关键词:
手足口病
时空格局演变
影响因素
短期预测模型
机器学习
摘要:
手足口病是一类由人肠道病毒所致的感染性疾病,患者对象一般是新生儿和五岁以下的婴幼儿。手足口病在新西兰最先被报道,此后在全球范围内快速传播,尤其是亚太地区,发病率在法定丙类传染病中排首位,对许多家庭的健康产生巨大的影响。中国在2008年5月构建了全国性的手足口病强化监控体系,之后的十几年里,中国手足口病年均发病率高达168.5265/10万例。手足口病传播速度快、感染能力强,已成为中国乃至全世界重点关注的公共卫生问题之一。
本文首先对中国大陆手足口病的整体发病情况、各地区发病情况、季节性流行特征、聚集区域等方面利用描述性统计、圆形分布法、空间自相关分析与时空扫描分析方法进行细致分析。其次运用地理探测器方法探讨气象因素、空气质量因素和社会经济因素对手足口病时空分布的驱动力以及各因素之间的交互作用,继而利用时空地理加权回归模型从空间角度对手足口发病率的影响因子进行差异性分析。最后分别基于全国和分区域数据集建立不同类型的短期预测模型,采用模型评价指标验证短期预测模型的精确性、可靠性和稳健性。研究得出以下结论:
(1)中国大陆手足口发病率整体呈现波动上升、两年为一周期且奇数年低于偶数年的发病规律,手足口病在春夏季节,特别是5月和6月,发病率显著增高,而秋冬季节则相对较低。手足口发病呈现出显著的空间集聚状态,且存在显著的空间异质性,从西部地区向东部地区手足口病的发病率逐渐上升,从北部地区向南部地区手足口病的发病率明显升高。空间自相关分析和时空扫描分析均显示中南部地区具有显著的空间关联性,属于高-高集聚区,说明一个省域暴发手足口疫情会影响到周围的省域。
(2)手足口发病率受气象因素、空气质量因素以及社会经济因素等多方面影响,且中国大陆手足口发病率的影响因素存在空间异质性。气象因素对手足口发病率解释力最强,对全国手足口发病空间分异性影响显著;其次是社会经济因素和空气质量因素。不存在相互独立的影响因素,任意两种影响因子的交互作用对手足口发病率的解释力均比单个影响因子的解释力强。地理危险因素对手足口发病率的影响呈现出明显的空间异质性,气温、降水、相对湿度、人口密度和每十万人口幼儿园平均在校生数对中国大陆大部分地区的手足口发病率有正向影响,蒸发、PM10浓度和地区生产总值对中国大陆大部分地区的手足口发病率有负向影响。
(3)对全国和分区域手足口发病率相关数据集建立不同类型的短期预测模型,预测模型预测的发病率趋势与实际得到的发病率趋势基本一致,预测效果较好。相较于单纯的季节性ARIMA模型,SVM模型和XGBoost模型展现出较为优越的预测效果,CS-SVM和CS-XGBoost预测模型能有效克服参数选择的不确定性,泛化能力和学习能力在RMSE、MAE以及EVS指标比默认参数模型均有显著提升,其中相较于CS-SVM模型,CS-XGBoost模型具有更好的预测效果。