ALBOMAURICE软件：毛里求斯白纹伊蚊种群动态模型

软件X 13（2021）100638原始软件出版物ALBOMAURICE：毛里求斯白纹伊蚊种群分布预测模型Diana P. Iyalooa，Pascal Degenneb，c，Khouaildi Bin Elaheea，Danny Lo Seenb，c，Ambicadutt Bheecarrya，Annelise Tranb，c，a毛里求斯Curepipe卫生和健康部病媒生物和控制司bCIRAD，UMR TETIS，Sainte-Clotilde，Reunion，FrancecUMR TETIS，Univ Montpellier，AgroParisTech，CIRAD，CNRS，INRAE，Sainte-Clotilde，Reunion，Francear t i cl e i nf o文章历史记录：接收7九月2020收到修订版2020年11月27日接受2020年11月27日关键词：种群动态白纹伊蚊风险地图Oceletlanguagea b st ra ctALBOMAURICE软件运行蚊子种群动态模型，以预测毛里求斯登革热病媒白纹伊蚊的时空丰度。对于每一个病媒监测区，它解决一个描述蚊子生命周期不同阶段的常微分方程系统。ALBOMAURICE使用每日降雨量和温度输入数据制作丰度图，供卫生服务部门在业务上使用，以确定实施病媒监测和控制措施的地区。模型模拟进行了验证，对昆虫学数据采集每周在一年中在9个地点。还可以模拟不同的控制选项并比较其效果。©2020作者（S）。由爱思唯尔公司出版这是CC BY许可下的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）中找到。代码元数据当前代码版本V1此代码版本使用的代码/存储库的永久链接https://github.com/ElsevierSoftwareX/SOFTX-D-20-00040Code Ocean compute capsule none法律代码许可证CC BY NC SA使用的代码版本控制系统无软件代码使用的语言、工具和服务Ocelet、java编译要求、操作环境依赖性javaFX如果可用，链接到开发人员文档/手册Tran Annelise，Lo Seen Chong Danny，Degenne Pascal。2019年。使用ALBOMAURICE：毛里求斯白纹伊蚊预测绘图工具-用户指南和培训指导文件ALBOMAURICE V1 - QGISV3.2。Sainte-Clotilde，Reunion Island：CIRAD，30 p.http://agritrop.cirad.fr/594724/问题支持电子邮件annelise. cirad.fr，pascal. cirad.frALBOMAURICE软件元数据当前软件版本1.0指向此版本可执行文件的永久链接数据持久ID：doi：10. 18167/DVN 1/FL 7 QML法律软件许可证CC BY NC SA计算平台/操作系统Windows安装要求依赖项Windows 7或更高版本如果可用，请链接到用户手册-如果正式出版，请在参考列表中引用该出版物Tran Annelise，Lo Seen Chong Danny，Degenne Pascal. 2019.使用ALBOMAURICE：毛里求斯白纹伊蚊预测绘图工具-用户指南和培训指南文件ALBOMAURICE V1 - QGIS V3.2。圣克洛蒂尔德，留尼汪岛：CIRAD，30页。http://agritrop.cirad.fr/594724/问题支持电子邮件annelise. cirad.fr，pascal. cirad.fr© 2019CIRAD，版权所有。圣克洛蒂尔德，留尼汪岛，法国。电子邮件地址：annelise. cirad.fr（Annelise Tran）。https://doi.org/10.1016/j.softx.2020.1006382352-7110/©2020作者。 由Elsevier B.V.出版。这是一篇开放获取的文章，使用CC BY许可证（http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表SoftwareX期刊主页：www.elsevier.com/locate/softx戴安娜·PIyaloo，Pascal Degenne，Khouaildi Bin Elahee等.