【毕业学位论文】（Word原稿）时间序列分析在流感疫情预测预警中的应用研究-统计教育学

时间序列分析在 流感 疫情预测预警 中的应用研究 南京医科大学 目 录 摘 要 . 错误 !未定义书签。 一 、 问题提出 . 错误 !未定义书签。 二 、 研究背景 . 错误 !未定义书签。 1、时间序列模型背景 . 错误 !未定义书签。 2、 型简介 . 错误 !未定义书签。 3、 时间序列在传染病发病预测中的应用 . 错误 !未定义书签。 三、 江苏省流感样病例监测数据的 .未定义书签。 （一）若干基本概念 .二） 江苏省流感样病例监测数据的 型 .未定义书签。 1、流感监测数据分析 .、数据的平稳化 .3、模型的识别、定阶与参数估计 .、模型诊断检验 .、模型的预测 .、基于流感样病例百分比序列的建模 .、 结论与建议 .考文献 .录： 流感监测的背景 .1 摘 要 时间序列分析是概率统计学中一个重要分支，利用时间序列模型进行分析、预测已被广泛运用于医学、经济学等多领域，并取 得良好的效果。流感作为最常见的传染病之一，具有易变异、传播速度快、波及范围广等特点， 尤其是近期甲型 感在世界范围内广泛流行，引起社会、政府的广泛关注，对流感疫情预测预警等工作已逐渐成为控制流感的关键和焦点。 本文针对流感病情的特点，根据时间序列模型的原理，以 2005 年 10 月至 2010 年 2 月江苏 省 各 监 测 点 流 感 样 病 例 总 数 的 详 细 资 料 建立了 型： （，并利用该模型对 2010 年 3 月至 4 月江苏省流感样病例的发病情况进行预测 。研究结果显示，预测值与实际监测结果相符，建立的 型拟合效果较好，能够较好的运用于流感样病例的预测预警工作，为疫情的防控工作提供科学依据。 关键词： 流感样病例； 型；预测；预警 2 一、问题提出 流行性感冒（流感）是由流感病毒引起的急性呼吸道传染病。流感病毒具有高度的传染性，一旦流感病毒通过抗原转换形成一种新的亚型，并且人群中对该亚型普遍缺乏免疫力，则可能引起较大范围的流感大流行。在人类发展的历史中，似乎曾没有离开过流感的威胁。1918年至 1920年，世界上发生了 历史上闻名的严重流感大流行 “ 西班牙流感 ”， 此次流感广泛波及世界各地，几年内共出现了三次流行高潮，在全球范围内造成了 2000万 大多于第一次世界大战所致的死亡人数（ 850万人） 1。 2009年 3月首先发现于墨西哥的新甲型 35个国家或地区，世界卫生组织（ 一度将预警级别升至 6级 （ 传染病预警最高级别 ） ，在全球范围内造成了巨大的经济损失 2。 为了能及时发现流感流行趋势异常，确定流感疫情开始时间，发现流感流行株变化，流感成为了第一个实行全球监测的传 染病（详见附录一）。流感监测在了解流感疫情动态变化中起到了重要的作用，同时流感监测在也是建立流感大流行应对计划、调整疫苗策略、和建立新病毒亚型暴发的早期预警系统的基础。在 2009年新甲型 国、加拿大、英国、澳大利亚均出现 感监测已成为保护人群的第一道屏障 3, 4。 江苏省是最早加入我国流感监测网络的省份之一，自 2005 年 10 月 1 日起，为了增强流感监测的灵敏性和时效性，江苏省按照国家要求实行新的流感监测实施方案，实现了流感监测的网络专报，积累了详实的监测数据。 在花费了巨大的人力物力情况下，如何能更充分的利用监测数据为人群健康服务一直是广大公共卫生领域工作人员关注的焦点。通过对流感监测数据进行分析，正确预测其发病趋势，可以使得相关部门提前做好防控措施，真正做到有针对性的、及时的、实时的预防控制流感的发病情况，提高疾病防控能力，降低流感对社会、人群造成的损害。