС здравоохранения для пользователей разных групп. Распределение разных типов ЛПУ и зон обслуживания. (2010 год) Максимальные возможности выхода ГИС здравоохранения предполагается предоставить ЛПР, причем, как в области здравоохранения города, так и в смежных областях (например, ТУ Роспотребнадзора, Комитетам по природопользованию, Комитетам по социальной защите, комитетам по градостроительству и другим). Информация может быть предоставлена и через портал максимальными уровнями доступа, так и по специфичным запросам напрямую в систему и формированием качественных геоотчетов: картограмм, таблиц и графиков, При помощи тандема из постановщиков задач — специалистов отрасли и ГИС-специалистов, можно разработать методы и представлять материал в самом полезном, а иногда — неожиданном виде.

Отметим, что в Санкт-Петербурге, помимо формирования геоотчетов, разработки пространственных методик моделирования, анализа и прогноза медицинских данных, запущен пилотный проект формирования справочного геопортала для населения. В 2008 году запустился второй этап разработки геопортала на базе решения Web-GIS.Zdrav, как часть официального городского медицинского портала Санкт-Петербурга [92]. На 2008 год запущен и работает в некоторых ЛПУ вэб-ориентированный геоинформационный сервис для Инфо-киосков, размещенных в 5-ти точках города [94,102].

В рамках информатизации здравоохранения Санкт-Петербурга, регионального фрагмента ЕГИСЗ Санкт-Петербурга проекты в области ГИС здравоохранения, продолжат свое развитие и в последующие годы совместными усилиями СПб ГУЗ МИАЦ и Центра пространственных исследований, задавая стандарты ГИС здравоохранения в отрасли в субъектах России [93] и приближаясь к западным аналогам. Основная цель — повышение здоровья населения субъектов РФ. Так, на основе опыта с СПб МИАЦ, были реализованы подобные проекты в Вологодской области, Ненецком автономном округе (см. Рисунок 38 и 39) соответственно [94].

Рисунок 38. Интерактивная карта с заболеваемостью по муниципальным районам Вологодской области (2013 год).

Рисунок 39. Интерактивная карта с медицинскими учреждениями Ненецкого автономного округа (2013 год) Кроме того, автором была разработана веб-ориентированная геоинформационная система аналитика «Геоинтеллект», в том числе и для задач организации здравоохранения региона (Рисунок 41). Автором получено Свидетельство государственной регистрации на ПО ЭВМ № 2 015 614 104 от 06.04.2015 года на ГИС «Геоинтеллект» (Приложение 3).

Рисунок 40 Базы геоданных о рождаемости по муниципальным районам Краснодарского края для Краснодарского регионального МИАЦ (2015 год) на базе системы «Геоинтеллект» с веб-интерфейсом.

На основе утвержденных Минздравом России требований к размещению медицинских пунктов и организаций на селе, были созданы отдельные Геоинформационные аналитические системы с веб-интерфейсами для Новосибирской области, Краснодарского края, решающие задачи оптимизации доставки больных, размещения волонтеров, медицинских пунктов, фельдшерско-акушерских пунктах в самых удаленных населенных пунктах с учетом новых требований доставки и оптимального перераспределения больных (например, критерий расстояния для доставки больных не должен превышать 6 км для населенных пунктов от 1000 — 2000 человек).

Использовать ГИС, как часть ПМСЗН, следует для работы на региональных уровнях по созданию интерактивных карт-схем расположения ЛПУ, зонирования, расчета доступности медицинской помощи и других оптимизационных и аналитических задач для внутреннего использования в региональных органах исполнительной власти.

Рисунок 41. Оптимизационные модели транспортной доступности от фельдшерских акушерских пунктов к территории Тагучинского района Новосибирской области. Выявление неблагоприятных мест с точки зрения доступности медицинской помощи на базе ГИС «Геоинтеллект» (2015 год). Другим примером, может служить анализ транспортной доступности лечебно-профилактической помощи матерям. При помощи ПМСЗН можно строить модели и обосновывать в т. ч. — размещение нового объекта для медицинской помощи или офиса врача общей практики [41].