软件X 13（2021）10063821. 动机和意义白纹伊蚊是世界上100种最具入侵性的物种之一[1]，在实验室环境中，白纹伊蚊可以无限制地传播大多数已被实验测试的病毒[2]。此外，在野外条件下，已经从野生捕获的Ae中分离出26种病毒，包括引起东方马脑炎、拉克罗斯、日本脑炎、委内瑞拉马脑炎、奇昆贡亚、登革热和寨卡的病毒。白纹伊蚊标本[2- 4 ]。在毛里求斯，一个小岛屿（1865平方公里，1，265，000居民，tants）位于印度洋，马达加斯加以东890公里（图。 1），Ae.白纹伊蚊是造成Chikun-gunya（2005-2006）和登革热（2009、2014、2015、2019和2020）流行的原因[ 5 - 7 ]。毛里求斯属于温和的热带海洋性气候，有两个季节-温暖潮湿的夏季（11月至4月）和凉爽干燥的冬季（6月至9月）。平均温度和平均年降雨量分别为24.7℃和1344 mm，夏季为20.4 ℃，冬季为666 mm [8]。岛上由一个高的中央高原（海拔约600米沿海气候炎热，背风面（西部）的大气干燥，迎风面（东部）的大气极度潮湿。较高的中央高原相对凉爽和潮湿，平均年降雨量为3000这种气候有利于维持Ae。白纹伊蚊种群全年。到目前为止，没有特定的治疗存在的疾病所造成的虫媒病毒传播的Ae。白纹伊蚊和世界卫生组织（WHO）建议仅在疾病负担高的国家接种登革热疫苗[10]。因此，在毛里求斯岛上没有地方性蚊媒疾病的情况下，控制Ae.白纹伊蚊仍然是预防其可能传播的病原体感染的主要工具[1]。此外，控制这一物种是马达加斯加政府的一个高度优先事项，因为旅游业是其经济支柱之一。国家卫生当局目前采取的蚊虫控制措施包括在输入和疑似登革热或基孔肯雅病例的住所及其周围喷洒杀幼虫剂和杀成虫剂[11此外，在全岛定期进行蚊虫监测，并将监测结果提交给卫生监察局，以便在必要时采取控制措施在蚊虫高发地区采取的控制措施包括卫生检查员对庭院进行检查，以及对蚊虫滋生地进行杀幼虫，但杀虫剂操作员不能推翻这些措施[12]。然而，由于Ae.尽管有白纹伊蚊，但对该物种的控制仍然是该国面临的一个重大挑战。因此，还认为有必要建立一个模型，预测该物种在全岛的分布和种群动态。这种模型产生的数据可以帮助病媒监测和病媒控制部门更好地规划和优先考虑其干预措施，以便及时和最佳地采取积极措施。建模方法是确定和确定监测和控制的重点和时间[14机制模拟方法已成功地用于预测Ae的时间和空间动态。温带和热带地区的白纹伊蚊[18- 21 ]。然而，为了供公共卫生当局和病媒控制服务部门使用，需要从这些模型中开发具有易于使用的界面的操作工具。最近，“ALBORUN”，一个种群动力学模型的Ae。albopic- tus是为留尼汪岛开发的[19]，距离毛里求斯岛约175公里。该模型基于日降雨量和温度，准确地预测了当地尺度上物种的时空丰度。本 文 中 介 绍 的 软 件 ALBOMAURICE [22] 是 通 过 调 整“ALBORUN”以适应当地条件和卫 生部的需求而开发的 AL-BOMAURICE还通过将预测的幼虫密度与在九个国家气象站附近设置的蚊子诱捕器的昆虫学数据进行比较来验证。2. 软件描述2.1. 模型描述Ae的模型白纹伊蚊种群动态是基于一个系统的常微分方程（ODE），并代表了蚊子生命周期的所有步骤，考虑水生少年和空中成人阶段。此外，成年雌性蚊子根据它们的行为（寻找宿主、休息、产卵）被细分为隔室。日降水量和温度是蚊子种群动态的主要驱动因素。事实上，温度影响水生阶段的发育、卵成熟以及幼虫、蛹和成虫的死亡率[23];降雨会影响环境中繁殖地点的可用性，并通过冲洗繁殖栖息地影响水生阶段的死亡率[18，24]。模型的完整描述（ODE细节、参数和功能）见[19]。在ALBOMAURICE工具中，模型输入是（i）病媒控制服务使用的操作区（多边形几何形状，shapefile格式），其特征在于其标准固定和可变环境承载能力，两个值描述了区域内繁殖地点的可用性和特征（详见[19]），（ii）气象站的位置（点几何图形，shapefile格式），及（iii）相应的每日雨量及气温（文本文件，CSV格式）。 操作区域的大小定义了模型的空间分辨率，可以很小（城市街区，街区），或大（在图的示例中）。1，它们是303个地块，最小，中位数和最大尺寸分别为9公顷，363公顷和7788公顷哈，分别）。作为输出，ALBOMAURICE预测Ae的丰度。