新型冠状病毒肺炎 如何估算流行病

奥地利科学家希望借助基于代理的模拟模型更加准确地预测新型冠状病毒肺炎的传播情况。

对新型冠状病毒肺炎的传播存在各种各样的推演。但是,每天简单地将已证明的患者数量乘以某个因素以模拟指数增长是没有意义的。实际评估需要更复杂的方法。

维也纳技术大学信息系统工程学院和 TU 分拆公司 dwh 的组成的科学家团队在 COMET 项目 DEXHELPP 框架内研究复杂的方法,以便能够对冠状病毒的传播提供可靠的预测。

我们和我们的数字孪生

对此产生的不是推算,而是复杂的模拟:当然可以用数学方程式表述流行病在人类中的传播。”dwh 的联合创始人兼首席问题官 Niki Popper 说道,但是,我们的工作方式更加灵活。我们使用基于代理的方法。这意味着我们可以模拟许多个人的行为,然后在计算机上观察这些虚拟代理如何相互传播病毒。

由此通过计算机上的数字孪生代表真实的人,并在整个流行病传播过程中进行跟踪。虚拟人每天行走在特定的路线上例如上班和回家。每天都在模拟哪个人与其他人存在怎样的联系。

这将产生动态网络:有一些人经常与某个人联系,例如在家中或工作中。此外还会与随机人群不断接触,例如与商业客户接触。每个虚拟联系人都有一定的感染概率。因此,在正常情况下,在刚开始感染时人数会呈指数增长不是因为使用指数函数来表述流行病,而是这真的是模型的自然结果,模拟随机接触所产生的结果。

数据、数据、数据

广泛的人口数据在考虑范围内。例如,年龄分布至关重要,因为它对联系人的数量有着重要的影响。住宅区的人口性别和精确的空间分布也很重要。在农村地区,一个人感染另一个人的概率在很大程度上取决于他们两家之间的距离。而在像维也纳这样的大城市中,这种关系较弱,因为在大城市更有可能因纯粹的随机接触而感染,例如在公共交通中。

dwh 的研究助理 Martin Bicher 解释说:我们从奥地利统计局获得了大量数据,例如有关家庭规模、地区人口分布或工作场所的分布和规模。此外,在模型中还可以考虑很多科学文献从每个停留点的典型接触概率到预估的感染概率。

如果考虑到所有这些因素,则可以模拟隔离措施、颁布活动禁令或学校停课。这些措施会突然改变联系人网络的结构我们在模型中非常清楚地看到,这也可影响疾病的传播。”Martin Bicher 解释道。

检查资源是否充足

现在最重要的是:要保证医疗系统正常运行。基于代理的计算机模型同样可以评估需要采取哪些措施:在该模型中,会对轻度、重度和危重病例进行区分,然后分别采取不同的护理。与年龄相关的严重程度分布情况来自中国的一个案例研究,并根据奥地利的人口结构进行了换算。在建模时还会考虑医院病床和重症监护病床的数量,以便可以基于不同的情况调查资源是否充足。

我们正在不断改进和完善我们的模型。”Niki Popper 说道,总是有一些新的见解加入进来,可供我们参考。我们希望之后能够逐渐更加精确地说明新型冠状病毒肺炎将如何发展。无论如何,我们感到乐观的是:大多数奥地利人现在似乎都遵循隔离建议。