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    科学研究

    科大力量,用大数据技术打一场系统科学的“疫情防控阻击战”

    近日,新冠肺炎病毒的德尔塔变异株牵动着众人的心。在疫情防控常态化的当下,传统卫生疾病监测系统能力有限,如何综合应用大数据技术,“智慧”监测疫情动态并防止其传播,是疫情防控的重要一环。

    新冠肺炎疫情爆发以来,学校系统工程学院吕欣教授团队积极响应国家号召,投身新冠肺炎疫情的预测模型研究。

    通过与疾控中心、医院、高校等建立跨学科交叉研究平台,充分发挥团队优势,尤其是大数据技术、流行病建模、应急管理理论与方法等,结合系统工程的思想,从流行病学基础特征分析、传播建模与预测、防控策略优化、防疫效果评估等方面建立了系统、完整的技术框架,多个学术成果在理论和应用上走在领域前沿。

    团队承担国家“新型冠状病毒溯源、致病及防治的基础研究”专项项目、某省应急专项“基于人群动态定位大数据平台、多种时空网络、动力学模型对新型冠状病毒肺炎传播及流行趋势的评估与预测”。

    团队为中央和地方相关部门提供决策建议和数据分析报告20余份,研究成果发表在:NatureNature CommunicationsNew Journal of Physics《物理学报》《中国循证医学杂志》等高水平期刊上,多次得到外交部、国防部、人民日报、新华社、解放军报、科技日报、纽约时报、Science Daily等的广泛报道,产生了重要的学术和社会影响。

    取得这样的成果来之不易。由于疫情突然爆发,面对未知的病毒,所有科研人员都是摸着石头过河。武汉疫情爆发后,学校在还未封城之际就迅速成立了攻关队伍。从2020年春节至今,团队成员加班到凌晨已经成为常态。

    科研攻关期间,为了更好打赢这场没有硝烟的战争,团队所有成员转换研究方向,团队已参加工作的学员也克服万难加入科研攻关团队开展集中研究,所有人毫无怨言,有令必从,凝成一股绳,让科大人的力量,始终坚守在祖国最需要的地方。

    下面,一起跟着吕教授的步伐,了解其团队在使用大数据技术出击“疫情阻击战”过程中取得的成果。

    感谢每一位科研人员的辛苦付出。

    大数据共享

    通过分析新冠肺炎爆发期间的基于移动定位的人口流动数据,吕欣教授团队深入探讨了新型冠状病毒肺炎的早期传播风险与人口流动性的关联。

    他们发现在采取严格疫情防控措施的条件下,新冠肺炎传播可以极大程度上通过初始高风险人群的分布来进行较长时期的提前预测。

    这项研究为重大公共卫生事件应急管理中,如何在保障个人隐私的前提下、通过融合多源数据快速提供决策依据建立了模式和范例。

    团队公开了这一研究所使用的数据,供所有研究新冠肺炎的科研团队参考使用。他说:“抗‘疫’是全人类的事情,这是我们应该做的。”

    准确预测疫情趋势

    疫情的准确预测是重大突发传染病科学应对的重要保障,吕欣教授团队提出了一种基于微博大数据的新冠肺炎新增确诊病例数预测算法(WCT),通过输入历史病例数和经过处理的新浪微博数据,该算法就可以准确预测每日新增确诊病例数。

    该算法极大程度上改进了经典的谷歌趋势预测技术(Google Flu Trends),提供了一个从大规模社交媒体数据中挖掘流行病发展趋势的自动化处理方案,为流行病预测中第三方数据的特征工程提供了一种高度自适应的方法,并为早期大多数流行病学特征未知时预测传染病发展提供了基于大数据的通用预测框架。

    未来,该算法的使用可以扩展到通过输入社交媒体数据来监测和跟踪其他疾病或突发公共事件等领域之中,利用新浪微博数据或其他社交媒体数据实现疾病预测预警、提高全球对突发事件的监测能力。

    免疫策略优化

    如何有效利用有限的免疫和隔离资源来抑制人群中的流行病爆发对重大突发传染病的有效防疫控制至关重要。

    受经济学中的“赫芬达尔指数”启发,吕欣教授团队基于组合数学理论设计了流行病爆发的风险指标——“广义赫芬达尔指数”,在此基础上将隔离或疫苗接种策略的制定问题,转化为了令该指标最小化的问题。

    他们依托该指标给出了一种有效的流行病管控策略量化评估与制定方式。

    这种隔离或疫苗接种策略,不仅能够最大化利用社会资源,降低人群感染风险,还能尽可能降低负面影响。

    评估新冠防控措施的积极影响

    为应对新冠肺炎疫情采取的社会隔离、戴口罩、洗手等防控措施不仅有效地遏制了新冠病毒的传播,同样对其他人际传播的流行病具有积极的防控作用。

    为研究新冠肺炎防护措施的广泛实施对其他传染病发病率的影响,吕欣教授团队对39种法定传染病报告病例数据进行了长达四年的跟踪和比较研究,他们发现针对新冠肺炎疫情采取的防控措施,使大多数传染病的发病率明显下降,其中对呼吸道和肠道传染病影响最为明显;但是血源和性传播疾病受新冠疫情防控措施的影响相对较小,而与人群的流动密切相关,对人口流动的影响更为敏感。

    目前,该研究成果已经发表在传染病学权威期刊Journal of Infection上,团队也将成果与地方疾控部门共享,供疾控部门参考后科学开展传染病防控工作。

    感谢每位科研人员的付出。

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