專利名稱：一種突發(fā)生物事件現(xiàn)場危害評估模擬系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種評估模擬系統(tǒng)，特別是關(guān)于一種突發(fā)生物事件現(xiàn)場危害評估模擬 系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
自從“9 11”之后的炭疽郵件恐怖事件以來，恐怖襲擊逐漸為人們所熟知，美國 也加緊了生物安全早期判斷與應(yīng)急處置系統(tǒng)的開發(fā)與研制。目前美國至少有5種生物安 全系統(tǒng)在政府資助下進行研究，一種是輕型流行病學(xué)高級識別與應(yīng)急系統(tǒng)(Lightweight Epidemiology Advanced Detection and Emergency Response System,LEADERS)。另一是 采用人工智能技術(shù)開發(fā)的實時人群健康監(jiān)測器(Real TimePopulation Health Detector, RPHD)，該系統(tǒng)可將一定時期內(nèi)不同病人的相關(guān)數(shù)據(jù)進行整合，當(dāng)出現(xiàn)異常變化時，與一般 人群發(fā)病和相關(guān)衛(wèi)生標(biāo)準進行比較、分析，從而對疾病流行或受到生物恐怖襲擊的可能性 進行推測。Sandia國家實驗室、國家安全與軍控中心等單位聯(lián)合開發(fā)了快速綜合征確定系 統(tǒng)(Rapid Syndrome ValidationProject，RSVP)，基于網(wǎng)絡(luò)病例報告制度，當(dāng)新病例滿足自 發(fā)或人為疾病的6個癥狀中任何一個時，醫(yī)生就可以進行報告，以進行預(yù)警；該系統(tǒng)還建立 了疾病流行和暴發(fā)的地理信息系統(tǒng)(GIS)數(shù)據(jù)庫，提供詳細的衛(wèi)生情況介紹，輸入人口統(tǒng) 計學(xué)數(shù)據(jù)包括年齡范圍與郵政編碼等通過點擊一系列表示癥狀的圖標(biāo)，就可以得到一個依 據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r的病例最佳預(yù)測分析結(jié)果。在此基礎(chǔ)上，還研制了生物監(jiān)測、分析、反饋、評估與 反應(yīng)系統(tǒng)(Bio-Surveillance Analysis,Feedback,Evaluation,and Response,B-SAFER), 向RVSP中加入非傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)來源，例如打往護理熱線、急診室和毒物中心的電話等，這樣 監(jiān)測和判斷就可以提前數(shù)天到數(shù)周。其它正在開發(fā)的系統(tǒng)包括匹茲堡大學(xué)醫(yī)學(xué)院生物醫(yī)學(xué) 信息中心的實時疫情監(jiān)測系統(tǒng)(Real-time Outbreak DetectionSystem, RODS)，約翰 霍 普金斯大學(xué)研制的流行病早期報告電子監(jiān)測系統(tǒng)(ElectronicSurveillance System for the Early Notification of Community Based Epidemics, ESSENCE II)。我國國內(nèi)對于上述系統(tǒng)的研制僅能得到定性的描述，總體水平與國外一些發(fā)達國 家相比還有相當(dāng)大的差距。我國曾對衛(wèi)生學(xué)和一般傳染病流行病學(xué)數(shù)據(jù)進行了收集與整 理，可以基本滿足防疫防護的要求。但這些研究在生物危害評估方面應(yīng)用性不強，不能滿足 危害事件發(fā)生后對危害進行評估的應(yīng)用要求。我國目前對于生物危害事件的性質(zhì)判斷和對 疫情的分析，以及對于生物危害事件影響的范圍、人口等的評估主要還是依靠相關(guān)專家、依 靠經(jīng)驗，還沒有一種可以利用的生物危害評估系統(tǒng)可以應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種可視化，攜帶方便，易于操作，并能為防 疫人員提供準確的生物危害信息的突發(fā)生物事件現(xiàn)場危害評估模擬系統(tǒng)。