淺析大數(shù)據(jù)在新冠肺炎疫情防控中的應用

葉于林 于繼偉 劉顯勝 周萌萌 呂志博

0 前言

自新冠肺炎發(fā)生以來，面對這場沒有硝煙的戰(zhàn)爭，在黨中央堅強領(lǐng)導下，全國各族人民萬眾一心，同舟共濟，守望相助，共克時艱，采取了及時有力的舉措，堅決打贏這場疫情防控的人民戰(zhàn)、總體戰(zhàn)、阻擊戰(zhàn)，目前已得到有效控制，整體趨勢向好?；厮葸@次疫情防控全過程，從疫情研判到情況處置，從專家建議到管理決策，從傳染源控制到智能診斷，從藥物篩選到疫苗研制，從防疫物資生產(chǎn)到緊急調(diào)度等，無一不印證了“大數(shù)據(jù)”技術(shù)在其中發(fā)揮出的快速、精準、智能、便利、真實的巨大優(yōu)勢和作用，為疫情防控堅定了必勝信心，提供了有力保證[1-3]。

1 大數(shù)據(jù)在新冠肺炎疫情防控中的應用

1.1 疫情預警

大數(shù)據(jù)通過對海量的數(shù)據(jù)進行相關(guān)性挖掘分析，可以預測某一復雜事件的規(guī)律，做到提前預警[4]，傳染病的防控也不例外。2009 年2 月，谷歌公司的工程師在《自然》上發(fā)表了一篇題目為《利用搜索引擎查詢數(shù)據(jù)檢測禽流感流行趨勢》的論文，利用統(tǒng)計某個地區(qū)的用戶搜索詞，來預測流感的發(fā)生，并設(shè)計了一個流感預測系統(tǒng)GFT（Google flu trends），宣稱該系統(tǒng)可以比美國疾病控制與預防中心（CDC）預測流感趨勢還要快，可提前2 周發(fā)布流感預警信息，準確率居然高達96%。論文一發(fā)表，很多人感到匪夷所思，該系統(tǒng)不去研究流感病毒本身有什么特征，僅憑著互聯(lián)網(wǎng)上的搜索詞，就可以預測流感？簡直是逆天了，這個消息一下子轟動全世界。

其實，仔細研究分析該論文，有力的印證大數(shù)據(jù)通過相關(guān)性分析的預測作用，如在某一個區(qū)域某一段時間，有大量有關(guān)流感的搜索指令，那么就可能存在一種潛在的關(guān)聯(lián)，在這個地區(qū)，就有很大可能性存在對應的流感人群，相關(guān)部門就值得發(fā)布流感預警信息。因為有人感冒了，或者快感冒覺得不舒服，就會上網(wǎng)去查一查“感冒吃什么藥好”、“哪里有賣感冒藥的”、“嗓子不舒服是什么原因”，或者是“什么原因會導致咳嗽”等，這些搜索詞就成了分析是否具有流感趨勢的數(shù)據(jù)，同時流感一般具有傳染性，所以如果這樣的情況形成了一個高峰，就可以考慮發(fā)布流感預警了。

但是，為什么這次新冠肺炎疫情大數(shù)據(jù)預警來得晚，且基本上沒有起到預警作用。這值得我們深思。粗略地分析一下原因，首先是傳染病根本沒有被列為互聯(lián)網(wǎng)界關(guān)注的優(yōu)先點；其次是疾病控制與預防中心沒有相關(guān)的大數(shù)據(jù)分析平臺，或者是有，但沒有起到作用；再次是在發(fā)現(xiàn)不明肺炎之初，醫(yī)療機構(gòu)的信息中心的技術(shù)人員敏感性不夠，沒有能夠根據(jù)十幾病例的病情分析出人傳人，沒掌握住病毒控制的主動權(quán)。因此，有了這次新冠肺炎疫情的深刻教訓，國家應該大力重視利用大數(shù)據(jù)等其他高科技信息技術(shù)進行疫情預警，做到防患于未然。

