地球信息科学学报 ›› 2021, Vol. 23 ›› Issue (2): 259-273.doi: 10.12082/dqxxkx.2021.200356
毕佳(), 王贤敏*(
), 胡跃译, 罗孟涵, 张俊华, 胡凤昌, 丁子洋
收稿日期:
2020-07-08
修回日期:
2020-11-13
出版日期:
2021-02-25
发布日期:
2021-04-25
作者简介:
毕 佳(1997— ),女,河南南阳人,硕士生,主要研究方向为数据挖掘与机器学习、地球空间信息技术。E-mail: 基金资助:
BI Jia(), WANG Xianmin*(
), HU Yueyi, LUO Menghan, ZHANG Junhua, HU Fengchang, DING Ziyang
Received:
2020-07-08
Revised:
2020-11-13
Online:
2021-02-25
Published:
2021-04-25
Contact:
WANG Xianmin
Supported by:
摘要:
突发公共卫生事件会严重影响社会公众生命健康,风险评估和预测可为突发公共卫生事件有效防控提供科学依据。本文提出了一种基于SEIR模型的突发公共卫生事件风险动态评估与预测方法,将突发公共卫生事件传播与人口、医疗、经济情况相结合,耦合危险性与脆弱性,建立合理的风险评估综合指标体系,利用熵值—层次分析组合模型实现突发公共卫生事件风险动态评估。此外,本文建立了传染病传播动力学修正SEIR模型,将传染病传播动力学模拟预测与风险评估相结合,实现突发公共卫生事件演变趋势的预测和风险的动态预测。2019年12月底的COVID-19疫情是一次传播速度快、感染范围广、防控难度大的重大突发公共卫生事件。本文以欧洲10国COVID-19疫情为例,开展风险评估与风险动态预测研究,依据欧洲10国自疫情开始至2020年4月16日的疫情数据,预测了2020年4月17日—2020年5月10日疫情演变的趋势,进而实现了10国的疫情风险动态预测。本文模型预测结果表明至2020年5月10日欧洲10国疫情形势仍然严峻,预测数据与真实数据的拟合优度R 2大于0.92,预测结果与疫情真实情况基本一致,在此情况下,复工复产对于疫情防控仍然是不利的。本文提出的基于SEIR模型的公共卫生事件风险动态评估与预测方法为疫情已然传播开的国家和地区提供了风险持续评估和预测的可能,为后期疫情防控决策提供了支持,同时也可用于今后新的疫情发生时期或其他突发性公共卫生事件下风险的应急评估和预测。
毕佳, 王贤敏, 胡跃译, 罗孟涵, 张俊华, 胡凤昌, 丁子洋. 一种基于改进SEIR模型的突发公共卫生事件风险动态评估与预测方法——以欧洲十国COVID-19为例[J]. 地球信息科学学报, 2021, 23(2): 259-273.DOI:10.12082/dqxxkx.2021.200356
BI Jia, WANG Xianmin, HU Yueyi, LUO Menghan, ZHANG Junhua, HU Fengchang, DING Ziyang. A Method for Dynamic Risk Assessment and Prediction of Public Health Emergencies based on an Improved SEIR Model: Novel Coronavirus COVID-19 in Ten European Countries[J]. Journal of Geo-information Science, 2021, 23(2): 259-273.DOI:10.12082/dqxxkx.2021.200356
表1
疫情风险评估指标
评价类型 | 评价指标 | 数据来源 |
---|---|---|
危险性 | 每日新增确诊病例密度/(人/km2) | 腾讯(2020年2月26日—2020年5月10日)[ |
现存确诊病例密度/(人/km2) | 腾讯(2020年2月26日—2020年5月10日)[ | |
累计死亡人数密度/(人/km2) | 腾讯(2020年2月26日—2020年5月10日)[ | |
死亡率 | 腾讯(2020年2月26日—2020年5月10日)[ | |
连续3 d有无新增 | 腾讯(2020年2月26日—2020年5月10日)[ | |
14 d有无聚集性疫情 | 腾讯(2020年2月26日—2020年5月10日)[ | |
脆弱性 | 人口密度/(人/km2) | 世界银行(2018年)[ |
65岁以上人口占比 | 世界银行(2018年)[ | |
人均GDP/美元 | 世界银行(2018年)[ | |
每万人病床数 | 经济合作与发展组织(2017年)[ |
[1] | 中华人民共和国国务院令第376号公布《突发公共卫生事件应急条例》[EB/OL]. http://www.gov.cn/zhengce/content/2008-03/28/content_6399.htm,2008-3-28. |
[Decree no.376 of the State Council of the People's Republic of China promulgated the Regulations on Emergency Response to Public Health Emergencies[EB/OL]. http://www.gov.cn/zhengce/content/2008-03/28/content_6399.htm,2008-3-28.] | |
[2] | 胡象明. 突发公共卫生事件应急决策的社会风险评估及其重要作用[J]. 广州大学学报(社会科学版), 2020,19(4):39-46. |
[ Hu X M. Social Risk assessment in emergency decision-masking of public health emergencies and its important Role[J]. Journal of Guangzhou University (Social Science edition), 2020,19(4):39-46. ] | |
