一种区域网格化的鼠疫风险评估方法及系统

1.本发明涉及一种传染病风险评估方法，具体涉及一种区域网格化的鼠疫风险评估方法。


背景技术：

2.鼠疫是一种自然疫源性疾病，具有对人高度易感、潜伏期短、发病率高、死亡率高的特点，此外鼠疫杆菌还是一种常见的生物战剂，攻击者通过释放染疫的跳蚤、老鼠或染疫的谷物、布料进行生物袭击，具有隐秘性高、攻击方式多样、传播途径复杂等特点，提前判断不同地区的鼠疫传播风险，采取合理的检测措施、制定应急预案可以有效降低未来可能发生的鼠疫袭击场景，研究者们往往采用传染病动力学建模对其进行研究。
3.传染病动力学建模是对传染病进行理论定性研究的一种重要手段，至今已有几百年的历史。从研究历史和发展现状来看，传染病发展的预测很大程度上取决于对传染病空间传播和个体在不同尺度上移动的刻画，主要采用以下三种建模方法：单一群体法、复合群体法、微观个体法。单一群体法，将模拟的目标群体作为一个整体，并将人群分为感染者、易感者等，通过各个人群之间的交互与运算计算出每个模拟步长各人群的变化，从宏观的角度来计算最终的疫情规模最流行的单一群体模型是仓室模型，其数学形式简洁，便于分析，数据要求低，易于应用，但是其基本假设不合理，在传染病发展的初期和末期可能会存在问题；复合群体法，考虑人群在空间上的异质性，将一个相对独立的地理区域内人群划分为多个子群体，不同子群体之间因为人员流动迁移而连接成为整体的动态系统，通过设定人群迁移模式来实现各个子群体之间的空间异质性，子群体之内一般采用仓室模型，该情况考虑了子群体之间的迁移，使得该模型更适合研究传染病在不同地区或者国家之间的传播过程；微观个体法，以人群中的个体为建模的出发点，通过设定个体的属性、行为规则、接触模式，生成虚拟的智能个体与其接触网络，感染者和易感者的接触会导致易感个体状态的变化，从而行程接触网络上的传播动力学过程，该方法通过对接触网络和智能体的构建模拟更加真实的场景，但是该模型由于需要不同个体的属性、行为规则、接触模式，所需的数据难以获得，而且由于模型计算量较大，在模拟人数超过一定数量后，整体计算量将以指数倍上升这也导致了智能体模型的应用范围多局限于小尺度场景。
4.以上三种建模方法各自适用于不同的模拟场景，但是在对鼠疫疫情亦或是鼠疫生物袭击过程的模拟中，以上三种方法无法对不同袭击位置或是染疫媒介与宿主之间的传播进行评估，难以判断不同地区鼠疫暴发风险，如何建立一种能够评估不同地点、不同传染源等多个维度的传染病模拟方法已成为当前关注的重点问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种区域网格化的鼠疫风险评估方法，该方法能够评估不同地点、不同传染源等多个维度的鼠疫风险。
6.一种区域网格化的鼠疫风险评估方法，包括：
7.将目标区域网格化，获取每个网格的鼠疫宿主与鼠疫虫媒种类信息；
8.根据第一区域的鼠疫宿主与鼠疫虫媒数据，计算每个网格的生物适生性指数；
9.根据每个网格的生物适生性指数和鼠疫宿主与鼠疫虫媒种类信息，建立虚拟传播环境；
10.根据鼠疫的传播模式和虚拟传播环境，构建鼠疫传播动力学模型；
11.采用目标区域内每个网格的鼠疫传播动力学模型，对目标区域进行鼠疫疫情预测。
12.将目标区域网格化，获取每个网格的鼠疫宿主与鼠疫虫媒种类信息包括：
13.按照经纬度调整目标区域的网格大小，以经纬度为标准对目标区域均分，目标区域中每个网格的鼠疫传播结果单独计算；
14.获取每个网格中鼠疫宿主和鼠疫虫媒的种类、种群比例，并估计各网格内的鼠疫宿主及鼠疫虫媒种群数量。
15.根据第一区域的鼠疫宿主与虫媒数据计算每个网格的生物适生性指数包括：
16.收集鼠疫宿主与鼠疫虫媒在第一区域的分布数据；