1.2 追蹤傳染源

在傳染病的防控過程中，控制傳染源、追蹤密切接觸者至關(guān)重要。如何利用高科技技術(shù)手段快速準確的追蹤傳染源，并有效的控制，避免傳染進一步擴大，在這次疫情防控中，大數(shù)據(jù)實實在在的“大秀”了一把。武漢市封城前將近500 萬人流出，如何實現(xiàn)快速精準追蹤到這500 萬人，并追蹤與其密切接觸過的人，電信大數(shù)據(jù)、交通大數(shù)據(jù)、電力大數(shù)據(jù)等提供了強大的支撐作用。

現(xiàn)在手機已經(jīng)成為我們個人的另一張身份證，目前我國獨立移動通訊用戶的普及率約為82%，幾乎具有獨立活動能力的人群都擁有一部手機，且實行了手機用戶的實名制，從手機用戶就可以識別持有人的身份。因此，可利用電信大數(shù)據(jù)進行基站定位追蹤，一般手機在待機的時候，用戶從一個地方移動到另一個地方，這個時候手機要不斷接收基站發(fā)出的測量信號，讀取基站測量信號，即選擇新的地方，在非待機的時候可實現(xiàn)基站切換，從而進行定位，且速度快，但定位精度不夠。為提升定位精度，可進一步采用全球?qū)Ш叫l(wèi)星和數(shù)字地圖系統(tǒng)，因為現(xiàn)在我們用的大多為智能手機，且大多都具有全球?qū)Ш叫l(wèi)星的接收能力，定位精度一般數(shù)十米，當然更好地可以做到米級，但是室內(nèi)是做不到的。再加上數(shù)字地圖系統(tǒng)的應用，可進行街道掃描，進而可定位到每一棟樓。但前提是手機用戶必須下載數(shù)字地圖的APP，開機并啟用了定位功能，才能把變化的位置信息發(fā)送給GPS，進而確定其身份位置。同樣，電信大數(shù)據(jù)通過手機定位，也可以知道這個用戶是不是來自疫區(qū)，是否到過疫區(qū)，可以用于個人自證有無疫區(qū)行程；通過計費數(shù)據(jù)，可以知道用戶平時比較密切的聯(lián)系人，就可以確定是否為用戶的密切接觸者。

此外，也可以結(jié)合交通大數(shù)據(jù)，通過對離開武漢的航班、輪船、火車、公交車輛進行追蹤來確定離漢人員身份，但交通大數(shù)據(jù)更重要的是用于同行人及密切接觸人員的確定。通過電力大數(shù)據(jù)對用電情況的綜合分析，也可以確定一個家里邊是否有人在家，是否有人回來。在這次疫情防控中，國網(wǎng)電力杭州公司，就開發(fā)出大數(shù)據(jù)分析的算法，通過對采集的1 000 多萬條數(shù)據(jù)進行分析，能夠很好的知道，有沒有居家隔離的人，有沒有獨居的人，社區(qū)就可以根據(jù)這個來判斷來做針對性地服務。

有了以上的數(shù)據(jù)，怎么來決定疫情的傳播？國際上通常用一種叫SEIR 傳染病模型。它把人群分成四類，S（Susceptible）易感者，指未得病者，但缺乏免疫能力，與感染者接觸后容易感染；E（Exposed）暴露者，指接觸過感染者，但暫無能力傳染他人，對潛伏期長的傳染病使用；I（Infectious）感染者，指已經(jīng)感染的人，可以傳播給 S 類，將其變?yōu)?E 或 I 類成員；R（Recovered）康復者，指被隔離或因病愈而具有免疫力的人。通過以上模式，采用大數(shù)據(jù)技術(shù)對其進行計算分析，可以得出傳播預測，為疫情防控精準施策，提供了有價值的參考意見。

