본 연구는 질병역학의 관점에서 2014년 발생한 HPAI(H5N8)의 시간적 분포와 공간적 분포 그리고 시 공간을 동시에 고려한 분포를 지리정보시스템과 연계하여 분석함으로써 2014년 발생한 HPAI의 전파 및 확산 특징을 알아보고자 한다. 분석 결과 2014년 HPAI는 시간적으로는 모두 3 번의 파동을 형성하였으며, 공간적으로는 경기도 충청북도 충청남도가 인접하는 지역, 전라북도의 곰소만 일대, 전라남도의 영암과 나주 등 영산강과 인접한 지역에서 높은 밀도를 보였다. 시 공간적으로도 공간 밀도가 높은 충청북도 음성지역, 전라북도 부안 고창지역, 나주지역에서 군집이 형성되었다. 다만, 충청북도 음성 진천, 충청남도 천안, 경기도 안성 이천 지역과 전라남도 영암 지역에서는 공간적인 밀도는 높음에도 불구하고 시간적인 범위가 넓음으로써 시 공간 군집이 형성되지 못하였다. 이는 이들 지역의 방역에 문제가 있음을 의미한다. 반면에 곰소만과 인접하고 있는 전라북도 부안 고창 장수 지역은 시 공간 군집이 형성됨으로써, 상대적으로 효과적인 방역이 수행되었다고 볼 수 있다.
본 연구는 질병역학의 관점에서 2014년 발생한 HPAI(H5N8)의 시간적 분포와 공간적 분포 그리고 시 공간을 동시에 고려한 분포를 지리정보시스템과 연계하여 분석함으로써 2014년 발생한 HPAI의 전파 및 확산 특징을 알아보고자 한다. 분석 결과 2014년 HPAI는 시간적으로는 모두 3 번의 파동을 형성하였으며, 공간적으로는 경기도 충청북도 충청남도가 인접하는 지역, 전라북도의 곰소만 일대, 전라남도의 영암과 나주 등 영산강과 인접한 지역에서 높은 밀도를 보였다. 시 공간적으로도 공간 밀도가 높은 충청북도 음성지역, 전라북도 부안 고창지역, 나주지역에서 군집이 형성되었다. 다만, 충청북도 음성 진천, 충청남도 천안, 경기도 안성 이천 지역과 전라남도 영암 지역에서는 공간적인 밀도는 높음에도 불구하고 시간적인 범위가 넓음으로써 시 공간 군집이 형성되지 못하였다. 이는 이들 지역의 방역에 문제가 있음을 의미한다. 반면에 곰소만과 인접하고 있는 전라북도 부안 고창 장수 지역은 시 공간 군집이 형성됨으로써, 상대적으로 효과적인 방역이 수행되었다고 볼 수 있다.
Outbreaks of highly pathogenic avian influenza(HPAI) subtype H5N8 have occurred in Korea, January 2014 and it continued more than a year until 2015. And more than 5 million heads of poultry hads been damaged in 196 farms until May 2014. So, we studied the spatial, temporal and spatio-temporal patter...
Outbreaks of highly pathogenic avian influenza(HPAI) subtype H5N8 have occurred in Korea, January 2014 and it continued more than a year until 2015. And more than 5 million heads of poultry hads been damaged in 196 farms until May 2014. So, we studied the spatial, temporal and spatio-temporal patterns of the HPAI epidemics for understanding the propagation and diffusion characteristics of the 2014 HPAI. The results are expressed using GIS. Throughout the study period three epidemic waves occurred over the time. And outbreaks made three clusters in space. First spatial cluster is adjacent areas of province of Chungcheongbuk-do, Chungcheongnam-do and Gyeonggi -do. Second is Jeonlabuk-do Gomso Bay area. And the last is Naju and Yeongam in Jeollanam-do. Also, most of spatio-temporal clusters were formed in spatially high clustered areas. Especially, in Gomso Bay area space density and spatio-temporal density were concurrent. It means that the effective prevention activity for HPAI was carried out. But there are some exceptional areas such as Chungcheongbuk-do, Chungcheongnam-do, Gyeonggi-do adjacent area. In these areas the outbreak density was high in space but the spatio-temporal cluster was not formed. It means that the HPAI virus was continuing inflow over a long period.
