人流大數(shù)據(jù)和人工智能（AI）驅(qū)動(dòng)的新冠病毒（COVID-19）傳播建模預(yù)測(cè)和模擬推演平臺(tái)。受訪者供圖

一場(chǎng)突如其來(lái)的疫情打亂了人們的正常生活。疫情反反復(fù)復(fù)，形勢(shì)依然不容樂(lè)觀。最近，廣東省再次出現(xiàn)疫情。利用人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)最大程度減少經(jīng)濟(jì)代價(jià)并實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)防疫，對(duì)未來(lái)的常態(tài)化防疫工作具有重要意義。

在新冠疫情暴發(fā)初期，南方科技大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系研究員宋軒率領(lǐng)團(tuán)隊(duì)研發(fā)了“人流大數(shù)據(jù)和人工智能（AI）驅(qū)動(dòng)的新型冠狀病毒（COVID-19）傳播建模預(yù)測(cè)和模擬推演平臺(tái)”（以下簡(jiǎn)稱(chēng)推演平臺(tái)）。該平臺(tái)多次為國(guó)內(nèi)外科研單位輸出模擬推演結(jié)果，為政府制定高效防疫政策提供參考?！捌脚_(tái)在今年年初正式在深圳市啟動(dòng)了應(yīng)用示范實(shí)驗(yàn)，并在5月完成了第一次校內(nèi)實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析工作。針對(duì)這次廣東省的疫情特點(diǎn)，我們將于近期在中高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域開(kāi)展第二次實(shí)驗(yàn)。”宋軒在接受采訪時(shí)告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》。

據(jù)他介紹，平臺(tái)的相關(guān)核心技術(shù)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，目前已經(jīng)申請(qǐng)了40余項(xiàng)國(guó)內(nèi)國(guó)際專(zhuān)利。該成果不僅可以在新冠病毒疫情的防控工作上有所助益，還能應(yīng)用于災(zāi)難應(yīng)急和其他重大傳染病防疫，為保護(hù)人民的安全和健康做出貢獻(xiàn)。

　　能模擬分析疫情且能自我成長(zhǎng)

目前，當(dāng)疫情出現(xiàn)時(shí)，主要管控方式還是以流行性病學(xué)調(diào)查尋訪源頭為主的傳統(tǒng)流調(diào)，同時(shí)進(jìn)行地毯式排查與隔離。這種做法雖然穩(wěn)妥，但同樣需要投入大量人力物力。

對(duì)此，宋軒聯(lián)合深圳市疾病預(yù)防控制中心、深圳市智慧城市科技發(fā)展集團(tuán)有限公司等聯(lián)合攻關(guān)利用人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)，研發(fā)出針對(duì)新冠病毒傳播建模預(yù)測(cè)的推演平臺(tái)，對(duì)常態(tài)化傳染病精準(zhǔn)防控提出一整套包含推演平臺(tái)和移動(dòng)設(shè)備端應(yīng)用程序在內(nèi)的綜合解決方案。

“推演平臺(tái)是針對(duì)新冠病毒傳播的大數(shù)據(jù)分析和AI建模平臺(tái)，通過(guò)整合、處理和分析各類(lèi)多模態(tài)人流移動(dòng)和出行大數(shù)據(jù)，結(jié)合新一代的人工智能技術(shù)，完成對(duì)新冠病毒的傳播和感染人群細(xì)粒度建模，從而實(shí)現(xiàn)在城市區(qū)域內(nèi)細(xì)粒度預(yù)測(cè)、模擬和動(dòng)態(tài)推演傳播感染情況?！彼诬幗榻B說(shuō)。

使用者只需將人流大數(shù)據(jù)輸入平臺(tái)，即可讓平臺(tái)自動(dòng)完成模型迭代訓(xùn)練，并得到相關(guān)的預(yù)測(cè)和模擬推演的可視化結(jié)果?！坝袆e于傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)傳播模型，這一項(xiàng)目的核心算法模型完全由數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)AI技術(shù)實(shí)現(xiàn)模型校準(zhǔn)和調(diào)優(yōu)。通過(guò)數(shù)據(jù)的累積和更新，模型可以不斷迭代優(yōu)化。”宋軒表示。

一般來(lái)說(shuō)，個(gè)人尺度的感染風(fēng)險(xiǎn)由生活環(huán)境、移動(dòng)軌跡、接觸人群密切程度等跨領(lǐng)域多種要素共同決定?，F(xiàn)有理論與方法難以融合這些關(guān)鍵要素，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜移動(dòng)環(huán)境下個(gè)人尺度的感染風(fēng)險(xiǎn)的有效評(píng)價(jià)和建模。那么，如何解決細(xì)顆粒度、大規(guī)模潛在感染風(fēng)險(xiǎn)源檢測(cè)等問(wèn)題呢？宋軒介紹說(shuō)，推演平臺(tái)通過(guò)建立復(fù)雜環(huán)境下個(gè)人尺度的感染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，分別在不同時(shí)間尺度下、傳播概率與本質(zhì)安全的不同視角下的要素建模與分析方法，融合城市移動(dòng)性、傳播物理模型、個(gè)人軌跡追蹤、接觸風(fēng)險(xiǎn)概率特征與功能特性，使用多維度建模模型。

