[论文解读] From plague to coronavirus: On the value of ship traffic data for epidemic modeling

Katherine Hoffmann Pham, Miguel Luengo-Oroz|arXiv (Cornell University)|Mar 4, 2020

Maritime Navigation and Safety参考文献 5被引用 10

一句话总结

本文提出将自动识别系统（AIS）的船舶交通数据整合到流行病模型中，以改进疾病输入风险评估，尤其针对港口城市和岛国。通过分析实时和历史AIS数据，研究显示，海上航线——尤其是邮轮和货船——在疾病传播中起着显著作用，如2020年新冠肺炎大流行和2017年马达加斯加鼠疫暴发所示。

ABSTRACT

In addition to moving people and goods, ships can spread disease. Ship traffic may complement air traffic as a source of import risk, and cruise ships - with large passenger volumes and multiple stops - are potential hotspots, in particular for diseases with long incubation periods. Vessel trajectory data from ship Automatic Identification Systems (AIS) is available online and it is possible to extract and analyze this data. We illustrate this in the case of the current coronavirus epidemic, in which hundreds of infected individuals have traveled in ships captured in the AIS dataset. This real time and historical data should be included in epidemiological models of disease to inform the corresponding operational response.

研究动机与目标

• 为弥补流行病建模中的不足，纳入常被忽视的海上交通数据，相较航空交通数据而言，该数据常被忽略。
• 证明船舶，尤其是邮轮和货船，由于乘客数量多且航程长，可作为疾病传播的重要载体。
• 评估利用实时和历史AIS数据追踪海上航线潜在疾病传播的可行性和价值。
• 强调船舶交通在全球疾病传播中的作用，尤其针对潜伏期长或无症状传播的疾病。
• 倡导将船舶始发地-目的地矩阵整合到现有流行病建模框架中，以增强公共卫生准备能力。

提出的方法

• 利用联合国全球平台提供的实时和历史AIS数据，提取船舶轨迹，包括位置、速度、航向、船舶类型和标识符。
• 为访问特定港口（如马达加斯加和加那利群岛）的船舶构建始发地-目的地矩阵，以绘制潜在传播路线。
• 筛选AIS数据，识别2020年1月8日至21日期间在武汉50公里范围内以低于2节速度航行的船舶，以检测潜在的疾病输出路径。
• 通过历史AIS轨迹重建旅行路径并评估疫情风险，对具体案例（如Westerdam号邮轮和钻石公主号邮轮）进行分析。
• 将AIS数据与流行病学数据整合，评估通过海上运输传播疾病的可能性，特别是在岛国和河港城市。
• 通过补充乘客和船员载客量信息，增强船舶数据，以评估高流量船舶上的传播风险。

实验结果

研究问题

• RQ1 AIS数据在多大程度上能通过捕捉航空交通模型所忽略的海上传播路径，提升流行病风险建模的准确性？
• RQ2 船舶交通模式，尤其是邮轮和货船的交通模式，如何促进潜伏期长的疾病在国际间的传播？
• RQ3 海上交通在岛国和港口城市（如加那利群岛或马达加斯加）的疾病输入中扮演何种角色？
• RQ4 实时AIS数据能否用于支持新兴疾病暴发期间的公共卫生应急响应？
• RQ5 与仅依赖航空旅行数据的模型相比，纳入基于船舶的传播路径后，疾病传播的预测模式有何变化？

主要发现

• 2020年1月8日至21日期间，共有1,107艘船舶在低速状态下经过距离武汉50公里范围，表明可能存在通过河流和沿海航运路线传播疾病的风险。
• 在2017年马达加斯加鼠疫暴发期间，马达加斯加港口共有126艘船舶驶往56个国家，包括欧洲、非洲和亚洲目的地，显示出广泛的传播潜力。
• 2017年11月，有6艘邮轮访问马达加斯加，每艘船搭载超过1,200名乘客和船员，并访问多个国际港口，形成高风险接触点。
• Westerdam号邮轮载有2,257人，因新冠肺炎担忧被多个港口拒绝入境，其AIS轨迹被用于追踪潜在传播路径。
• 钻石公主号邮轮在日本被隔离，共确诊621例感染病例，凸显封闭式海上船舶上的高传播风险。
• AIS数据显示，经加那利群岛的船舶与56个国家相连，包括西班牙、英国和摩洛哥，突显渡轮交通在疾病输入中的作用。