【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于手足口病数据信息监测，尤其涉及一种基于改进seir模型的手足口病疫情预测方法与系统。
技术介绍
1、手足口病(hand foot mouth disease，hfmd)是一种多发于儿童的急性传染病。手足口病通常由肠道病毒引起，病原体为单股正链rna病毒。中国疾控中心在2008年将手足口病划为丙类传染病进行管理。自2010年至今，手足口病患病人数持续居于法定报告传染病的首位，是中国发病人数最多，死亡人数最多的丙类传染病之一。手足口病严重影响了我国儿童的生命健康安全。因此，精准有效的预测手足口病疫情发展，对手足口病疫情的及时发现与干预具有重要的现实意义。
2、目前已有多种类型的模型用于手足口病的预测预警，基于传染病动力学模型的预测方法通过建立数学模型来模拟传染病的传播过程，利用动力学分析方法来研究传染病的传播趋势与对传染病传播过程中的关键参数。传染病动力学模型将传染病流行范围内的人群分为不同类别(也称为“仓室”)。不同类别的人群可以相互转化，作为对真实世界情况的模拟。常见的传染病模型按照具体的传染病的特点可分为si、sis、sir、seir等模型。以经典的“易感-感染-康复模型”(susceptible-infected-recovered model，sir model)模型为例，sir模型将研究地区的人群抽象为四个仓室：s类，易感者(susceptible)，指没有被感染过且对疾病没有免疫能力的人群，该类人群接触感染者接触后有一定几率会被感染；i类，感染者(infectious)，指感染了该传染病并且会
3、传染病动力学模型既适用传染病一般规律的研究，也可针对特定具体传染病进行研究。模型可从问题的不同角度进行扩展，针对具体传染病的传播机理如接触传播、空气传播、虫媒传播；针对疾病发病特点如潜伏期、自限性、免疫力丧失、死亡率；针对研究群体的种群因素如种群年龄结构、种群间交叉感染、年龄结构和在空间中的迁移与扩散等具体因素；针对传染病流行过程中涉及的多方面因素，考虑时滞因素、种群年龄组成、防疫措施；针对传染病在多个不同群体中存在的交叉传染情况等。
4、基于传染病动力学的手足口病预测方法只关注疫情发展中群体数量的变化，不能分析群体数量之外的因素，缺乏考虑与疫情相关的其他因素，并且越细化的仓室模型越需要手动调整大量的超参数。
5、通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有的传染病动力学模型需要手动调整大量参数，实用性较差，对手足口病疫情数据检测准确率不高。
技术实现思路
1、为克服相关技术中存在的问题，本专利技术公开实施例提供了一种基于改进seir模型的手足口病疫情预测方法与系统。
2、所述技术方案如下：基于改进seir模型的手足口病疫情预测方法，包括以下步骤：
3、s1、在隐性传染及环境中存在的病毒对预测影响的情况下，获取手足口病疫情数据；所述疫情数据包括过去一段时间内的手足口病单日确诊人数、现有确诊人数以及累计康复人数数据；
4、s2、根据手足口病疫情的自限性特点和有潜伏期特点，构建传染病模型；
5、s3、将疫情数据输入所述传染病模型进行拟合优化，获得优化参数；
6、s4、基于优化参数对传染病模型进行改进，获得改进后的seir模型；
7、s5、利用改进后的传染病模型，对未来一段时间手足口病感染人数数据进行预测。
8、步骤s2中，构建传染病模型中，由微分方程的形式描述，表达式为：
9、
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15、
16、式中，为易感染者群体变化量，为暴露者群体变化量，为显性感染者群体变化量，为隐性感染者群体变化量，为康复者群体变化量，为临床康复并处于病毒脱落期群体变化量，为环境中的病毒变化量，s为易感者人数，t为某一时刻，n为群体总数量，∧为人口自然增长率，β1为显性感染者的感染速率，i为显性感染者人数，β2为隐性感染者的感染速率，ie为隐性感染者人数，v为环境中的病毒感染速率，w为环境中病菌的数量，e为暴露者人数，τ为手足口病平均潜伏期，p为感染者转变为显性感染者的概率，ω为手足口病平均临床康复期，η为病毒脱落期持续的天数，r为康复者人数，λ1为症状感染者的病毒脱落率，λ2为无症状感染者的病毒脱落率，λ3为临床健康但仍能脱落病毒者个体的病毒脱落率，μ为环境中病毒清除的比例，p为病毒脱落者人数，d为自然死亡率与5岁以上移出群体。
17、进一步，构建传染病模型的过程如下：
18、暴露者经过手足口病平均潜伏期τ后将转换为感染者，感染群体成为感染者转变为线性感染者的概率为p，手足口病病程自限，经过临床康复所需要的天数ω后临床康复，感染者在表现出临床康复但仍能向外界排出病毒，经过病毒脱落期持续的天数η天后，患者停止向外界排出病毒；易感者会因为新生儿出生得到补充，自然出生率为∧，移出者群体由于年龄增长和感染而具有免疫力退出系统，环境中的病毒会以环境中的病毒感染速率v的概率造成感染模型中最大值远小于环境中病毒的环境中病毒清除的比例μ，因此环境中的病毒因为被易感者吸收而造成的损失远小于因为防疫或环境清洁造成的损失。
19、进一步，对显性感染者的传染率β1和隐性感染者的传染率β2进行回归计算，表达式为：
20、β1(t)＝a1+b1 sin(ωt+φ)
21、β2(t)＝a2+b2 sin(ωt+φ)
22、其中a1、b1、a2、b2是由最小二乘法拟合的控制传染率的参数，初始值由历史事件感染情况确定。
