人工智能在抗击新冠肺炎疫情的应用与启示

0０引言公共卫生安全是国家安全中的重要组成部分，攸关人民生命健康和社会安全稳定。作为驱动新一轮科技革命的核心技术之一，人工智能在维护公共卫生安全领域有着重要价值。习主席在中央全面深化改革委员会第十二次会议中指出，“要鼓励运用大数据、人工智能、云计算等数字技术，在疫情监测分析、病毒溯源、防控救治、资源调配等方面更好发挥支撑作用。”此外，工业和信息化部也向人工智能相关学（协）会、联盟、企事业单位发出倡议书，提倡“充分发挥人工智能赋能效用协力抗击疫情”。而在此次抗击新冠肺炎疫情的实践过程中，从无感测温到远程教育，从无人机配送到辅助疫苗研发，人工智能的应用也几乎无处不在。鉴于今年的新冠肺炎疫情是一场典型的全球性突发公共卫生安全事件，本文选取新冠疫情作为具体案例，详细考察人工智能在助力维护公共卫生安全领域的作用，并反思其中存在的问题和不足，为推动人工智能更好维护公共卫生安全提出思考和建议。人工智能这一概念最早由麦肯锡、明斯基、香农等学者于1956年达特茅斯会议上发表的《关于达特茅斯夏季人工智能研究项目的提议》一文中提出，强调“我们将试图找出一种方法，能让机器使用语言、形成抽象概念和观念、帮助人类解决不同种类的问题，并且能够自我改进……现阶段人工智能研究的目标是，试图让机器做出能被人类称为‘智能’的行为。”一般意义而言，人工智能是指通过人工方式模拟人类智能的技术和应用总称，目的是使机器能够完成通常需要人类智能才能完成的任务。迄今为止，人工智能的发展共经历了三次发展浪潮，我们当前正在经历的是以深度学习为代表的第三次人工智能发展浪潮。在人工智能的发展过程中，产生了多个研究领域，主要包括机器学习、计算机视觉、知识工程、自然语言处理、语音识别、人机交互技术、机器人、数据挖掘等。本轮人工智能发展浪潮呈现出深度学习、跨界融合、人机协同、群智开放、自主操控等新特征，与传统产业、服务业、公共卫生安全等领域深度交融，产生了一大批应用成果。例如，人工智能对于公共卫生安全风险的识别、评估、评价和管理都能发挥重要赋能作用，形成“AI+”风险治理优势。智慧医疗也是人工智能运用于公共卫生安全领域的代表领域，涵盖医疗影像分析、辅助诊断、药物研发、健康管理等多个应用场景。根据人工智能中的自然语言处理、计算机视觉、机器学习、机器人等重点研究领域，其作用于医疗卫生领域的主要应用场景见图1。此外，人工智能对于重大公共卫生事件期间的社会治理及助力复工复产方面也有着诸多应用。因此，本文拟从疫情诊治、社会治理及复工复产三个层面详细考察人工智能在抗击新冠肺炎疫情中发挥的具体作用，并分析其带来的优势与存在的短板。图1基于人工智能的智慧医疗产业链01人工智能在抗击新冠疫情中的具体应用在新冠疫情整个发展过程中，人工智能在疫情诊治、社会治理、复工复产等领域都发挥了重要的赋能作用，具体如下（见表1）。表1人工智能在辅助抗击新冠疫情中的主要应用1.1人工智能在辅助新冠肺炎诊治方面的应用分析来看，人工智能在助力新冠肺炎诊治方面主要有以下几点应用。一是基于影像视觉的肺部医疗影像辅助分析。影像辅助分析是在医疗领域应用发展最早、应用最广泛的人工智能技术。通过对患者肺部区域医学影像的智能影像分析，可以近百倍地提升肺炎病灶诊断效率。在疫情早期，华为云基于其计算机视觉与医学图像处理等技术，推出新型肺炎辅助医学影像量化分析服务,可实现秒级的影像分析结果，极大地缓解了影像诊断医生紧缺局面和隔离防控压力。此外，平安智慧医疗也火速上线了新冠肺炎智能阅片系统，辅助放射科医生尽早发现、快速报告、精准诊断，有效减轻医生负荷。二是基于计算机视觉的自动体温检测。人工智能企业在推动疫情期间的智能诊治发挥了重要作用。例如，基于图像识别技术和红外热成像的人工智能无感测温技术可实现大流量下的可追溯式测温。在新冠疫情爆发后，商汤科技公司很快推出了搭载该技术的智慧防疫区域通行模块，并率先在北上深等城市部分人流聚集区完成部署。而搭载了体温监测的AR眼镜可更高效协助医护人员和安保人员进行区域动态监测，非常适合在景区商圈和办公园区等移动巡逻场景下使用，进一步加固了防疫的战线。