全球COVID-19/严重急性呼吸综合征2型冠状病毒(SARS-CoV-2)流行及相关事件的地理跟踪和测绘:21世纪GIS技术如何支持全球抗击疫情和流行病

2019年12月，一种导致严重急性呼吸系统综合征(冠状病毒病COVID-19)的新病毒(最初称为“新型冠状病毒2019- ncov”，后更名为SARS-CoV-2)在中国湖北省武汉市出现，并迅速蔓延到中国其他地区和世界其他国家，尽管中国采取了大量措施将疾病控制在湖北境内。与2002/2003年最初的SARS-CoV流行病和季节性流感一样，地理信息系统和方法，包括(除其他应用可能性外)在线实时或近实时绘制疾病病例和社交媒体对疾病传播的反应，使用人口旅行数据进行预测风险绘制，以及追踪和绘制跨空间和时间的超级传播者轨迹和接触者，对及时有效的疫情监测和应对是不可或缺的。本文提供并描述了一系列实用的在线/移动地理信息系统和地图仪表板以及应用程序，用于跟踪2019/2020年冠状病毒疫情及其在世界各地展开的相关事件。其中一些仪表板和应用程序正在接收近乎实时的数据更新(在撰写本文时)，其中一个是供个人用户(在中国)检查应用程序用户是否在最近与确诊或疑似感染SARS-CoV-2的人有过密切接触。我们还讨论了GIS支持对抗传染病爆发和流行病的其他方式。

2019年12月，中国湖北省武汉市出现了一种导致严重急性呼吸系统综合征(冠状病毒病COVID-19)的新病毒(最初称为“新型冠状病毒2019- ncov”，后更名为SARS-CoV-2) [1，并迅速传播到中国其他地区和世界其他国家，尽管中国做出了巨大努力将疾病控制在湖北。

与2002/2003年的SARS-CoV和2012-2014年的MERS-CoV相比，COVID-19冠状病毒的传播速度惊人。MERS用了大约两年半的时间感染了1000人，SARS用了大约4个月，而新型SARS- cov -2仅用了48天就达到了这个数字。2020年1月30日，世界卫生组织(世卫组织)宣布，新型SARS-CoV-2冠状病毒疫情构成国际关注的突发公共卫生事件[2］．

与2002/2003年最初的sars冠状病毒流行一样[3.]及季节性流感[4，5]、地理信息系统(GIS)和方法，除其他应用可能性外，包括对疾病病例和社会媒体对疾病传播的反应进行在线实时或近实时测绘，使用人口旅行数据进行预测风险测绘，以及追踪和绘制跨空间和时间的超级传播者轨迹和接触者(例如，见[6])，对于我们及时了解新的疾病来源、动态和流行病学，并制定有效的应对措施，是必不可少的。

事实上，卫生专业人员长期以来一直认为，传统的绘图以及最近的地理信息系统(GIS)是跟踪和抗击传染病的关键工具。最早将地点和健康之间的关系可视化的地图是在1694年意大利的鼠疫遏制中[7］．在接下来的225年里，地图作为一种传播工具，在了解和跟踪黄热病、霍乱和1918年流感大流行等传染病方面发挥了巨大作用。自20世纪60年代计算机化地理信息系统诞生以来，分析、可视化和检测疾病模式的可能性再次大幅增加。2014年对卫生地理信息系统文献的回顾发现，865篇收录论文中有248篇(28.7%)侧重于传染病制图[8］．

从那时起，我们通过基于网络的工具看到了应用卫生地理学的革命[9，10］．现在，当我们部署这些工具来保护人类生命时，我们可以从他们的来源获取大数据，并在交互式和近乎实时的仪表板上显示结果。这些在线仪表板已成为COVID-19疫情期间的关键信息来源。

本文提供并描述了一系列实用的在线/移动地理信息系统和地图仪表板以及应用程序，用于跟踪冠状病毒疫情和在世界各地展开的相关事件。其中一些仪表板和应用程序正在接收近乎实时的数据更新(在撰写本文时)，其中一个是供个人用户(在中国)检查应用程序用户是否在最近与确诊或疑似感染SARS-CoV-2的人有过密切接触。我们还简要讨论了GIS支持对抗传染病爆发和流行病的其他方式。