Outbreaks of highly pathogenic avian influenza(HPAI) subtype H5N8 have occurred in Korea, January 2014 and it continued more than a year until 2015. And more than 5 million heads of poultry hads been damaged in 196 farms until May 2014. So, we studied the spatial, temporal and spatio-temporal patterns of the HPAI epidemics for understanding the propagation and diffusion characteristics of the 2014 HPAI. The results are expressed using GIS. Throughout the study period three epidemic waves occurred over the time. And outbreaks made three clusters in space. First spatial cluster is adjacent areas of province of Chungcheongbuk-do, Chungcheongnam-do and Gyeonggi -do. Second is Jeonlabuk-do Gomso Bay area. And the last is Naju and Yeongam in Jeollanam-do. Also, most of spatio-temporal clusters were formed in spatially high clustered areas. Especially, in Gomso Bay area space density and spatio-temporal density were concurrent. It means that the effective prevention activity for HPAI was carried out. But there are some exceptional areas such as Chungcheongbuk-do, Chungcheongnam-do, Gyeonggi-do adjacent area. In these areas the outbreak density was high in space but the spatio-temporal cluster was not formed. It means that the HPAI virus was continuing inflow over a long period.
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문제 정의
그리고 그 결과를 토대로 HPAI가 시·공간 상에서 어떠한 확산 특성을 보였는가를 분석하고, 동시에 현재 논란이 되고 있는 발생 농가의 주변 농가에 대해 일괄적으로 수행되는 예방적 살처분의 효과를 함께 분석해 보고자 한다.
다만 본 연구는 HPAI의 전파에 영향을 주는 요인 분석이라기 보다는 HPAI가 시·공간적으로 어떠한 확산 경향을 보이는가라는 HPAI의 확산 현상을 분석한 연구이다.
따라서 본 연구에서는 2014~15년 국내에서 발생한 HPAI의 시·공간 군집특성을 분석함으로써 시·공간을 동시에 고려한 상황에서의 국내 HPAI의 전파 특징을 알아보고자 한다.
따라서 본 연구에서는 살처분 농가가 포함된 경우와 포함되지 않은 경우에 대하여 각각 HPAI 시·공간 군집 분석을 수행한 후 비교함으로써, 현재의 일괄 살처분 방법이 인접 농가로의 확산 방역에 효과를 보이는가를 분석하였다.
따라서 본 연구에서는 이러한 공간분석과 시간 분석의 한계를 극복하기 위해 HPAI가 발생한 농장의 위치정보와 함께 날짜정보를 조사하고 이를 시계열적으로 배열함으로써 시간이 지남에 따라 HPAI의 확산에 시·공간적인 군집(Spatio-Temporal clustering)이 발생하였는가를 살펴보았다.
따라서 본 연구에서는 질병 발생 이후에 수행되는 역학 분석과 관련된 연구들 중 GIS 기반의 시·공간 분석 연구를 중심으로 사례 조사를 하였다.
그리고 이 과정에서 예방적 살처분이 수행되는 인접 농가들에 대한 HPAI 검사를 수행함으로써 HPAI의 인접 확산 정도를 함께 분석하고 있으며, HPAI 검사 결과에서 양성 반응을 보인 농가 정보도 HPAI 발생 농가 목록에 포함되어 있다. 따라서 최초 신고 농가와 인접한 농가들에 대하여 수행되는 예방적 살처분이 인접 전파 차단에 효과적인가에 대한 분석을 위하여 본 연구에서는 예방적 살처분이 수행된 농가를 제외한 시공간 분석을 수행하였다. 만약, 예방적 살처분이 효과가 없다면 예방적 살처분이 수행된 농가를 제외한 분석에서도 시공간 군집이 형성되어야 한다.
또한 시·공간 분석을 통하여 방역 활동이 근거리 전파 차단에 있어서는 성과를 거두었지만, 장거리 전파 차단에는 실패하였음을 확인하였다. 또한 단거리 전파 차단의 경우에 이동 통제와 함께 신속한 예방적 살처분 조치의 필요성을 주장하였다. Ekong et al.