三是基于自然语言处理的云平台智能问诊。通过自然语言处理技术对患者的病情症状描述语句进行句法解析和信息抽取，智能问诊系统可快速定位到相应病因并给出诊断建议。问诊信息可以通过云平台进行转接，可以实时将问诊信息推送至移动终端。疫情高峰期间，多地政府推出的新冠肺炎联防联控智能问询助理，可针对患者病情给出疫情期间的正确指导和建议。此外，新冠肺炎疫情期间，阿里云科技助力抗议中心开发的机器翻译平台针对本次疫情优化了医疗领域引擎，免费助力全球医护人员进行多语言交流，同时也为国际医生交流中心提供机器翻译的能力，为加快最新医疗科研成果和先进经验的全球共享发挥了重要作用。四是基于图生成技术的辅助疫苗研发。人工智能还为推动针对新冠肺炎病毒的蛋白筛选以及疫苗和药物研发工作发挥了重要作用。人工智能凭借其强大算力以及快速分子空间搜索能力，可以大幅加速药物开发进程。运用图像生成技术并设定疫苗分子空间限制，人工智能可以不断设计、生成药物的分子设计图，并通过智能定义下的药物有效性和安全性检测，进行有效的化合物筛选和生物标志物筛选，对药物研发的每一个过程都能起到推进作用。在大数据与云技术能力的支持下，现有人工智能算法创新使用的整序列、整基因组的RNA结构预测更为精准，算力共享、分布式的计算，为疫苗和特效药物的研发所提供的数据分析、功效匹配、文件筛选等提供了有效的支撑，从而加快新冠病毒疫苗和药物的研发过程。五是基于人工智能算法的病毒溯源。对于新型肺炎，快速溯源及弄清传播途径对切断传播途径、疫情控制起到重要作用。北京大学朱怀球团队提出基于深度学习算法的新型冠状病毒宿主和感染性研究方法，使用双路卷积神经网络，分析并预测病毒宿主，比对发现蝙蝠冠状病毒与新冠病毒具有高度相似的传播途径。通过基于人工智能算法的病毒溯源，可以更有效地把握病毒机理，进行针对性治疗。1.2人工智能在助力疫情期间社会治理方面的应用在新冠疫情期间的社会治理方面，人工智能也发挥着重要作用，主要总结如下：一是基于自然语言助理的智能舆情分析。在疫情期间，谣言成为了另一种“病毒”，在社会上广泛传播和扩散。如果不能及时有效予以澄清，将对公民情绪和社会治理带来严重伤害,而人工智能能够在智能识别谣言、澄清网络生态方面发挥重要作用。例如，腾讯、字节跳动、搜狗等国内多家科技企业利用自然语言处理技术，综合大数据和卫星遥感影像实时比对疑似谣言，结合疫情最新状况评估社会舆情、澄清网络谣言、稳定社会情绪。微信上线的一个名为“微信辟谣助手”的小程序，为疫情期间的谣言治理发挥了积极作用。二是基于大数据分析的智能疫情追踪。在疫情期间，如何通过感染者进行精准倒查、追踪密切接触者等高风险感染人员是一个重难点，而通过人工智能、大数据等技术对人员的交通、出行和手机漫游数据进行智能分析和追踪，构建疫情动态地图，能够为解决这一问题发挥重要作用。例如，百度、搜狗、360等科技公司都推出了基于人工智能的疫情跟踪、同乘查询等信息服务系统。此外，在国务院办公厅电子政务办的指导下，杭州首创的健康码实践推广至全国，同盾科技公司采用人工智能疫情趋势模型，对于各省市感染人群数量与拐点进行预报，并通过构建大数据模型协助政府机关掌握疫情相关人员的具体情况，这些科技抗疫举措为疫情期间的感染者追踪和社会治理作出了重要贡献。三是赋能远程教育、远程办公等远程事务处理。在疫情期间，很多国家都采取了社交隔离措施，以防止病毒的传播。在此背景下，“云办公”“云教育”等就成为了疫情期间人们的主要工作学习方式。在线教育、远程办公以及各领域的远程会议中，都蕴含着人工智能元素，使得我国在疫情期间实现了“停课不停学、停工不停产”。例如，远程办公方面，科大讯飞推出了一种利用语音识别技术实现实时语音转文字的电脑远程办公产品，有效替代了人工速记。在远程教育方面，科大讯飞也基于人工智能开发出了一种智慧教育标准解决方案，根据学生对知识点的实际掌握情况规划最佳学习方法和路径，利用其智学网系统帮助学生进行针对性的自主学习和弱项“精准化”练习。四是智能化人员管控与物资运送。