当疾病传播如此之快时，信息必须更快地传播。这就是基于地图的仪表板变得至关重要的地方。11］．截至2020年2月中旬撰写本文时，Esri ArcGIS在线服务请求最多的10个应用程序中有7个是冠状病毒仪表盘，累计观看次数超过1.6亿次。约翰霍普金斯大学系统科学与工程中心(JHU CSSE)的仪表盘于2020年1月22日首次发布，以应对2020年1月底不断升级的大流行担忧，获得了1.4亿次观看。由Lauren Gardner(流行病学家)和她来自JHU CSSE的团队开发的仪表盘在数百篇新闻文章和社交媒体上的分享中迅速传播开来。1) [12］．对JHU CSSE和其他仪表板的强烈反应表明，人们是多么渴望追踪健康威胁。任何可以上网的人都可以通过点击几次鼠标，从这些资源中了解到大量关于COVID-19病毒的信息。

JHU CSSE仪表板的交互式地图定位并记录确认的感染、死亡和康复情况。图表详细说明病毒随时间的进展情况。可以查看最近一次数据更新的日期和时间以及数据源。该仪表盘的五大权威数据来源包括世界卫生组织(WHO)、美国疾病预防控制中心、中华人民共和国国家卫生健康委员会、欧洲疾病预防控制中心和中国在线医疗资源DXY.cn。仪表板提供指向这些源和其他源的链接。一篇博客文章[13详细说明这项工作。对应的数据存储库可在GitHub中以谷歌表的形式访问[14］．

Web服务允许GIS用户使用和显示不同的数据输入，而无需中央托管或处理，以简化数据共享和加快信息聚合。在第一次仪表板迭代中，从2020年1月22日到1月31日，霍普金斯大学团队每天手动更新两次数据。2020年2月，Esri的ArcGIS Living Atlas团队帮助他们采用半自动化的生活数据流策略来更新仪表板。它主要依赖于DXY.cn数据资源，该资源每15分钟更新一次省级和国家级的病例报告。然而劳伦·加德纳的博客[13他指出，对于中国以外的国家，其他数据资源的更新速度比DXY.cn快，因此这些病例数全天都是手动更新的。目前的功能层可在ArcGIS Living Atlas中免费获取[15］．

然而，COVID-19疫情一直难以监测。加德纳解释道:“以较高的空间分辨率收集良好的数据尤其具有挑战性，这是大多数人想要知道的，如果没有实时的旅行数据来捕捉这些变化的移动模式，就很难评估未来的地理风险概况“(16］．

JHU CSSE仪表板(在撰写本文时)缺乏对前几天数据的完整回溯地图可视化的存档服务。就后者而言，仪表盘只提供确诊病例总数(分为“中国大陆”和“其他地区”)和康复病例总数的时间轴图。但无法及时检索和显示详细的地图快照(按单个国家/地区和中国省份)，例如，查看过去特定日期(如2020年1月25日)的冠状病毒世界分布图。鼓励仪表板开发人员编译并制作这种交互式每日地图快照，以便在疫情结束后在线永久访问，以供将来参考，为全世界的公共卫生研究人员和专业人员提供服务。

世卫组织指导和协调国际卫生，通过监测、防范和应对，以及在这项工作中应用地理信息系统技术来防治传染病。2020年1月26日，世卫组织发布了COVID-19 ArcGIS操作仪表板，该仪表板还按国家和中国省份绘制并列出了冠状病毒病例和死亡总数，并提供了关于地图及其数据资源的信息面板(图2)。2) [17］．

在2020年2月18日之前，世卫组织和JHU CSSE仪表板存在一些有趣的差异。每个国家的总病例数都有很大不同，如图所示。1而且2(均摄于2020年2月16日)。世卫组织仪表板反映实验室确诊病例，而JHU CSSE包括使用症状阵列加胸部成像诊断的病例(约占1.8万份额外报告)。然而，截至2020年2月19日，两个仪表板是同步的，显示类似的病例总数。

世卫组织仪表板在前面包括流行病曲线，按报告日期显示病例。将扩大免疫指数曲线可视化置于累积病例图之上，可提供关于疫情进展的重要信息，并可能减少恐惧，因为我们可以看到自2020年2月4日以来每天新病例总数稳步下降(除了2020年2月13日出现峰值，当时中国开始将“临床诊断”病例而不仅仅是实验室确诊病例纳入其数字后，新增了超过1.5万例病例)。

世卫组织仪表板右上角的“汉堡包”菜单提供了有关COVID-19的其他信息的链接，并通向交互式Web地图，该地图将COVID-19与世卫组织监测的其他卫生突发事件(如登革热、裂谷热和西尼罗河热)放在一起[18］．

世卫组织正在使用ArcGIS GeoEvent服务器自动更新COVID-19仪表盘，每天多次向单一功能服务推送更新。世卫组织的仪表板优化措施包括将平铺数据从其服务器转移到ArcGIS Online平铺服务，以受益于Esri的内容交付网络。这使得在10-12级缩放时具有良好的地图性能。

