手足口病流行时空预测研究

The hand-foot-mouth disease (HFMD) is a critical infectious disease that causes childhood mortality in China. Because of lack of particularly effective treatment drug and particularly effective measures in reducing incidence rate for HFMD, epidemic prediction and risk assessment based on mathematics models have become important research orientation for the epidemic features of HFMD. Geographically and temporally weighted regression model is a research focus in the field of modeling spatio-temporal data and has been widely concerned by scholars from various fields at home and abroad. However, there is few in depth reports in the theory of model diagnostic, spatial autocorrelation and parameter estimation based on asymmetric loss function. The applied research of the epidemic prediction in HFMD remains to be further developed. From the perspective of spatio-temporal non-stationary, spatial autocorrelation and cycle temporal, this study will develop seasonal geographically and temporally weighted quantile regression and autoregressive model, including theoretical properties, bandwidth optimization and parameter estimation. Weighted quantile regression estimation based on asymmetric loss function will be extended to geographically and temporally weighted regression and autoregressive model. Furthermore, improving and perfect theory and method will be provided to analyze spatio-temporal data. The actual performance of the proposed model is examined using monitoring big data of HFMD. The epidemic features of HFMD and its risk factors will be investigated and discussed. This study provides scientific basis for early detection of epidemic trend and risk assessment of disease.

手足口病作为导致我国儿童死亡的重要传染病，由于其没有特别有效的治疗药物和降低发病率措施，基于数学模型的流行预测和风险评估已成为研究手足口病流行规律的重要方向。时空地理加权回归模型是时空数据建模的研究热点，受到国内外各个领域学者的广泛关注，然而其在模型诊断、空间自相关性和基于非对称损失函数的参数估计理论方面研究尚不深入，在手足口病流行预测方面的应用研究还有待进一步开展。本研究将从时空非平稳性、空间自相关性、时间周期性视角，基于时空地理加权回归-自回归模型，结合非对称损失函数下的分位数回归估计理论，从模型理论性质、带宽优化和参数估计三个方面，构建季节性时空地理加权分位数回归-自回归模型，为时空数据建模提供改进并完善的理论与方法。运用所构建的模型对手足口病监测数据进行实证建模研究，探索手足口病流行规律与危险因素，为手足口病流行趋势预警和发病风险评估提供科学依据。

手足口病作为导致我国儿童死亡的重要传染病，由于其没有特别有效的治疗药物和降低发病率措施，基于数学模型的流行预测和风险评估已成为研究手足口病流行规律的重要方向。本项目的主要研究内容包括：1) 手足口病数据时空探索性分析；2) 时空地理加权回归-自回归模型理论性质；3) 时空回归模型窗宽参数优化和模型参数估计。项目研究取得的重要结果包括：1) 在手足口病发生的时间维度方面：通过时间滞后的非线性回归模型探究气象因素对手足口病发生影响的非线性时间滞后效应，结果显示日平均温度介于22~28℃时间滞后3天时对人群具有显著的高发病风险；2) 在手足口病发生的空间维度方面：通过地理加权回归模型分析手足口病发生受气象因素影响的空间变化特征，结果显示气象因素对手足口病发生的影响存在显著的空间非平稳性；3) 在手足口病发生的时空维度方面：通过时空地理加权回归模型探索手足口病发生受气象因素影响的时空变化特征，结果显示时间滞后的地理加权回归模型可以更好地解释手足口病受各因素影响的时空变化模式；4) 在时空变系数模型理论方面：通过Bootstrap重抽样检验技术实现了时空变系数模型中全局平稳性变量和空间非平稳性变量的识别，提出了混合时空加权回归模型的两步估计理论，提出了混合空间变系数模型的时空加权回归模型的两步加权最小二乘估计理论，提出地理加权分位回归模型参数估计的加权最小一乘方法，通过二次方截尾权函数构造时间单向的时空权函数实现时空最优窗宽的确认。项目研究所取得的成果为在时间和空间两个维度上对手足口病防治措施的制定和医疗资源的配置提供了科学依据，为进一步将时空变系数模型推广应用以及模型分析结果解释的可靠性提供了强有力保障。