基于人工社会的疫情传播风险预测和防控措施评估

新型冠状病毒疫情在全国一盘棋的严格防控措施下已经得到了控制,但是如何对其进行常态化的治理值得深入研究。分别基于SEIR模型和人工社会情景建立了新型冠状病毒疫情传播模型和人员接触网络模型;在天河超级计算机上运用多Agent计算实验方法进行大样本计算实验,模拟人工城市中社区、学校和工作场所等典型区域疫情传播,预测和评估复工复学后疫情传播风险。实验结果表明疫情防控要做好打持久战的准备,将应急措施作用到疫情发生相变之前。     

基于新冠病毒特征及防控措施的传播动力学模型

本文针对现有传染病传播动力学模型的不足,结合新冠病毒(2019-nCoV)特征及防控措施,建立一种新的包含"易感、未隔离潜伏期、已隔离潜伏期、确诊感染、无症状感染、确诊后治愈、无症状感染后治愈、因病死亡"等8个仓室的传染病模型.在模型中考虑状态转移参数的饱和特性,以模拟大量隔离患者对隔离点运行造成的压力、大量确诊患者给医院运行带来的压力.在参数配置方面,考虑状态转移参数在疫情不同发展阶段的时变特性,建立参数辨识模型并利用马尔可夫链蒙特卡罗算法进行求解.此外,从传播规模、传播峰值和传播峰值时间三个维度建立疫情传播风险指标,全面评估疫情传播风险.武汉和国外(美国、西班牙)疫情的案例分析表明,本模型相较于其他经典模型,能够准确拟合新冠肺炎(COVID-19)的传播趋势,揭示疫情传播机理.     

基于SEIiRD模型的COVID-19传播及防控仿真研究

随着新冠肺炎疫情在全世界各地传播，通过对其数据和传播机理的分析，已有SEIRD模型的基础上构建SEI_iRD模型，将感染人群分为无症状感染者、轻症感染者、重症感染者和危重症感染者，分析不同感染人群的传播率对疫情发展的影响。在拟合现实数据的基础上进行仿真实验，研究发现影响疫情发展的主要感染人群是无症状感染者和轻症感染者。在此基础上进一步分析了不同的无症状和轻症感染者的传播速率所造成感染人数和死亡人数的变化情况。针对介入干预时间对感染人数和死亡人数的影响进行了仿真分析。实验结果表明该模型能有效模拟新冠肺炎疫情传播规律，有助于防控职能部门实施相应的疫情防控策略提供决策支持。     

基于广义简约梯度算法的履带车辆模型参数修正

利用多体系统动力学软件RecurDyn建立了某型高速履带车辆的多刚体动力学模型。为提高模型的准确度,首先提出履带车辆动力学模型准确度静态和动态评价指标,使模型准确度量化;然后以模型主要参数为设计变量,以评价指标为响应进行归一化参数灵敏度分析,并根据分析结果确定模型修正参数;最后利用广义简约梯度优化算法分静态和动态两种工况对模型参数进行了修正。与实测值的对比结果表明,修正后履带车辆动力学模型的准确度明显提高,证明论文提出参数修正方法的可行性和有效性。该修正方法能够有效地提高履带车辆动力学模型的准确度和仿真结果的可信度,研究成果对履带车辆动力学建模与仿真工作具有重要的参考价值。     

城市疫情传播和复工强度建模及相关性分析

以多源大数据为基础构建模型,分析全国34个典型城市因疫情导致的人口迁徙变化和人力缺口,并通过迁徙基数推算其他各城市的复工强度。仿真结果证明SEIR仓室模型能够较好地模拟此次疫情发展趋势,利用其估计各城市内部新型冠状病毒感染肺炎的基本再生数,结合人力缺口对复工强度进行回顾性的矩阵分析,以总结我国此次抗疫经验。相关性分析阶段对K-means无监督聚类后的城市集群进行回归分析,结果表明对于大部分城市而言,复工强度的大小与其人力缺口、基本再生数以及人均GDP水平有明显的相关关系。     

基于系统动力学的民航CPS网络风险评估

为解决民航信息物理系统网络风险评估中风险的时间依赖性及复杂的耦合效应,以航油自控系统为例,提出一种基于系统动力学与关联分析相结合的评估方法.首先定义系统动力学表达式,利用系统安全状态函数达成评估目标一致性.进一步结合软因素将风险系统划分为网络风险、业务风险、人为风险和管理风险四个子系统,使用轻量级控件规则定义风险耦合,最后使用Vensim进行仿真分析.结果表明,基于系统动力学的网络风险评估方法相比于传统方法更关注风险耦合,评估结果更具有实时性,为解析风险动态演化机制、从根本上降低航油自控系统网络风险提供了科学依据.     

