地理學「空間分析」的興起與發展:為何與流行病學有關?在現代又有哪些應用?

地理學「空間分析」的興起與發展:為何與流行病學有關?在現代又有哪些應用?
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我們想讓你知道的是

除了能探查疫情熱點外,空間分析跟商店選址也很有關。你家附近的超商或超市,是怎麼決定開店地址的?

文:游博翔

​炎熱的夏天又到了,而台灣的夏季也同時是登革熱發生的高峰期,過往關於登革熱爆發的新聞層出不窮,從中央到地方都為了防疫工作而焦頭爛額,但你是否曾感到疑惑,當傳染病爆發時,那些防疫專家們到底如何判斷疫情的熱區?又要怎麼合理的安排防疫工作,才能夠最有效率的阻止疫情持續擴散呢?也許大部分人優先想到的可能都是與醫學、生物學或環境工程相關的手段,但各位也許不知道,地理學中的「空間分析(Spatial Analysis)」也在流行病學史上有著舉足輕重的地位。

那到底什麼是空間分析?廣義而言,它指的是透過空間資料來運算,試圖找出各種事件在地理空間上有何種關聯性的一門科學,那為何會說他與流行病學有關?它的興起與發展對我們生活造成了什麼影響?在現代又有什麼樣的應用呢?

空間分析的興起:John Snow的倫敦霍亂分析

1854年的倫敦,各地接連爆發了零星的霍亂疫情,其中最嚴重者莫過於倫敦蘇活區(Soho)的寬街霍亂爆發事件(Broad Street cholera outbreak),從8月31號的夜晚開始,在短短三天內,寬街周圍的居民里就有127人死亡,接下來不到一周的時間裡附近四分之三的居民棄家逃離,商店關門,行人絕跡,附近所有居民都籠罩在死亡的恐懼之中。

在這場霍亂爆發時,關於霍亂的醫學研究已經相當的多,大致可以確定霍亂的症狀和死亡率,但對於霍亂的傳播途徑究竟為何,這些醫學專家們莫衷一是,在那個細菌還未被人們發現的年代,最受到推崇的理論是「瘴氣論」,認為霍亂是骯髒環境中生成的瘴氣,體質虛弱、道德敗壞的人們容易受其影響;另一小群的醫生們則主張,霍亂是透過其他尚未發現的物質,在人群中傳播造成的疾病。

內科醫生斯諾(John Snow,不是King of The North那位)便是那些少數的另類主張者之一,他早在幾年前就懷疑,霍亂是透過「水」來傳播的,受感染的人們是因為飲用了受汙染的水而染上霍亂,但當時醫界並未採信他的說法,斯諾於是著手運用統計學的方法在倫敦南部進行調查。但就在此時,在他診所幾個街區外的寬街爆發了霍亂,斯諾醫生立刻趕了回去,設法取得了附近的死亡人數和死因統計數據,並將其繪製在地圖上。他將寬街的公共水泵標註出來,並且以粗黑線標示感染者的住家位置,再透過數學上的沃羅諾伊圖與步行測試,將「步行到寬街水泵而非其他水泵最近的區域」圈出來,顯示這個範圍內的人們通常都是到寬街水泵打水,如此也證明了寬街霍亂是以這個水泵為中心,透過「飲用受汙染的水」而傳播的。這個事實在地圖上可說是一目瞭然。

斯諾醫生在商討如何抑止這場霍亂的理事會上,將這份地圖連同調查報告一同提出,當時的理事會成員在聽取了斯諾的發言後,下令拆除了寬街水泵的把手,這個舉動「堪稱是流行病學史上傳奇性的一幕」,人們第一次在與霍亂的戰鬥中,以科學為基礎,做出了明智的干預措施。而拆除了把手讓人們不再從寬街水泵取水後,霍亂也就此平息了下來。

在這個歷史性的時刻中,扮演著重要角色的這張霍亂地圖,便是最早也最廣為人知的空間分析應用實例,水泵的位置、感染者住家的位置,都是蒐集而來的空間資訊,透過地圖的呈現,再加上以數學方法圈出使用寬街水泵的家戶範圍,這整個過程都彰顯了空間分析的核心精神,也就是將「空間關係」視作分析的核心,並透過統計方法與數學模型,判斷不同事件如何在地理分布上具有關聯性。