17.将第一区域内的鼠疫宿主与鼠疫虫媒分布数据输入生态位模型，生成生物适生性指数数据集，从第一区域的生物适生性指数数据集中提取每个网格内的生物适生性指数。
18.生态位模型具体包括：
19.生态位模型使用最大熵生态位模型，物种分布数据来源于中文文献以及全球生物种群多样性信息网络数据库；
20.纳入模型进行分析的环境数据包括气象气候数据、海拔高程数据、坡向坡度数据、土地覆盖类型数据。
21.根据每个网格的生物适生性指数和鼠疫宿主与鼠疫虫媒种类信息建立虚拟传播环境包括：
22.根据每个网格内的适生性指数之和计算该网格内鼠疫宿主和鼠疫虫媒的种群规模；
23.确定该网格内的动物种群密度；
24.根据各个网格内的鼠疫宿主和鼠疫虫媒的种群规模和种群密度对种群数量进行等比例分配获得每个网格内的鼠疫宿主和鼠疫虫媒的种群数量；
25.根据每个网格内鼠疫宿主和鼠疫虫媒的种群数量建立虚拟传播环境。
26.鼠疫的传播模式包括：
27.鼠疫传播规则：寄生性虫媒仅在鼠疫宿主死亡后脱离宿主变为游离态，后以特定的概率叮咬人类、鼠疫宿主或者自然死亡；
28.鼠疫宿主动物间疫情传播仅可通过染疫虫媒叮咬传播；
29.鼠疫宿主动物身上携带的鼠疫虫媒数量存在上限，达到上限后不会进一步增加；
30.鼠疫宿主与人类之间尽可通过染疫游离态寄生性虫媒进行传播；
31.人际之间除通过呼吸道传播肺鼠疫和被染疫游离态寄生性虫媒叮咬外，还可通过非寄生性虫媒进行传播。
32.鼠疫传播动力学模型为：
[0033][0034]
nh＝sh+i
low
+i
high
+rh[0035][0036][0037][0038][0039][0040][0041][0042][0043]
nh＝sr+ir+rr[0044][0045][0046][0047][0048][0049]
其中sh、eh、i
low
、i
high
、rh、dh、nh分别表示在t时刻人类种群中的易感者、暴露者、轻症患者、重症患者、恢复者、死亡者、全部人口，si、ii分别代表非寄生性昆虫媒介种群中易感虫媒群体与染疫虫媒群体，f表示t时刻全部染疫的游离态寄生性虫媒种群。sr、ir、rr、dr分别表示t时刻易感动物宿主种群、染疫动物种群、恢复动物种群、死亡动物种群，βi、βh、β
p
、βr分别表示非寄生虫媒群体-人、游离态寄生性虫媒种群一人、人-人、寄生性虫媒一宿主之间的传播率，θ、λ、ε表示由于受到个人行为或政策管控等因素导致的易感者、轻症者、重症者对人的传播率变化系数，τb表示发病时间函数，σ
low
表示轻症患者恢复时间函数，表示轻症患者转为重症的时间函数，g
low
表示轻症者恢复比例，g
high
表示重症者恢复比例、δ
high
表
示鼠疫重症者死亡时间函数，σ
high
表示重症患者恢复时间函数，ri表示非寄生性媒介自然增长率,β
low
、β
high
、βe分别表示非寄生性虫媒叮咬轻症者、重症者、易感者过程中的鼠疫传播率，γi表示非寄生性虫媒具有传染能力的时间函数，a表示游离寄生性虫媒搜索宿主效率系数，γr表示宿主的传染期时间函数，gr表示感染鼠疫的宿主动物恢复概率，rf为寄生性媒介自然增长率，h为本地区平均每只宿主动物寄生的虫媒数量，kf表示每只宿主动物寄生虫媒数量上限，df表示游离态寄生性虫媒的死亡时间函数。
[0050]
根据鼠疫的传播模式和虚拟传播环境构建鼠疫传播动力学模型之后，还包括计算模型各项参数和修正预测结果，具体为：
[0051]
根据各地区医疗卫生水平、人群密度、植被类型、人类发展指数，疫情发生传播的概率数据，设定各网格区域内的模型参数；
[0052]
选择土地覆盖类型作为变量，使用机器学习方法分析各类土地类型中的人类居住情况、老鼠种群规模、人群密度、医疗卫生情况因素，拟合各土地覆盖类型对应的传播率修正参数，模拟计算中使用修正参数调整各网格内的传播率。