基于粒计算的突发性复合疫情风险评估模型构建

新冠(COVID-19)疫情的持续性扩散引发与其他传染病时空叠加的复合型风险,对我国突发性公共卫生事件的应急管理体系提出严峻考验.现有风险评估方法主要研究疫情风险因素独立作用产生的影响,不适用于现实中各风险因子叠加、耦合作用的复杂情形.本文首先建立粒计算情景层次模型,构建各粒层间的映射并藉此定义向上的泛化求解算法,提出“三层四段五情六粒”的风险评估-防控框架.其次采用2020年武汉市疫情发展数据与2020年广州市疫情演变的多风险因素数据,进行“市县-省-区域”三层复合风险求解的实证分析.以广州市疫情数据为例,将粒计算对比常用的层次分析法进行疫情风险评估.分析结果表明:1)长江中下游区域防控资源调度风险指数最高为55.85,珠江中下游区域防控资源调度风险指数最高为21.45,两地在防控资源调度风险指数上差值较大. 2)粒计算方法与层次分析法评估疫情经济损失风险上的结果基本一致,但在防控资源调度风险和新冠病毒传播风险上存在较大差距.由现实情况可验证粒计算模型的有效性.最后提出新冠病毒传播风险、疫情经济损失风险、防控资源调度风险三方面的防控措施,为更好实现疫情防控的应急管理提供建议参考.     

保护策略下双层耦合网络风险传播模型研究

为更好地提升功能,现实生活中的各类网络变得更加相互依赖,然而安全风险一旦爆发并在各子网之间不断地传播,将造成严重的损失。为降低风险在耦合网络中的传播,构建双层耦合的网络拓扑结构,对基于元胞自动机的风险传播模型进行改进,提出风险评估通用指标,以及两种保护策略降低风险传播,然后在3种演化网络模型和2种真实网络模型上进行仿真分析。仿真结果表明,耦合网络中的风险传播主要受子网拓扑结构的影响。WS-WS耦合网络具有最好的抗风险传播的能力,SF-SF耦合网络最差。在传播的初始阶段对部分节点进行保护可以提高网络抗风险能力。目标保护策略在作用速度上稍逊于随机保护策略,但在对感染规模的抑制方面优于随机保护策略。     

基于社会分工的流行病动力学建模与仿真研究

疫情预测是流行病防控体系中的重要一环,准确建立流行病演化动力学模型具有十分重要的意义。针对现有流行病建模方法中鲜有考虑群体中的社会分工问题,拟将整个群体划分为普通居民、社会服务人员和一线医务工作人员等三个子群,基于异质均匀混合理论,利用子群邻接矩阵表示个体间的接触关系,建立了流行病传播与演化的延时动力学模型。仿真结果表明,本文方法更符合实际情况,可为流行病动力学建模与仿真提供一种有效手段,对武汉疫情做了动力学建模与仿真分析。     

机载雷达射频隐身性能风险的计算模型

通过对基于综合战场感知的射频辐射的研究,构建射频辐射风险评估指标体系,建立相关指标的计算模型。引进施里海尔截获因子,研究机载雷达天线空域扫描方式发生捷变对射频隐身性能的影响,得到截获率基本公式。分析发射机对截获接收机的照射时间,截获接收机的帧时间,无线波束的覆盖面积,接收机密度等参数的关系,得到截获率计算模型,在此基础上可进行风险评估和风险规避,为实现射频辐射隐身性的对策研究提供了理论依据。最后,以仿真算例验证截获率计算模型。     

Degree Distribution Dynamics for Disease Spreading with Individual Awareness

Behavioral responses triggered by the perceived risk of experiencing the disease represent a key ingredient in the spread of epidemics across human population.In this paper,two forms of individual awareness(i.e.,the risk perception of an emerging epidemic) are addressed:Contact awareness that increases with individual contact number,and local awareness that increases with the fraction of infected contacts.By extending the probability generating functionology,the author shows that it is possible to track the evolution of the degree distributions among susceptible and infected individuals when the underlying network of contacts is represented by a semi-random configuration model.It is hopefully to shed some light on the dynamic aspects of networked epidemiological models.     

用信息扩散模型改进台风风险估计

频繁且随机发生的台风,其风险是概率风险,具有统计学的意义.用历史台风的损失记录作为样本来量化风险时,台风风险就是台风损失样本的平均值,它必等于由台风发生概率和易损性偶合估计出的损失期望值.当统计资料较少时,由于信息扩散模型能提高小样本的工作效率,消除用简单统计方法估计风险时出现的平缓和跳空现象,较好地表现统计规律,从而能改进台风风险的估计精度.按年分段形成的多个样本函数可用于计算物理意义明确的台风年度风险值,并可用信息扩散模型对其加以改进.蒙特卡罗法并不具有改进风险评估精度的功能.本文以浙江省部分历史台风资料为样本,演示了台风风险的估计.信息扩散模型的改进程度如何,将另文用计算机仿真的方法来加以检验.     