1.3 智能診斷

大數(shù)據(jù)根植于人工智能，為人工智能的機器學習提供原料，兩者相互結(jié)合將釋放出具大的能量[5]。在本次疫情防控中，新冠肺炎患者的核酸檢測，取樣主要是通過口腔部來取樣進行檢測，但實際上這里感染并不算嚴重，肺部才是最嚴重的。因此，檢測結(jié)果有一定的誤差，如需確診還需進行肺部CT 掃描。對掃描出的大量CT 照片，如果一張張看耗時又耗力，況且時間也不允許，因為時間就是生命。利用醫(yī)學大數(shù)據(jù)，主要包括以前拍攝的CT 照片、醫(yī)生的診斷結(jié)果意見及相關(guān)的醫(yī)療經(jīng)驗，結(jié)合人工智能技術(shù)，進行機器學習，研發(fā)出CT 影像大數(shù)據(jù)分析評價系統(tǒng)，通過系統(tǒng)就可以把CT 照片還原回一個3D 三維的肺，比較容易看清肺部有沒有纖維化，有沒有變毛玻璃狀，有沒有病灶，然后進行智能綜合病理分析，高效、精準給出診斷結(jié)果。過去醫(yī)生可能要花幾個多小時，現(xiàn)在幾分鐘就可以完成。在這次疫情中，大數(shù)據(jù)在智能診斷中實現(xiàn)了從直覺判斷到數(shù)據(jù)推導的轉(zhuǎn)變，為疫情防控贏得了寶貴的時間。此外，大數(shù)據(jù)在病毒檢測、基因序列分析、宿主分析等都起到了關(guān)鍵性的作用。

1.4 防疫物資生產(chǎn)調(diào)度

疫情大規(guī)模爆發(fā)后，防疫物資器材生產(chǎn)與緊急籌措調(diào)度供應是打贏這次防疫阻擊戰(zhàn)的重要保障，多生產(chǎn)一個口罩、一套防護服、一瓶試劑、一臺醫(yī)療設(shè)備，精準對接，按時達到，就能有效挽救更多危重癥患者的生命，大數(shù)據(jù)在其中起到了至關(guān)重要的作用。比如，海爾公司研發(fā)的疫情醫(yī)療物資信息共享資源匯聚平臺，一方面連接著醫(yī)院、政府、社區(qū)等，多達1 000 多家，發(fā)布了需求5 000 多萬件；另一方面連接著能生產(chǎn)醫(yī)療物資的企業(yè)和能支持援助的民間組織、團體、個人以及國家、國際友人，打通供求上下鏈條，實現(xiàn)了抗疫資源的精準對接。此外，它的采購不只限于中國，甚至還到了全球。湖北省由志愿者開發(fā)了一個醫(yī)療物資需求平臺，該平臺主要從互聯(lián)網(wǎng)上爬取數(shù)據(jù)，然后按城市醫(yī)院類別進行分類，登出需求、運輸及聯(lián)系方式供物資供應企業(yè)查詢。四川省開發(fā)了防控應急物資的管理系統(tǒng)，把物資的入庫、調(diào)度、審批、庫存、日常消耗需求匯總在一起，進行智能分析，實現(xiàn)物資的合理調(diào)度，提高了應急物資配置的調(diào)度效率。浙江省寧波市也搭建起了數(shù)字化防疫平臺，有7 300 多家企業(yè)、15 000 多名員工做了登記，復工的同時讓防疫工作可溯可控，從而保證了急需防疫物資生產(chǎn)擴能。這些智能平臺、決策系統(tǒng)，有了“大數(shù)據(jù)”的幫助，充分發(fā)揮其效能，火力全開，全面助力疫情防控。

