Моделі та карти досліджують резервні потужності, щоб допомогти чиновникам підготуватися до спалаху хвороби COVID-19.

Ключові моменти

• математичне моделювання в поєднанні з просторовою аналітикою допомагає розраховувати та представляти прогнози розповсюдження хвороби COVID-19,
• політики використовують моделі та розумні карти для дослідження впливу ухвалених рішень,
• ГІС допомагає вивчити наслідки кожного прогнозу, відповідаючи на просторові запитання щодо заходів по реагуванню на надзвичайну ситуацію COVID-19.

На початку року епідеміологи спостерігали зі все більшим занепокоєнням за зростанням кількості людей по всьому світу з діагнозом коронавірус 2019 року (COVID-19). Коли епідемія перетворилася на пандемію, багато хто очікував нестачі лікарняних ліжок, запасів, обладнання та медичного персоналу, оскільки кількість випадків захворювання зростала.

Пер ніж зацікавлені лідери почали вивчати дане питання, вчені створили аналітичні моделі, які могли б кількісно оцінити та спрогнозувати сплеск випадків захворювання COVID-19. З цих зусиль виникла низка потужних моделей як корисних інструментів для планування.

Команда з прогнозування охорони здоров'я Penn Medicine університета  шт. Пенсильванія  адаптувала математичну модель сприйнятливих, інфікованих та видужалих ( SIR ), щоб створити нову модель, яка називається CHIME (Модель впливу епідемій хвороби COVID-19 на лікарні). Модель CHIME надає сучасні оцінки того, скільки людей знадобиться госпіталізувати і скільки  знадобиться ліжок з вентиляторами легенів. Вона також враховує політику соціального дистанціювання та її вплив на поширення захворювання.

Адміністратори громадського здоров’я, адміністратори лікарень та урядові органи з усього світу швидко визнали необхідність таких моделей прогнозування, як CHIME, щоб керувати публічною політикою та планувати реагування лікарень.

Перегляньте це відео https://www.youtube.com/watch?time_continue=2&v=hMa5XPCjDDE&feature=emb_logo  для отримання більш детальної інформації про інтеграцію моделювання та прогнозування в існуючі робочі процеси ГІС.

Інтегрована в ГІС

На початку спалаху хвороби COVID-19 команда розробників програмного забезпечення просторової статистики Esri працювала над включенням декількох даних моделей з відкритим кодом у геопросторовий набір інструментів починаючи з моделі CHIME . Залучення моделі в географічну інформаційну систему (ГІС) приєднує її безпосередньо до джерела даних, яке керує моделлю. Дана інтеграція забезпечує засоби для географічної візуалізації проблеми та зв'язання результатів роботи моделі з рішеннями, розробленими для негайних дій.

В межах ГІС користувачі можуть більш глибоко вивчити конкретні географічні локаціїї, щоб побачити результати роботи моделей у співставленні з іншими просторово залежними даними - наприклад, кількістю літнього населення або місцями проживання, які є більш вразливими до впливу хвороби — щоб вивчити, що результати роботи моделі означають для людей та місць. Цей підхід також підживлює наступне питання: "куди і коли слід переміщувати ресурси для задоволення попиту?" Такі інструменти, як розподіл місцеположення, можуть керувати даними рішеннями та гарантувати задоволення попиту максимально ефективно та справедливо.

Досконалі методи мережевого аналізу можуть допомогти розподілити надмірні ресурси на основі прогнозованих потреб лікарень.

Включення CHIME в ГІС безпосередньо підтримує дискусії в центрах з проведення операцій при надзвичайних ситуаціях у сфері охорони здоров'я, де результати роботи моделей можуть висвітлюватися на великих екранах для потреб обговореннями керівництвом засобів спільного планування. Потім, коли приймаються рішення про те, які дії потрібно вжити, ГІС надає засоби для передачі даних та директив у додатки та рішення, керовані картою, які використовують ліквідатори у польових роботах.

Департамент охорони здоров’я ш. Флорида створив інформаційну панель для обміну інформацією про випадки, результати тестів та госпіталізацію з кожного округу в штаті. Госпіталізація є важливим вхідним параметром моделі прогнозування CHIME.