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種突發(fā)生物事件現(xiàn)場危害評估模 擬系統(tǒng)，其特征在于，包括一信息接收模塊，用于接收危害現(xiàn)場的生物危害數(shù)據(jù)；一危害初步評估模塊，用于根據(jù)所述信息接收模塊輸入的生物危害數(shù)據(jù)，計算出病原微生物的最 大危害縱深、危害寬度和危害面積；一 GPS模塊，用于根據(jù)所述危害初步評估模塊輸入的最 大危害縱深、危害寬度和危害面積，在全國行政區(qū)劃圖上定位出病原微生物地理污染區(qū)域; 一信息存儲模塊，用于存儲有全國的柵格人口數(shù)據(jù)；一危害計算模塊，用于根據(jù)所述GPS模 塊輸入的病原微生物地理污染區(qū)域，從所述信息存儲模塊中調(diào)取出所述病原微生物地理污 染區(qū)域內(nèi)的柵格人口數(shù)據(jù)，并計算出所述病原微生物地理污染區(qū)域內(nèi)受感染和感染后發(fā) 病、死亡的人數(shù)；一危害顯示模塊，將所述GPS模塊定位出的病原微生物地理污染區(qū)域、以 及所述危害計算模塊計算出的病原微生物地理污染區(qū)域內(nèi)受感染和發(fā)病、死亡人數(shù)在全國 行政區(qū)劃圖上進行顯示。所述信息接收模塊接收到的危害現(xiàn)場的生物危害數(shù)據(jù)包括現(xiàn)場氣溶膠的施放方 式、地形、降水、免疫接種情況、預(yù)防情況、現(xiàn)場大氣條件和風(fēng)速因素中的一種或多種；所述 病原微生物包括炭疽芽孢桿菌、鼠疫耶爾森菌、土拉熱弗朗西斯菌、布魯氏桿菌、鼻疽伯克 霍爾德菌和類鼻疽伯克霍爾德菌中的一種或多種。所述危害初步評估模塊計算出t時刻點源或線源施放下病原微生物的最大危害 縱深的表達式為L(t) = v t u w q+rt時刻點源施放下病原微生物的最大危害寬度的表達式為ff(t) = 0. 72 v t u+2. 72 rt時刻點源施放下病原微生物的最大污染面積采用梯形法計算其表達式為S(t) = [2r+W(t)] XL(t)+2t時刻線源施放下病原微生物的最大污染區(qū)面積的表達式為
0 , “、2-I2-sin20°
S = 1 ■ L(t) ■ cos a + ——；---；-
sin2 70° —tan2 a cos2 70°式中，L(t)是t時下風(fēng)危害縱深；v是氣溶膠擴散速度；u是地形校正系數(shù)，w是降 水校正系數(shù)，q是風(fēng)速校正系數(shù)，r是襲擊半徑；S(t)表示t時刻污染區(qū)的面積；W(t)表示 t時刻下風(fēng)危害寬度；1是線源的長度，a是線源與風(fēng)向的垂直方向的夾角。所述危害計算模塊計算出不具有傳染性的日累積發(fā)病人數(shù)為Nf =YN)
j=i不具有傳染性的日累計死亡人數(shù)為
i聞=K’
7=1式中，iVj表示第j天新增病例數(shù)，<表示第j天死亡人數(shù)，i、j代表天數(shù)，j =丄… i， i 彡 1 ；具有傳染性的日累計發(fā)病人數(shù)為；
M
具有傳染性的日累計死亡人數(shù)為
i
j=i式中，iV；為第j天的新增發(fā)病人數(shù)，<為日新增死亡人數(shù)，i、j代表天數(shù)，j =丄…
i, i ^ lo—種突發(fā)生物事件現(xiàn)場危害評估模擬系統(tǒng)，其特征在于，包括一信息接收模塊， 用于接收危害現(xiàn)場的生物危害數(shù)據(jù)；一危害初步評估模塊，用于根據(jù)所述信息接收模塊輸 入的生物危害數(shù)據(jù)，計算出水源病原體污染的最大河流面積和河流寬度；一 GPS模塊，其根 據(jù)所述危害初步評估模塊計算出的水源病原體污染的最大河流面積和寬度，在全國行政區(qū) 劃圖上定位出河流污染的范圍；一信息存儲模塊，用于存儲有全國的柵格人口數(shù)據(jù)；一危 害計算模塊，其根據(jù)所述GPS模塊定位出的河流污染范圍，從所述信息存儲模塊中調(diào)取出 該河流周圍的柵格人口數(shù)據(jù)，并計算出水源病原體地理污染區(qū)域內(nèi)受感染及感染后發(fā)病、 死亡人數(shù)；一危害顯示模塊，將所述GPS模塊定位出的河流污染范圍、以及所述危害計算模 塊計算出的感染水源病原體及發(fā)病、死亡的人數(shù)在全國行政區(qū)劃圖上進行同步顯示。所述信息接收模塊接收到的危害現(xiàn)場的各種數(shù)據(jù)包括污染物的種類、污染物擴散 速度、水流速度、河流平均水深、污染物總量中的一種或多種；所述水源病原體包括霍亂弧 菌、傷寒和副傷寒桿菌中的一種或多種。所述危害初步評估模塊計算出當(dāng)在河流中心施放時，所述水源病原體污染的最大面積Sm的公式為
c MSm =77^;