23、步骤s3中，将疫情数据输入所述传染病模型进行拟合优化，获得优化参数，包括：根据获取的环境消杀措施估计环境中的环境中病毒清除的比例μ，自然出生率∧以及自然死亡率与5岁以上移出群体d，由各年龄段易感者人数以及出生率估算；症状感染者的病毒脱落率λ1，无症状感染者的病毒脱落率λ2，临床健康但仍能脱落病毒者个体的病毒脱落率λ3，由现有感染者累计康复者、临床康复者人数与既往研究估算；手足口病平均潜伏期τ，临床康复所需要的天数ω，病毒脱落期持续的天数η由当地手足口病病例确诊日期、就诊日期、临床康复日期取平均获得。
24、在步骤s4中，获得改进后的seir模型后，基于seir模型优化的手足口病疫情预测系统中的传染率参数β，表达式为：
25、β(t)＝a+b sin(ωβ+φ)
26、式中，β(t)为传染率随时间变化的情况，a，b均为传染率相关系数，ωβ为控制传染率随时间t变化的周期，φ为控制传染率随时间t变化的偏移。
27、进一步，改进后的se本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于改进SEIR模型的手足口病疫情预测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于改进SEIR模型的手足口病疫情预测方法，其特征在于，步骤S2中，构建传染病模型中，由微分方程的形式描述，表达式为：
3.根据权利要求2所述的基于改进SEIR模型的手足口病疫情预测方法，其特征在于，构建传染病模型的过程如下：
4.根据权利要求2所述的基于改进SEIR模型的手足口病疫情预测方法，其特征在于，对显性感染者的传染率β1和隐性感染者的传染率β2进行回归计算，表达式为：
5.根据权利要求1所述的基于改进SEIR模型的手足口病疫情预测方法，其特征在于，步骤S3中，将疫情数据输入所述传染病模型进行拟合优化，获得优化参数，包括：根据获取的环境消杀措施估计环境中的环境中病毒清除的比例μ，自然出生率∧以及自然死亡率与5岁以上移出群体d，由各年龄段易感者人数以及出生率估算；症状感染者的病毒脱落率λ1，无症状感染者的病毒脱落率λ2，临床健康但仍能脱落病毒者个体的病毒脱落率λ3，由现有感染者累计康复者、临床康复者人数与既往研究估算；
6.根据权利要求1所述的基于改进SEIR模型的手足口病疫情预测方法，其特征在于，在步骤S4中，获得改进后的SEIR模型后，基于SEIR模型优化的手足口病疫情预测系统中的传染率参数β，表达式为：
7.根据权利要求6所述的基于改进SEIR模型的手足口病疫情预测方法，其特征在于，改进后的SEIR模型中，增加了疫情感染者群体Ie，临床康复但仍会向外界脱落病毒的病毒脱落者P，环境中的病毒W。
8.根据权利要求7所述的基于改进SEIR模型的手足口病疫情预测方法，其特征在于，改进后的SEIR模型增加的群体与原SEIR模型中群体的交互关系为：隐性感染者和显性感染者同样具有感染性，能够感染易感者；易感者接触到环境中的病毒也会被感染；感染病毒后患者进入潜伏期，经过一段时间后成为感染者，感染者可能会有临床症状成为显性感染者也可能不会有临床症状成为隐性感染者；显性感染者和隐性感染者都会向环境中释放病毒；感染者临床康复后成为病毒脱落者仍会向外界释放病毒并持续一段时间；环境中的病毒因为公共卫生防疫的消杀或者而死亡。
9.根据权利要求8所述的基于改进SEIR模型的手足口病疫情预测方法，其特征在于，获得改进后的SEIR模型，还需将改进后的SEIR模型的微分方程转换为马尔科夫链，具体公式为：
10.一种基于改进SEIR模型的手足口病疫情预测系统，其特征在于，该系统应用权利要求1-9任意一项所述基于改进SEIR模型的手足口病疫情预测方法，该系统包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于改进seir模型的手足口病疫情预测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于改进seir模型的手足口病疫情预测方法，其特征在于，步骤s2中，构建传染病模型中，由微分方程的形式描述，表达式为：
3.根据权利要求2所述的基于改进seir模型的手足口病疫情预测方法，其特征在于，构建传染病模型的过程如下：
4.根据权利要求2所述的基于改进seir模型的手足口病疫情预测方法，其特征在于，对显性感染者的传染率β1和隐性感染者的传染率β2进行回归计算，表达式为：
5.根据权利要求1所述的基于改进seir模型的手足口病疫情预测方法，其特征在于，步骤s3中，将疫情数据输入所述传染病模型进行拟合优化，获得优化参数，包括：根据获取的环境消杀措施估计环境中的环境中病毒清除的比例μ，自然出生率∧以及自然死亡率与5岁以上移出群体d，由各年龄段易感者人数以及出生率估算；症状感染者的病毒脱落率λ1，无症状感染者的病毒脱落率λ2，临床健康但仍能脱落病毒者个体的病毒脱落率λ3，由现有感染者累计康复者、临床康复者人数与既往研究估算；手足口病平均潜伏期τ，临床康复所需要的天数ω，病毒脱落期持续的天数η由当地手足口病病例确诊日期、就诊日期、临床康复日期取平均获得。
6.根据权利要求1所述的基于改进seir模型的手足口病疫情预测方法，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘培顺，张建军，王沛，杨富程，胡昕瞳，唐瑞春，王学芳，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：
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