WHO和JHU CSSE的仪表板都考虑到了移动设备的重要性。在Esri的ArcGIS操作仪表板应用程序构建的仪表板中，近8%的观众选择了为移动消费而构建的仪表板。与人们想要接收信息的方式一致，移动优化的仪表板是多功能的，可以在手机或平板电脑上访问。

HealthMap成立于2006年，由美国波士顿儿童医院的一组研究人员、流行病学家和软件开发人员运营，并使用在线媒体资源实时监测新出现的公共卫生威胁。“健康地图”从一系列来源整理疫情数据，包括新闻媒体(例如通过谷歌news)、社交媒体、经过验证的官方警报(例如来自世卫组织)和专家策划的账户[19］．“健康地图”的SARS-CoV-2互动地图载于[20.]提供了来自这些来源的近乎实时的地理位置更新，以更好地了解大流行的进展(图2)。3.)．

与HealthMap相同的是，专注于自动化传染病监测的加拿大公司BlueDot [21]，利用机器学习和自然语言处理技术，筛选65种语言的新闻报道、论坛和博客文章、航空订票数据、动物疾病网络等，以捕捉不寻常的、正在发生的事件和可能的疾病爆发的迹象和新闻。该公司雇佣训练有素的流行病学家进一步分析通过自动化手段获得的疫情结果，然后将结果发布给客户。据说，该公司是最早发布COVID-19疫情消息的公司之一。

HealthMap还提供了“我附近的疾病爆发”功能，该功能根据个人用户从网络浏览器/智能手机获取的当前位置，通知他们附近的疾病传播风险。4)．

虽然政府的旅行限制引发了社会距离，但现在个人可以通过使用专门的应用程序来推动这一事业，该应用程序提供了详细的空间尺度，以支持有关自我隔离和寻求医疗的知情个人决定。由中国国家卫生健康委员会和中国电子科技集团公司联合推出的“密切接触检测器”应用程序/平台，利用公共部门关于人员流动的大数据(包括航班和火车的公共交通数据[在中国预订火车座位需要输入身份信息])，以及病例记录，检查用户最近是否与确诊或疑似感染者有过密切接触(图2)。5)．该平台可以根据用户所在的位置和最近的活动情况，告知用户在过去两周(假设的COVID-19潜伏期)内是否与确诊或疑似感染病毒的人一起工作、共享教室、住在同一栋楼或乘坐火车(所有乘客和机组人员都在同一车厢)或飞机(客舱工作人员和感染者三排以内的乘客)旅行。“亲密接触探测器”可通过支付宝、微信和QQ这三款中国最受欢迎的移动社交和支付应用访问。22］．

尽管该平台明确要求用户遵守中国的网络安全法律，不要滥用私人信息，但它可能会在一些受众中引发一些位置数据隐私问题，而且该平台在中国公众中广受欢迎。正如欧华律师事务所(DLA Piper)驻香港的科技律师卡罗琳·比格(Carolyn Bigg)在对BBC的评论中所解释的那样，“在中国和整个亚洲，(个人)数据不被视为被锁定的东西，而是可以被使用的东西，只要以透明的方式进行，并在需要时获得同意。从中国人的角度来看，这是一项对人们非常有用的服务，也是一个非常强大的工具，展示了数据被用于做好事的力量“(22］．

广州地铁实施了相关和补充的自愿制度，这样如果一个人后来被诊断出感染了冠状病毒，就更容易跟踪他/她的交通路线，并通知乘坐同一地铁车厢的相关乘客。从2020年2月17日起，广州地铁的每节地铁车厢都将显示一个独特的二维码，乘客上车后请扫描二维码。然后，他们需要快速填写手机上出现的在线表格，包括姓名、身份证号码。(可选)，性别，起站和终点站。由于每节车厢都有唯一的二维码，如果乘客在运输过程中走进另一节车厢，他/她将不得不扫描该车厢的新二维码，并(自动)重新填写相应的表格。如果乘客的旅程涉及换乘其他地铁线路以到达最终目的地，那么他/她将不得不在每一节额外的车厢重复相同的过程(图2)。6)．

人员流动使科学家在减缓潜在流行病方面处于严重不利地位。一个人可以在一个地方感染病毒，并在几小时内传播到另一个地方。在喷气式飞机中，有可能成为一个超级传播者。23]，在广阔的地理区域感染了许多人。尽管疫苗技术已经取得了显著进步，但仍需要一年或更长时间才能研制出疫苗——这段时间足以让病毒传播到世界各地。

