空间分析——SatScan软件简明教程

软件简介
SaTScan是一个用于对时间序列数据，空间数据或者时空数据进行时间、空间和时空扫描统计的开源的软件。他的主要功能包括以下几个方面：
1、执行疾病地理监测，探索疾病的空间或者时空聚集区，同时探索对应的数据是否存在显著性相关。
2、探索疾病是在时间、空间或者时空上的分布是离散的还是聚集的。
3、评估疾病聚集区的统计学显著性特征。
4、进行多种时间周期性疾病监测，以便及早发现疾病暴发。

方法简介
扫描统计法是一种基于窗口（空间/时空）的扫描方式。其中方法的主要内容包括以下几个方面：
空间扫描统计法是一种基于移动扫描窗口对数据进行分析的方法。通过建立一个动态改变大小的移动的圆形窗口，在研究的范围内，对疾病高发空间聚集区域进行扫描。其中，移动窗口的半径阈值在0到设定的最大风险人口值之间。最大风险人口值的设置需要参考疾病的空间分布特征，一般不超过总人口数50%。当研究区域的空间数据为投影坐标时，亦可以采用椭圆形窗口作为移动扫描窗口。在进行移动扫描的过程中，计算每一个窗口选定区域的对数似然比（Log Likelyhood Ratio, LLR）值，将LLR值最高的窗口作为最大似然聚集区。在对湖北省HFRS病例数据进行空间扫描时，结合时空分布特征结果和反复实验结果，设定最大风险人口值为25%。
时空扫描统计方法同样基于圆形（或椭圆形）的移动扫描窗口，但该窗口同时具备了时间权重信息。其基本的定义与纯空间扫描统计相似，而扫描窗口的高度则是反映时空聚类的时间周期。圆柱形窗口在空间和时间坐标上移动，访问每个可能的地理位置及大小的同时，也访问相应的时间段。通过大量不同大小和形状的重叠圆柱体，共同覆盖整个研究区域，从而反映可能存在的聚集。
时空扫描统计可以用于单一回顾性分析，也可用于时间-周期性前瞻性监测。时间扫描统计量使用在一个维度（时间）中移动的窗口，与时空扫描统计量所使用的圆柱体的高度使用相同的方式定义，这也说明它在开始和结束的日期都是灵活的可变的。
当扫描统计量用于评估时间趋势的空间变化时，扫描窗口本质上表示的是空间。对于窗口的每个位置和大小，则需要计算在扫描窗口内外部的时间趋势。零假设条件下，时间趋势相同，而替代方案不同。基于这一假设，计算可能性越高，时间趋势的差异性反而越不可能。而由于各种原因，群集内部的时间趋势与群集外部的时间趋势相同的群集是最有可能的。例如，如果群集内部时间趋势较高，则是因为所有区域在时间段开始时就具有相同的疾病发病率，但群集区域在时间段结束时具有较高的增长速率。这可能是因为群集区域在时间段开始时具有较低的速率，在此之后它在其余时间段“赶上”，使得速率在时间段结束时大致相同。因此，在时间趋势分析中空间变化中的统计上，显著的群集并不意味着群集的总疾病率更高或更低。
时间趋势的空间变化扫描统计只能使用离散泊松概率模型来运行。为了使它正常运行，研究期间的总时长可以被时间间隔聚合的长度均匀地分割，使得所有时间间隔具有相同的年数。
软件使用说明
对于Satscan软件来说，主要需要准备的是三个文件
“.cas”文件：这个文件主要包含了案例的编码、个数和时间信息；
“.geo”文件：这个文件主要包含了案例的编码和坐标信息
“.pop”文件：这个文件主要包含了案例的编码和对应时间人口数量信息。

具体的使用方法，大家可以参见官方的帮助文档。
对于结果的分析
Satscan生成的文件都是以二进制存储的文本文件，主要含了.out文件，.col文件，.cci文件，.gis文件，.rr文件，.llr文件。结合不同的需求，可以对这些这些文件进行提取，结合坐标信息，利用ArcGIS软件进行可视化的展示和分析。其中，rr文件可以用来生成相对风险图。

官方链接：https://www.satscan.org/

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