在用户可以定义的时间频率下，以及对于每个操作区（shapefile或KML格式），每个阶段的白纹伊蚊。2.2. 软件构架ALBOMAURICE由两个主要软件组件组成（图1）。 2）：（i）Ae的模型。白纹伊蚊种群动态，这是使用Ocelet建模语言编写的[25]和（ii）使用Java编程语言编写的用户界面。编译和可执行的软件完全是用Java编写的，因为Ocelet是一种特定于领域的语言，可以自动转换为Java源代码。一系列的输入参数被宣布（在Ocelet）的人口动态模型。在这些声明之后生成的代码允许任何Java程序实例化模型，发送参数值，运行模拟并从运行过程中获得一些反馈。从Ocelet建模平台，模型实际上是作为java归档（jar）文件导出的，成为一个独立的java类，可以由用户界面控制。用户界面组件是使用JavaFx库（https://openjfx.io）开发的。界面的大部分图形布局都是以XML文件（fxml格式）描述的。一系列Java类包含界面小部件的控制代码用户界面主类创建了jar打包模型的一个实例。它收集用户的设置，将这些设置转换为存储在键值表中的一系列输入参数该表被发送到模型以运行模拟。戴安娜·PIyaloo，Pascal Degenne，Khouaildi Bin Elahee等.软件X 13（2021）1006383Fig. 1. 毛里求斯位于印度洋。(For对于图中颜色的解释，请读者参考本文的网络版本。）图二. 软件总体架构图。(For有关本图例中颜色的解释，请参阅网页版）。2.3. 软件功能使用ALBOMAURICE界面，用户可以（i）定义有关仿真、输入和输出以及矢量控制选项的不同设置;（ii）运行仿真。模拟设置。在ALBOMAURICE主配置菜单（图3a）上，用户可以定义开始和结束模拟日期，以及是否使用新的天气数据。选项“保存状态文件”和“使用上一个状态文件”允许保存模拟的中间状态值，并重新使用它们以更快地运行后续模拟。输入设置。在输入设置菜单中定义了工作目录、天气数据文件、地块文件和气象站文件（图1）。 3 b）。输出设置。输出设置菜单允许用户选择输出目录和模拟结果的输出格式（图1）。 3 c）：shapefile或KML格式，保存单日期（模拟的最后日期），或多日期结果。在最后一种情况下，可以修改输出频率矢量控制选项。ALBOMAURICE允许模拟Ae的种群动态。白 纹 伊蚊戴安娜·PIyaloo，Pascal Degenne，Khouaildi Bin Elahee等.软件X 13（2021）1006384图3.第三章。 ALBOMAURICE接口。（a）主配置菜单;（b）输入设置菜单;（c）输出设置菜单;（d）矢量控制菜单。（有关本图例中颜色的解释，请参阅本文的网络版本病媒控制方案：（一）不采取行动，（二）销毁繁殖地，（三）杀幼虫，（四）熏蒸。每个场景的选项都在矢量控制菜单中定义（图1）。 3 d）：动作类型、动作的开始和结束日期、矢量控制发生的位置（作为shapefile格式）、动作的效果（作为百分比）。根据不同的行动，这一百分比被用于降低环境承载能力（摧毁滋生地），增加幼虫死亡率（杀幼虫）或蚊子成虫死亡率（熏蒸）。用户必须根据操作限制（如访问的家庭百分比）和所用杀虫剂的技术特点及其影响来选择每种方案的选项关于伊蚊死亡率（例如来自实验研究结果，如[26]）。运行模拟。从主页启动模拟（图3a）。进度状态栏和消息窗口允许跟踪模拟的进度。将创建一个汇总所有用户选择的文本文件3. 说明性实例简要介绍了三个例子来说明ALBOMAURICE的一些用途：（i）映射Ae。白纹伊蚊密度在Mauri- tius;（ii）预测Ae的比较。白纹伊蚊的丰度和实地昆虫学数据和（iii）评估的影响，矢量控制行动的时间动态的Ae。白纹伊蚊在这三个例子中，我们使用了毛里求斯气象局（MMS）提供的天气数据：2017年1月至2020年2月30个气象站的日气温（最低和最高）和降雨量记录（图1）。①的人。3.1. Mapping Ae.白纹伊蚊密度毛里求斯被划分为303个区，对应于卫生局开展病媒监测的区域（图1）。①的人。每个地块的特点是其海拔和环境承载能力。在这个说明性的例子中，环境承载能力是从土地覆盖图中提取的城市地区覆盖的表面粗略估计的[27]，假设Ae。白纹伊蚊繁殖地主要是位于市区的人造容器，不连续市区的繁殖地（每公顷500个繁殖地）多于连续市区（每公顷300个繁殖地），每个繁殖地平均有10只幼虫。