2020年1月23日上午，最后一班火车和定期国内和国际航班离开武汉，结束了3天前开始的春节出境游热潮(图2)。7)．世界卫生组织赞扬了中国当局对武汉进行大规模隔离的举措，这是前所未有的。截至2020年1月底，中国当局又在15个城市实施了进一步的交通限制。

英国南安普顿大学的WorldPop研究小组利用百度的位置服务和国际航班行程的历史数据和模式，更好地了解武汉封城前的人口外流情况，查看中国和世界各地的游客数量和目的地，并编制了一份预测SARS-CoV-2病毒可能从中心武汉传播的全球风险地图。根据WorldPop的分析，在中国大陆，北京、广州、上海和重庆都被认定为高危城市，而全球最“危险”的地方是泰国(第1名)、日本(第2名)和香港(第3名)，其次是美国(第6名)、澳大利亚(第10名)和英国(第17名)。详细的结果和地图可在WorldPop在线门户网站[24］．

值得注意的是，WorldPop还绘制了西非国家的人口分布和流动模式(使用移动电信数据绘制手机流量图)，以支持控制2014年埃博拉病毒爆发的努力[25］．空间分析方法在模拟疾病传播、检测模式和统计上显著的热点以及预测接下来会发生什么方面确实非常强大[26］．

美国马萨诸塞州波士顿东北大学也开展了类似的工作，使用EpiRisk工具开发了COVID-19流行的预测模型，该工具可以估计受感染者通过航空旅行将疾病传播到世界其他地区的概率。Epirisk还跟踪旅行禁令的有效性，是GLEAM(全球流行病和流动模型)项目的一部分;查看他们的COVID-19互动地图，网址是[27］．

在传染病爆发和流行期间，社交媒体在向大众传播经过核实的事实和正确的预防技巧方面发挥着重要作用，但也有可能在公众中“病毒式”传播错误信息、混乱和恐惧。28，29］．就COVID-19而言，虚假或误导性信息(如“吃香油或大蒜有助于预防和治疗冠状病毒”，以及十年前显示全球航空旅行的地图[30.)，谣言和恐慌在社交媒体上的全球传播速度比病毒快得多。

为了部分说明这一现象，德国柏林马克斯·普朗克人类发展研究所的研究科学家、推特用户Mehdi Moussaïd (@Mehdi_Moussaid)在他的账户上发布了一张世界动画地图，展示了2020年1月24日至31日期间推特上#冠状病毒标签的全球传播情况(绿色)和冠状病毒的实际病例(红色)(图2)。8) [31］．当然，并不是所有带有#冠状病毒标签的推文和转发都在传播错误信息，其中许多都来自世界卫生组织等合法机构和组织，但这张地图很好地说明了推特和其他社交媒体的“病毒式传播性质”。一套涵盖其他冠状病毒标签的更详细的地图，并在绘制之前根据真实性对推文进行分类，可以为全球社交媒体公司和卫生组织打击虚假信息提供有价值的见解和指导。

事实上，有人说，世卫组织正在抗击除COVID-19之外的另一场虚假信息大流行(或“信息大流行”)[32］．世界卫生组织与脸书、推特、YouTube(谷歌)和Pinterest等社交媒体巨头联手，打击有关冠状病毒的错误信息的传播。例如，Pinterest和YouTube用户现在(在撰写本文时)在这些平台上搜索或浏览/观看有关冠状病毒的材料时，都可以看到一个突出显示的链接指向世卫组织关于COVID-19的官方页面。

在COVID-19暴发期间，以地图为中心的仪表盘，如约翰·霍普金斯CSSE的仪表盘[12]、世界卫生组织[17]及Early Alert Inc. [33]，它们已经像病毒一样传播开来，让公众和卫生专业人员都知道了。但仪表盘只是GIS和定位技术如何支持对抗传染病的开始。下面是更多的例子。

爆发源

约翰·斯诺(1813-1858)能够追踪到1854年伦敦苏活区霍乱爆发的源头，这要归功于他著名的手工空间分析实践，他使用了手绘的霍乱病例纸质地图和为他们供水的水泵/供水公司。今天，更先进的计算机化空间分析结合了系统流行病学方法，用于确定新疫情的可能来源;例如，见[SARS-CoV-2可能来源的地图和讨论]34］．

公共活动

影响COVID-19等流行病的一个重要因素是日历。在2014年的埃博拉和中东呼吸综合征恐慌期间，许多人考虑取消参加每年有200多万穆斯林参加的麦加朝圣。带着几天前的数据和谣言，许多信徒继续他们的朝圣之旅，让自己有感染潜在致命病毒的风险，并在回家时进一步传播疾病。