人员管理方面，同济大学运用人工智能实现智能化校园管理，进校园前需要进行人脸识别，不符合疫情防控规定的人员不能进入校园，从而推动了校园秩序的快速恢复。此外，人工智能在疫情期间的物资运送也有重要作用。例如，猎户星空的递送机器人“豹小递”在疫情期间服务于多家医院，不仅能送药送餐，还可以实现化验单、药品、医疗防护物资、消毒工具、医疗废料的定点配送与运输。博鹰通航研发的卫生防疫无人机可通过旋翼下洗气流，快速将消毒药液传播到广大防疫区域，整体效率高于人工几十倍。1.3人工智能在促进复工复产方面的应用在疫情的顶峰过去后，各国开始逐渐推动复工复产，而人工智能技术的大量运用也为促进社会生产生活秩序的恢复发挥了重要作用。一是智能化医疗物资研发与生产。在复工复产的过程中，口罩、消毒液等各类医疗物资的大批量生产都离不开人工智能的运用。例如，工业机器人就在口罩生产过程中发挥了重要作用。广州普理司科技公司将原有生产线改造为柔性人工智能视觉全自动口罩机，利用计算机视觉技术进行鉴别和包装操控，单机产量可达可达每分钟120片、日产口罩超15万片，为企业复工复产提供了重要保障。此外，在各类医疗器材的生产过程中，政府复工复产终端平台通过与企业的对接，可以及时获取第一手疫情信息，进而适时调配人力物力，优化整体医疗物资生产布局，最大化满足社会抗疫需求。工信部依托基于人工智能的“国家重点医疗物资保障调度平台”，收集、统计、分析、监控、调度各类物资的产能、产量、库存以及运输等情况，用智能化手段提升了医疗物资保障的有效性。二是智能化物流运输。新冠疫情使得物流行业的支柱型产业性质得到淋漓尽致的凸显。在疫情最为严重的1月至2月，数个在此期间依然维持着正常营业的物流企业，担负起了打通疫区物资与后勤通道的重责。例如，京东物流在疫情期间使用无人派送车与配送机器人，迅速将医疗与生活物资派送至武汉各大医院，一定程度保证了医院医护人员与病患在疫情期间的正常生活秩序。随着抗疫活动的常态化，顺丰也大力推进“丰巢柜”的使用，并采取“丰巢柜收取、无人机派送”的模式，减少人员物理接触，降低了疫情感染的可能。三是智能化消杀巡检。随着防疫工作进入常态化，各地纷纷使用各种人工智能设备参与消杀巡检工作，大大提升了防疫效率。例如，酷哇环境技术有限公司开发出无人驾驶消毒车，在疫情期间紧急奔赴抗疫一线进行消毒工作。在上海等地，东软集团的智能机器人可定时定点设置消杀巡逻路线，并在流动的人群中精准测温，快速筛检“高温个体”。5G﹢热成像体温筛查服务信息化平台在人群密集区域快速进行人群体温检测，并及时筛选出异常个体，提升人流疫情管控效能。针对疫情期间人员健康状况，重庆将各类企业信息搬至“移动政务服务平台”，运用智能化设备，对于复工复产人员健康情况进行跟踪监控。大陆智源推出的AVDI-安防巡检机器人能够支持人群实时监测、异常体温识别、口罩佩戴识别、不规范穿戴警告、消毒液实时喷洒等功能，对助力企业复工复产发挥了积极作用。综上所述可以看出，人工智能辅助抗击疫情具有诸多优势。一是显著提升了抗疫效率。人工智能通过赋能新冠病毒诊断治疗、疫苗研发、社会治理、复工复产等领域，明显提升了抗疫效率。例如，在此次疫情期间，百度发明的LinearFold算法可将此次新冠病毒的全基因组二级结构预测从55分钟缩短至27秒、提速120倍，大大提升了预测病毒变化趋势与疫苗研发效率。此外，在疫情期间医疗资源紧张的情况下，基于影像视觉的辅助医疗影像分析为提升诊断效率也发挥了重要作用。二是有效减少了人力资源成本。例如，传统药物研发流程需要先筛选出病毒特异性的蛋白靶点，然后从数以万计的化合物库中大规模筛选出效果好、毒性小的药物，因而研发过程费时费力、成本高昂，很多药品的研发通常需要10年时间和上10亿美元投入。而人工智能凭借其强大的计算能力和快速智能化分析，能够有效加速药物研发进程，降低研发过程中的人力资源成本。此外，机器人、无人机的广泛运用也显著降低了人力成本。三是大幅降低了病毒感染风险。基于人工智能的远程问诊能够避免医患之间的物理接触带来的交叉感染风险，防止疫情进一步扩散。