[0053]
将目标区域内每个网格的鼠疫传播动力学模型整合为鼠疫疫情评估系统，使用鼠疫疫情评估系统对目标区域进行鼠疫疫情预测包括:
[0054]
根据模型划分的网格区域大小，调整跨区域传播系数，建立鼠疫跨区域传播模型；
[0055]
整合各个网格区域内的鼠疫传播动力学模型，完成鼠疫疫情评估系统，对模拟区域中的任何地点暴发的鼠疫疫情进行预测。
[0056]
一种区域网格化的鼠疫评估系统，包括：
[0057]
第一数据处理模块，用于将目标区域网格化；
[0058]
数据获取模块，用于获取每个网格的鼠疫宿主与鼠疫虫媒种类信息；
[0059]
第一数据处理模块，用于根据第一区域的鼠疫宿主与鼠疫虫媒数据，计算每个网格的生物适生性指数；
[0060]
第二数据处理模块，用于根据每个网格的生物适生性指数和鼠疫宿主与鼠疫虫媒种类信息，建立虚拟传播环境；
[0061]
第三数据处理模块，用于根据鼠疫的传播模式和虚拟传播环境，构建鼠疫传播动力学模型；
[0062]
预测模块，用于采用目标区域内每个网格的鼠疫传播动力学模型，对目标区域进行鼠疫疫情预测。
[0063]
本发明结合多种模型优点，纳入多维数据：本发明的模拟方法结合了最大熵生态位模型、复合种群模型、智能体模型、元胞自动机四种方法的设计理念，解决了鼠疫仿真模拟过程中的各地区动物种群数量难以确定、疫情跨种群传播、动物个体行为规律的制定、疫情跨区域传播四项关键问题，同时本发明纳入了海拔高程数据、气象气候数据、植被类型、土地覆盖类型数据、人类发展指数、医疗卫生条件、人际接触强度等多维数据，增加模型考虑的因素，更加符合实际情况。
[0064]
本发明场景设定自由度高；本发明由于将大范围区域进行网格状划分，传染源输入的位置可认为设定，传染源的输入的种类以及数量也可通过调整场景参数进行设定，使用者可自行决定传染源的输入位置、数量、种类，同时可通过设定时间区间，在特定的时间节点调整各项参数，实现远距离迁移、多点疫情、政策评估等多种仿真场景的设定。
[0065]
本发明模型适用性广：本发明中建立的鼠疫传播动力学模型设置了人类群体、寄生性虫媒、非寄生性虫媒、宿主种群，并非仅适用于鼠疫，可通过调整模型传播过程与各项参数，实现对多种人畜共患病的模拟。
附图说明
[0066]
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，标示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
[0067]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0068]
图1为本发明提出的一种区域网格化的鼠疫风险评估方法的流程图；
[0069]
图2为本发明提出的一种区域网格化的鼠疫风险评估方法的鼠疫传播动力学模型各仓室示意图。
具体实施方式
[0070]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0071]
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
[0072]
另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一种该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
[0073]
实施例1
[0074]
一种区域网格化的鼠疫风险评估方法，包括：
[0075]
s100,将目标区域网格化，获取每个网格的鼠疫宿主与鼠疫虫媒种类信息；