hC0e所述水源病原體的最大污染寬度的公式為ff(tm) = 2tmDy ；式中，M是污染物總量；h是河流平均水深；Dy是y軸的擴散系數(shù)；Q是一評估危害 的臨界值；當(dāng)在河邊施放時，所述水源病原體的最大污染面積Sm的公式為
c MSm =——；
hC0e所述水源病原體的最大污染寬度的公式為ff(tm) = tmDy ；式中，M是污染物總量；h是河流平均水深；Dy是y軸的擴散系數(shù)；Q是一評估危害 的臨界值。一種突發(fā)生物事件現(xiàn)場危害評估模擬系統(tǒng)，其特征在于，包括一信息接收模塊， 用于接收初始投放信箱、對郵件進行初級處置的當(dāng)?shù)剜]政所、郵件中轉(zhuǎn)地區(qū)中心郵政局、終 點地區(qū)的郵政局和收件人所在地及場所的信息；一危害初步評估模塊，根據(jù)所述信息接收 模塊輸入的數(shù)據(jù)，計算出直接接觸攜帶炭疽郵件的人數(shù)，以及帶菌郵件在郵寄過程中在各 轉(zhuǎn)郵點對其它郵件造成的二次、三次乃至多次污染的情況；一危害計算模塊，根據(jù)實施危害 初步評估模塊初步計算出的污染情況，結(jié)合收信者年齡、接收郵件的概率和炭疽對不同年 齡人群致病劑量等信息，計算出感染炭疽的人數(shù)；一危害顯示模塊，其同步顯示所述危害計算模塊計算出的感染炭疽的人口數(shù)值。所述危害初步評估模塊初步確認的第五轉(zhuǎn)郵點k = 2炭疽孢子等級的全部郵件數(shù) 量為L[5]k = G[5]kl第五轉(zhuǎn)郵點k = 3炭疽孢子等級的全部郵件數(shù)量為L[5]k = G[5]kl+G[5]k2第五轉(zhuǎn)郵點，k = 4炭疽孢子等級的全部郵件數(shù)量為L [5] k = G [5] kl+G [5] k2+G [5] k3式中，G[5]kl是由初始污染郵件在第5個轉(zhuǎn)郵點各個孢子等級的交叉污染郵件數(shù) 量，G[5]k2是由k = 2孢子等級的污染郵件在第5個轉(zhuǎn)郵點各個孢子等級的交叉污染郵件 數(shù)量，G[5]k3是由k = 3孢子等級的污染郵件在第5個轉(zhuǎn)郵點各個孢子等級的交叉污染郵 件數(shù)量。所述危害計算模塊計算出的總的感染炭疽孢子的人數(shù)是 _9] W^ZLII—^，其中， A[5]2n = 0. 5f [n] (Pr [n] (I [5] 103) +Pr [n] (I [5] 104))E[5]L[5]2,
A [5] 3n = 0. 5f [n] (Pr [n] (I [5] 102) +Pr [n] (I [5] 104)) E [5] L [5] 3，A [5] 4n = 0. 5f [n] (Pr [n] (1) +Pr [n] (I [5] 102)) E [5] L [5] 4 ；式中，A[5]2n、A[5]3n、A[5]4n分別是在第五轉(zhuǎn)郵點k = 2、3、4孢子等級的交叉污染 郵件引起的吸入性炭疽病例數(shù)，E[5]表示在第五轉(zhuǎn)郵點每一封郵件接觸的人數(shù)，I [5]表示 接觸者從郵件上吸入炭疽孢子數(shù)量比例，L[5]2、L[5]3、L[5]4*別表示在第五轉(zhuǎn)郵點k = 2、 3、4孢子等級的污染郵件的總數(shù)。本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點1、由于本發(fā)明中采用 PDA (Personal Digital Assistant，個人數(shù)字助理)作為操作平臺，并在PDA中預(yù)置了信息 接收模塊、危害初步評估模塊、危害計算模塊、危害顯示模塊，和/或GPS模塊及信息存儲模 塊，因此當(dāng)?shù)弥l(fā)生危害事件后，操作人員可以迅速攜帶本發(fā)明深入現(xiàn)場進行評估操作。2、 本發(fā)明在對氣溶膠形式和水源擴散式的病原微生物的感染人數(shù)進行評估時，只要通過操作 人員或者其他采集設(shè)備向PDA中的信息接收模塊輸入危害現(xiàn)場的各種數(shù)據(jù)，就可以通過危 害初步評估模塊計算出病原微生物的最大危害縱深、危害寬度、危害面積，GPS模塊可以根 據(jù)初步評估的最大危害縱深、危害寬度、危害面積，在全國行政區(qū)劃上定位出病原微生物地 理污染區(qū)域，并由危害計算模塊根據(jù)病原微生物地理污染區(qū)域，從信息存儲模塊中調(diào)取病 原微生物地理污染區(qū)域內(nèi)的人口總數(shù)，計算出病原微生物地理污染區(qū)域內(nèi)受感染和感染后 發(fā)病、死亡人數(shù)，由危害顯示模塊將計算結(jié)果同步顯示出來。