[3] | 韩宗梅, 庞志峰, 章光明, 等. 金华市输入性传染病公共卫生风险评估[J]. 预防医学, 2020,32(11):1115-1120. |
[ Han Z M, Pang Z F, Zhang G M, et al. Public health risk assessment of imported infections diseases in Jinhua[J]. Preventive Medicine, 2020,32(11):1115-1120. ] | |
[4] | 龚磊, 许德, 宋丹丹, 等. 基于德尔菲法和层次分析法在洪涝灾害公共卫生风险评估中的应用[J]. 疾病监测, 2017,32(1):57-61. |
[ Gong L, Xu D, Song D D, et al. Application of Delphi and analytic hierarchy process methods in assessment of public health risk of flood disaster[J]. Disease Surveillance, 2017,32(1):57-61. ] | |
[5] |
余向华, 胡蔡松, 魏晶娇, 等. 浙江省温州市登革热公共卫生风险评估[J]. 中国媒介生物学及控制杂志, 2016,27(5):491-493,497.
doi: 10.11853/j.issn.1003.8280.2016.05.018 |
[ Yu X H, Hu C S, Wei J J, et al. Public health risks assessment of dengue fever in coastal area in Wenzhou, Zhejiang province[J]. Chinese Journal of Vector Biology and Control, 2016,27(5):491-493,497. ] | |
[6] | 陈廷瑞, 谢海斌, 倪成剑, 等. 温州市台风灾后肠道传染病疫情风险的评估[J]. 中国预防医学杂志, 2016,17(10):727-732. |
[ Chen T R, Xie H B, Ni C J, et al. Risk assessment on intestinal infectious diseases caused by typhoon in Wenzhou[J]. Chinese Preventive Medicine, 2016,17(10):727-732. ] | |
[7] | 庞志峰, 章光明. 金华市埃博拉出血热输入和本地传播风险评估[J]. 预防医学, 2019,31(4):335-340. |
[ Pang Z F, Zhang G M. Risk assessment of importation and local transmission of Ebola hemorrhagic fever in Jinhua[J]. Preventive Medicine, 2019,31(4):335-340. ] | |
[8] | 郑丽晖, 陈建宝, 陈晓平. 新型冠状病毒(COVID-19)传播的统计建模与风险预测[J]. 应用数学学报, 2020,43(2):324-334. |
[ Zheng L H, Chen J B, Chen J P. Statistical modeling and risk prediction of Novel Coronavirus(COVID-19) transmission[J]. Acta Mathematicae applicatae sinica, 2020,43(2):324-334. ] | |
[9] | World Health Organization. Rapid Risk Assessment of Acute Public Health Events[R]. Geneva, Switzerland: World Health Organization, 2012. |
[10] | 曹露浩. 浙江省首创“五色图”精准评估县域风险等级[EB/OL]. http://zj.cnr.cn/zjyw/20200214/t20200214_524974029.shtml, 2020-2-14. |
[ Cao L J. Zhejiang Province pioneered the "Five-color Map" to accurately assess the risk level in the county[EB/OL]. http://zj.cnr.cn/zjyw/20200214/t20200214_524974029.shtml,2020-2-14.] | |
[11] | 侯甜. 湖北发布疫情风险等级评估:武汉市城区仍是疫情高风险地区[EB/OL]. http://m.gmw.cn/2020-03/23/content_1301079033.htm,2020-3-23. |
[ Hou T. Hubei releases epidemic risk level assessment: Wuhan urban area is still a high-risk area[EB/OL]. http://m.gmw.cn/2020-03/23/content_1301079033.htm,2020-3-23.] | |
[12] | 疾病控制和预防中心. 突发事件公共卫生风险评估技术方案(试行)[EB/OL]. http://www.chinacdc.cn/jkzt/tfggwssj/gl/201708/t20170810149318.html,2017-08-10. |
[ Centers for Disease Control and Prevention. Emergency public health risk assessment technical program (Trial)[EB/OL]. http://www.chinacdc.cn/jkzt/tfggwssj/gl/201708/t20170810149318.html , 2017-08-10.] | |