为了更现实地估计环境承载能力，需要进行实地观察[18]。在模拟过程中，在每个时间步长，每个单元格的天气数据从最近的气象站读取（图1）。1），并通过求解ODE系统估计蚊子种群。作为输出，为用户选择的模拟的最后日期创建与输入卫生局分区相对应的303个多边形的shapefile。其属性表包括Ae的预测值。白纹伊蚊卵、幼虫、蛹、雌成虫总数和寻找寄主的雌成虫。这些信息可以用于a地理信息系统（如QGIS，图4）。KML文件也可以用于GoogleEarth中的可视化3.2. ALBOMAURICE输出2019年2月，在9个国家气象站周围100米半径范围内放置了一套6个幼虫陷阱（图1）。陷阱由一个空的1升黑色塑料容器组成，可以自然地被雨水填满。在一年的时间里，这些陷阱每周都要维修一次。这包括计算戴安娜·PIyaloo，Pascal Degenne，Khouaildi Bin Elahee等.软件X 13（2021）1006385见图4。说明性示例：映射Ae。在两个不同的时期：1月（南部夏季，左图）和8月（南部冬季，右图），毛里求斯的白纹伊蚊密度。（有关本图例中颜色的解释，请参阅本文的网络版本并从每个诱捕器中除去幼虫和蛹的数量，同时保持收集在诱捕器中的雨水。从2019年2月1日到2020年1月31日，ALBOMAURICE在9个气象站周围运行了100米缓冲区作为输入包裹作为输出，生成了具有每日频率的多日期shapefile。随着时间的推移，被捕获的蚊子数量与ALBOMAURICE使用斯皮尔曼相关系数对幼虫的预测进行了比较。预测结果与观测到的Ae一致。9个采集点的白纹伊蚊幼虫丰度，相关系数从0.3（Riche en Eau）到0.68（PortLouis）不等（图 5）。3.3. 矢量控制动作ALBOMAURICE可用于分析不同的矢量控制动作。在本例中，针对同一时期（2019年1月1日至6月30日）和同一地区（路易港）进行了三次模拟(ii)销毁滋生地（开始和结束日期：2月1日和8日）;（三）熏蒸成蚊（开始和结束日期：2月1日和2以每日频率创建的输出多日期文件用于创建图表，说明不同行动的预期影响，以及蚊子种群动态恢复到自然动态的时间（无控制）（图1）。 6）。4. 影响4.1. 操作使用我们工作的主要目标是开发一个预测-Ae.公共卫生利益攸关方可以很容易地利用白纹伊蚊种群来确定其监测和控制行动的目标 。 已经 开 发了 几种 模 型来 预测 蚊 子种 群 动态 （ 例如 [9 ，14ALBOMAURICE旨在通过调整前蚊子种群模型以适应这个热带岛屿的地理环境，满足马达加斯加卫生和健康部的需求。它已成功地转移到媒介生物和控制司以及参与蚊子监测和控制活动的其他部门的代理人。值得注意的是，用 户 必 须 熟 悉 地 理 信 息 系 统 和 制 图 软 件 ， 以 利 用 和 解 释ALBOMAURICE的输出。将来，这种工具也可以部署在类似的热带环境中，如马达加斯加和西印度洋的其他岛屿。在温带地区，类似的工具也可以使用，但前提是Ae.对白纹伊蚊进行了修改，以考虑冬季的滞育过程（例如，[18]）。4.2. 未来研究正如阿尔伯莫里斯预测的那样。白纹伊蚊密度从天气变量，它可以用于研究的影响，气候条件对蚊子种群动态的影响，使用当前条件或根据不同气候变化情景预测的未来气温和降水预测[29]。 这些研究将有助于确定毛里求斯等热带岛屿今后易受病媒传染疾病影响的特点。ALBOMAURICE还可为研究病媒控制战略的影响作出贡献。事实上，它可以预测大范围的典型控制策略（控制日期、频率、控制努力）的蚊子丰度变化，这些控制策略不能全部在现场测试[14]。最后，ALBOMAURICE的未来发展可能包括将蚊子种群动态与疾病传播的流行病学模型相结合。这种方法（例如[30，31]）将允许映射基本繁殖数（即，从引入中感染的预期人数在一个完全易感的人群中的单一感染宿主）的主要疾病传播的伊蚊，如登革热，寨卡病毒，或基孔肯雅。5. 结论ALBOMAURICE软件有助于满足对运营解决方案的迫切需求，以控制蚊子传播的疾病（包括登革热）传播到蚊子因环境变化而可能大量繁殖的新它包含了关于Ae的科学知识。在给定的地理环境（这里是毛里求斯岛）中，白纹伊蚊的生命周期与病媒控制要求，以预测蚊子在空间和时间上的丰度。这些预测的形式是戴安娜·PIyaloo，Pascal Degenne，Khouaildi Bin Elahee等.