3、本發(fā)明在對感染以郵件形式 施放的炭疽的人數(shù)進行評估時，只要通過操作人員或其他采集設(shè)備向PDA中的信息接收模 塊輸入初始投放信箱、對郵件進行初級處置的當(dāng)?shù)剜]政所、郵件中轉(zhuǎn)地區(qū)中心郵政局、終點 地區(qū)的郵政局、收件人所在地及場所等信息，就可以通過危害初步評估模塊計算出直接接 觸攜帶炭疽郵件的人數(shù)，以及帶菌郵件在郵寄過程中在各郵政轉(zhuǎn)郵點對其它郵件造成的二 次、三次乃至多次污染的情況；并由危害計算模塊根據(jù)收信者年齡、接收郵件的概率和炭疽 對不同年齡人群致病劑量等信息，計算出感染炭疽的人數(shù)，由危害顯示模塊將感染炭疽的 人數(shù)同步顯示出來。4、由于本發(fā)明操作簡單，評估結(jié)果直觀，因此防疫人員即使在不懂?dāng)?shù)學(xué)模型的情況下，依然可以在最短的時間內(nèi)對危害做出評估。5、由于本發(fā)明與全國行政區(qū)劃 結(jié)合，同時加入全國實際柵格人口數(shù)據(jù)，因此得出的結(jié)果更加真實可信。本發(fā)明可以廣泛地 應(yīng)用于發(fā)生生物危害襲擊事件時的應(yīng)急處理中。


圖1是本發(fā)明中實施例1和2的結(jié)構(gòu)示意2是本發(fā)明中實施例3的結(jié)構(gòu)示意圖
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細的描述。本發(fā)明系統(tǒng)以PDA作為操作平臺，通過現(xiàn)場采集的各種生物危害數(shù)據(jù)，對生物危 害進行評估計算，為防疫人員提供準確的生物危害信息，以便于防疫人員作出決策。實施例1 對氣溶膠形式的病原微生物的感染人數(shù)進行評估氣溶膠是指固體或液體微粒懸浮在空氣中所形成的膠體系統(tǒng)，人工施放氣溶膠是 一種重要的生物危害方式。氣溶膠病原微生物主要包括炭疽芽孢桿菌、鼠疫耶爾森菌、土拉 熱弗朗西斯菌、布魯氏桿菌、鼻疽伯克霍爾德菌和類鼻疽伯克霍爾德菌等病原微生物中的 一種或多種。如圖1所示，本實施例包括一信息接收模塊1、一危害初步評估模塊2、一 GPS (Navigation Satellite Timing And Ranging Global Position System，全球定位系 統(tǒng))模塊3、一信息存儲模塊4、一危害計算模塊5和一危害顯示模塊6。本實施例的信息接收模塊1用于接收危害現(xiàn)場的生物危害數(shù)據(jù)，生物危害數(shù)據(jù)可 以是由工作人員現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)，也可以是接收到的其他設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)，例如由采集設(shè) 備采集得到數(shù)據(jù)后發(fā)送到該模塊?，F(xiàn)場的生物危害數(shù)據(jù)包括現(xiàn)場氣溶膠的施放方式、地形、 降水、免疫接種情況、預(yù)防情況、現(xiàn)場大氣條件和風(fēng)速因素等。其中，現(xiàn)場氣溶膠的施放方式 又包括點源施放和線源施放，點源施放又分為單點源和多點源，線源施放分為空中線源和 地面線源。本實施例只考慮單一點源和空中線源兩種施放方式，其中以單一點源為基礎(chǔ)。如表1所示，地表情況分為平原、密林、叢林、雨林、丘陵、山地，地形不同，氣溶膠 移行的距離就不同，進而污染區(qū)面積也不同，根據(jù)地表的不同情況和恐怖劑的施放方式需 要利用地表修正系數(shù)u進行修正。降水情況影響到生物恐怖劑的衰亡，可以根據(jù)降水情況 用降水修正系數(shù)w進行修正。免疫接種情況較為復(fù)雜，根據(jù)接種時間的長短，免疫的保護作 用不同。為了削弱免疫時間的影響，對于免疫人員感染情況由免疫校正系數(shù)體現(xiàn)，一般免疫 校正系數(shù)n為50%。預(yù)防情況指有無開展預(yù)防教育，是否采取了個人防護手段。根據(jù)預(yù)防 情況確定預(yù)防校正系數(shù)y 當(dāng)有面具，訓(xùn)練良好時，預(yù)防修正系數(shù)y = 10% ；有面具，訓(xùn)練 不良時，預(yù)防修正系數(shù)y = 25%;無面具時不修正。地形、降水情況、目標(biāo)區(qū)域人員的免疫 情況和個人防護情況與現(xiàn)場氣溶膠的施放方式相對應(yīng)的校正系數(shù)如下說明書 如表2所示，現(xiàn)場大氣條件包括等溫和逆溫情況。風(fēng)速影響到氣溶膠的擴散距離 和氣溶膠的濃度，一般風(fēng)速指實際測量2m處的風(fēng)速?？罩胁煌叨忍幍娘L(fēng)速不同，為此，引 入風(fēng)速校正因子。