基于改进传染病动力学易感-暴露-感染-恢复（SEIR）模型预测新型冠状病毒肺炎疫情
发布时间：2021-11-13 05:28
目的研究基于传染病动力学易感-暴露-感染-恢复（SEIR）模型对新型冠状病毒肺炎（COVID-19）疫情发展情况的预测效果,为有效应对疫情提供指导。方法利用Python爬虫自动更新功能获取中华人民共和国国家卫生健康委员会公布的疫情数据,通过改进传染病动力学SEIR模型,自动修正COVID-19基本再生数（R0）,对中国湖北省和韩国的COVID-19疫情发展趋势进行预测。结果模型预测的湖北省COVID-19疫情顶点在2020年2月21日,现有确诊病例数约为50 000例（2月19日）,预计疫情将于3月4日回落至30 000例以下,并在5月10日左右结束。中华人民共和国国家卫生健康委员会公布的实际数据显示,确诊人数顶点为53 371例。模型预测的韩国疫情峰值在3月7日,将于4月底结束。结论改进的传染病动力学SEIR模型在COVID-19疫情早期实现了较准确的数据预测,政府相关部门在疫情中及时、有效的强力干预明显影响了疫情的发展进程,东亚其他国家如韩国的疫情在3月仍处于上升期,提示中国需要提防输入性疫情风险。
【文章来源】：第二军医大学学报. 2020,41(06)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
韩国COVID-19疫情预测数据
建立一个改进的传染病动力学SEIR模型用于预测湖北省COVID-19疫情发展趋势。设定地区总人口数为N,易感人数为S,患病潜伏期人数为E,现有确诊人数为I,治愈人数为R,4种人群之间的动力学模型见图1。其中易感人群到患病潜伏期人群的转化率为β,患病潜伏期人群到现有确诊人群的转化率为k,现有确诊人群到治愈人群的转化率为γ。与现有其他SEIR模型不同的是,本研究通过易感人群减少率λ建模政府管控措施,较好地模拟了政府干预措施逐渐增强的现象。该模型还考虑了患病人群的死亡情况,设死亡人数为D,病死率为μ,图1所示SEIR模型可以写成常微分方程组形式:
使用求解得到的参数,通过模型外推,利用中华人民共和国国家卫生健康委员会发布的截至2020年2月19日的疫情数据,对截至2020年5月10日湖北省疫情发展情况进行了预测,结果见图2。模型预测的湖北省疫情顶点在2月21日,现有(2020年2月19日)确诊病例数约为50 000例,2月27日将回落至40 000例以下,3月4日将回落至30 000例以下,3月10日将回落至20 000例以下,3月20日将回落至10 000例以下,5月10日左右疫情结束。模型预测的累计死亡病例数为6 471例。由于使用常微分方程建模,因病死亡率在模型中是常数。在疫情消退阶段,医疗资源被挤占的情况将有所缓解,实际死亡率会有所下降,最终因病死亡病例数应少于6 471例。根据中华人民共和国国家卫生健康委员会发布的COVID-19疫情进展数据,2020年1月28日至3月4日全国COVID-19疫情发展呈现停止上升趋势,即将出现疫情的顶点(图3),湖北省COVID-19疫情也到达顶点(图2)。
【参考文献】：
期刊论文
[1]新型冠状病毒肺炎聚集性疫情流行病学调查技术指南(试行第一版)[J]. EpidemiologyWorkingGroup,StrategyandPolicyWorkingGroupforNCIPEpidemicResponse,ChineseCenterforDiseaseControlandPrevention. Chinese Journal of Epidemiology. 2020(03)
[2]基于SEIR模型分析相关干预措施在新型冠状病毒肺炎疫情中的作用[J]. 耿辉,徐安定,王晓艳,张勇,尹小妹,马茂,吕军. 暨南大学学报(自然科学与医学版). 2020(02)
[3]基于一类时滞动力学系统对新型冠状病毒肺炎疫情的建模和预测[J]. 严阅,陈瑜,刘可伋,罗心悦,许伯熹,江渝,程晋. 中国科学:数学. 2020(03)
