关键词:
手足口病
GIS
预测模型
ARIMA-LSTM组合模型
摘要:
目的:通过对柳州市2013-2021年手足口病流行病学特征分析,了解柳州市手足口病发病规律及趋势;分析比较不同类型预测模型在手足口病发病率预测中的应用效果,筛选预测柳州市手足口病发病趋势的最优模型,为柳州手足口病防控措施制定提供科学依据,丰富柳州市传染病预警体系。
方法:(1)收集2013-2021年柳州市手足口病发病数据,采用描述性统计方法,进行流行病学特征分析;(2)使用Arc GIS 10.8软件绘制矢量图描述手足口病空间分布,结合Geo Da 1.18.0软件进行空间自相关分析;收集2013-2021年柳州市气象数据和社会经济数据等,使用Spearman秩相关性分析手足口病影响因素;(3)基于Python 3.7,以2013-2019年共84个月手足口病发病例数构建训练集(80%)和预测集(20%)分别训练模型,将训练结果与预测集相对比,并通过误差评价指标对六种模型的预测精度进行评估,筛选出拟合精度最高的模型,使用最优模型并代入原时间序列对柳州市2022年手足口病发病趋势进行预测,并将同期结核病发病数据代入该预测模型以判定该模型是否可应用于预测其他传染病发病情况。
结果:(1)2013-2021年柳州市累计报告手足口病228615例;发病呈现双峰趋势;男性发病高于女性,发病高发人群为5岁以下散居儿童和幼托儿童;柳南区累计发病数最多;手足口病实验室病原学检查阳性率为74.31%,主要优势病原株为Cox A16。(2)手足口病发病专题地图结果显示南部城区发病普遍高于北部县区;空间自相关结果表明柳州市历年手足口病发病均存在空间正相关性,具有时空聚集性。(3)影响因素分析结果显示气温、平均降水、人口自然增长率与卫生机构床位数与手足口病发病数相关性较强。(4)预测模型结果显示,RARIMA2=0.49,RLSTM2=0.34,RCNN2=0.28,RGRU2=0.33,RRNN2=0.32,RARIMA-LSTM2=0.83,ARIMA模型拟合优度优于神经网络模型,而ARIMA-LSTM组合模型拟合优度最好,优于其他任一模型;使用该最优模型代入原时间序列对柳州市2022年手足口病发病进行预测,结果显示2022年手足口病发病呈现低流行趋势,使用该模型对柳州市同期结核病发病进行预测及验证研究,发现其R2=0.75,误差也处于较低水平,拟合精度较高。
结论:自2013年起,柳州市手足口病发病总体呈现波动下降趋,但其发病形势依旧不容乐观,发病呈现一定的聚集性,主要聚集在南部城区;气温、平均降水、人口自然增长率和卫生机构床位数对其发病影响较大;ARIMA-LSTM组合模型对于柳州市手足口病发病预测效果较好,且在其他传染病中的适用性较好,后续可结合实际情况用于柳州市手足口病及其他传染病发病趋势预测。