在施放高度低于50m時不需要校正，而當(dāng)施放高度高于50m時，根據(jù)高度 利用風(fēng)速校正因子q進行校正，校正結(jié)果如下表所示 本實施例的危害初步評估模塊2根據(jù)信息接收模塊1輸入的生物危害數(shù)據(jù)，計算 出病原微生物最大危害縱深、危害寬度和危害面積。危害初步評估模塊2計算出的最大危 害縱深、危害寬度和危害面積的具體表達式分別如下t時刻點源或線源施放下病原微生物的最大危害縱深的表達式為L (t) = v t u w q+r(1)上式中，L(t)是t時下風(fēng)危害縱深；v是氣溶膠擴散速度；u是地形校正系數(shù)，w是 降水校正系數(shù)，q是風(fēng)速校正系數(shù)，r是襲擊半徑。t時刻點源施放下病原微生物的最大危害寬度的表達式為ff(t) = 2[L(t) 'tg20° +r] = 2[(v *t *u+r) 'tg20° +r] =0. 72 *v *t *u+2. 72 *r ⑵t時刻點源施放下病原微生物的最大污染面積采用梯形法計算其表達式為S ( t ) = [2r + W(t)]XL(t)+2 ⑶
式中，S(t)表示t時刻污染區(qū)的面積；W(t)(如式(2))表示t時刻下風(fēng)危害寬度； L(t)(如式(1))表示t時刻下風(fēng)危害縱深；r表示襲擊區(qū)半徑。t時刻線源施放下病原微生物的最大污染區(qū)面積的表達式為 上式中，1是線源的長度，L(t)(如式(1))是下風(fēng)危害縱深，a是線源與風(fēng)向的垂 直方向的夾角。本實施例的GPS模塊3根據(jù)危害初步評估模塊2輸入的危害縱深、危害寬度、危害 面積，在全國行政區(qū)劃(中國行政區(qū)劃分，即各省、市、縣的劃分)圖上定位出病原微生物地 理污染區(qū)域。本實施例的信息存儲模塊4中存儲有全國的柵格人口數(shù)據(jù)，即全國行政區(qū)劃中各 區(qū)域?qū)?yīng)的人口密度。本實施例的危害計算模塊5根據(jù)GPS模塊3輸入的病原微生物地理污染區(qū)域，從 信息存儲模塊4中調(diào)取出該病原微生物地理區(qū)域內(nèi)的柵格人口數(shù)據(jù)，并計算出病原微生物 地理污染區(qū)域內(nèi)受感染和感染后發(fā)病、死亡的人數(shù)。危害計算模塊5計算出的第一代感染人數(shù)為N = (No-Nr^ X n -N3) X a X ^ X u(4)式中，N表示污染區(qū)域內(nèi)的第一代感染人數(shù)；隊表示污染區(qū)域內(nèi)總的人口數(shù)諷表 示污染區(qū)域內(nèi)采取集體防護的人數(shù)；N2表示污染區(qū)域內(nèi)免疫的人數(shù)；N3表示污染區(qū)域內(nèi)藥 物防護人數(shù)；n表示免疫校正系數(shù)；a表示傷員占傷亡總數(shù)百分比；0表示殺傷率；U表 示預(yù)防校正系數(shù)。由于傳染性病原微生物還會引起繼發(fā)感染，因此根據(jù)第一代感染人數(shù)計算生物武 器襲擊后的感染人數(shù)、發(fā)病人數(shù)和死亡人數(shù)，對于后續(xù)的防治指揮和醫(yī)療資源的調(diào)配與準 備具有非常重要的意義。危害計算模塊5對不具有傳染性的病原微生物的發(fā)病、死亡人數(shù)的計算情況如 下(1)日新增發(fā)病人數(shù)的計算公式如下TV/ = TV。x 只 i = 1，2，. n(5)上式中，TV,1表示第i天發(fā)病人數(shù)；隊表示污染區(qū)域內(nèi)總的人口數(shù)；Pi表示感染人員 在第i天發(fā)病的百分比。(2)日新增死亡人數(shù)的計算公式如下N^=Njx pd(6)上式中，<表示第i天死亡人數(shù)，代1如公式(5)所示，pd表示病死率。(3)日累積發(fā)病人數(shù)的計算公式如下 上式中，iV)(如公式(5)所示)表示第j天新增病例數(shù)，i、j代表天數(shù)，j =丄… Hi 彡 1。
(4)日累計死亡人數(shù)的計算公式如下 7=1上式中，如公式(6)所示)表示第j天死亡人數(shù)，i、j代表天數(shù)，j = 1-i, 一般i彡1。如果生物恐怖劑具有傳染性，那么，感染人員還會將疾病傳染給與其接觸過的人 員。此時除考慮第一代感染人數(shù)外，還得考慮由于接觸第一代感染人員而造成感染的人員， 即第二代感染人員。本實施例考慮到以下因素第一代感染人數(shù)、人員接觸率、疾病的傳播 率、潛伏期、發(fā)病時間、不同潛伏期天內(nèi)發(fā)病的百分比和病死率。危害計算模塊5對具有傳 染性的病原微生物的發(fā)病、死亡人數(shù)的計算情況如下(1)日新增發(fā)病人數(shù)與潛伏期內(nèi)每天發(fā)病的百分比Pi、潛伏期的長度T、污染區(qū)域 內(nèi)總的人口數(shù)隊有關(guān)。