[0076]
s200,根据第一区域的鼠疫宿主与鼠疫虫媒数据，计算每个网格的生物适生性指数；
[0077]
具体地，第一区域范围包括目标区域，第一区域可以设置为省范围大小或者全国范围大小或者洲范围大小，可以根据实际情况进行设计。
[0078]
s300,根据每个网格的生物适生性指数和鼠疫宿主与鼠疫虫媒种类信息，建立虚拟传播环境；
[0079]
s400,根据鼠疫的传播模式和虚拟传播环境构建鼠疫传播动力学模型；
[0080]
s500,采用目标区域内每个网格的鼠疫传播动力学模型，对目标区域进行鼠疫疫
情预测。
[0081]
本发明结合多种模型优点，纳入多维数据：本发明的模拟方法结合了最大熵生态位模型、复合种群模型、智能体模型、元胞自动机四种方法的设计理念，解决了鼠疫仿真模拟过程中的各地区动物种群数量难以确定、疫情跨种群传播、动物个体行为规律的制定、疫情跨区域传播四项关键问题，同时本发明纳入了海拔高程数据、气象气候数据、植被类型、土地覆盖类型数据、人类发展指数、医疗卫生条件、人际接触强度等多维数据，增加模型考虑的因素，更加符合实际情况。
[0082]
本发明场景设定自由度高；本发明由于将大范围区域进行网格状划分，传染源输入的位置可认为设定，传染源的输入的种类以及数量也可通过调整场景参数进行设定，使用者可自行决定传染源的输入位置、数量、种类，同时可通过设定时间区间，在特定的时间节点调整各项参数，实现远距离迁移、多点疫情、政策评估等多种仿真场景的设定。
[0083]
本发明模型适用性广：本发明中建立的鼠疫传播动力学模型设置了人类群体、寄生性虫媒、非寄生性虫媒、宿主种群，并非仅适用于鼠疫，可通过调整模型传播过程与各项参数，实现对多种人畜共患病的模拟。
[0084]
s100将目标区域网格化，获取每个网格的鼠疫宿主与鼠疫虫媒种类信息包括：
[0085]
按照经纬度调整目标区域的网格大小，以经纬度为标准对目标区域均分，目标区域中每个网格的鼠疫传播结果单独计算；
[0086]
获取每个网格中鼠疫宿主和鼠疫虫媒的种类、种群比例，并估计各网格内的鼠疫宿主及鼠疫虫媒种群数量。
[0087]
通过文献收集和现场调查了解目标模拟区域内的主要宿主、虫媒的物种以及所占比例v
x,y
，而后根据文献资料收集或采用捕杀除去法、标志流放法等现场调查方法了解或估计某地区的各动物数量近似值。
[0088]
一般情况下模拟区域选择矩形区域，根据经纬度将其网格化处理为m
×
n个矩形网格，其中网格的长宽则根据模拟需求进行相应调整，需要注意的是当网格划分过细的情况下，每个网格内的各物种的种群数量可能过小，模型计算结果会受到影响；同时网格的大小不应小于生态位模型导入的环境因素栅格数据的最小栅格尺寸，否则后续无法计算出每个网格内不同物种的适生性指数。
[0089]
s200根据第一区域的鼠疫宿主与虫媒数据计算每个网格的生物适生性指数包括：
[0090]
收集鼠疫宿主与鼠疫虫媒在第一区域的分布数据；
[0091]
将第一区域内的鼠疫宿主与鼠疫虫媒分布数据输入生态位模型，生成生物适生性指数数据集，从第一区域的生物适生性指数数据集中提取每个网格内的生物适生性指数。
[0092]
生态位模型具体包括：
[0093]
生态位模型使用最大熵生态位模型，物种分布数据来源于中文文献以及全球生物种群多样性信息网络数据库；
[0094]
纳入模型进行分析的环境数据包括气象气候数据、海拔高程数据、坡向坡度数据、土地覆盖类型数据。
[0095]
生态位模型其原理是对已知的分布位点的周遭环境、海拔地形等多种因素进行分析，判断不同因素对于其分布的贡献程度，从而计算出其他地区的物种分布可能性大小，本发明中使用最大熵生态位模型。模型纳入的环境因素数据包括年平均温度、温度平均日较
