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智援抗“疫”:信息师生科研攻关战一线——我院新冠肺炎疫情智能预测研究小组助力疫情防控
发布时间:2020年03月17日 浏览次数:

自新冠肺炎疫情防控阻击战打响以来,厦门大学信息学院纪荣嵘教授团队与公共卫生学院夏宁邵教授团队积极响应党中央号召,集中优势科研力量和资源,迅速开展多学科合作进行新型冠状病毒传播能力及风险预测科研攻关。先期研究成果已应用于抗“疫”一线,为国家相关部门福建省厦门市厦门大学的新冠肺炎防控决策提供了重要参考,预期还能够为其它新发突发传染病的防控提供技术支持和有效解决方案。

苟利国家生死以,勇当科研攻关者。习近平总书记在主持召开中央全面深化改革委员会第十二次会议时指出,要积极运用大数据、人工智能、云计算等数字技术,在疫情监测分析、病毒溯源、防控救治、资源调配等方面更好发挥支撑作用。在20201月下旬,纪荣嵘教授多次与夏宁邵教授就新冠肺炎疫情防控工作进行交流并达成了合作共识,纪教授组织本团队金泰松老师,配合公共卫生学院夏宁邵教授与陈田木老师,紧急成立了新冠肺炎疫情智能预测联合攻关小组,将国家“解决国家重大需求,把论文‘写在祖国大地上’,把研究成果应用到战胜疫情中”的号召落到实处。

由于该研究涉及到敏感数据的对接,需要集中交互讨论构建模型并实时进行模型参数调整,急需在学校实验室完成。陈志威、段庚辰、李新阳、彭军、骆云鹏五位同学接到任务后带着家人的不舍和担忧,尽管身处他省(山东、四川、上海、江西等),尽管病毒肆虐、各地实施了封城式管理,于22日前后,毅然踏上返校的征程,聚于公共卫生学院实验室(翔安校区),坚定“随时为党和人民牺牲一切”的大无畏精神,成为了新冠肺炎科研攻关工作者中的一员。为打赢这场不见硝烟不闻炮响的战争,纪荣嵘教授每天以各种方式跟进研究进展,金泰松老师每日不辞劳苦开车往返翔安校区指导工作。各位老师兢兢业业、克己奉公的精神给攻关小组的同学们带来了无限动力,为更快度过双方团队的磨合期,各位同学夜以继日,多次开会交流,全身心投入此次研究,开手机热点工作至深夜已是家常便饭。

1. 攻关小组启动在线会议疫情讨论并返校入住翔安校区

2. 攻关小组例行会议通知及深夜讨论

坚守战线,攻坚克难,为疫情防控一线提供有力支持。本研究采用人工智能、应用数学、流行病与卫生统计学、传染病学等多学科交叉技术,结合新冠肺炎的自然史和人群传播机制构建多种群传播的新冠肺炎传播动力学模型,深入探讨模型稳定性和无病平衡点,通过建立新冠肺炎流行病学特征数据库,求解模型关键参数,探讨新冠肺炎的传播能力并模拟评估新冠肺炎关键措施效果。

与此同时,攻关小组通过建立的新冠肺炎病毒传播动力学模型对COVID-19密切接触者开展流行病学追踪调查,摸清密切接触者中显性感染与隐性感染者的比例及影响因素,分析隐性感染相对于显性感染者的传播能力及潜伏期者相对于显性感染者的传播能力,对疫情传播速率的有效估计和峰值预测并对影响病毒传播的不同因素进行敏感性分析,以揭示新冠状病毒在人群中的传播动力学特征。研究的阶段性成果已上报国家相关部门,为本次新冠肺炎疫情重大决策提供了重要参考。

3. 新冠肺炎传播动力学模型流程图

只争朝夕,不辱使命,为抗“疫”的最终胜利添砖加瓦。本研究通过设计基于大数据与人工智能技术的AI预测算法,构建基于新冠肺炎传播动力学模型的预测与防控措施效果模拟评估平台。面向国家有关部门对**的需求,攻关小组同学针对现有Berkeley Madonna(加利福尼亚大学伯克利分校开发的数学建模软件包)过于繁琐、步骤中操作的关联性强,但缺乏整合等缺点,攻关小组同学充分发挥专业优势,有针对性的构建了全新的疫情分析平台,实现速度、精度等多指标上的突破,积极响应了国家对重要软件的“国产化”战略。

针对本次的新型冠状病毒传染病模型,本平台将原先的疫情分析步骤进行深度整合,减少了不必要的人工操作,利用全新的管理器,对拟合、模拟预测、参数分析等操作进行统一管理,可以模拟任意的政府决策(例如封城、分批复工等),实现了一键式可分段的参数拟合、模型预测,免去了研究人员重新编程的繁琐操作。由于真实的疫情数据中,城市人口多而感染人相对少,总体感染率是一个极小的数字,要求平台能够处理十分高精度的变量和模型参数,考虑到本次疫情的这一特点,我们对算法进行了定向优化,利用多种不同的优化算法协同工作,极大提高了参数拟合的精度同时,并没有牺牲过多的速度,实现了任意分段任意变量的拟合、模拟操作,平台在测试数据上都表现出了远超常规方法的性能。

同舟共济度时艰,众志成城战疫情。信息学院师生,在学院疫情防控领导小组的统一指挥下,不遗余力投身科研攻关工作,坚守科研战线,始终与疫情防控一线同心协力、相互配合、并肩战斗,将科研成果向实际应用转化,力争做到习近平总书记要求的“两条战线相互配合、并肩作战”,为彻底打赢疫情防控人民战争、总体战、阻击战提供更多有力科技“武器”。

4. 攻关小组合影照片

全体师生干劲十足,坚定信心:在党中央的坚强领导下,一定会打赢这场疫情防控阻击战!

/金泰松、陈志威

 

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