①當(dāng)i < T時，日新增發(fā)病人數(shù)計算公式為 ②當(dāng)i > T時，日新增發(fā)病人數(shù)計算公式為
(10)上式中，表示第i_j天新增感染人數(shù)，Pj是潛伏期內(nèi)每天發(fā)病的百分比，i、j代 表天數(shù)，j = l*"i，一般i彡1。(2)假設(shè)發(fā)病即傳染，而且發(fā)病人員在一天內(nèi)收治，則第i天日新增感染人數(shù)計算 公式為
(11)式中，隊為第i天日新增感染人數(shù)，代1為當(dāng)日新增發(fā)病人數(shù)(如公式(9)和(10) 所示)，X為人員接觸率，t為疾病的傳播率。(3)日累計發(fā)病人數(shù)的計算公式如下(12) 式中，iV,2為日累計發(fā)病人數(shù)，<為第j天的新增發(fā)病人數(shù)(如公式(9)和(10)所 示)，i、j代表天數(shù)，j = 1…i，一般i彡1。(4)日累計感染人數(shù)的計算公式如下 式中，為日累計感染人數(shù)， 為第j天日新增感染人數(shù)(如公式(11)所示)，i、 j代表天數(shù)，j = l…i，一般i>l。(5)日新增死亡人數(shù)的計算公式如下N" pd(14)式中，<為日新增死亡人數(shù)，iV)為日新增發(fā)病人數(shù)(如公式(9)和(10)所示)，pd為疾病的病死率。(6)日累積死亡人數(shù)的計算公式如下 式中，iV,5為日累積死亡人數(shù)，<為日新增死亡人數(shù)(如公式(14)所示)，i、j代表 天數(shù)，j = l*"i，一般i彡1。本實施例的危害顯示模塊6將GPS模塊3定位出的病原微生物地理污染區(qū)域、以 及危害計算模塊5計算出的病原微生物地理污染區(qū)域內(nèi)受感染和發(fā)病、死亡人數(shù)在全國行 政區(qū)劃圖上進行顯示。實施例2 對水源擴散式病原體的感染人數(shù)進行評估水源擴散式病原體是由水源毒物泄漏或水源恐怖襲擊事件造成，并通過河流進行 擴散的病原體。水源病原體主要包括霍亂弧菌、傷寒和副傷寒桿菌等引起消化道傳染病的 病原體中的一種或多種。如圖1所示，本實施例也包括信息接收模塊1、危害初步評估模塊2、GPS模塊3、信 息存儲模塊4、危害計算模塊5和危害顯示模塊6。本實施例的信息接收模塊1用于接收危害現(xiàn)場的生物危害數(shù)據(jù)，生物危害數(shù)據(jù)可 以是由工作人員現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)，也可以是接收到的其他設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)，例如由采集設(shè) 備采集得到數(shù)據(jù)后發(fā)送到該模塊。危害現(xiàn)場的生物危害數(shù)據(jù)包括污染物的種類、污染物擴 散速度、水流速度、河流平均水深、污染物總量等中的一種或多種。污染物種類包括化學(xué)和 生物污染物，化學(xué)污染物比較簡單，在傳播過程中，只需考慮濃度的影響即可；而生物污染 物的擴散，除了遵從擴散規(guī)律外，還必須考慮其微生物本身的衰亡等因素，這是個十分復(fù)雜 的過程，本實施例假設(shè)不考慮其衰亡。污染物擴散速度的快慢，直接影響污染物的濃度，從 而影響毒物的最大污染面積。水流速度影響河流的最大污染長度。河流平均水深是污染物 擴散的重要影響因素，水深越大，最大污染范圍越小。本實施例的危害初步評估模塊2根據(jù)信息接收模塊1輸入的生物危害數(shù)據(jù)，計算 出水源病原體污染的最大河流面積和河流寬度。當(dāng)在河流中心施放時，水源病原體達到最大污染面積時的時間tm公式為 式中，M是污染物總量，其根據(jù)不同的毒物單位不同；h是河流平均水深(m) ；Dx、Dy 分別是x軸和y軸的擴散系數(shù)(也就是毒物在x，y方向的擴散速度，針對不同的毒物取值 不同)；Q是某一評估危害的臨界值，即某一生物危害劑產(chǎn)生危害的最小濃度，其與水源病 原體相關(guān)。水源病原體污染的最大面積Sm的公式為 水源病原體的最大污染寬度的公式為ff(tm) = 2tmDy(18)當(dāng)在河邊施放時，水源病原體達到最大污染面積時的時間tm公式為
