中国科学院研究生院

硕士学位论文

基于个体的医院内SARS时空传播模拟研究

周洁萍

指导教师    龚建华  研究员  中国科学院遥感应用研究所 

      曹务春  教授    军事医学科学院微生物研究所

申请学位级别  理学硕士  学科专业名称地图学与地理信息系统

论文提交日期 2005年6月   论文答辩日期  2005年6月

培养单位           中国科学院遥感应用研究所         

学位授予单位           中国科学院研究生院           

本论文得到

国家自然科学基金项目：

“基于虚拟地理环境的SARS传播与控制模拟研究（40471103）”

的资助

摘要

从2003年至今，利用地理信息系统（GIS）对严重急性呼吸道综合症（SARS）的时空传播过程及其规律的研究，主要侧重于疫情信息的发布与制图，以及在宏观尺度上的SARS时空分布规律研究。

而基于个体从微观尺度对SARS时空传播和模拟的研究，从目前发表的国内外相关文献来看则较少。本文基于SARS流行病学调查数据对医院内部的SARS时空传播特征与规律进行研究，引入人的行为模型和环境对SARS传播的影响因素，建立了基于个体的SARS时空传播智能体模型，并将智能体技术的集成到虚拟地理环境平台中，实现了SARS传播模型在该平台上的应用，建立了SARS时空传播模拟原型系统。

本文主要研究内容包括：

Ø        基于医院内SARS传播流行病调查数据，对医院内SARS时空传播过程进行分析，结合国内外从传染病方面对SARS的研究成果，建立基于个体的SARS时空传播模型。在该模型中，考虑了医院内SARS传播过程中，传染源和易感者的行为差异以及传染途径差异所造成的SARS疫情在医院的集中爆发。

Ø        基于智能体技术建立SARS时空传播智能体模型，将“人”和“环境”同作为主体进行智能体建模，并结合人和环境两类主体进行多智能体建模，表达传染源、易感者和环境之间的相互作用关系。

Ø        实现虚拟地理环境平台与智能体技术的集成，在此基础上引入SARS时空传播智能体模型，建立了SARS时空传播模拟原型系统。

Ø        基于SARS时空传播模拟原型系统，在具有真实医院空间特征的三维虚拟医院中，对SARS在医院内的传播过程进行模拟。在该模拟过程中，分别考虑了人的行为和环境因素对SARS时空传播过程的影响，并对实验结果进行了对比分析。

关键词：SARS，时空传播，虚拟地理环境，智能体，GIS，化身

Individual-Based Spatiotemporal Simulation of SARS Transmission in Hospitals

ABSTRACT

Most studies of  the spatiotemporal transmission of SARS using GIS have been placed on the distribution mapping of the disease data and the large-scale spatiotemporal distribution of SARS since 2003. However, there is  less effort in the study on the spatiotemporal distribution of SARS in a micro scale.

This thesis addresses the spatiotemporal transmission principles of SARS in a hospital based on field investigating data. The models about personal behavior and the effect of environment for the prevalence of SARS are introduced, and an agent model based on individual person for the spatiotemporal transmission of SARS is established. The integration approach of VGE platform, intelligent agent, and the spatiotemporal transmission model of SARS is designed and  a prototype system for simulating spatiotemporal transmission of SARS is implemented.

The major research work and achievements are as follows:

Ø        To carry out a detailed analysis of the spatiotemporal transmission of SARS in a hospital according to investigating data. A new spatiotemporal transmission model of SARS in hospitals is designed based on individual person. The behavior differences of infection sources and susceptible person, and  the difference between the two transmission routes are considered in the model. Person and environment are equally thought as principal parts when modeling the spatiotemporal transmission of SARS based on agent mechanism. The relationship between infection source, transmission route and susceptible person is described by multi-agent approach.

Ø        The integration of VGE platform and agent technology is realized, and a prototype system is built to simulate the spatiotemporal transmission process of SARS in hospitals.

Ø        A simulation is carried out to analyze  the transmission of SARS in a virtual 3D hospital, which is built according to a real hospital. An experiment considering the influences of person particular behavior and environment factors on SARS transmission is conducted.

KEY WORDS: SARS, spatiotemporal transmission, Virtual Geographic Environment, Agent, GIS, Avatar