基于随机森林的小型容器积水蚊虫孳生预测模型的研究

来源：环境与职业医学杂志 2023年第3期北京时间：

作者：朱奕奕, 任志华, 王韶华, 夏斯伟, 朱伟, 张杰, 陶俊捷, 姚隽一, 周毅彬,

摘要：背景白纹伊蚊是上海市居民小区的优势蚊种，居民区内有众多类型的小型容器积水，为白纹伊蚊提供了大量的孳生环境，从而导致蚊媒传染病传播风险增加。目的采用随机森林算法对农村集中改建小区的小型容器积水蚊虫孳生情况进行预测，掌握城市化进程中集中改建小区内环境因素对小型容器积水蚊虫孳生的影响。方法在上海市两处农村集中改建小区（分别为A小区和B小区）内开展小型容器积水调查，记录并分析积水所处环境，发现有蚊虫的卵、幼虫或蛹的积水，即记录为阳性积水。以户为单位应用空间权重矩阵，并采用全局Moran's I指数分别对两个小区环境中积水和阳性积水进行空间自相关分析。Moran's I大于0时，表示数据呈现空间正相关；Moran's I小于0时，表示数据呈现空间负相关；Moran's I为0时，空间呈随机分布；结合P值和Z值结果，探索小区环境中的小型积水和阳性积水的空间分布特征。采用机器学习中随机森林算法，对环境相关的孳生因素进行分类排序，预测小型容器积水蚊虫孳生情况；运用受试者操作特征（ROC）曲线等指标评估模型拟合效果。结果积水所处建筑的方位（χ2=23.350，P<0.001），所处是否为空地（χ2=8.83，P=0.003），其上方是否有乔木生长（χ2=11.02，P=0.001）等环境因素均对积水阳性率的影响有统计学意义。采用全局Moran's I指数对小型积水及阳性积水空间分布特征分析结果显示，小区A小型积水全局Moran's I指数为−0.092（Z=−1.09，P=0.274），小区B全局Moran's I指数为0.034（Z=0.52，P=0.602）；小区A阳性积水全局Moran's I指数为−0.092（Z=−1.14，P=0.255），小区B阳性积水全局Moran's I指数为0.070（Z=0.95，P=0.342）；由于两个小区P值均大于0.1，Z值均介于−1.65~1.65之间，以户为单位的积水及阳性积水的空间分布特征均为随机分布，未发现空间聚集的特征。拟合的随机森林算法分类预测模型中，采用重要性前10个特征因素的拟合模型，ROC曲线下面积（AUC）值为0.95，预测拟合效果较为理想。分类排序结果提示，积水所在户的积水数及阳性积水数是最主要的影响因素。结论采用环境因素指标构建的随机森林模型可以用于开展小型容器积水蚊虫孳生情况的预测，为科学防控蚊媒孳生提供依据。

关键词：随机森林, 空间分布, 蚊虫孳生地, 预测,