差、等温性、温度季节性变化、最热月最高温度、最冷月最低温度、温度年较差、最湿季度平均温度、最干季度平均温度、最暖季度平均温度、最冷季度平均温度、年平均降水量、最湿月份降水量、最干月份降水量、降水量季节性变化系数、最湿季度降水量、最干季度降水量、最暖季度降水量、最冷季度降水量、土地覆盖类型、海拔高程、坡度坡向、土地覆盖类型。物种分布数据来源于中文文献以及全球生物种群多样性信息网络数据库，全部经纬度信息经过标准化统一处理，纳入模型进行分析的环境数据包括气象气候数据、海拔高程数据、坡向坡度数据、土地覆盖类型数据，各项数据来源并非唯一，全部数据经过标准化处理后导入模型，计算出各物种的适生性指数数据，而后从中提取模拟区域的适生性指数数据，每个网格内的栅格数据进行平均化，计算适生性指数数据集ay＝{r
y,ij
|1≤i≤m,1≤j≤n}，其中r
ij
∈[0,1]，y代表物种名称。根据以下方法计算出某栅格区域内各物种的种群数量。
[0096][0097]
其中x代表物种的属，n
y,ij
为y物种在该网格内的种群数量，n
x
代表大范围模拟区域内x属物种的总数，v
x,y
代表该区域内y物种的比例。
[0098]
s300根据每个网格的生物适生性指数和鼠疫宿主与鼠疫虫媒种类信息建立虚拟传播环境包括：
[0099]
根据每个网格内的适生性指数之和计算该网格内鼠疫宿主和鼠疫虫媒的种群规模；
[0100]
确定该网格内的动物种群密度；
[0101]
根据各个网格内的鼠疫宿主和鼠疫虫媒的种群规模和种群密度对种群数量进行等比例分配获得每个网格内的鼠疫宿主和鼠疫虫媒的种群数量；
[0102]
根据每个网格内鼠疫宿主和鼠疫虫媒的种群数量建立虚拟传播环境。
[0103]
鼠疫的传播模式包括：
[0104]
鼠疫传播规则：寄生性虫媒仅在鼠疫宿主死亡后脱离宿主变为游离态，后以特定的概率叮咬人类、鼠疫宿主或者自然死亡；
[0105]
鼠疫宿主动物间疫情传播仅可通过染疫虫媒叮咬传播；
[0106]
鼠疫宿主动物身上携带的鼠疫虫媒数量存在上限，达到上限后不会进一步增加；
[0107]
鼠疫宿主与人类之间尽可通过染疫游离态寄生性虫媒进行传播；
[0108]
人际之间除通过呼吸道传播肺鼠疫和被染疫游离态寄生性虫媒叮咬外，还可通过非寄生性虫媒进行传播。
[0109]
鼠疫传播动力学模型为：
[0110][0111]
nh＝sh+i
low
+i
high
+rh[0112][0113]
[0114][0115][0116][0117][0118][0119][0120]
nh＝sr+ir+rr[0121][0122][0123][0124][0125][0126]
其中sh、eh、i
low
、i
high
、rh、dh、nh分别表示在t时刻人类种群中的易感者、暴露者、轻症患者、重症患者、恢复者、死亡者、全部人口，si、ii分别代表非寄生性昆虫媒介种群中易感虫媒群体与染疫虫媒群体，f表示t时刻全部染疫的游离态寄生性虫媒种群。sr、ir、rr、dr分别表示t时刻易感动物宿主种群、染疫动物种群、恢复动物种群、死亡动物种群，βi、βh、β
p
、βr分别表示非寄生虫媒群体-人、游离态寄生性虫媒种群-人、人-人、寄生性虫媒-宿主之间的传播率，θ、λ、ε表示由于受到个人行为或政策管控等因素导致的易感者、轻症者、重症者对人的传播率变化系数，τb表示发病时间函数，σ
low
表示轻症患者恢复时间函数，表示轻症患者转为重症的时间函数，g
low
表示轻症者恢复比例，g
high
表示重症者恢复比例、δ
high
表示鼠疫重症者死亡时间函数，σ
high
表示重症患者恢复时间函数，ri表示非寄生性媒介自然增长率，β
low
、β
high
