科技的硬核力量：“AI”VS“新冠”

2022-11-21 素质教育 0

　　预防和控制，是我国抗击新冠肺炎成功的重要举措。科技在疫情防控之中尤为重要，在这次疫情防控之中，科学技术大显身手。为了给有关部门制定不同的隔离和公共防疫政策(如封闭特定城市区域或道路)提供参考，南方科技大学教授宋轩领导项目组研发了“人流大数据和AI驱动的新型冠状病毒(COVID-19)传播建模预测和模拟推演平台”。

　　只要将以城市为单位的人流大数据输入平台，就能实现新型冠状病毒和人流移动的映射模型的建立，分析隐藏病患和风险人群，挖掘潜在病源地，并提前预警。

　　这一科研项目，无疑让我们击败新冠的力量如虎添翼。这并不是该项目第一次“大显神威”，早在2011年，宋轩团队的人流大数据分析和建模，就曾经为人类社会抗击病毒和自然灾害做出过巨大贡献。

　　南方科技大学宋轩教授

　　用人工智能应对天灾

　　人类是命运共同体，对抗地球上的病毒和天灾，是每一位科研工作者该做的，这份使命是跨越国家和种族的。宋轩的相关研究工作主要源于2011年东日本大地震和福岛核事故。这次灾难是人类历史上最大的复合型灾难之一，日本福岛县，宫城县和岩手县的大量灾民被海啸卷走。

　　当时，宋轩想，如果使用他团队的研究提前预测和模拟人流移动，为灾民提供高效安全的避难路线，也许就可以挽救他们的生命。因此，宋轩带领团队开发了多个应急人流移动预测模型、并研发了一套系统帮助日本政府分析灾后灾民避难迁徙情况，从而制定更为高效的灾后重建政策。

　　2014年，西非爆发了埃博拉病毒，宋轩团队的研究，帮助国际电信联盟分析了西非的人流移动和埃博拉病毒的传播感染情况，对伊波拉病毒的防控起到了巨大的作用。

　　“面对这次国内最先爆发的疫情，我们更是责无旁贷，希望可以借助我们的专业特长，尽可能的发挥一些作用。”提起新冠病毒在国内爆发这一情况，宋轩如是说。

　　图：宋轩团队研发的人流大数据和AI驱动的新型冠状病毒(COVID-19)传播建模预测和模拟推演平台

　　时代使命对抗疫情

　　针对这次新冠疫情，宋轩认为：新型冠状病毒的感染传播与人流移动存在密不可分的关联。然而，现阶段的多数研究只停留在简单的相关性分析以及基于全国地图的数据可视化阶段，欠缺在城市尺度上、针对人流移动的细粒度深度分析，更缺少基于人流移动的传播模拟推演模型以及潜在感染源和风险区域的挖掘模型。在疫情爆发的初期，随着确诊病例和疑似病例数目的急剧增长，相关密切接触者数量的增加、使得防疫管理压力不断增大。

　　针对以上难题，宋轩团队的研究目前已经并取得了以下成果：①新型冠状病毒和人流移动的映射模型的建立，包括传染概率确定/潜伏期分析/传染代数分析等;②隐藏病患分析：

　　图：未知风险区域动态挖掘和风险轨迹示警

　　由于疾病传播为链式，可以根据缺失轨迹链反推出尚未确诊的实际病患;③风险人群分析，根据病患轨迹寻找可能有接触的风险人群，提前预警;④潜在病原地挖掘，分析病人间的轨迹交叉点确认潜在的未知病原地。

　　在以上功能基础上，平台要实现在以城市为单位上，基于人流移动的新型冠状病毒传播感染情况的细粒度预测和模拟。并根据制定不同的隔离和公共防疫政策(如封闭特定城市区域或道路)，动态推演和模拟传播感染情况。

　　宋轩表示，目前平台的核心功能已经基本研发完毕，后续将同相关部门开展合作，将他们的数据接入平台，进行进一步的测试，并完善改进平台。

　　图：设定不同的公共防疫政策(如对城市特定区域实行出行管制)，动态模拟和推演传播感染情况

　　保护用户隐私保护多领域联合攻坚克难

　　互联网信时代，个人隐私是底线，不容侵犯。由于宋轩团队的平台需要使用人流移动大数据，因此在最大程度上保护个人用户隐私这一前提下，如何完成模型训练并提升预测模拟和推演精度是一件非常困难的事情。

　　宋轩团队需要在不跟踪个人移动轨迹、仅使用聚合数据的情况下完成模型训练。因此，这对模型选择和算法设计上提出了很高的要求。为此，宋轩团队也开发了一些新的算法并使用了一些较为新颖的AI技术应对这个挑战。后续，他们还需要对这些算法和模型进行进一步的改进和完善。

　　任何困难都是暂时的。在面对疫情困难的时候，科技是解决疫情困境的一个重要举措。待疫情过去，这些科技成果也会沉淀下来继续转化，促进更多的科技创新。

　　目前宋轩项目组的主要研发成员来自南科大计算机科学与工程系和南方科技大学-东京大学超智慧城市联合研究中心，研发人员的研究背景也基本上都是计算机科学。未来可能联合更多的院系，比如南科大医学院和临床医院、未来网络学院、商学院、数学系等相关院系，加强学科交叉，进一步完善这个平台。

　　宋轩说：“这个平台是一个大数据分析和AI建模平台，它以分析和处理多模态城市人流大数据。而平台模型的预测和模拟推演精度是由训练数据的质量、精细度和覆盖度决定的。因此，我们也希望更多的拥有数据的单位可以一同参与进来，共同完善这个平台。