밀도분석은 반경을 얼마로 설정하느냐에 따라 밀도 값에 차이가 나지만, 반경 값 설정을 위한 통계적 기준 등은 제시되지 않기 때문에 사용자가 임의로 반경 값을 설정해 주어야 한다. 본 연구에서는 HPAI의 발생 농가의 밀도 분석을 위한 반경을 HPAI 발생 시 방역 범위에 해당하는 3㎞로 설정하여 분석하였다. 즉, 발생지점으로부터 3㎞ 범위에 해당하는 지역까지 단계적으로 값이 부여되고 3㎞를 벗어난 지역에서는 값이 부여되지 않는다.
이에 본 연구에서는 2014년 발생한 H5N8형 HPAI의 전파 특성을 GIS 기반의 공간분석 방법인 시·공간 분석 방법으로 분석함으로써 HPAI의 시·공간적인 군집 특성을 살펴보고자 한다.
제안 방법
그 결과 5일 이후부터 10일까지 유사한 군집 경향을 보이고 있으므로 본 연구에서는 5일을 시간적 범위의 최대값으로 설정하여 시·공간 군집 분석을 수행하였다.
따라서 군집분석을 위한 적절한 시간범위를 설정하기 위해 본 연구에서는 시간의 범위를 2일부터 10일까지 변화시키면서 시·공간 군집분석을 수행하였다.
대부분의 질병이 그러하듯이 전염력이 강한 HPAI의 경우 철새, 차량, 야생동물, 농장주, 가축, 사료와 분뇨, 온도 등 전파와 확산에 영향을 주는 요인이 무수히 많으므로 확률모델이 적합하다. 따라서 본 연구에서도 확률모델을 적용하여 분석하고 그 결과는 GIS를 이용하여 시각화하였다. 시·공간 군집 분석은 검색통계(scan statistics) 방법의 하나인 시·공간 순열모델(space-time permutation model)이 적용된 SatScan v9.
본 연구에서는 시·공간검색통계 분석을 위해 공간의 최대 군집 크기를 사례(HPAI 발생) 수의 50%로 하고, 시간의 최대 군집 크기는 5일로 설정하여 수행하였다.
분석 방법에 있어서는 공간분석과 시간에 따른 빈도 분석 그리고 시·공간을 동시에 고려한 분석을 함께 수행하였다.
대상 데이터
3차 HPAI는 타 HPAI와는 다르게 2008년 봄철에 발생하여 42일 동안 지속되었으며, 4차 HPAI는 2010년과 2011년 겨울에 139일 동안 발생하였다. 그리고 본 연구의 분석 대상이 되는 5차 HPAI는 2014년 1월에 발생하여 2015년까지 계속되었으며, 2014년 이전에 발생한 HPAI 바이러스는 H5N1형이었지만 2014년의 경우는 H5N8형으로 지금까지 발생한 HPAI 중에서 그 피해규모가 가장 크다(표 1).
31배 높은 수치를 보였다. 두 번째는 2014년 2월17일부터 2014년 2월 19일까지 3일간 충청북도 음성군 일대의 반경 2.2㎞에서 발생한 28건으로 이는 기대치 보다 6.31배 높은 수치를 보였다. 세 번째는 2014년 2월 28일부터 2014년 3월 2일까지 3일간 반경 57.
2014년 1월 17일 최초 HPAI 신고가 점수된 이후 2015년까지 HPAI는 그 빈도수는 줄었지만 지속적으로 발생하고 있다. 따라서 본 연구에서는 2014년 1월 17일부터 2014년 6월말까지 신고 된 HPAI 발생 농장을 대상으로 그 분석 범위를 한정하였다. 2014년 6월 26일까지 HPAI 발생 농가는 모두 196곳이며, 501만 수의 닭, 오리, 메추리, 타조, 거위, 기러기, 칠면조 등이 피해를 입었다.
