The Applications of Big Data and Artificial Intelligence in the Prevention and Control of COVID-19 from the Perspective of Haddon Model

doi:10.12114/j.issn.1007-9572.2023.0288

Abstract

Abstract:

Big data and artificial intelligence technologies have played a positive role in the prevention and control of COVID-19 outbreaks. However, its application and future trends has not been comprehensively discussed. Starting from the problems faced by the prevention and control of COVID-19, this study provided an overview of the common big data and artificial intelligence technologies and their practical application cases in the prevention and control of COVID-19 based on the introduction of the advantages of big data and artificial intelligence technologies, then discussed the application of big data and artificial intelligence technologies focusing on three elements of infectious source, route of transmission and susceptible population from the three stages that before, during, and after the COVID-19 outbreak based on the Haddon model perspective. The results of the study are important for clarifying the positive role of big data and artificial intelligence technologies in each stage of COVID-19 epidemic as well as their directions of development and application, further improving the efficiency and quality of the prevention and control of COVID-19, and effectively responding to new infectious diseases in the future.

Key words: COVID-19, Haddon model, Big data, Artificial intelligence, Prevention and control of epidemics, Application

摘要：

大数据和人工智能技术在新型冠状病毒感染（COVID-19）疫情防控中发挥了积极作用，但是目前鲜有研究对其应用情况和未来趋势进行综合探讨。本研究从COVID-19疫情防控面临的问题出发，在介绍大数据和人工智能技术优势的基础上，对疫情防控过程中常用的大数据和人工智能技术及其实际应用案例进行概述；并基于Haddon模型视角，从疫情发生前、发生中和发生后3个阶段，针对传染病的传染源、传播途径和易感人群三要素，对大数据和人工智能技术在其中的应用进行了深入探讨。研究结果对明确大数据和人工智能技术在COVID-19疫情各流行阶段的积极作用及发展应用方向，提升疫情的防控效率和质量，有效应对未来新发传染病等具有重要意义。

关键词: 新型冠状病毒感染, Haddon模型, 大数据, 人工智能, 疫情防控, 应用

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Figures/Tables 3

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大数据和人工智能技术	内容
机器学习技术	机器学习算法分析疫情相关多模态大数据，挖掘有用信息辅助决策，监测和预警疫情态势，早期追溯传染源，高效识别和阻断传播途径，及时保护易感人群，提高疫情数据的利用效率和疫情防控的质量
流程机器人	在疫情监测预警和应急响应关键环节，基于人工智能算法开发并设置流程机器人，自动化快速操作和审批常规业务，确保疫情防控措施制定、下发、分配和执行的时效性
人工智能OCR	OCR通过检测暗、亮的模式确定目标形状，然后用字符识别方法将形状翻译成计算机语言，人工智能可提高OCR识别效率与准确率，实现智能录入和检测海量疫情相关数据，避免人工操作的耗时费力
自然语言处理	使计算机读取并理解人类语言，结合语音识别技术，实现疫情防控工作自然语言交流的电子化、自动化、智能化，提高交互效率，降低人工负荷，并通过分析COVID-19相关舆情态势，及时调整、完善防控政策
人机交互智能语音系统/机器人	基于自然语言处理研发人机交互的智能语音系统，在电话流调、患者初筛与导诊、智能问答咨询热线、智能语音播报和科普宣传等场景，部分替代人工，提供7×24 h不间断疫情防控服务
智能交互	智能交互是应用于多场景的前端设备，包括智能消杀机器人、智能采样机器人、智能流调机器人等，能在涉疫场所针对传染源、传播途径、易感人群三要素，实施无接触预防与控制措施
计算机机器视觉	通过计算机技术，智能识别和理解疫情相关视频、图像等非结构化数据，结合必要的人工核验，在健康通行码验证、目标人群流调/筛查、医疗影像辅助诊断等应用场景，提升数据解析和关键信息抽取的效率
知识图谱和图计算	针对多源异构疫情数据进行知识学习和结构性分析，建立知识图谱的实体和关联，揭示疫情传播三要素的各种复杂关系，溯源传播链，预测发展趋势，模拟"决策-成效"仿真模型，辅助疫情防控决策
隐私计算	使疫情数据在交互共享与整合利用过程中不泄露原始数据，确保多源异构疫情数据的跨机构、跨地域安全融合和隐私保护，促进疫情大数据的深度挖掘与应用，以辅助精准防控，提高服务保障水平