在冠状病毒爆发期间，中国新年庆祝活动构成了威胁，因为团聚和团聚的主题引发了世界上最大规模的人类迁徙。中国政府延长了农历新年假期，以减少大规模集会(在返回工作岗位和学校时发生)，这是一种被称为社交距离的公共卫生干预措施。世界各地的游客随后被限制进入中国。据了解，北京、澳门和香港有关部门取消了许多重大庆祝活动。

仪表盘和网络地图汇集了与疾病传播有关的地点和时间敏感事件，使旅行者和官员有可能减少接触。

选址

面对武汉的医疗设施短缺，政府官员于1月底下令紧急建设两家新医院，共提供2600个床位。建筑团队于2020年2月2日完成了第一家医院的施工，仅在破土动工10天后[35］．第二个设施于2020年2月6日接收了第一批患者。无论是应急救治单位还是永久性基础设施的选址，都是GIS技术的一项常见的高价值应用。

供应链

在国际关注的突发公共卫生事件中，经常出现药品和用品短缺的情况。短缺可能会产生严重后果，如供应商或分销商囤积和定价。有时，受影响的地方也是供应的制造中心，导致产量下降。数字供应链地图被证明是规划和确保供应商地理多样性以及协调需求与分销的基础。

资源定位器

受灾地区的居民可以使用公开的应用程序来定位重要的援助和资源。应用程序和地图可以显示有床位的医院、提供医疗援助的诊所以及当前等待时间、开放的杂货店和药店、购买个人防护设备的地方等等的信息和导航。在受影响严重的城市，这一信息可以极大地改善结果并拯救生命。

无人驾驶飞机

在中国，无人机(UAV)正在运输重要的医疗用品和患者实验室样本。在受影响严重的地区，无人机减少了人类与实验室样本的接触，解放了地面运输资产和人员[36］．在中国，无人机也被广泛用于消毒作业[37］．综合无人机和地理信息系统技术可以帮助在最需要的地方锁定目标并加快行动速度。

现代地理信息系统技术以基于web的工具为中心，改进了数据共享和实时信息，以支持关键决策。仪表板体现了这些理想，在分享和了解SARS-CoV-2冠状病毒的传播方面非常受欢迎。通过基于地图的仪表板进行交流，为世界各地渴望保护自己和社区的人们提供了可访问的信息。这种工具类型提高了数据透明度，并帮助当局传播信息。

当然，仪表盘已经成为COVID-19疫情意识的中心舞台。但我们希望读者考虑一个全面的GIS平台如何支持传染病监测、防范和应对的整个过程，因为正如一位流行病学家所说，像这样的疫情。”在未来应该更频繁地发生吗“(16］．换句话说，这不是一个如果另一场疫情会爆发，但是当而且在哪里．像SARS-CoV-2这样的病毒没有国家或大陆边界。

数据共享不适用于本文，因为本文没有生成或分析任何数据集。

不适用。

免责声明

稿件中以商号、商标、制造商或其他方式提及任何特定的商业产品、流程或服务，并不一定构成或暗示作者或其所属实体对其的认可、推荐或青睐，也不得用于商业广告或产品背书目的。

不适用。

作者及隶属关系

1. 中山大学信息管理学院东校区，广东广州510006

   Maged N. Kamel Boulos

2. Esri(环境系统研究所)，380纽约街，Redlands, CA, 92373，美国

   艾丝黛拉·m·杰拉蒂

贡献

MNKB构想了这篇社论的范围，并邀请EG为其贡献她的材料。MNKB和EG对稿件的文本和编辑贡献相同。两位作者都阅读并批准了最终的手稿。

相应的作者

对应到Maged N. Kamel Boulos．

伦理批准并同意参与

不适用。

发表同意书

不适用。

相互竞争的利益

MNKB是《国际健康地理杂志》的主编。EG是Esri的首席医疗官，其ArcGIS产品已用于本文中描述的一些仪表板示例。

出版商的注意

伟德体育在线施普林格自然对出版的地图和机构从属关系中的管辖权主张保持中立。

开放获取本文遵循知识共享署名4.0国际许可协议，允许以任何媒介或格式使用、分享、改编、分发和复制，只要您对原作者和来源给予适当的署名，提供知识共享许可协议的链接，并注明是否有更改。本文中的图像或其他第三方材料包含在文章的创作共用许可协议中，除非在材料的信用额度中另有说明。如果材料未包含在文章的创作共用许可协议中，并且您的预期使用不被法定法规所允许或超出了允许的使用范围，您将需要直接获得版权所有者的许可。如欲查看本牌照的副本，请浏览http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/．创作共用公共领域奉献弃权书(http://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/)适用于本条所提供的资料，除非在资料的信用额度中另有说明。

转载及权限