、βe分别表示非寄生性虫媒叮咬轻症者、重症者、易感者过程中的鼠疫传播率，γi表示非寄生性虫媒具有传染能力的时间函数，a表示游离寄生性虫媒搜索宿主效率系数，γr表示宿主的传染期时间函数，gr表示感染鼠疫的宿主动物恢复概率，rf为寄生性媒介自然增长率，h为本地区平均每只宿主动物寄生的虫媒数量，kf表示每只宿主动物寄生虫媒数量上限，df表示游离态寄生性虫媒的死亡时间函数。
[0127]
s400根据鼠疫的传播模式和虚拟传播环境构建鼠疫传播动力学模型之后，还包括s410计算模型各项参数和修正预测结果，具体为：
[0128]
根据各地区医疗卫生水平、人群密度、植被类型、人类发展指数，疫情发生传播的概率数据，设定各网格区域内的模型参数；
[0129]
选择土地覆盖类型作为变量，使用机器学习方法分析各类土地类型中的人类居住情况、老鼠种群规模、人群密度、医疗卫生情况因素，拟合各土地覆盖类型对应的传播率修正参数，模拟计算中使用修正参数调整各网格内的传播率。
[0130]
由于不同地区的医疗卫生差异、人群活动行为差异、动物种群分布、植被类型等因素不同，疫情发生传播的概率也有所不同，根据各地区医疗卫生水平、人群密度、植被类型、人类发展指数等数据，设定各网格区域内的传播率修正参数。
[0131]
进一步地，考虑到宿主、虫媒的活动范围较小，在发生鼠疫疫情或是生物袭击后人群远距离移动的概率较低，步骤中人为设定疫情远距离迁移事件，其他情况下，某个区域内的染疫群体会特定的概率p向周围8个网格内的人群接触传播，该参数p定义为跨区域传播系数。
[0132]
s500采用目标区域内每个网格的鼠疫传播动力学模型，对目标区域进行鼠疫疫情预测包括：
[0133]
根据模型划分的网格区域大小，调整跨区域传播系数，建立鼠疫跨区域传播模型；
[0134]
整合各个网格区域内的鼠疫传播动力学模型，对模拟区域中的任何地点暴发的鼠疫疫情进行预测。
[0135]
在本发明提供的鼠疫评估方法中，通过添加时间节点，设定新的输入方案与参数组合实现对远距离迁移与政策的评估，默认情况下某个区域内的染疫人群每个模拟步长会以特定的概率p与周围八个网格的人群接触，该参数p定义为跨区域传播系数。
[0136]
实施例2
[0137]
一种区域网格化的鼠疫评估系统，包括：
[0138]
第一数据处理模块，用于将目标区域网格化；
[0139]
数据获取模块，用于获取每个网格的鼠疫宿主与鼠疫虫媒种类信息；
[0140]
第一数据处理模块，用于根据第一区域的鼠疫宿主与鼠疫虫媒数据，计算每个网格的生物适生性指数；
[0141]
第二数据处理模块，用于根据每个网格的生物适生性指数和鼠疫宿主与鼠疫虫媒种类信息，建立虚拟传播环境；
[0142]
第三数据处理模块，用于根据鼠疫的传播模式和虚拟传播环境，构建鼠疫传播动力学模型；
[0143]
预测模块，用于采用目标区域内每个网格的鼠疫传播动力学模型，对目标区域进行鼠疫疫情预测。
[0144]
本发明结合多种模型优点，纳入多维数据：本发明的模拟方法结合了最大熵生态位模型、复合种群模型、智能体模型、元胞自动机四种方法的设计理念，解决了鼠疫仿真模拟过程中的各地区动物种群数量难以确定、疫情跨种群传播、动物个体行为规律的制定、疫情跨区域传播四项关键问题，同时本发明纳入了海拔高程数据、气象气候数据、植被类型、土地覆盖类型数据、人类发展指数、医疗卫生条件、人际接触强度等多维数据，增加模型考虑的因素，更加符合实际情况。
[0145]
本发明场景设定自由度高；本发明由于将大范围区域进行网格状划分，传染源输
入的位置可认为设定，传染源的输入的种类以及数量也可通过调整场景参数进行设定，使用者可自行决定传染源的输入位置、数量、种类，同时可通过设定时间区间，在特定的时间节点调整各项参数，实现远距离迁移、多点疫情、政策评估等多种仿真场景的设定。