[4]新型冠状病毒肺炎流行病学特征分析[J]. EpidemiologyWorkingGroupforNCIPEpidemicResponse,ChineseCenterforDiseaseControlandPrevention. Chinese Journal of Epidemiology. 2020(02)
[5]新型冠状病毒肺炎基本再生数的初步预测[J]. 周涛,刘权辉,杨紫陌,廖敬仪,杨可心,白薇,吕欣,张伟. 中国循证医学杂志. 2020(03)
[6]一类SEIR传染病模型的动力学行为分析[J]. 秦爽,张建刚,杜文举,俞建宁,刘頔. 温州大学学报(自然科学版). 2017(03)
本文编号：3492412
【文章来源】：第二军医大学学报. 2020,41(06)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
韩国COVID-19疫情预测数据
建立一个改进的传染病动力学SEIR模型用于预测湖北省COVID-19疫情发展趋势。设定地区总人口数为N,易感人数为S,患病潜伏期人数为E,现有确诊人数为I,治愈人数为R,4种人群之间的动力学模型见图1。其中易感人群到患病潜伏期人群的转化率为β,患病潜伏期人群到现有确诊人群的转化率为k,现有确诊人群到治愈人群的转化率为γ。与现有其他SEIR模型不同的是,本研究通过易感人群减少率λ建模政府管控措施,较好地模拟了政府干预措施逐渐增强的现象。该模型还考虑了患病人群的死亡情况,设死亡人数为D,病死率为μ,图1所示SEIR模型可以写成常微分方程组形式:
使用求解得到的参数,通过模型外推,利用中华人民共和国国家卫生健康委员会发布的截至2020年2月19日的疫情数据,对截至2020年5月10日湖北省疫情发展情况进行了预测,结果见图2。模型预测的湖北省疫情顶点在2月21日,现有(2020年2月19日)确诊病例数约为50 000例,2月27日将回落至40 000例以下,3月4日将回落至30 000例以下,3月10日将回落至20 000例以下,3月20日将回落至10 000例以下,5月10日左右疫情结束。模型预测的累计死亡病例数为6 471例。由于使用常微分方程建模,因病死亡率在模型中是常数。在疫情消退阶段,医疗资源被挤占的情况将有所缓解,实际死亡率会有所下降,最终因病死亡病例数应少于6 471例。根据中华人民共和国国家卫生健康委员会发布的COVID-19疫情进展数据,2020年1月28日至3月4日全国COVID-19疫情发展呈现停止上升趋势,即将出现疫情的顶点(图3),湖北省COVID-19疫情也到达顶点(图2)。
【参考文献】：
期刊论文
[1]新型冠状病毒肺炎聚集性疫情流行病学调查技术指南(试行第一版)[J]. EpidemiologyWorkingGroup,StrategyandPolicyWorkingGroupforNCIPEpidemicResponse,ChineseCenterforDiseaseControlandPrevention. Chinese Journal of Epidemiology. 2020(03)
[2]基于SEIR模型分析相关干预措施在新型冠状病毒肺炎疫情中的作用[J]. 耿辉,徐安定,王晓艳,张勇,尹小妹,马茂,吕军. 暨南大学学报(自然科学与医学版). 2020(02)
[3]基于一类时滞动力学系统对新型冠状病毒肺炎疫情的建模和预测[J]. 严阅,陈瑜,刘可伋,罗心悦,许伯熹,江渝,程晋. 中国科学:数学. 2020(03)
[4]新型冠状病毒肺炎流行病学特征分析[J]. EpidemiologyWorkingGroupforNCIPEpidemicResponse,ChineseCenterforDiseaseControlandPrevention. Chinese Journal of Epidemiology. 2020(02)
[5]新型冠状病毒肺炎基本再生数的初步预测[J]. 周涛,刘权辉,杨紫陌,廖敬仪,杨可心,白薇,吕欣,张伟. 中国循证医学杂志. 2020(03)
[6]一类SEIR传染病模型的动力学行为分析[J]. 秦爽,张建刚,杜文举,俞建宁,刘頔. 温州大学学报(自然科学版). 2017(03)
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