[13] | 何志辉, 宋铁, 黄琼 , 等. 快速风险评估方法在城市防控新冠肺炎疫情工作的探索与运用——以温州市为例[J/OL]. 华南预防医学, 1-9. https://kns.cnki.net/kcms/detail/44.1550.r.20200323.1159.002.html, 2020-04-25. |
[ He Z H, Song T, Huang Q, et al. Exploration and application of rapid risk assessment method in prevention and control of COVID-19 in urban areas: A case study based on data of Wenzhou[J/OL]. South China Journal Preventive Medicine, 1-9. https://kns.cnki.net/kcms/detail/r.20244.1550.00323.1159.002.html, 2020-04-25.] | |
[14] | 袁宏永, 陈涛, 黄丽达, 等. 全国及湖北省新冠肺炎综合风险指数分析及比较[J]. 科技导报, 2020,38(4):21-28. |
[ Yuan H Y, Chen T, Huang L D, et al. Analysis and comparison of comprehensive risk index of COVID-19 in China and Hubei province[J]. Science & Technology Review, 2020,38(4):21-28. ] | |
[15] | Dilekli N. Open-source program to assess and map COVID-19 hazard risk[Z]. India: Geospatial World, 2020. |
[16] | GB/T 27921-2011. 风险管理风险评估技术[S]. 北京: 中国标准出版社, 2012. |
[ GB/T 27921-2011, Risk management and Risk assessment techniques[S]. Beijing: China Standard Press, 2012. ] | |
[17] | 裴韬, 王席, 宋辞, 等. COVID-19疫情时空分析与建模研究进展[J]. 地球信息科学学报, 2021,23(2). DOI: 10.12082/dqxxkx.2021.200356. |
[ Pei T, Wang X, Song C, et al. Review on spatiotemporal analysis and modeling of COVID-19 pandemic[J]. Journal of Geo-information Science, 2021,23(2). DOI: 10.12082/dqxxkx.2021.200356.] | |
[18] | 夏静, 蔡蕾, 陈磊, 等. 国际邮轮传染病疫情风险评估体系的建立[J]. 中国国境卫生检疫杂志, 2019,42(5):319-322,344. |
[ Xia J, Cai L, Chen L, et al. Establishment of the risk assessment system of international cruise related infectious diseases[J]. Chinese Journal of Frontier Health and Quarantine, 2019,42(5):319-322,344. ] | |
[19] | 陈涛, 裴晶晶, 许铭, 等. 流行病影响下的学校复学风险评估方法研究——以新冠肺炎为例[J]. 中国地质教育, 2020,29(1):22-28. |
[ Chen T, Pei J J, Xu M, et al. Research on risk assessment method of back-to-school under the influence of epidemic: Taking COVID-19 as an example[J]. Chinese Geological Education, 2020,29(1):22-28. ] | |
[20] | 陈颖. 综合防灾视角下的城市灾害风险评估研究——以厦门市为例[C].中国城市规划学会、重庆市人民政府.活力城乡美好人居——2019中国城市规划年会论文集(01城市安全与防灾规划). 北京: 中国建筑工业出版社, 2019: 129-145. |
[ Chen Y. An urban disaster risk assessment study from an integrated disaster prevention perspective: A case study based on data of Xiamen[C]. Proceedings of the 2019 China Annual Conference on Urban Planning(01 Urban security and disaster prevention planning). Beijing: China Architecture & Building Press, 2019: 129-145. ] | |
[21] |
Boldog P, Tekeli T, Vizi Z, et al. Risk Assessment of Novel Coronavirus COVID-19 Outbreaks Outside China[J]. Journal of Clinical Medicine, 2020,9(2):571-582.