例如，美国在新冠诊治中就启用了配备摄像头、麦克风和听诊器等设备的医疗机器人，医生负责在隔离窗外操作机器人对病人进行诊断和治疗，有效避免了医患感染。此外，机器人、无感测温等人工智能应用也大幅降低了人员接触带来的感染风险。同时应当看到，尽管人工智能在此次抗击新冠疫情中发挥了重要作用，但是仍存在着很多问题和短板。其中，最为突出的就是未能实现基于人工智能的有效疫情预警。这次新冠疫情是二战以来全球面临的一次最为严重的突发性公共卫生事件，但世界上并没有哪个国家成功运用人工智能实现准确的疫情预警。此外，正如张文宏医生所言，人工智能在此次抗击疫情过程中发挥的作用还十分有限，主要靠的还是人类的传统智慧和城市管理。例如，在出入境人流量的控制方面，人工智能还没有达到深度参与的地步，没有充分发挥预测人流、人群控制的作用，主要依靠传统的航班熔断来实现的出入境限制，而不是依靠大数据分析实现的精准控制。此外，人工智能推动的智能医疗服务平台仍不健全，未能有效通过云平台提供诊疗服务和电子病历服务，且服务平台五花八门、跨服务平台诊断存在困难……如此等等，不一而足。这些疫情期间暴露出来的人工智能发展应用领域存在的问题和短板，都需要在未来进一步进行提升和解决。0２运用人工智能更好维护公共卫生安全的几点建议从这次疫情防控阻击战来看，人工智能的发展和应用与新冠疫情的防控存在着明显的相互促进的辩证关系。一方面，人工智能为疫情防控提供了新手段，通过上文所述的赋能医疗诊治、疫苗研发、社会治理、复工复产等领域，为打赢这一次疫情防控阻击战发挥了重要作用。另一方面，抗击新冠疫情的重大需求也牵引着人工智能更快发展应用。需要指出的是，人工智能在助力此次疫情防控中也暴露出一些显著的问题和短板，需要进一步改进和完善。为推动人工智能在未来更好地预测、预防与应对疫情，更好地维护公共卫生安全，笔者提出以下几点建议。2.1打破数据孤岛，推动重要医疗数据统一标准和开放共享数据是人工智能发挥作用的“燃料”和基础要素，基于深度学习的人工智能模型依赖大量的真实数据进行训练，且运用不同数据进行训练会得到差异较大的神经网络模型参数，医疗数据的缺乏或不完整医疗数据会显著降低人工智能算法预测或分析的精度。在此次抗击新冠疫情的过程中，之所以人工智能发挥的作用有限，并不仅仅是由于现有技术不成熟的原因，更多的是数据标准不统一和开放共享机制不健全造成的。因此，想要在未来更好地运用人工智能赋能公共卫生安全领域的治理，就必须尽快打破医学科研院所的数据壁垒，在符合相关法规的基础下做到重要医疗数据的开放共享，推动智慧医疗的快速发展与部署。尤为重要的是，要将公共卫生数据与医疗网络领域的线上和线下数据进行整合，构建完整的公共卫生监测体系，从而更好地对重大疫情进行预警和防治。此外，还需要强化各国在公共卫生领域的国际合作，加强疫情数据信息和经验共享，打造人类卫生健康共同体。2.2大力推动智慧医疗发展，提升重大疫情监测预警能力基于人工智能的智慧医疗能够提升医疗卫生水平和效率，更好地维护人民的生命健康安全。习主席指出，要“增强早期监测预警能力作为健全公共卫生体系当务之急……提高评估监测敏感性和准确性，建立智慧化预警多点触发机制，健全多渠道监测预警机制”，健全国家公共卫生应急管理体系。此次席卷世界的新冠疫情警示我们要推动建立基于人工智能的更加精准和响应及时的智能疫情预警系统，构筑更加牢固的公共卫生安全屏障，最大限度避免新的流行病大规模感染，维护人民的生命健康安全和社会发展稳定。通过研发更加智能的算法、推动各部门数据标准的建立与整合，人工智能在建立智能疫情预警系统方面可以发挥更加积极的作用。除此之外，也要大力推动人工智能在其他公共卫生领域的应用，更好地通过人工智能赋能传统医疗行业，提高传染病检测的灵敏性与准确性，缩短新药研发的周期、降低研发成本，提高医疗诊断的准确性和效率，让智慧医疗落地生根，使人类在面对重大公共卫生问题时变得更加主动而有力。此外，未来如果再度出现重大疫情等公共卫生安全事件，应当更广泛地使用成熟的基于人工智能的无接触测量体温、机器人手术和护理技术工具等，最大限度地避免医务人员感染。2.3注重把握维护