이론/모형
그리고 이러한 점 객체들의 개수가 많거나 소축척 지도에서 서로 중첩되어 표현될 때 객체에 대한 공간분포 특징을 시각화하는 가장 일반적인 방법 중 하나가 밀도분석이다. 본 연구에서는 점 객체에 대한 시각화 방법으로 커널밀도(Kernel Density) 분석을 활용하였다. 밀도분석은 반경을 얼마로 설정하느냐에 따라 밀도 값에 차이가 나지만, 반경 값 설정을 위한 통계적 기준 등은 제시되지 않기 때문에 사용자가 임의로 반경 값을 설정해 주어야 한다.
시·공간 군집 분석은 검색통계(scan statistics) 방법의 하나인 시·공간 순열모델(space-time permutation model)이 적용된 SatScan v9.1을 이용하였으며, 지도화와 공간분석을 위한 소프트웨어는 ArcGIS v10을 사용하였다.
HPAI 발생 농가에 관한 정보로는 주소 형식으로 제공되는 위치정보와 신고일자에 해당하는 시간정보, 축종, 사육두수 등이 있다(그림 1). 이들 정보 중 주소정보는 지오코딩(geocoding)의 방법을 이용하여 좌표로 변환한 후, GIS 공간정보 형식인 점(point) 객체로 전환하였다(그림 2).
성능/효과
2014년 발생한 HPAI의 시·공간 군집분석 결과에 의하면 발생 농가 주변 지역을 대상으로 수행되는 예방적 살처분 방법이 HPAI의 인접 전파 차단에 효과적이었다.
즉, 겨울철새의 무리에 포함되어 있던 H5N8형 HPAI 바이러스가 순환 감염되면서 서남해안지역에 서식하는 철새와 가금농가에서 HPAI가 높은 발생 빈도를 보였다. H5N8형 HPAI의 감염 시기를 주간별로 분석한 결과, 1월 16일 이후부터 감염농가 수가 지속적으로 증가하다가 2월 13일 주간에서 최고점에 도달한 후 점진적으로 감소 추세로 전환되었다. 5월 이후에는 주 1회 정도의 낮은 발생빈도를 보였지만, 1년 내내 지속적으로 발병하는 특징을 보인다는 점에서 기존에 국내에서 발병한 HPAI와는 차이를 보이고 있다(그림 3).
그 결과 HPAI가 시간적으로, 공간적으로 그리고 시·공간적으로 군집을 이루고 있음을 확인하였고, 근거리 전파와 원거리 전파의 복합적인 원인에 의하여 확산되었음을 밝혔다.
그러나 세 번째 발병의 경우 통계 검정에서는 유의수준을 크게 벗어난다. 네 번째는 2014년 3월 13일에서 2014년 3월 16일까지 4일간 전라남도 나주시 일대의 반경 21.3㎞에서 발생한 9건으로 기대치 보다 9.8배 높은 수치를 보였다.
또한 시·공간 분석을 통하여 방역 활동이 근거리 전파 차단에 있어서는 성과를 거두었지만, 장거리 전파 차단에는 실패하였음을 확인하였다.
이 지역은 곰소만을 중심으로 동림저수지 등이 분포하고 있는 우리나라의 주요 철새 도래지 중 한 곳이다. 마지막으로 전라남도 영암과 나주 일대에서도 높은 밀도를 보였다. 이 지역은 영산강과 인접하여 있으면서 금지제와 성산제 등 다수의 농업용 저수지가 분포하는 곳으로 역시 철새의 주요 도래지 중 한 곳이다(그림 4, 그림 5).
분석 결과 예방적 살처분 농가를 제외한 시·공간 군집 분석에서도 전체 HPAI 발생 농가를 대상으로 한 분석과 유사한 결과가 나왔다.
31배 높은 수치를 보였다. 세 번째는 2014년 2월 28일부터 2014년 3월 2일까지 3일간 반경 57.1㎞에서 발생한 3건으로 기대치 보다 14.7배 높은 수치를 보였다. 그러나 세 번째 발병의 경우 통계 검정에서는 유의수준을 크게 벗어난다.
시·공간 분석 결과 지방정부 차원의 방역 강화와 HPAI의 신속한 발견이 중요함을 확인하였다.
실제로 HPAI 발생 빈도를 하루 단위로 조사한 후 시·공간 발생 시점을 표시한 결과 2014년 HPAI에서는 시간적으로 모두 세 번의 파동이 존재하는데 각 파동에서 시·공간 군집이 형성됨을 확인할 수 있었다.