　　大數(shù)據(jù)與私密性并行

基于海量真實(shí)數(shù)據(jù)的反饋，推演平臺(tái)可定量評(píng)估不同防控措施的實(shí)施成效，為精準(zhǔn)施策提供支持。例如，當(dāng)再次出現(xiàn)新增病例時(shí)，為避免“一刀切”造成的資源無(wú)序調(diào)度及大規(guī)模損耗，可以進(jìn)行模擬區(qū)域封鎖，定量評(píng)估封鎖位置、封鎖范圍、封鎖強(qiáng)度等因素對(duì)防控成效和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的影響，從溯源手段、數(shù)據(jù)采集、成效評(píng)估等疫情研究全鏈條出發(fā)，為合理制定防疫措施提供科學(xué)指導(dǎo)。

同時(shí)，為最大程度地保護(hù)用戶(hù)隱私，宋軒研究團(tuán)隊(duì)利用AI技術(shù)在不跟蹤個(gè)人移動(dòng)軌跡、僅使用聚合數(shù)據(jù)的情況下完成了模型訓(xùn)練，用戶(hù)全程無(wú)需提供任何個(gè)人信息，做到了真正意義上的匿名化?！叭绾巫尨髷?shù)據(jù)與個(gè)人隱私并行，是我們團(tuán)隊(duì)研發(fā)過(guò)程中遇到的困難之一?！彼诬幪寡?，要在最大程度保護(hù)個(gè)人用戶(hù)隱私的前提下，完成模型訓(xùn)練并提升預(yù)測(cè)模擬和推演精度，是一件非常困難的事情?！拔覀冃枰诓桓檪€(gè)人移動(dòng)軌跡、僅使用聚合數(shù)據(jù)的情況下完成模型訓(xùn)練。因此，這對(duì)我們的模型選擇和算法設(shè)計(jì)提出了很高的要求。為此，我們也開(kāi)發(fā)了一些新的算法，并使用了一些較為新穎的AI技術(shù)應(yīng)對(duì)這個(gè)挑戰(zhàn)。后續(xù)，我們還需要對(duì)這些算法和模型進(jìn)行進(jìn)一步的改進(jìn)和完善?！?/p>

　　厚積薄發(fā) 造福人類(lèi)

這不是宋軒將AI大數(shù)據(jù)分析運(yùn)用到城市管理的第一個(gè)案例。早在2011年，宋軒就率領(lǐng)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行人流大數(shù)據(jù)分析和建模技術(shù)，為抗擊病毒和自然災(zāi)害做出過(guò)貢獻(xiàn)。

“日本大地震和福島核事故爆發(fā)后，我們開(kāi)發(fā)了多個(gè)應(yīng)急人流移動(dòng)預(yù)測(cè)模型，并研發(fā)了一套系統(tǒng)幫助日本政府分析災(zāi)后災(zāi)民避難遷徙情況，制定更為高效的災(zāi)后重建政策?！彼诬幗榻B說(shuō)，2014年，西非暴發(fā)埃博拉病毒時(shí)，他們還用在人流分析積累的研究成果幫助國(guó)際電信聯(lián)盟分析了西非的人流移動(dòng)和埃博拉病毒的傳播感染情況，對(duì)埃博拉病毒的防控起到了巨大作用。

正是基于長(zhǎng)期的經(jīng)驗(yàn)積累，在這次疫情中，宋軒才能迅速作出部署，僅用一個(gè)月時(shí)間，就完成了該平臺(tái)的內(nèi)測(cè)版本，為國(guó)內(nèi)科研單位輸出模擬推演結(jié)果，為政府制定相關(guān)防疫政策提供參考。

中國(guó)科學(xué)院院士、原南方科技大學(xué)校長(zhǎng)陳十一認(rèn)為，利用人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)城市智能化管理是國(guó)家的重大科技戰(zhàn)略。該推演平臺(tái)及其相關(guān)核心技術(shù)可以為未來(lái)城市治理中的高效決策提供數(shù)據(jù)支撐和參考，具有廣闊的應(yīng)用前景。

除了疫情防控外，推演平臺(tái)在現(xiàn)有基礎(chǔ)上可以升級(jí)成城市智能化管理平臺(tái)（如智能交通管理、應(yīng)急管理等）和AI輔助決策平臺(tái)，幫助政府實(shí)現(xiàn)高效城市智能化管理，為政策制定提供數(shù)據(jù)支撐并模擬推演政策的實(shí)施效果。

“未來(lái)，我們還將聯(lián)合南科大更多相關(guān)院系，加強(qiáng)學(xué)科交叉，進(jìn)一步完善平臺(tái)?！彼诬幈硎荆磥?lái)他們將以數(shù)據(jù)為核心、以科技為手段，推進(jìn)重大傳染病精準(zhǔn)防控研究，打造常態(tài)化精準(zhǔn)防疫樣板，助力城市治理更加科學(xué)化、精細(xì)化、智能化。

　　記者 袁一雪

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