[0146]
本发明模型适用性广：本发明中建立的鼠疫传播动力学模型设置了人类群体、寄生性虫媒、非寄生性虫媒、宿主种群，并非仅适用于鼠疫，可通过调整模型传播过程与各项参数，实现对多种人畜共患病的模拟。
[0147]
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种区域网格化的鼠疫风险评估方法，其特征在于，包括：将目标区域网格化，获取每个网格的鼠疫宿主与鼠疫虫媒种类信息；根据第一区域的鼠疫宿主与鼠疫虫媒数据，计算每个网格的生物适生性指数；根据每个网格的生物适生性指数和鼠疫宿主与鼠疫虫媒种类信息，建立虚拟传播环境；根据鼠疫的传播模式和虚拟传播环境，构建鼠疫传播动力学模型；采用目标区域内每个网格的鼠疫传播动力学模型，对目标区域进行鼠疫疫情预测。2.根据权利要求1所述的一种区域网格化的鼠疫风险评估方法，其特征在于，所述将目标区域网格化，获取每个网格的鼠疫宿主与鼠疫虫媒种类信息包括：按照经纬度调整目标区域的网格大小，以经纬度为标准对目标区域均分，目标区域中每个网格的鼠疫传播结果单独计算；获取每个网格中鼠疫宿主和鼠疫虫媒的种类、种群比例，并估计各网格内的鼠疫宿主及鼠疫虫媒种群数量。3.根据权利要求1所述的一种区域网格化的鼠疫风险评估方法，其特征在于，所述根据第一区域的鼠疫宿主与虫媒数据，计算每个网格的生物适生性指数包括：收集鼠疫宿主与鼠疫虫媒在第一区域的分布数据；将分布数据输入生态位模型，生成生物适生性指数数据集，从第一区域的生物适生性指数数据集中提取每个网格内的生物适生性指数。4.根据权利要求3所述的一种区域网格化的鼠疫风险评估方法，其特征在于，所述生态位模型具体包括：生态位模型使用最大熵生态位模型，物种分布数据来源于中文文献以及全球生物种群多样性信息网络数据库；纳入模型进行分析的环境数据包括气象气候数据、海拔高程数据、坡向坡度数据、土地覆盖类型数据。5.根据权利要求1所述的一种区域网格化的鼠疫风险评估方法，其特征在于，所述根据每个网格的生物适生性指数和鼠疫宿主与鼠疫虫媒种类信息，建立虚拟传播环境包括：根据每个网格内的适生性指数之和计算网格内鼠疫宿主和鼠疫虫媒的种群规模；确定该网格内的动物种群密度；根据各个网格内的鼠疫宿主和鼠疫虫媒的种群规模和种群密度对种群数量进行等比例分配获得每个网格内的鼠疫宿主和鼠疫虫媒的种群数量；根据每个网格内鼠疫宿主和鼠疫虫媒的种群数量建立虚拟传播环境。6.根据权利要求1所述的一种区域网格化的鼠疫风险评估方法，其特征在于，所述鼠疫的传播模式包括：鼠疫传播规则：寄生性虫媒仅在鼠疫宿主死亡后脱离宿主变为游离态，后以特定的概率叮咬人类、鼠疫宿主或者自然死亡；鼠疫宿主动物间疫情传播仅可通过染疫虫媒叮咬传播；鼠疫宿主动物身上携带的鼠疫虫媒数量存在上限，达到上限后不会进一步增加；鼠疫宿主与人类之间尽可通过染疫游离态寄生性虫媒进行传播；人际之间除通过呼吸道传播肺鼠疫和被染疫游离态寄生性虫媒叮咬外，还可通过非寄
生性虫媒进行传播。7.根据权利要求1所述的一种区域网格化的鼠疫风险评估方法，其特征在于，所述鼠疫传播动力学模型为：n
h
＝s
h
+i
low
+i
high
+r
hhhhhhhh
n
h
＝s
r
+i
r
+r
rrrrr
其中s
h
、e
h
、i
low
、i
high
、r
h
、d
h
、n
h
分别表示在t时刻人类种群中的易感者、暴露者、轻症患者、重症患者、恢复者、死亡者、全部人口，s
i
、i
i
分别代表非寄生性昆虫媒介种群中易感虫媒群体与染疫虫媒群体，f表示t时刻全部染疫的游离态寄生性虫媒种群，s
r
、i
r
、r
r
、d
r