因此，流感发病趋势预测在实际应用中有着重要的现实意义。 时间序列分析是近年来发展最为迅速的传染病预测方法。时间序列是一组按时间顺序排列的数据，例如，对某一个或一组变量 x(t)进行观察测量，将在一系列时刻 , t 为自变量且 ，用 0 代替，当 j0 时，用估计的残差代替。 滚动估计与递推估计是常用的两种预测方法，滚动估计是进行 1后增加一个观测，去掉最早的的一个观测，用来估计模型的个数保持不变，然后再进行 1推估计是在 1加一个新的观测，重新估计，然后再进行 1次用来估计参数的数据个数增加 1 个。根据预测结果与观测结果比较，通过计算误差均值、评价绝对误差、评价绝对误差百分比等对预 测效果做出综合评价。 根据上述建立模型对各周流感样病例人数序列进行回代预测，并利用递推估计预测 2010年 3江苏省流感样病例发病情况 （见图 5）。结果可见， 2005 年 10 月 2 月 江苏省数观测值与预测值基本相符，且预测 可信区间 范围较小，表明该模型可以很好的模拟这段时间江苏省流感样病例的变化情况。对 2010 年 3江苏省流感样病例发病情况的预测显示，未来一段时间 于平稳，但存在平稳增加的趋势。该预测结果与实际监测结果相符，且 2010 年 3各周 数观测值均在预测值 95%可信区 间内。 图 5 数拟合与预测 6、基于流感样病例百分比序列的建模 流感样病例百分比是指 内科（或呼吸内科）、儿科（或儿内科）、发热门诊和急诊科的就诊病例总数的百分比。基于流感样病例总数的建模，结果显示模型拟合与预测功能均 13 良好。但是仅仅依靠发病人数的变动判断疫情变化会出现很多偏差，所以我们又对各监测点流感样病例百分比序列建立 型，结果为： )2 ）（，经检验其系数有统计学意义，残差序列为白噪声。其预测结果变化趋势与流感样病例发病人数预测一致，在实际应用中可以综合分析这两个指标。 四、 结论与讨论 时间序列分析是根据系统有限长度的运行记录，通过量的手段建立能较精确地反映时序中所包含动态依存关系的数学模型的一种统计分析方法。 型特别适合在辨别时间序列资料的典型特征十分困难情况下的预测，模型综合考虑了序列的趋势变化、周期变化及随机干扰，借助模型参数进行了量化表达 15。而且在理论上，建立 型已经有一套明确的准则，适用于各种 复杂的时间序列模型，预测时不仅考虑预测变量的过去与当前值，并将模型与过去值产生的误差也作为因素纳入模型，短期预测的准确性较好 16。在应用中其过程借助于计算机操作简单方便，是一种实用性强精确度高的短期预测方法。 1、 型在传染病预测中的意义 随着经济的发展，生活水平的提高，人们对健康的要求也不断增加，预防、控制传染病并降低其发病率已成为人群普遍共识与迫切需求。在信息通畅、技术发达的当今环境下，合理正确的利用人群传染病流行病学资料，运用恰当的统计分析模型，分析我国传染病发病准确情况，以达到预测预警 传染病，提高人群健康水平的目的，显得尤为重要。此外， 传染病疫情的快速、准确预报可对于政府和决策部门也十分重要，为相关部门及早采取防疫措施，合理分配有限的医疗资源提供重要依据。 2、 型在流感疫情预测中的意义 流感病毒具有易变异、传播速度快、波及范围广等特点，尤其是近期甲型 感在世界范围内广泛流行，对人们的健康造成一定程度的损害，也为相关决策部门做好流感的防控工作带来一定的困扰。通过对流感病例进行分析，正确预测其发病趋势，可以使得相关部门提前做好防控措施，真正做到有针对性的、及时的、实时的预 防控制流感的发病情况，提高疾病防控能力，降低流感对社会、人群造成的损害。 