基于大数据智能分析系统GoIN的疫情回顾分析

      基于人机协同大数据智能分析系统(GoIN)，从患者行为轨迹、疫情发展态势、治疗药物研究等维度对疫情进行回顾分析，结合大数据和人工智能驱动的分析建模手段，实现对疫情传播规律与风险、防控措施效用的深入认识，为政府精准防控、科学防治提供有效决策支持。

       患者活动场所分析

       对各省市公布的患者行为轨迹数据进行处理（湖北省未公布）数据样例如图1，将数据拆成五类节点处理后如图2。（数据来源：腾讯新闻；截止时间：2020年2月18日。）

       省份：province，包含30个省级行政区，不包含湖北、西藏、澳门、台湾，包含香港

       城市：city，省级的下一级行政单位（直辖市以下为区），共计316个

       患者：patient，各省市公布的具体病例活动信息（不包含湖北）共4159名确诊病例

       轨迹事件：track，确诊病例的具体行为轨迹，1名确诊病例有1个或多个行为轨迹，共计17417条

       活动地点：location，确诊病例的活动地点（从患者行为轨迹中提取的，如小区、超市等），1名确认病例有1个或多个活动地点，多个确诊病例可能在同一个地点活动过，共计4416个活动地点

 图1 患者行为轨迹数据样例

图2 患者行为轨迹五类节点

根据行为轨迹五类节点构建关系图谱

 五类节点共四类关系：1）患者与轨迹事件；2）患者与活动地点；3）活动地点与城市；4）城市与省份。图3是构建好的图谱抽取的子图，可以大概反映整个图谱的全貌。

图3 行为轨迹图谱子图

      行为轨迹图谱的节点重要度分析

      节点重要度分析采用PageRank算法进行计算，该算法排名的高低主要依赖以下两个方面：1）某地区公布的具有患者行为轨迹的确诊病例的人数；2）这些确诊病例的活动地点的多少。因此该算法可以从某种层面上反映某地区的疫情严重程度。

       注：各地对患者数据的公开程度会影响该排名。

       省份层面：黑龙江省、河南省、重庆市、湖南省、四川省、山东省、安徽省、广东省，这些省份排名靠前。以黑龙江省为例，如图4所示，可以看到黑龙江省下属的地级市的患者活动地点（蓝色点）都较多，并且有四个地级市（哈尔滨市、双鸭山市、牡丹江市、七台河市）的患者都在“哈尔滨冰雪大世界”活动过。

图4 黑龙江省各市的患者信息

       可能大家会有疑问，浙江省的确诊病例在全国排名靠前，为何在这里排名不靠前。经过分析我们发现，如图5，浙江省各市的患者活动轨迹除宁波外都较少，且和其他省比较来看，总体相对较少。这可能是浙江省对民众的活动限制的相对较好，也可能是浙江省对患者的行为轨迹公布的不够详细。

图5 浙江省各市的患者信息

        城市层面：黑龙江省哈尔滨市、湖南省常德市、河南省商丘市、湖南省株洲市、海南省海口市、河南省信阳市排名比较靠前。以湖南省常德市为例，如图6所示，可以看出常德市的患者活动地点较多，且病例也较多。

图6 湖南省各市的患者信息

       另外，大家都知道浙江省温州市的疫情相对较为严重，但是在这里排名并不靠前，经过分析，如图7，发现浙江省温州市公布的90名患者行为轨迹中，大多不涉及患者活动地点，只有一处“银泰世贸店”。这可能有两种情况，一是温州市公布的患者行为轨迹不够详细，二是温州市的确诊病例大多为外地输入型病例。

图7 浙江省温州市患者信息

       患者活动地点层面：珠海站、湖南省株洲市腰潞镇横屋村，黑龙江省双鸭山市友谊县宝胜超市、黑龙江省哈尔滨市九丰家园、惠东万科双月湾、广州南站等地点排名靠前，这些地点确诊病例患者活动较多，可能出现聚集性疫情。注：以上患者活动地点过滤了部分医院，因为一个地方的患者确诊后一般都前往当地的某个定点医院治疗。以腰潞镇横屋村为例，如图8，就有多名确诊病例在此村逗留过。