1.5 藥物篩選與疫苗研制

在傳染病防控過程中，“防”是首要任務，“控”是關(guān)鍵任務，如何從根本上進行控制，就需要藥物和疫苗。本次發(fā)生的新冠肺炎，目前是還沒有特效藥用于治療，在臨床上主要采用老藥新用，把一些過去抗艾滋病、流感的藥物重新檢驗一下，看它有沒有可能對新冠肺炎有效。但是，我們知道，目前已經(jīng)上市的和臨床實驗的藥物有近萬種，一種一種來篩選，時間是很長的，這就需要通過大數(shù)據(jù)技術(shù)來對各大醫(yī)藥公司生產(chǎn)的藥物的原始數(shù)據(jù)及臨床數(shù)據(jù)進行智能分析篩選，起到事半功倍的作用。同樣，新藥和疫苗的研制總體過程也是比較長，主要包括藥物的篩選、活性的評價、藥理的分析、安全評價等，甚至到臨床還要做很多工作，這就更需要人工智能藥物研究平臺，以大數(shù)據(jù)為技術(shù)手段，進行智能分析，從而為新藥及疫苗研制奠定基礎(chǔ)[6-7]。如清華大學藥學院，研發(fā)的人工智能藥物研發(fā)大數(shù)據(jù)平臺，收集了以前冠狀病毒研究中涉及的900 多個小分子的實驗信息，利用大數(shù)據(jù)智能分析就大大加快藥物的篩選。

1.6 疫情服務

在本次疫情防控中，為減少線下診療壓力和交叉感染風險，各省各級各部門利用大數(shù)據(jù)信息技術(shù)，高效跟蹤、篩查、預測疫情發(fā)展，為科學防治、精準施策、便民服務提供強有力的支撐。據(jù)不完全統(tǒng)計，疫情發(fā)生以來，基于“大數(shù)據(jù)”平臺，全國推出的疫情服務小程序多達百余款，為廣大民眾提供口罩預約、疫情防控指南、疫情態(tài)勢、防疫健康碼、在線義診、患者同程查詢、康復者跟蹤回訪、在線教育、在線辦公、復工疫情城市熱力圖等服務。武漢市政務服務和大數(shù)據(jù)管理局研發(fā)的“武漢戰(zhàn)疫”小程序，市民可通過手機小程序隨時了解疫情最新情況、查看定點醫(yī)院病床使用情況、自查發(fā)熱癥狀、查詢發(fā)熱門診導航等疫情服務；廣州市政府推出的“穗康”小程序，具有“健康自查上報”、“疫情線索上報”、“醫(yī)療物資捐贈”、“口罩預約購買”等多項在線服務功能；為緩解廣大市民的焦慮情緒，武漢市協(xié)和醫(yī)院開啟了小程序網(wǎng)上門診服務，為武漢市民提供線上服務。據(jù)騰訊官方數(shù)據(jù)顯示，“騰訊健康”服務目前全國已有18 個省份多家醫(yī)院接入了微信推出的城市服務“疫情專區(qū)”、“發(fā)熱問診”、“發(fā)熱自查”等小程序，為廣大用戶提供在線免費問診服務，這些程序雖“小”，但在疫情服務上卻發(fā)揮了“大”作用，充分發(fā)揮了大數(shù)據(jù)的方便有利優(yōu)勢。

2 總結(jié)

最后，與17 年前的非典疫情防控相比，本次疫情防控在“大數(shù)據(jù)”科技的助力下，成了一場全民參與的科技信息戰(zhàn)，實現(xiàn)了科學防治、精準施策，“大數(shù)據(jù)”也已成為這場沒有硝煙的戰(zhàn)役中克敵制敵的法寶，但是大數(shù)據(jù)也不是智慧醫(yī)療的唯一方法，需要跟其他信息技術(shù)結(jié)合，同時也要跟醫(yī)學專業(yè)知識結(jié)合，才能發(fā)揮其巨大效能。因此，此次戰(zhàn)役中“大數(shù)據(jù)+疫情防控”的創(chuàng)新模式，使得大數(shù)據(jù)應用環(huán)境進一步優(yōu)化，已經(jīng)給未來各個行業(yè)、領(lǐng)域探索“大數(shù)據(jù)”信息技術(shù)的應用，提供了一條高效可循的發(fā)展之路[8]。相信不久的將來，智慧城市、智慧交通、智慧家居等智能社會模式全面深入展開，將大大有利于服務生活，服務社會，服務全人類。