Що стосується реагування на надзвичайні ситуації та інших важливих функцій, ГІС вже давно є стандартом. Вона підтримує створення карт, керованих даними, та інших візуалізацій, побудову моделей для аналізу географічних процесів та рішень, що орієнтують працівників на місцях. Користувачі ГІС у всьому світі застосовують ці можливості у ряді різних заходів по протидії хворобі COVID-19 для покращення здоров'я, безпеки та економічних результатів.

Занурення в модель

В межах ГІС користувачі встановлюють з'єднання з джерелами даних, які інформують модель CHIME. Ці дані включають поточну інформацію про кількість госпіталізованих. Вона також включає вразливу популяцію та характеристики вірусу, такі як швидкість госпіталізації та час подвоєння.

Щоб отримати локалізований прогноз, користувачі ГІС можуть вибрати конкретну дату початку та середню кількість днів зараження для проектування поточної моделі розповсюдження хвороби на майбутнє. Ряд моделей, що з'явилися у відповідь на хворобу COVID-19, включаючи CHIME, можуть містити заходи соціального дистанціювання —такі як директиви перебування вдома або карантину —з урахуванням того, як скорочення фізичного контакту допомагає уповільнити поширення хвороби. Моделери можуть використовувати наявні агреговані та анонімні дані про мобільність на основі фактичного руху, щоб збільшити вплив даного параметру для кращого вимірювання областей високого порівняно з низьким рівнем соціального контакту.

Дані про мобільність до та після застосування заходів соціального дистанціювання на прикладі даних від Unacast, які можуть допомогти інформувати модель про більш точне розуміння просторових закономірностей с урахуванням заходів соціального дистанціювання.

Такі дані, як середня тривалість перебування в лікарні, відсоток людей, які будуть підлягати вентилюванню або потребують інтенсивної терапії, також є ключовими параметрами моделі. Потім модель можна порівняти з наявними можливостями лікарні, такими як наявні ліжка та вентилятори. Порівнюючи пік розповсюдження хвороби із можливостями лікарні, місцева влада може визначити, коли може знадобитися більше лікарняних ліжок і планувати заздалегідь задоволення попиту. Хоча користувачі моделі можуть вводити узагальнені (усереднені) параметри, вони будуть досягати більшої точності та, таким чином, більш високого значення, використовуючи більш точні значення, які краще відображають основні характеристики населення кожної області та застосовані засоби спрямовані на соціальне дистанціювання.

Користувачі мають повний контроль над параметрами в інструменті геообробки моделі CHIME в рамках ArcGIS Pro.

Візуалізація наслідків політики

Політики можуть вивчити різноманітні сценарії — такі як соціальне дистанціювання за шкалою відсутності директиви на самоізоляцію до наївності такої директиви –  коли модель, яку вони використовують, має можливість налаштувати широкий набір параметрів, щоб показати, як змінюється прогноз. Бачачи, як результати роботи моделі впливають на перебіг захворювання в просторі та часі, політики можуть визначати важливість тих чи інших політичних дій під час пандемії.

Візуалізація даних параметрів моедлі точно ілюструє, що означає згладжувати криву. При більшій соціальній дистанційності пік настає пізніше, зменшуючи навантаження на медичних працівників та систему охорони здоров’я.

Візуалізація впливу різних масштабів соціального дистанціювання допомагає владі приймати важкі політичні рішення.

 

Використовуючи ГІС, чиновники можуть далі вивчити модельований прогноз та відповісти на інші просторові запитання важливі з точки зору застосованих заходів щодо протидії розповсюдженню захворювання. Просторовий аналітичний потенціал ГІС може бути використаний для аналізу та розуміння різноманітних критичних питань, пов'язаних із хворобою COVID-19, керуючими діями щодо зменшення впливу на людей, системи охорони здоров’я та бізнес .

Команда з розробки програмного забезпечення просторової статистики Esri продовжує розширювати набор інструментів, оскільки вважає, що чим більше способів є у чиновників якими вони можуть розглянути пандемію COVID-19 та її наслідки, тим більш підготовленими та здатними вони будуть щоби ефективно реагувати на пандемію.