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Photo Credit: en.wikipedia public domain

現代空間分析的發展

空間分析在此後的流行病學、生物學、人口學等等領域都有重要的地位,在地理學1970年的計量革命後,除傳統自然/人文地理的架構外,地理學又多了以「空間資訊科學」為主軸的計量地理學發展路線。不過,當空間分析的尺度從幾個街區,擴大到一座城市、一個國家甚至全球時,幾乎不可能靠著手繪地圖的方式來進行。在電腦科學的快速發展後,空間資訊能夠被電腦紀錄、儲存與運算,才使得空間分析在大尺度的應用變為可能,空間資訊科學也迎來最為重要的3S的發展,分別是──GIS(地理資訊系統)、GPS(全球定位系統)、RS(遙測)三項重要技術。

這些技術對於目前地理資訊科學的發展有多重要?一般人或許很難想像,光是將最基本的空間位置資訊記錄下來,就是一項大工程了。過去的地圖學者們多半仰賴實地走訪測繪,費盡力氣才能夠產製出一張地圖,而為了繪製出全球地圖,除了深入各地進行測繪外,地圖學者們也發明出一系列的投影方法,讓3D的地球表面能夠被記錄在2D的平面上,到了二十世紀,則利用飛機拍攝航照圖,來增進大尺度地圖的準確度。但是,哪怕地圖的精確度有所提升,能夠記錄的依然是基礎的地理資訊,要想作為進行空間分析的工具,就必須一片片地在透明圖層上繪製所需的資訊,並進行人工疊加,不僅耗時而且效率極低,也難以進行精密的數學計算。

為了解決地圖測繪需要耗費龐大資源、又無法有效進行查詢與分析的問題,加拿大地理學者湯姆林森(Roger Tomlinson)在協助加拿大政府進行土地利用調查時,便著手開發了地理資訊系統,將空間屬性(如一個區域內的土地利用方式)與幾何性質(區域的範圍、位置),利用編碼記錄下來,這樣一來,每個圖徵內都能夠連結到特定的資料值,並且能夠任意地疊加與修改,如此一來變大大節省了製圖的時間,也讓空間數據的分析計算變得更為簡易,湯姆林森博士也因為這個創舉而被稱為「GIS之父」。


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與孤兒男孩納伊姆一同對抗童婚與兒童受暴事件

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Photo Credit:台灣世界展望會

我們想讓你知道的是

在偶然接觸兒童論壇活動後,17歲的納伊姆在積極參與和計畫資助下,成為了孟加拉的兒童論壇領袖,致力在當地建立孩童不受暴力迫害的未來。

在孟加拉,販賣兒童、童婚、童工是種如同受詛咒般的存在,摧毀當地一代又一代的孩童。17歲的納伊姆(Nayeem)是一位受到資助的兒童論壇領袖,目前已經阻止37起童婚、協助2名性騷擾受害者、解救1件兒童販賣等兒童保護事件。

納伊姆在很小的時候就失去父母,因此納伊姆的童年是在無人照顧、疏於關注的情況下長大,這使他變成一個內向的男孩,害怕在公共場合說話,面對挑戰要有如此大的勇氣更是不容易。

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Photo Credit:台灣世界展望會

「有一天,我看到幾個男孩在開會,他們討論的內容吸引了我。」納伊姆問了其中一個男孩,了解到他們是兒童論壇的成員,於是,他帶著好奇開始參加論壇活動,「我從來不知道兒童權利是什麼,參加完論壇課程後,我才驚覺原來自己就是童工和受虐孩童。」納伊姆激動地說。此後,他積極參加各種培訓,更近一步參加領導活動, 那個曾經在公共場合說話害羞的男孩開始教別人如何自信地說話。

透過兒童論壇的活動,納伊姆和他的夥伴對8所學校1300名孩童進行兒童安全、兒童法、兒童權利的培訓。納伊姆說:「改變總是伴隨許多挑戰,我有一個夢想,我希望建立一個孩童沒有暴力迫害的未來,我不怕困難,只要有人支持鼓勵我,這就是我能堅持更遠的力量。」

邀請你選擇資助等待最久的孩子!當你轉變一個孩子的生命,就是創造世界下一代的希望。
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