软件X 13（2021）1006386图五. 说明性例子：ALBOMAURICE输出（黑色）与实地收集的昆虫学数据（红色）的比较。(For对于图中颜色的解释，请读者参考本文的网络版本见图6。示例：模拟病媒控制行动对蚊子种群动态的影响（红色箭头表示病媒控制行动的开始日期）。（有关本图例中颜色的解释，请参阅本文的网络版本戴安娜·PIyaloo，Pascal Degenne，Khouaildi Bin Elahee等.软件X 13（2021）1006387地图和指标，卫生服务可用于确定优先事项和优化现场干预工作。ALBOMAURICE软件的一个有趣的特点是，可以预先估计各种控制措施的影响不同控制策略的场景可以在决策之前进行模拟和ALBOMAURICE是开放源代码的，可以在该区域的其他岛屿上使用，或在预测病媒适应气候变化时使用。它还可以用于测试和协助未来的控制方法，如有前途的昆虫不育技术（SIT）。竞合利益作者声明，他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系，可能会影响本文报告的工作确认这项工作部分由欧洲区域发展基金（ERDF）通过INTERREGFEDER TROI项目（2018-2021），国际原子能机构（IAEA）通过区域间项目INT 5155以及毛里求斯卫生和健康部在合作平台OneHealthIndianOcean（www.example.com）下www.onehealth-oi.org文章处理费由ANISETTE资助，这是法国航天局国家空间研究中心（CNES）支持的一个作者感谢Jeremy Bouyer和Montana Romero Lopez de Tejada（原子能机构）为毛里求斯考察团提供便利，并感谢毛里求斯气象 部 门 提 供 所 需 的 气 象 数 据 。 提 交 人 还 感 谢 Mon LoisirRouillard、维多利亚女王、Riche En Eau和St Felix Sugar Estates允许他们进入设置捕蚊引用[1] Bonizzoni M，Gaspersky G，Chen X，James AA.白纹伊蚊的入侵物种：目 前 的 知 识 和 未 来 的 前 景 。 Trends Parasitol 2013;29 ： 460-8.http://dx.doi.org/10.1016/j.pt.2013.07.003网站。[2] [10]杨文，李文. 虫媒病毒白纹伊蚊：从黑暗到光明。微生物感染2009;11：1177-85。http://dx.doi.org/10.1016/j.micinf.2009.05.005网站。[3] Lambrechts L，Scott TW，Gubler DJ. 白纹伊蚊全球分布扩大对登革热病毒传播的影响。PLoSNeglTropDis2010;4：e646.http://dx.doi.org/10.1371/journal.pntd.0000646网站。[4] McKenzie BA，Wilson AE，Zohdy S. 白纹伊蚊是寨卡病毒的有效载体：荟萃分 析 。 PLoSOne2019;14 ： e0216794.http://dx.doi 的 网 站 。org/10.1371/journal.pone.0216794。[5] Beesoon S，Funkhouser E，Kotea N，Spielman A，Robich RM.基孔肯雅热 ， 毛 里 求 斯 ， 2006 年 。 急 诊 感 染 疾 病 2008;14 ： 337-8 。http://dx.doi.org/10.3201/eid1402.071024.[6] Issack MI，Pursem VN，Barkham TM，Ng LC，Inoue M，et al.毛里求斯登革热的爆发。急诊感染疾病2010;16：716-8。http://dx.doi.org/10.3201/eid1604.091582.[7] Ramchurn SK，Moheeput K，Goorah SS.毛里求斯登革热短暂暴发的分析欧洲调查2009;14：19314。网址：//dx.doi.org/10.2807/ese.14.34.19314-en网站。[8] 毛里求斯气象局。毛里求斯的气候[在线].毛里求斯：毛里求斯气象服务; 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