[發明專利]一種具有控制變量的傳染病疫情預測方法

有效

• 申請號: 201210137662.4
• 申請日: 2012-05-07
• 公開（公告）號: CN103390089A
• 公開（公告）日: 2013-11-13
• 發明（設計）人: 黃順祥;關彩虹;劉峰;徐莉;王新明
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍防化學院
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 楊志兵;高燕燕

1.一種具有控制變量的傳染病疫情預測方法，其特征在于，該方法的具體步驟如下：

步驟一、建立傳染病疫情發展中各相關人群之間的相互關系：

設在一固定地區內總人口初值為1，進入該地區的人都為易感者，流出的人的易感者、潛伏期者和移出者在流出的人中所占的比例與該地區易感者、潛伏期者和移出者人數在該地區總人口占的比例一致；令S表示易感者在該地區總人數中所占比例，E表示潛伏期者在該地區總人數中所占比例，I發病者在該地區總人數中所占比例；R表示在該地區總人數中所占移出者比例，包括治愈者和死亡者，根據動力學方程得到它們之間的函數關系表示如公式(1)、(2)、(3)、(4)所示：

dSdt=-κ(1-γ)(1-λI)SI-κ(1-γ)(1-λE)SE-αS+α---(1)]]>

dEdt=κ(1-γ)(1-λI)SI+κ(1-γ)(1-λE)SE-ED1-αE---(2)]]>

dIdt=ED1-ID2---(3)]]>

dRdt=ID2-αR---(4)]]>

其中，κ為傳染系數，κ₀為基本傳染率，是人口密度的函數，κ₁為季節影響系數，為周期，λ_E、λ_I分別為針對潛伏期者和發病期者的隔離率，即將潛伏期者和發病期者在該地區內被有效隔離的比例；γ表示感染下降率；D₁表示潛伏期；D₂表示傳染期；α為流動人口比例，它是指疫區內外的相互流動比例，其中假設發病者不流出；

步驟二、提出傳染病疫情的參數化方案：

根據隔離措施對隔離率施加的影響，建立隔離率函數λ_E(t)、λ_I(t)：

λE(t)=λEa-λE0π{π2+arctan[vE(t-tEe)]}+λE0]]>

λI(t)=λIa-λI0π{π2+arctan[vI(t-tIe)]}+λI0---(5)]]>

其中λ_Ea、λ_Ia分別為對潛伏期者和發病期者的目標隔離率，λ_E0、λ_I0分別為對潛伏期者和發病期者的初始隔離率，v_E、v_I分別為對潛伏期者和發病期者的隔離效率因子，λ_Ea-λ_E0、λ_Ia-λ_I0分別為對潛伏期者和發病期者的隔離措施增加強度；t_Ee、t_Ie分別為對潛伏期者和發病期者的隔離措施生效時間；

當采取防護和洗消措施，感染下降率將改變，感染下降率γ(t)的取值由公式(6)、(7)、(8)決定：

γ(t)＝μ_dr_d(t)+μ_pr_p(t)-μ_dμ_pr_d(t)r_p(t)???????????????(6)

rd(t)=rda-rd0π{π2+arctan[vd(t-td)]}+rd0---(7)]]>

rp(t)=rpa-rp0π{π2+arctan[vp(t-tp)]}+rp0---(8)]]>

其中，μ_d為洗消后被消滅病毒占洗消前病毒總數的比例，μ_p為防護后被隔離的病毒占防護前病毒總數的比例，r_d(t)為被洗消的病毒區占總病毒區的比例，r_p(t)為該地區被防護的人員占需要防護人員總人數的比率；在公式(6)中μ_dr_d(t)為不采取防護措施時，病毒區中被洗消病毒占洗消前病毒的比例；μ_pr_p(t)為不采取洗消措施時，該地區被防護人員被隔離病毒占防護前病毒總數的比例；μ_dμ_pr_d(t)r_p(t)指同時采取洗消和防護措施時，重復計算的同時被洗消和隔離的病毒占病毒總數的比例；

r_da為目標洗消的污染面積占總污染面積的比例；r_d0為初始洗消的污染面積占總污染面積的比例；v_d為洗消效率因子；r_da-r_d0為洗消措施增加強度；t_d為洗消措施生效時間，即r_d(t)函數曲線拐點處對應的時間；r_pa為該地區目標防護的人員占該地區需要防護人數的比例；r_p0為初始防護比例；v_p為防護效率因子；r_pa-r_p0為防護措施增加強度；t_p為防護措施生效時間；

步驟三、進行傳染病疫情發展狀況的求解：

①通過調查，確定公式(1)、(2)、(3)、(4)、(5)中的D₁、D₂、α、λ_E0、λ_I0以及公式(6)、(7)、(8)中的r_d0和r_p0；通過試驗確定公式(6)、(7)、(8)中的μ_d和μ_p；

②根據已感染人數的統計數據，應用遺傳算法反演公式(1)、(2)中的κ₀、κ₁；

③根據控制方案的具體指標，確定λ_Ea、λ_Ia、r_da、r_pa、t_Ee、t_Ie、t_d、t_p、v_E、v_I、v_d和v_p；

④聯立公式(5)、(6)、(7)、(8)，應用龍格-庫塔(Runge-kutta)算法求解公式(1)、(2)、(3)、(4)，得出易感者比例S、潛伏期者比例E、發病者比例I和移出者比例R隨時間的發展狀況。