图8 腰潞镇横屋村患者信息

       另外，哈尔滨市九丰家园也出现家庭聚集性疫情。

图9 哈尔滨市九丰家园患者信息

       行为轨迹图谱的社区发现分析

       聚类出的第一大社区，如图10所示，可以看到几乎所有病人都与“中山大学附属第五医院”相关，并且这些病例的主要活动地点都是在珠三角地区。这是因为这些病例都入住在该院，这印证了为何在节点重要度分析中，“珠海站”“广州南站”为何排名靠前。

图10 中山大学附属第五医院社区

       聚类出的第二个社区，几乎所有病例都与“友谊宝盛超市”相关，并且这些病例大多不住在同一个小区，经过对这些病例活动事件的分析，发现他们都曾去“友谊宝盛超市”购物过，因此他们很有可能都是在这家超市感染的疫情。这印证了为何在节点重要度分析中，“友谊宝盛超过”排在患者活动地点第二位。

     图11 友谊宝盛超市社区

        聚类出的第三个社区，可以看到是家庭聚集性疫情，分布是两家苗姓和冉姓家庭，并且这两家还有活动地点的交集，因此病毒的家庭性和社区性传播还是值得注意的

图12 家庭聚集性社区

       疫情变化时空分析

       基于12月1日到2月20日全国疫情数据：

       全国疫情变化层面：看到疫情从武汉向周边城市逐渐扩散。

图13 全国疫情变化

        湖北疫情变化层面：截止2月20日，襄樊和恩施无确诊病例，武汉周围城市疫情最严重。

图14 湖北疫情变化

        湖北浙江疫情对比：两个省的疫情模式完全不同，湖北主要从中心城市武汉向外发散，浙江主要从沿海城市温州向内发散。

图15 湖北浙江疫情对比

         黑龙江河南安徽对比：河南安徽疫情爆发明显比黑龙江早；河南安徽多个城市都较为严重，而黑龙江只有哈尔滨市较为严重。

  图16 河南安徽黑龙江疫情对比

       研究单位和药物关联分析

       研究单位活跃度层面：发现当前较为活跃的机构有：华中科技大学同济医学院（其附属的两家单位附属同济医院及附属协和医院，一共进行了15项临川课题研究，浙江大学医学院附属第一医院（从图17可以看到其与国家感染病、传染病诊治重点实验室合作了一个课题，另外，独立进行了8项其它的研究）。

图17 研究单位活跃度

        研究单位之间的合作层面：发现当前研究合作比较密切的有湖北、天津、北京等地中医院。如图18，武汉中医院、天津中医药大学、北京中医医院、湖北中医院大学附属新华医院、湖北中西医结合医院五家单位合作进行了10项临床课题研究。另外，在查看当前活跃度较高的研究单位后，发现湖北、浙江、四川、上海等地的研究单位较多，属于课题研究较为活跃的省份。

        对治疗药物及其手段层面：发现研究课题中最受关注的药物或手段主要有三类：一类是氯喹类药物，如图19，至少有15项课题是围绕氯喹类药物开展的；第二类是洛匹那韦/利托那韦片，如图3.3，围绕其开展的课题研究至少8项；第三类是中医药相关药物的研究：其中包括金银花，双黄连口服液，连花清瘟颗粒等，围绕其开展的研究至少有10项。

图19 治疗药物及其手段

        研究药物及其成分层面：发现两项比较突出的重要药物成分：氯喹和金银花（如图20）。从前面的分析中我们知道氯喹类药物是比较受关注的治疗药物及手段，而其中比较重要的几种药物及成分如硫酸羟氯喹片、磷酸氯喹片等都与氯喹紧密相关（注：氯喹原本是一种治疗疟疾的特效药物，最近围绕其展开的众多研究表明了其重要的治疗价值，另外，这也是当前研究成果相一致，如报道“钟南山领衔专家组：磷酸氯喹「确定」对新冠肺炎有效，且安全性可控”）；此外，另一种比较受到关注的药物是金银花，当前中医类课题研究中涉及到的药物主要成分都包含有金银花，这或许与金银花的抗病毒效用有关，又或者是金银花中含有的某种化学物质对新冠病毒的预防有某种效用。

图20 药物成分