⑶)水源病原體的最大污染面積Sm的公式為Sm=^r-(20)水源病原體的最大污染寬度的公式為ff(tm) = tmDy(21)本實施例的GPS模塊3根據(jù)病原體污染的最大河流面積和河流寬度，在全國行政 區(qū)劃圖上定位出河流污染的范圍。本實施例的信息存儲模塊4用于存儲有全國的柵格人口數(shù)據(jù)。本實施例的危害計算模塊5根據(jù)GPS模塊3輸入的河流污染的范圍，從信息存儲 模塊4中調(diào)取出該河流周圍的柵格人口數(shù)據(jù)，并計算出水源病原體地理污染區(qū)域內(nèi)受感染 及感染后發(fā)病、死亡人數(shù)。本實施例的危害顯示模塊6將GPS模塊3定位出的河流污染范圍、以及危害計算 模塊5計算出的感染水源病原體及發(fā)病、死亡的人數(shù)在全國行政區(qū)劃圖上進行同步顯示。實施例3 對以郵件形式施放的炭疽的人數(shù)進行評估如圖2所示，本實施例包括一信息接收模塊7、一危害初步評估模塊8、一危害計算 模塊9和一危害顯示模塊10。本實施例的信息接收模塊7用于接收初始投放信箱、對郵件進行初級處置的當(dāng)?shù)?郵政所、郵件中轉(zhuǎn)地區(qū)中心郵政局、終點地區(qū)的郵政局和收件人所在地及場所(比如家 庭、企業(yè)和辦公室)等五個轉(zhuǎn)郵點的信息。本實施例的危害初步評估模塊8根據(jù)信息接收模塊1輸入的數(shù)據(jù)，計算出直接接 觸攜帶炭疽郵件的人數(shù)，以及帶菌郵件在郵寄過程中在各轉(zhuǎn)郵點對其它郵件造成的二次、 三次乃至多次污染的情況。危害計算模塊9根據(jù)危害初步評估模塊8初步計算出的污染情 況，結(jié)合收信者年齡、接收郵件的概率和炭疽對不同年齡人群致病劑量等信息，計算出感染 炭疽的人數(shù)。上述實施例中，危害初步評估模塊8初步確認的每一個轉(zhuǎn)郵點中被污染郵件的數(shù) 量可以用一個向量矩陣表示L[m]k = [！^！！^，！^?。，！^??！^，！^！^丄，！??！表示轉(zhuǎn)郵點的序號，?。?！二 1、2、3、4、5，例如
m = 1表示初始轉(zhuǎn)郵點；k表示炭疽孢子等級，k = 1、2、3、4，其中k = 1表示郵件含有數(shù)量 大于10"1個炭疽孢子，k = 2表示郵件含有數(shù)量為103 104個炭疽孢子，k = 3表示郵件 含有數(shù)量為102 103個炭疽孢子，k = 4表示郵件含有數(shù)量為10 102個炭疽孢子。即^[mL 第m轉(zhuǎn)郵點含有101(1個炭疽孢子的原始郵件；L[m]2 第m轉(zhuǎn)郵點含有103 104個炭疽孢子的郵件；L[m]3 第m轉(zhuǎn)郵點含有102 103炭疽孢子的郵件；L[m]4 第m轉(zhuǎn)郵點含有10 102個炭疽孢子的郵件。而下式中，C[n]為第L[m]k組件從第m轉(zhuǎn)郵點到第m+1轉(zhuǎn)郵點所產(chǎn)生的污染郵件 的平均數(shù)，由此構(gòu)成一系列轉(zhuǎn)移矩陣，C[n]的矩陣元是C[n]kj。其中，n= l、2、3、4，j = 1、 2、3、4，k物理意義同上。
從第m轉(zhuǎn)郵點到第m+1轉(zhuǎn)郵點所產(chǎn)生的污染郵件的平均數(shù)為 /
C[n]= 交叉污染郵件的計算如下
由初始污染郵件直接產(chǎn)生的在各轉(zhuǎn)郵點各個孢子等級的交叉污染郵件數(shù)量為
G[m]klm-1 m\=\(27)
式(27)中力是初始污染郵件數(shù)量(以下物理意義均相同)，!11 = 2、3、4、5沽=2、 由k = 2孢子等級的污染郵件直接產(chǎn)生的在各轉(zhuǎn)郵點各個孢子等級的交叉污染郵
量為
由k = 3孢子等級的污染郵件直接產(chǎn)生的在各轉(zhuǎn)郵點各個孢子等級的交叉污染郵
15/m-3 m-2 m-\G[ot]43Yj Sc[wl]2ic[w2]32c[w3]43(29)
ml=lm2=wl+l m3=w2+l式(29)中， 污染郵件總量的計算情況如下第五轉(zhuǎn)郵點k = 2炭疽孢子等級的全部郵件數(shù)量為 式(30)中，G[5]kl是由初始污染郵件在第5個轉(zhuǎn)郵點各個孢子等級的交叉污染郵 件數(shù)量，求和公式上方的“5-1”表示郵件轉(zhuǎn)到下一個轉(zhuǎn)郵點的數(shù)量隨著郵件的傳遞逐步減 少，每到達一個轉(zhuǎn)郵點，則其轉(zhuǎn)到下一個轉(zhuǎn)郵點的數(shù)量就減少一個。第五轉(zhuǎn)郵點k = 3炭疽孢子等級的全部郵件數(shù)量為