이들 중 3건은 유의수준(P < 0.1) 범위 내에 해당하는 값을 보여 통계적으로 유의미한 수준에서의 시·공간 군집이 형성되었음을 확인할 수 있었고, 1건은 유의수준을 크게 벗어나는 값을 보였다.
2014년 발생한 HPAI는 겨울철에 국내로 남하한 월동조류가 추수이후 낙곡이 많고 서식조건이 좋은 서남해안지역인 전남과 전북지역의 호수를 중심으로 월동하는 과정에서 가금 농가로 전염된 것으로 추정된다. 즉, 겨울철새의 무리에 포함되어 있던 H5N8형 HPAI 바이러스가 순환 감염되면서 서남해안지역에 서식하는 철새와 가금농가에서 HPAI가 높은 발생 빈도를 보였다. H5N8형 HPAI의 감염 시기를 주간별로 분석한 결과, 1월 16일 이후부터 감염농가 수가 지속적으로 증가하다가 2월 13일 주간에서 최고점에 도달한 후 점진적으로 감소 추세로 전환되었다.
그 결과 HPAI가 시간적으로, 공간적으로 그리고 시·공간적으로 군집을 이루고 있음을 확인하였고, 근거리 전파와 원거리 전파의 복합적인 원인에 의하여 확산되었음을 밝혔다. 특히 2003~04년과 2004~05년에 발생한 HPAI의 경우 베트남의 대표적인 축제인 Tet(구정월 맞이) 축제와 관련성이 높음을 확인하였다. 또한 시·공간 분석을 통하여 방역 활동이 근거리 전파 차단에 있어서는 성과를 거두었지만, 장거리 전파 차단에는 실패하였음을 확인하였다.
후속연구
그러나 본 연구에서는 현실적으로 시·공간 군집에 영향을 줄 수 있는 도로망, 토지이용, 철새도래지와의 거리 등 다양한 요인에 대한 분석이 함께 수행되지 못하였다는 한계가 있다.
또한 시·공간 군집이 발생한 지역과 그렇지 않은 지역에 대한 객관적이고 체계적인 분석 작업이 병행되어야 할 것으로 생각된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
HPAI란 무엇인가?
HPAI(Highly Pathogenic Avian Influenza, 고병원성 조류인플루엔자)는 조류인플루엔자 바이러스 감염에 의해 닭, 오리 등 사육가금과 야생조류에 발생하는 급성 바이러스성 전염병이다. 한반도와 인접한 중국과 동남아시아 등지에는 이미 토착화 한 상태로 인체 감염 사례 및 사망사례도 꾸준히 보고되면서 전 세계적으로 주목 받고 있는 중요한 인수공통전염병이다.
시·공간검색통계의 장점은 무엇인가?
, 2009). 이는 시·공간과 관련된 현상을 단순히 주제도로 제작하거나 시간별로 배열하여 추세로 보여주는 방법과 비교할 때 통계적인 설득력을 제공해줄 수 있다는 장점이 있다(Gang, 2008). 이러한 시·공간검색통계 방식은 GIS 기반의 공간통계분석 방법에 시간이라는 요소를 추가하여 군집을 찾고 그 결과를 통계적으로 검증하는 방법이다.
밀도분석과 분포분석의 장단점은 무엇인가?
분석 방법에 있어서는 공간분석과 시간에 따른 빈도 분석 그리고 시·공간을 동시에 고려한 분석을 함께 수행하였다. 공간분석 방법인 밀도분석과 분포분석은 HPAI 발생 지역을 시각적으로 표현해 주기는 하지만 시간이 변함에 따라 HPAI가 어떻게 확산되어 갔는가를 표현해 주지는 못한다. 또한 시간에 따른 빈도 분석은 시간이 지남에 따라 질병의 발생 빈도가 어떠한 변화를 보이는 가는 보여줄 수 있지만, 이러한 빈도 변화가 특정 공간에 집중하여 나타나는 지 또는 전 지역에 걸쳐 나타나는 지에 대한 답을 주지는 못한다.
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