「天河摄星」强强联手,用人工智能让疫情防控升级

2020年9月8日,全国抗击新冠肺炎疫情表彰大会在北京人民大会堂隆重举行,激起人们对于过去近一年来抗击新冠肺炎疫情的感慨与回忆。当前,随着疫情在全球范围内的不断蔓延,新冠肺炎渐渐成为人们日常生活中的一种长期的常态化存在。新冠疫情的防控需要避免人口大规模流动和聚集,疫情严重的城市甚至直接采取“封城”的措施。这些举措在封锁疫情的同时,也使得整个社会消费降级、生产减缓,高铁、航班旅客数量急剧减少,这都给社会经济造成了巨大损失。针对新冠疫情长期存在的可能性,如何在尽量减少经济损失的情况下采取合适的疫情防控措施,是当前社会各级决策者需要考虑的问题。

疫情防控政策制定本质是一个决策问题,需要对防控等级与措施要求严格程度进行判断。此次摄星智能与国防科技大学联合发布“星策演疫”产品,是国内首款关注疫情防控策略并分析其对经济形势影响的软件。

国防科技大学系统工程学院应急决策与计算实验课题组,自2020年1月以来,围绕新冠肺炎疫情传播风险评估、防控措施评价、疫情发展预测等形成了多份分析报告和决策建议,基于研究成果开发的平台在中南大学湘雅三医院、清华大学等单位展开了应用,产生了巨大的社会影响力;摄星智能科技有限公司作为一家以知识数据为基础、以情报分析为手段,以策略生成为核心产品的智能科技公司,今年2月上线了一款疫情预测软件,误差率不超过3%,后作为中国电科疫情防控大数据攻关团队成员,参与了国家疫情联防联控机制,取得了很好的预测成绩。此次两只团队强强联手,国防科大团队利用自有研发的推演仿真环境,摄星智能凭借积累下来的全球疫情数据与算法,推出一款面向数字社区场景应用的全球疫情防控策略推演小程序——“星策演疫”,可以辅助决策者选择所需要的最优策略,助力疫情防控智能化升级。该软件后台是基于领先世界水平的超级计算机——国防科技大学“天河”,场景推演全部基于真实地图与公布的人口和经济统计数据,无论是推演的速度还是场景的真实度都得到了有效保障,具有较强的可信度。

星策演疫概况

星策演疫基于社会真实场景与疫情传播特征,利用“天河”计算机的超强算力,可快速推演计算出不同防控策略下的疫情发展趋势和经济影响数据,从而辅助决策者更好的对防控策略及执行时间进行配置。软件可在极短时间内、高并发情况下将各类场景特征及多种策略参数进行组合计算,并将数据结果通过轻量客户端以可视化、可复盘的方式展现给用户。星策演疫支持对需管理的社区初始感染人数、人口规模和家庭人员平均数等进行配置,最长推演时长可达60天,在不同推演阶段用户可配置不同防控策略,防控策略按照从防控级别严重程度可设定为:戴口罩/消毒、日检测、疑似患者隔离、接触者隔离、随机检测隔离、禁止外出等。配置完成后,用户点击“开始推演”即可在地图上直观看到确诊人数、感染人数、死亡人数和治愈人数的变化情况,最终可生成推演结果报告,展示不同防控策略下疫情变化曲线图和经济影响情况。 

图1星策演疫软件界面星策演疫推演算法原理

COVID-19主要通过喷嚏、呼吸等方式传播,必须要在近距离内,有一定时间的接触才能形成有效接触,从而达成疾病传播的接触条件。因此,疾病的传播很大程度上决定于接触行为。

COVID-19家庭聚集传染非常多,社会接触也具有很大的感染机会。“星策演疫”算法模型将接触关系分为规律性接触关系和社会随机接触关系两种,地点为家、工作地点、学校的接触行为属于规律性接触关系,其余诸如购物、休闲等都划归为社会接触关系。

(1)社团规模及距离优先机制

(2)社团规模优先机制

(3)度优先机制

COVID-19病程发展模型

新冠肺炎有直接传播、气溶胶传播、接触传播3种主要传播方式。“星策演疫”所采用的病程模型如图2所示:

图2 病程模型

COVID-19疾病传播模型

图3 传播模型

图3显示了病毒携带者如何感染他人,如果一个人处于潜伏期或患病期(包括无症状或有症状的状态)并且没有被隔离,则与另一个人的每次接触都可能导致感染。一个人是否被隔离既受检测结果的影响,也受他与确诊患者的接触的影响。“星策演疫”正是利用这样的疾病传播模型推演计算疫情发展情况。

以选择0号病人在中国武汉华南海鲜市场为例,初始感染人数1人,人口规模1300人,家庭平均数3人,可通过配置不同的放控策略推演得到该策略集下的感染人数、死亡人数、治愈人数以及经济损失情况,同时提供与零防控策略下相应病例人数的对比分析图。图4 疫情推演结果报告“星策演疫”软件已于2020年9月10日上线发布,致敬在抗疫战役中作出贡献的英雄楷模,助力人类世界与疫情抗衡,以取得最终胜利。

产业星策演疫国防科技大学摄星智能
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清华大学机构

清华大学(Tsinghua University),简称“清华”,由中华人民共和国教育部直属,中央直管副部级建制,位列“211工程”、“985工程”、“世界一流大学和一流学科”,入选“基础学科拔尖学生培养试验计划”、“高等学校创新能力提升计划”、“高等学校学科创新引智计划”,为九校联盟、中国大学校长联谊会、东亚研究型大学协会、亚洲大学联盟、环太平洋大学联盟、清华—剑桥—MIT低碳大学联盟成员,被誉为“红色工程师的摇篮”。 清华大学的前身清华学堂始建于1911年,因水木清华而得名,是清政府设立的留美预备学校,其建校的资金源于1908年美国退还的部分庚子赔款。1912年更名为清华学校。1928年更名为国立清华大学。1937年抗日战争全面爆发后南迁长沙,与北京大学、南开大学组建国立长沙临时大学,1938年迁至昆明改名为国立西南联合大学。1946年迁回清华园。1949年中华人民共和国成立,清华大学进入了新的发展阶段。1952年全国高等学校院系调整后成为多科性工业大学。1978年以来逐步恢复和发展为综合性的研究型大学。

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参数技术

在数学和统计学裡,参数(英语:parameter)是使用通用变量来建立函数和变量之间关系(当这种关系很难用方程来阐述时)的一个数量。

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