分别表示t时刻易感动物宿主种群、染疫动物种群、恢复动物种群、死亡动物种群，β
i
、β
h
、β
p
、β
r
分别表示非寄生虫媒群体-人、游离态寄生性虫媒种群-人、人-人、寄生性虫媒-宿主之间的传播
率，θ、λ、ε表示由于受到个人行为或政策管控等因素导致的易感者、轻症者、重症者对人的传播率变化系数，τ
b
表示发病时间函数，σ
low
表示轻症患者恢复时间函数，表示轻症患者转为重症的时间函数，g
low
表示轻症者恢复比例，g
hign
表示重症者恢复比例、δ
high
表示鼠疫重症者死亡时间函数，σ
high
表示重症患者恢复时间函数，r
i
表示非寄生性媒介自然增长率,β
low
、β
high
、β
e
分别表示非寄生性虫媒叮咬轻症者、重症者、易感者过程中的鼠疫传播率，γ
i
表示非寄生性虫媒具有传染能力的时间函数，a表示游离寄生性虫媒搜索宿主效率系数，γ
r
表示宿主的传染期时间函数，g
r
表示感染鼠疫的宿主动物恢复概率，r
f
为寄生性媒介自然增长率，h为本地区平均每只宿主动物寄生的虫媒数量，k
f
表示每只宿主动物寄生虫媒数量上限，d
f
表示游离态寄生性虫媒的死亡时间函数，nr是全部存活老鼠数量包括易感老鼠和染疫老鼠还有恢复老鼠，ni是该地区平均每人携带跳蚤数量和该地区卫生条件和气候有关，ki是人类理论携带跳蚤数量上限。8.根据权利要求1所述的一种区域网格化的鼠疫风险评估方法，其特征在于，所述根据鼠疫的传播模式和虚拟传播环境，构建鼠疫传播动力学模型之后，还包括计算模型各项参数和修正预测结果，具体为：根据各地区医疗卫生水平、人群密度、植被类型、人类发展指数，疫情发生传播的概率数据，设定各网格区域内的模型参数；选择土地覆盖类型作为变量，使用机器学习方法分析各类土地类型中的人类居住情况、老鼠种群规模、人群密度、医疗卫生情况因素，拟合各土地覆盖类型对应的传播率修正参数，模拟计算中使用修正参数调整各网格内的传播率。9.根据权利要求1所述的一种区域网格化的鼠疫风险评估方法，其特征在于，所述采用目标区域内每个网格的鼠疫传播动力学模型，对目标区域进行鼠疫疫情预测包括：根据模型划分的网格区域大小，调整跨区域传播系数，建立鼠疫跨区域传播模型；整合各个网格区域内的鼠疫传播动力学模型，对模拟区域中的任何地点暴发的鼠疫疫情进行预测。10.一种区域网格化的鼠疫评估系统，其特征在于，包括：第一数据处理模块，用于将目标区域网格化；数据获取模块，用于获取每个网格的鼠疫宿主与鼠疫虫媒种类信息；第一数据处理模块，用于根据第一区域的鼠疫宿主与鼠疫虫媒数据，计算每个网格的生物适生性指数；第二数据处理模块，用于根据每个网格的生物适生性指数和鼠疫宿主与鼠疫虫媒种类信息，建立虚拟传播环境；第三数据处理模块，用于根据鼠疫的传播模式和虚拟传播环境，构建鼠疫传播动力学模型；预测模块，用于采用目标区域内每个网格的鼠疫传播动力学模型，对目标区域进行鼠疫疫情预测。

技术总结
本发明提供一种区域网格化的鼠疫风险评估方法及系统，该方法包括：将目标区域网格化，获取每个网格的鼠疫宿主与鼠疫虫媒种类信息；根据第一区域的鼠疫宿主与鼠疫虫媒数据，计算每个网格的生物适生性指数；根据每个网格的生物适生性指数和鼠疫宿主与鼠疫虫媒种类信息，建立虚拟传播环境；根据鼠疫的传播模式和虚拟传播环境，构建鼠疫传播动力学模型；采用目标区域内每个网格的鼠疫传播动力学模型，对目标区域进行鼠疫疫情预测。本发明能够评估不同地点、不同传染源等多个维度的鼠疫风险。不同传染源等多个维度的鼠疫风险。不同传染源等多个维度的鼠疫风险。


技术研发人员：崔晓鸣 肖鹏 曹务春 周宇昊 马克 沈世敬 魏华 涂威威
受保护的技术使用者：中国人民解放军军事科学院军事医学研究院
技术研发日：2023.03.02
技术公布日：2023/8/9