doi: 10.3390/jcm9020571 |
[22] | Lai S J, Bogoch I, Ruktanonchai N, et al. Assessing spread risk of Wuhan novel coronavirus within and beyond China, January-April 2020: A travel network-based modelling study[J]. medRxiv, 2020.02.04. 20020479, DOI: https://doi.org/10.1101/2020.02.04.20020479. |
[23] | Gilbert M, Pullano G, Pinotti F, et al. Preparedness and vulnerability of African countries against importations of COVID-19: A modelling study[J]. medRxiv, 2020,305:871-877. |
[24] | 刘勇, 杨东阳, 董冠鹏, 等. 河南省新冠肺炎疫情时空扩散特征与人口流动风险评估——基于1243例病例报告的分析[J]. 经济地理, 2020,40(3):24-32. |
[ Liu Y, Yang D Y, Dong G P, et al. The spatio-temporal spread characteristics of 2019 Novel Coronavirus Pneumonia and risk assessment based on population movement in Henan province: Analysis of 1243 individual case reports[J]. Economic Geography, 2020,40(3):24-32. ] | |
[25] | 胡建雄, 何冠豪, 刘涛, 等. 新型冠状病毒肺炎疫情初期湖北省输出风险评估[J]. 中华预防医学杂志, 2020,54(4):362-366. |
[ Hu J X, He G H, Liu T, et al. Risk assessment of exported risk of Novel Coronavirus Pneumonia from Hubei Province[J]. Chinese Journal of Preventive Medicine, 2020,54(4):362-366. ] | |
[26] | 荀鹏程, 顾坚, 顾海雁, 等. 中位数回归模型及自回归模型在北京市SARS发病预测中的应用[J]. 中国卫生统计, 2004(4):28-30. |
[ Xun P C, Gu J, Gu H Y, et al. The application of median-regressive model and autoregressive model in the prediction of the incidence of SARS[J]. Chinese Health Statistics, 2004(4):28-30. ] | |
[27] | Barbosa A, Varsani A, Morandini V, et al. Risk assessment of SARS-CoV-2 in Antarctic wildlife[J]. Science of The Total Environment, 2020: 143352. |
[28] | 柴国荣, 王斌, 沙勇忠. 基于多机器学习方法联合的公共卫生风险预测研究——以兰州市流感预测为例[J/OL]. 数据分析与知识发现, 1-2. http://kns.cnki.net/kcms/detail/10.1478.G2.20201012.1512.006.html,2020-11-12. |
[ Chai G R, Wang B, Sha Y Z. Public health risk forecasting with multiple machine learning methods combined: case study of influenza forecasting in Lanzhou, China[J/OL]. Data Analysis and Knowledge Discovery, 1-2. http://kns.cnki.net/kcms/detail/10.1478.G2.20201012.1512.006.html, 2020-11-12.] | |
[29] |
Lekone P E, Finkenstädt B F. Statistical inference in a stochastic epidemic SEIR model with control intervention: Ebola as a case study[J]. Biometrics, 2006,62(4):1170-1177.