另外，建立 型预测流感发病情况，可以为决策部门提供最及时的信息，增强了相关人员对于流感的监测水平及其动态变化规律的掌握程度，有助于尽早控制疫情的发展， 14 缩短疫情的流行时间，降低流感造成的损害。 型的建立还为疾病预防控制机构完善呼吸道传染病症候群监测和预警预测系统提供了科学依据。充分利用 型，挖掘流感流行病学资料信息，更好的对流感发病情况进行预测和预警，控制流感发病率，提高人群健康水平显得十分重要。 3、对时 间序列模型性能的检验 本研究证实了 型在流感样病例发病预测方面起到了一定的作用，但也要注意到，由于疫情波动受到许多未知随机因素的影响，所建立的模型不是一成不变的，它只适合进行短期的预测，时间序列随着时间推移将不断的加入新的观察值，所以一次分析得到的型并不一定始终能作为最好的预测依据。另外，尽管国内外很多研究证实时间序列分析在传染病发病预测中有其明显的优势，但是很少有传染病可以像流感这样有如此大的波动，国内外对于时间序列在流感监测中应用的研究也都局限于相对平稳的季节性流行期间，在经历了 2009 年新甲型 发流行后，给予时间序列以较大的干扰，此时的时间序列模型能否继续保持其良好的预测功能，在以往的研究中鲜有涉及。通过本研究可以看出，对于型 ，即使时间序列出现较大的波动，其预测性能依然良好。 流感病毒易变异的特点使得流感疫苗的研制、普及不易实现，从根源上杜绝流感的发生几乎不可能。在这种情况下，对流感的预防、控制，降低人群发病率，减少损害便成为关键性工作。所以，更好的利用统计学模型掌握流感发病的及时信息，真正做到预防、控制流感，将为流感的预防控制工作带来极大的方便。 参 考 文 献 1， ， ， et A (in 2009, 361 (25): 2414 2, R, C, et of in of 2003, 426: 658 3张顺祥甲型 感流行病学研究进展中华流行病学杂志， 2009, 30:1125 4李亮，潘浩，朱凤才，等 2006江苏省流行性感冒流行特征分析 2009, 24: 8 5（ 田铮译） . 时间序列的理论与方法（第二版）， 北京： 高等教育出版社 , 2001 15 6何书园 . 应用时间序列分析 ， 北京： 北京大学出版社 ,2003. 7J. D. ) An to 2010, 31: 1219. 8, , 2007, 207: 1 9易单辉 . 统计预测 方法与应用 . 北京 :中国统计出版社 . 2004. 10陈峰，王啸天，朱和新 . 混合指数 周期模型及其在疾病季节性分析中的应用 . 南通医学 学报 ,1996,16 (3): 301303. 11彭志行，鲍昌俊，赵杨，等 . 积季节模型及其在传染病发病预测中的应用，数理统计与管理， 2008, 27: 36212彭志行，鲍昌俊，赵杨，等 . 加权马尔可夫链在传染病发病情况预测分析中的应用，数学的实践与认识， 2009, 23: 9213 , , , et 010; 2: 7714H, in 011; 32: 132. 15 , J, S. in 2011, 32: 681518545) 16 of a 1998, (74): 151 附录一：流感监测的背景 为了能及时了解全球流感疫情改变和流行株的变异， 1948 年流感成为了第一个实行全球监测的传染病，到目前为止全世界已有 80 个国家 110 个实验室参加了 织的国际性流感监测网。我国开展流感病毒研究始于 1952 年， 1981 年正式加入 织的国际流感监网。为了提高我国的流感监测整体水平，从 2000 年开始，卫生部与 作开展了流感监测合 16 作项目，目前监测范围覆盖到 31 个省、自治区、直辖市。我国流感监测的主要内容是流感样病例（ 流感样病例百分比（ 。国家流感中心推荐的 义为：腋下体温 38 ，