基于仿真的武器装备研制系统性能风险评估

性能风险是指在预定的资源条件（如费用和进度）下,研制系统从原有设计水平向较高性能设计水平演进过程中技术性能水平达不到预期要求所带来的风险。根据武器装备研制过程中各子系统活动的研制失败概率及相应的多反馈分支,建立图示评审技术随机网络仿真模型,通过设定仿真时钟实现对研制工期的约束。对仿真输出结果进行统计分析,建立在研制费用与研制工期约束下子系统级和项目级性能风险概率评估模型,分析项目级与子系统级性能风险概率分布之间的关系。最后,结合某武器装备研制项目给出详细的分析过程,并已验证仿真模型和风险评估模型的实用性和有效性。     

机翼结冰后人-机系统动态特性仿真与风险评估

机翼结冰导致气动特性改变,为了定量分析机翼结冰导致的飞行风险,提出了利用人-机系统数值仿真数据进行概率评估的方法.考虑结冰对临界迎角、升阻特性等的影响,通过建立非线性动力学仿真模型和特殊情况下驾驶员操纵副翼偏转模型,实现了机翼结冰后的人-机系统动态仿真.分析了非指令控制滚转不正常现象,并通过影响因子的概率分布模型,最终实现了飞行风险概率评估.     

几类传染病模型中基本再生数的计算

通过参考大量文献,系统整理了几类经典的传染病模型,并对传染病模型基本再生数的几种导出方法做了一个综述。文中综合了传染病动力学模型的分析方法和复杂网络理论,分别从基本再生数的定义,初始时刻染病者的单调性,正平衡点的存在性,无病平衡点的局部稳定性,即通过计算基本再生矩阵或者雅克比矩阵的特征值,数值模拟,这几个角度给出了基本再生数的导出方法,并举例说明了几类主要的传染病模型,特别是网络传播模型中基本再生数的计算方法,给出了基本再生数的特点,并对基本再生数时变的情况进行了具体分析。     

A probabilistic characterization of a fault-tolerant gossiping algorithm

Gossiping is a popular technique for probabilistic reliable multicast (or broadcast). However, it is often difficult to understand the behavior of gossiping algorithms in an analytic fashion. Indeed, existing analyses of gossip algorithms are either based on simulation or based on ideas borrowed from epidemic models while inheriting some features that do not seem to be appropriate for the setting of gossiping. On one hand, in epidemic spreading, an infected node typically intends to spread the infection an unbounded number of times (or rounds); whereas in gossiping, an infected node (i.e., a node having received the message in question) may prefer to gossip the message a bounded number of times. On the other hand, the often assumed homogeneity in epidemic spreading models (especially that every node has equal contact to everyone else in the population) has been silently inherited in the gossiping literature, meaning that an expensive membership protocol is often needed for maintaining nodes’ views. Motivated by these observations, the authors present a characterization of a popular class of fault-tolerant gossip schemes (known as “push-based gossiping”) based on a novel probabilistic model, while taking the afore-mentioned factors into consideration. This work is supported in part by the US National Science Foundation. The views and conclusions contained in the paper are those of the authors and should not be interpreted as, in any sense, the official policies or endorsements of the government or the agencies.     

基于数据场的复杂网络节点影响力建模与仿真

复杂网络节点影响力的研究是数据挖掘的重要组成部分。挖掘出复杂网络中有影响力的节点不仅具有重要的学术意义,且有助于抑制流行病的爆发、控制谣言的传播和推广电子商务产品等。通过选取每个节点的混合度分解值(Mixed Degree Decomposition,MDD)作为质量,将复杂网络抽象为数据场,结合数据场模型来识别有影响力的节点,并与一些著名的节点中心性方法进行对比。使用经典的传染病模型(Susceptible-Infected-Recovered,SIR)通过对比感染节点的数量来评估仿真性能。对实际网络的仿真实验结果表明,数据场模型能够有效的识别网络中有影响力的节点。     

面向任务的备件库存供应能力建模与仿真

基于备件库存在装备保障中的重要作用,提出了备件延期交货量、无延期交货概率、平均等待时间及短缺风险四个新的、能反映库存供应能力的指标,并建立了基于备件需求率的指标模型。在此基础上,利用Mento-Carlo法、数理统计、计算机仿真等理论建立了一种面向任务的备件库存供应能力仿真模型。实例表明该仿真模型能实现对库存供应能力指标的仿真,仿真结果不仅可以定量分析影响备件库存供应能力的因素,还可为确定合理备件库存策略,提高武器装备的保障能力提供决策依据。     

化工园区火灾爆炸风险网格矩阵叠加分析

为了研究化工园区火灾爆炸事故的个人风险和社会风险问题, 首先, 基于网格划分技术将评价区域划分成网格矩阵; 然后, 采用蒸气云爆炸模型(VCE)模型和沸腾液体扩展蒸气爆炸(BLEVE)模型公式分析事故后果严重程度; 第三, 运用风险叠加原理, 构建化工园区初始火灾爆炸引发连锁事故的死亡概率模型; 最后, 绘制基于风险概率叠加效应的个人风险概率图和社会风险概率图. 结果表明: 个人风险主要取决于危险源的物化特质、地理位置、事故概率等. 区域社会风险除取决于个人风险外, 还取决于人口数量. 基于网格划分及风险叠加耦合技术的化工园区火灾爆炸风险分析, 对有效采取防控措施, 阻断连锁途径起到重要作用.