大数据和人工智能技术	内容
机器学习技术	机器学习算法分析疫情相关多模态大数据，挖掘有用信息辅助决策，监测和预警疫情态势，早期追溯传染源，高效识别和阻断传播途径，及时保护易感人群，提高疫情数据的利用效率和疫情防控的质量
流程机器人	在疫情监测预警和应急响应关键环节，基于人工智能算法开发并设置流程机器人，自动化快速操作和审批常规业务，确保疫情防控措施制定、下发、分配和执行的时效性
人工智能OCR	OCR通过检测暗、亮的模式确定目标形状，然后用字符识别方法将形状翻译成计算机语言，人工智能可提高OCR识别效率与准确率，实现智能录入和检测海量疫情相关数据，避免人工操作的耗时费力
自然语言处理	使计算机读取并理解人类语言，结合语音识别技术，实现疫情防控工作自然语言交流的电子化、自动化、智能化，提高交互效率，降低人工负荷，并通过分析COVID-19相关舆情态势，及时调整、完善防控政策
人机交互智能语音系统/机器人	基于自然语言处理研发人机交互的智能语音系统，在电话流调、患者初筛与导诊、智能问答咨询热线、智能语音播报和科普宣传等场景，部分替代人工，提供7×24 h不间断疫情防控服务
智能交互	智能交互是应用于多场景的前端设备，包括智能消杀机器人、智能采样机器人、智能流调机器人等，能在涉疫场所针对传染源、传播途径、易感人群三要素，实施无接触预防与控制措施
计算机机器视觉	通过计算机技术，智能识别和理解疫情相关视频、图像等非结构化数据，结合必要的人工核验，在健康通行码验证、目标人群流调/筛查、医疗影像辅助诊断等应用场景，提升数据解析和关键信息抽取的效率
知识图谱和图计算	针对多源异构疫情数据进行知识学习和结构性分析，建立知识图谱的实体和关联，揭示疫情传播三要素的各种复杂关系，溯源传播链，预测发展趋势，模拟"决策-成效"仿真模型，辅助疫情防控决策
隐私计算	使疫情数据在交互共享与整合利用过程中不泄露原始数据，确保多源异构疫情数据的跨机构、跨地域安全融合和隐私保护，促进疫情大数据的深度挖掘与应用，以辅助精准防控，提高服务保障水平

疫情发生阶段	疫情发生条件	预防和控制措施
疫情发生前	传染源	（1）分析互联网检索与寻医问诊记录数据，实现COVID-19早期发现与预警；（2）基于人机交互智能语音系统，实现患者的筛查与导诊
	传播途径	（1）消毒机器人常规消杀；（2）智能机器人无接触常规环境采样检测
	易感人群	（1）智能语音机器人疫情科普宣传与教育；（2）人机交互智能语音系统，实现疫情相关信息咨询与心理疏导
疫情发生中	传染源	（1）人工智能OCR智能检测海量防疫信息，缩短疫情处置与响应时间；（2）自然语言处理海量疫情数据，筛查高危人群；（3）基于多模态大数据挖掘，快速、精准追溯传染源；（4）智能机器人查房、送药、送餐，避免接触传染源
	传播途径	（1）基于知识图谱场景分析，评判区域和场所的疫情风险等级并采取对应防控对策；（2）智能机器人按需进行环境消杀；（3）无人机器快递与配送
	易感人群	（1）计算机视觉辅助人工核验，流调和排查目标人群疫情相关信息；（2）人工智能语音识别技术，提高流调效率；（3）计算机视觉和大数据技术实现肺部CT快速辅助诊断
疫情发生后	传染源	智能机器人无接触终末消毒与采样检测
	传播途径	智能机器人无接触常规环境消杀
	易感人群	（1）自然语言处理海量疫情数据，研发智能语音咨询机器人；（2）基于知识图谱的场景分析，辅助疫情防控决策；（3）多模态疫情大数据分析，优化完善疫情防控措施

疫情发生阶段	疫情发生条件	预防和控制措施
疫情发生前	传染源	（1）分析互联网检索与寻医问诊记录数据，实现COVID-19早期发现与预警；（2）基于人机交互智能语音系统，实现患者的筛查与导诊
	传播途径	（1）消毒机器人常规消杀；（2）智能机器人无接触常规环境采样检测
	易感人群	（1）智能语音机器人疫情科普宣传与教育；（2）人机交互智能语音系统，实现疫情相关信息咨询与心理疏导
疫情发生中	传染源	（1）人工智能OCR智能检测海量防疫信息，缩短疫情处置与响应时间；（2）自然语言处理海量疫情数据，筛查高危人群；（3）基于多模态大数据挖掘，快速、精准追溯传染源；（4）智能机器人查房、送药、送餐，避免接触传染源
	传播途径	（1）基于知识图谱场景分析，评判区域和场所的疫情风险等级并采取对应防控对策；（2）智能机器人按需进行环境消杀；（3）无人机器快递与配送
	易感人群	（1）计算机视觉辅助人工核验，流调和排查目标人群疫情相关信息；（2）人工智能语音识别技术，提高流调效率；（3）计算机视觉和大数据技术实现肺部CT快速辅助诊断
疫情发生后	传染源	智能机器人无接触终末消毒与采样检测
	传播途径	智能机器人无接触常规环境消杀
	易感人群	（1）自然语言处理海量疫情数据，研发智能语音咨询机器人；（2）基于知识图谱的场景分析，辅助疫情防控决策；（3）多模态疫情大数据分析，优化完善疫情防控措施