时间序列模型在湖南省君山区血吸虫病疫情预测中的应用

时间序列模型在湖南省君山区血吸虫病疫情预测中的应用

日本的疫情是一种严重的危险因素，它严重危害着人们的身心健康，制约着当地经济的发展。在医学研究中按照某种(相等或不相等)时间间隔对客观事物进行动态观察,由于随机因素的影响,各次观察指标都是随机变量,这种按时间顺序排列的时间变量(或观测值)称为时间序列,时间序列分析是对过去、现在的观测资料进行分析,对未来进行统计推断,可以提高工作的预见性与盲目性,为科学决策提供依据,目前时间序列模型已经广泛的应用于传染病的监测与预警内容和方法一、湖沼型磺化疫后区钉螺分布君山区位于湖南省西北部,1996年经国务院正式批准设立,是典型的湖沼型血吸虫病疫区,是湖南省历史上血吸虫病流行最严重的地区之一,现有钉螺面积11646.74hm二、主要疫情信息资料来源于湖南省血吸虫病防治(血防)工作领导小组办公室和湖南省血吸虫病防治所统计年报,收集1996~2016年君山区血防工作年报的主要疫情相关数据,包括:垸内钉螺面积、垸外钉螺面积、流行村人口数,推算病人数、急血发病人数、家畜检查头数、病畜头数。三、商品期动态变化图采用Excel2007软件建立数据库,计算人群与家畜血吸虫感染率,绘制人群与家畜感染率的动态变化趋势图。采用SPSS18.0进行离群值检测后时间序列分析,并预测2017~2020年君山区血吸虫病疫情。四、rra模型的建立使用SPSS18.0软件采用自回归求和移动平均模型(Autoregressiveintergratedmovingaverage,ARI-MA)建立最适合的1996~2016年君山区人、家畜感染率时间序列拟合模型。1.数据平稳性检验:ARIMA模型建立是基于平稳序列与非随机序列,首先对序列采用游程检验法进行平稳性检验,对于有趋势性的非平稳序列,需通过差分或者对数转换进行平稳化处理。差分次数为ARIMA(p,d,q)模型中的阶数d,然后采用白噪声检验来检验数据是否为纯随机序列。2.模型的识别与定阶:利用自相关图(Autocorrelationfunctions,ACF)与偏自相关分析图(PartialACF,PACF))确定合适的自相关阶数p,与平均移动阶数q,选取备用模型。3.参数估计与模型检验:通过比较,选取残差序列为白噪声,BIC统计量较小,参数间无显著相关性的模型为最佳ARIMA模型。4.模型预测:采用最优的模型进行预测,通过模型拟合值95%的可信区间(ConfidenceInterval,CI)绘制疫情预测趋势图。结果一、19家兔情况感染率1996~2016年君山区推算人群血吸虫感染率与家畜感染率总体呈下降趋势,1996年推算人群感染率为3.11%,到2016年下降为0.16%,下降幅度为94.86%;家畜感染率1996年为4.67%,但在不同时期家畜感染率有较大波动,有几个高峰期,2010年感染率为10.26%,2003年达到最高为24.20%,其后家畜感染率一直徘徊在1.54%~7.57%之间,自2013年后采取了淘汰牛羊措施,目前家畜感染率已经连续2年为0(图1);君山区已经连续7年未发现当地感染的急性血吸虫病病例(图2)。二、人、畜禽感染率时间序列模型构建1.序列的平稳性检验:采用时序图观察与游程检验进行序列平稳性检验,自1996年至2016年人群感染率呈现明显的下降趋势(图1),数据不满足序列平稳性的要求(Z=-4.029,P=0.000),1996年至2016年家畜感染率波动较大,满足序列平稳性要求(Z=-1.193,P=0.233),为了确保数据的平稳性,对人群感染率采用一阶差分消除趋势性的影响,获得了平稳的时间序列,符合了ARIMA模型的要求(Z=-0.000,P=1.000)(图3),分别绘制人群感染率(一阶差分)与家畜感染率的ACF与PACF分析图(图4、5)。