doi: 10.1111/j.1541-0420.2006.00609.x pmid: 17156292 |
[30] | ISNR, UN. Living with risk: A global review of disaster reduction initiatives[M]. Geneva: United Nations. BioMed Central Ltd, 2004. |
[31] |
黄晓军, 黄馨, 崔彩兰, 等. 社会脆弱性概念、分析框架与评价方法[J]. 地理科学进展, 2014,33(11):1512-1525.
doi: 10.11820/dlkxjz.2014.11.008 |
[ Huang X J, Huang X, Cui C L, et al. Concept of social vulnerability, analytical framework and evaluation methods[J]. Progress in Geography, 2014,33(11):1512-1525. ] | |
[32] | 疾病控制和预防中心. 冠状病毒症状[EB/OL]. https://chinese.cdc.gov/coronavirus/2019-ncov/symptoms-testing/symptoms.html , 2020-5-14. |
[ Centers for disease control and prevention symptoms of coronavirus[EB/OL]. https://chinese.cdc.gov/coronavirus/2019-ncov/symptoms-testing/symptoms.html , 2020-5-14, 2020-5-14.] | |
[33] |
Kim S J, Bostwick W. Social vulnerability and racial inequality in COVID-19 deaths in Chicago[J]. Health Education & Behavior. 2020,47(4):509-513. doi: 10.1177/1090198120929677.
doi: 10.1177/1090198120929677 pmid: 32436405 |
[34] |
Robert V, Lucy C O, Ilaria D, et al. Estimates of the severity of coronavirus disease 2019: A model-based analysis[J]. The lancet Infectious Diseases, 2020,20(6):669-677.
doi: 10.1016/S1473-3099(20)30243-7 pmid: 32240634 |
[35] | 腾讯新闻. 新型冠状病毒肺炎疫情实时追踪[DB/OL]. https://news.qq.com/zt2020/page/feiyan.htm# , 2020-5-10. |
[ Tencent News. Real-time tracking of the novel coronavirus pneumonia epidemic[EB/OL]. https://news.qq.com/zt2020/page/feiyan.htm# , 2020-5-10.] | |
[36] | DataBank. World-development-indicators[DB/OL]. https://databank.worldbank.org/source/world-development-indicators/Type/TABLE/preview/on, 2020-4-10. |
[37] | Organization for Economic Co-operation and Development. Hospital-beds[DB/OL]. https://data.oecd.org/healtheqt/hospital-beds.htm , 2020-4-10. |
[38] |
Shannon C E. A mathematical theory of communication[J]. The Bell System Technical Journal, 1948,27(3):379-423.
doi: 10.1002/bltj.1948.27.issue-3 |
[39] | Saaty T L, Erdener E. A new approach to performance measurement the analytic hierarchy process[J]. Design Methods and Theories, 1979,13(2):62-68. |
[40] | 陈沛光, 姜明磊, 左石. 基于AHP-熵值组合赋权的新能源消纳综合效益评价研究[J]. 中国新技术新产品, 2019(22):139-141. |
[ Chen P G, Jiang M L, Zuo S. An evaluation study on the integrated benefits of new energy consumption based on AHP-entropy value combination empowerment[J]. New Technology & New Products of China, 2019(22):139-141. ] | |