2.模型的识别与定阶:按照差分的情况初步判断人群感染率与家畜感染率时间序列模型分别为ARIMA(p,1,q),ARIMA(p,0,q),从ACF与PCAF图,人群感染率ARIMA模型初步判断为p=0,q=0,家畜感染率ARIMA模型初步判断为p=1,q为0或1,分别进行模型拟合,初步人群最佳时间序列模型为ARIMA(0,1,0),BIC=-0.832,家畜时间序列模型为ARIMA(1,0,0),标准化BIC=1.451,对所构建的人、畜感染率时间序列模型的残差序列采用白噪声检验,人群与家畜感染率的Ljung-BoxQ(18)分别为14.337(P=0.707),11.107(P=0.851);残差序列显示自相关系数均在95%可信区间内(图6、7),可认为残差序列为白噪音序列。人群与家畜的时间序列模型参数经检验有统计学意义(t3.人、畜感染率预测应用:根据所建立的时间序列模型将君山区1996~2016年人畜感染率数据进行回代并根据模型对2017~2020年的人畜感染率进行预测,结果显示,人畜感染率落在95%的可信区间内,其预测值与实际值的动态趋势基本一致,时间序列模型拟合较好(图8,9)。经过模型预测,2017~2020年人群感染率预测值持续维持在较低水平,为0.16%;家畜感染率预测值出现反弹回升,感染率分别为0.78%,1.36%,1.8%与2.13%,见表1,由于长期的预测中不确定的因素增加,预测值的95%可信区间随着预测时间的延长开口增大,这与预测的模型特点吻合。年至2002年的防控阶段君山区是1996年经国务院批准设立的一个新区,由原国营君山农场、国营钱粮湖农场、建新农场、许市镇、广兴洲镇等单位合并组成,上个世纪80年代,君山区范围内人群血吸虫感染率在15%左右,家畜感染率高达30%左右,是历史上血吸虫病流行最严重的区域之一从1996~2016年的疫情分析来看,1996~2003年君山血吸虫病疫情出现一个上升趋势,其主要原因:一是1998年长江流域出现了严重的洪涝灾害,人群感染率出现了回升,趋势图显示1998年人群感染率出现了一个高峰期,与该时段的水情相吻合;二是上世纪80年代开始我省的血吸虫病防治策略由消灭钉螺为主的综合防治策略调整为“以人畜扩大化疗主辅以易感地带灭螺”的综合防治策略,并且自1992年开始,我省利用世界银行贷款开展了“中国血吸虫病防治项目(1992-2002)”,因此在上世纪90年代中后期我省疫情包括君山区的人畜感染率均显著下降,但是由于该贷款项目终止后,湖南省血防投入严重不足,加上“退田还湖、平垸泄洪、移民建镇”导致人群接触疫水机会增加,自1998年后到2003年,血吸虫病疫情在该时期出现反弹回升2003年以后,君山区人畜感染率均呈现显著下降趋势,主要原因:一是2003年SARS爆发以后,国家大幅度增加了公共卫生投入,血防经费得到了保障,血防基本设施得到了明显改善;二是自1998年开始,君山区与湖南省财政厅实行了血吸虫病联系点工作制度,在省财政厅的支持下,君山区实施了“以控制传染源为主”的综合防治策略,并坚持“政府主导、部门配合、群众参与”的工作方针,陆续开展了有针对性的传染源控制措施:1998~2003年君山区主要实施以“建设好两个进口,两个出口”的血防工程,两个进口是“改造涵闸与人畜饮水工程”,两个出口是“居民改厕与沼气池建设工程”,通过两个工程改造,君山的血吸虫病疫情得到有效控制;自2003年开始,君山区又陆续实施了以“封洲禁牧”“安全牧场”“渔船民粪便管理”为主的传染源综合防控措施,尤其是2013年以来,君山区实施了淘汰牛羊的防控策略,君山区血吸虫病防控效果取得了明显成效,目前君山区已经完成了全区牛羊家畜淘汰工