[41] | 曹盛力, 冯沛华, 时朋朋. 修正SEIR传染病动力学模型应用于湖北省2019冠状病毒病(COVID-19)疫情预测和评估[J]. 浙江大学学报(医学版), 2020,49(2):178-184. |
[ Cao S L, Feng P H, Shi P P. Study on the epidemic development of corona virus disease-19 (COVID-19) in Hubei province by a modified SEIR model[J]. Journal of Zhejiang University(Medical Sciences), 2020,49(2):178-184. ] | |
[42] | 联合国. 联合国关于2019冠状病毒病专题问答[EB/OL]. https://www.un.org/zh/coronavirus/covid-19-faqs, 2020-4-8. |
[ The United Nations. General FAQs[EB/OL]. https://www.un.org/zh/coronavirus/covid-19-faqs, 2020-4-8.] | |
[43] | 高文静, 李立明. 新型冠状病毒肺炎潜伏期或隐性感染者传播研究进展[J]. 中华流行病学杂志, 2020,41:485-488. |
[ Gao W J, Li L M. Advances on presymptomatic or asymptomatic carrier transmission of COVID-19[J]. Chinese Journal of Epidemiology, 2020,41:485-488. ] |
[1] | 谢聪慧, 吴世新, 张晨, 孙文涛, 何海芳, 裴韬, 罗格平. 基于谱系聚类的全球各国新冠疫情时间序列特征分析[J]. 地球信息科学学报, 2021, 23(2): 236-245. |
[2] | 巫细波, 赖长强, 葛志专. 政府严控期我国地级市COVID-19疫情的时空集聚、演变及自相关效应研究[J]. 地球信息科学学报, 2021, 23(2): 246-258. |
[3] | 韦原原, 江南, 陈云海, 李响, 杨振凯. 顾及时空对象空间相互作用的疫情风险评估建模与应用[J]. 地球信息科学学报, 2021, 23(2): 274-283. |
[4] | 方云皓, 顾康康. 基于多元数据的中国地理空间疫情风险评估探索——以2020年1月1日至4月11日COVID-19疫情数据为例[J]. 地球信息科学学报, 2021, 23(2): 284-296. |
[5] | 曹中浩, 张健钦, 杨木, 贾礼朋, 邓少存. 基于GIS新冠智能体仿真模型及应用——以广州市为例[J]. 地球信息科学学报, 2021, 23(2): 297-306. |
[6] | 杜毅贤, 徐家鹏, 钟琳颖, 侯盈旭, 沈婕. 网络舆情态势及情感多维特征分析与可视化——以COVID-19疫情为例[J]. 地球信息科学学报, 2021, 23(2): 318-330. |
[7] | 裴韬, 王席, 宋辞, 刘亚溪, 黄强, 舒华, 陈晓, 郭思慧, 周成虎. COVID-19疫情时空分析与建模研究进展[J]. 地球信息科学学报, 2021, 23(2): 188-210. |
[8] | 尹凌, 刘康, 张浩, 奚桂锴, 李璇, 李子垠, 薛建章. 耦合人群移动的COVID-19传染病模型研究进展[J]. 地球信息科学学报, 2021, 23(11): 1894-1909. |
[9] | 崔明洁, 姚霞, 方昊然, 张杨成思, 杨德刚, 裴韬. SARS与COVID-19时空传播差异性及影响因素分析[J]. 地球信息科学学报, 2021, 23(11): 1910-1923. |
[10] | 李照, 高惠瑛, 代晓奕, 孙海. 一种耦合LSTM算法和云模型的疫情传播风险预测模型[J]. 地球信息科学学报, 2021, 23(11): 1924-1925. |
[11] | 张浩, 尹凌, 刘康, 毛亮, 冯圣中, 陈洁, 梅树江. 深圳市快速抑制COVID-19疫情的非药物干预措施效果评估:基于智能体的建模研究[J]. 地球信息科学学报, 2021, 23(11): 1936-1945. |
[12] | 刘张, 千家乐, 杜云艳, 王楠, 易嘉伟, 孙晔然, 马廷, 裴韬, 周成虎. 基于多源时空大数据的区际迁徙人群多层次空间分布估算模型——以COVID-19疫情期间自武汉迁出人群为例[J]. 地球信息科学学报, 2020, 22(2): 147-160. |
[13] | 邹雨轩, 吴志峰, 曹峥. 耦合土地利用回归与人口加权模型的PM2.5暴露风险评估[J]. 地球信息科学学报, 2019, 21(7): 1018-1028. |
[14] | 武夕琳, 刘庆生, 刘高焕, 黄翀, 李贺. 高温热浪风险评估研究综述[J]. 地球信息科学学报, 2019, 21(7): 1029-1039. |
[15] | 张英慧, 高星, 王伟, 查欣洁. 中国省域煤矿事故时空分异特征及影响因素研究[J]. 地球信息科学学报, 2018, 20(3): 311-320. |
|