=2式(31)中，G[5]k2是由k = 2孢子等級的污染郵件在第5個轉(zhuǎn)郵點各個孢子等級 的交叉污染郵件數(shù)量。第五轉(zhuǎn)郵點，k = 4炭疽孢子等級的全部郵件數(shù)量為肌=印]+啊2 + G[5]i3 式(32)中，G[5]k3是由k = 3孢子等級的污染郵件在第5個轉(zhuǎn)郵點各個孢子等級 的交叉污染郵件數(shù)量。危害計算模塊9計算出感染炭疽的人數(shù)如下在第五轉(zhuǎn)郵點k = 2孢子等級的交叉污染郵件引起的吸入性炭疽病例數(shù)為A [5] 2n = 0. 5f [n] (Pr [n] (I [5] 103) +Pr [n] (I [5] 104)) E [5] L [5] 2(34)在第五轉(zhuǎn)郵點由k = 3孢子等級的交叉污染郵件引起的吸入性炭疽病例數(shù)為
A [5] 3n = 0. 5f [n] (Pr [n] (I [5] 102) +Pr [n] (I [5] 104)) E [5] L [5] 2(35)在第五轉(zhuǎn)郵點由k = 4孢子等級的交叉污染郵件引起的吸入性炭疽病例數(shù)為 [ 上式中，代表四個年齡組；E[5]表示在第五轉(zhuǎn)郵點每一封郵件接觸的人數(shù)，E[5] =1. 5 ；1[5]表示接觸者從郵件上吸入炭疽孢子數(shù)量比例，如I [5] = 0. 03 ；1^[5]2表示在第 五轉(zhuǎn)郵點k = 2孢子等級的污染郵件的總數(shù)；L[5]3表示在第五轉(zhuǎn)郵點k = 3孢子等級的污 染郵件的總數(shù)；L[5]4表示在第五轉(zhuǎn)郵點k = 4孢子等級的的污染郵件的總數(shù)。因此，總的感染炭疽孢子的人數(shù)是 式中，A[5]to表示在第五個轉(zhuǎn)郵點由含第k炭疽孢子等級的交叉污染郵件引起的 吸入性炭疽病例數(shù)。
本實施例中危害顯示模塊10同步顯示危害計算模塊9計算出的感染炭疽的人口 數(shù)值。上述各實施例僅用于說明本發(fā)明，其中各部件的結(jié)構(gòu)、連接方式等都是可以有所 變化的，凡是在本發(fā)明技術(shù)方案的基礎(chǔ)上進行的等同變換和改進，均不應(yīng)排除在本發(fā)明的 保護范圍之外。
權(quán)利要求
一種突發(fā)生物事件現(xiàn)場危害評估模擬系統(tǒng)，其特征在于，包括一信息接收模塊，用于接收危害現(xiàn)場的生物危害數(shù)據(jù)；一危害初步評估模塊，用于根據(jù)所述信息接收模塊輸入的生物危害數(shù)據(jù)，計算出病原微生物的最大危害縱深、危害寬度和危害面積；一GPS模塊，用于根據(jù)所述危害初步評估模塊輸入的最大危害縱深、危害寬度和危害面積，在全國行政區(qū)劃圖上定位出病原微生物地理污染區(qū)域；一信息存儲模塊，用于存儲有全國的柵格人口數(shù)據(jù)；一危害計算模塊，用于根據(jù)所述GPS模塊輸入的病原微生物地理污染區(qū)域，從所述信息存儲模塊中調(diào)取出所述病原微生物地理污染區(qū)域內(nèi)的柵格人口數(shù)據(jù)，并計算出所述病原微生物地理污染區(qū)域內(nèi)受感染和感染后發(fā)病、死亡的人數(shù)；一危害顯示模塊，將所述GPS模塊定位出的病原微生物地理污染區(qū)域、以及所述危害計算模塊計算出的病原微生物地理污染區(qū)域內(nèi)受感染和發(fā)病、死亡人數(shù)在全國行政區(qū)劃圖上進行顯示。
2.如權(quán)利要求1所述的一種突發(fā)生物事件現(xiàn)場危害評估模擬系統(tǒng)，其特征在于所述 信息接收模塊接收到的危害現(xiàn)場的生物危害數(shù)據(jù)包括現(xiàn)場氣溶膠的施放方式、地形、降水、 免疫接種情況、預(yù)防情況、現(xiàn)場大氣條件和風(fēng)速因素中的一種或多種；所述病原微生物包括 炭疽芽孢桿菌、鼠疫耶爾森菌、土拉熱弗朗西斯菌、布魯氏桿菌、鼻疽伯克霍爾德菌和類鼻 疽伯克霍爾德菌中的一種或多種。
3.如權(quán)利要求1所述的一種突發(fā)生物事件現(xiàn)場危害評估模擬系統(tǒng)，其特征在于所述 危害初步評估模塊計算出t時刻點源或線源施放下病原微生物的最大危害縱深的表達式 為 t時刻點源施放下病原微生物的最大危害寬度的表達式為 ff(t) = 0. 72 V t u+2. 72 rt時刻點源施放下病原微生物的最大污染面積采用梯形法計算其表達式為 S(t) = [2r+ff(t)] XL(t) +2t時刻線源施放下病原微生物的最大污染區(qū)面積的表達式為 式中，L(t)是t時下風(fēng)危害縱深；v是氣溶膠擴散速度；u是地形校正系數(shù)，w是降水校正系數(shù)，q是風(fēng)速校正系數(shù)，r是襲擊半徑；S(t)表示t時刻污染區(qū)的面積；W(t)表示t時刻下風(fēng)危害寬度；1是線源的長度，a是線源與風(fēng)向的垂直方向的夾角。
4.如權(quán)利要求1所述的一種突發(fā)生物事件現(xiàn)場危害評估模擬系統(tǒng)，其特征在于所述 危害計算模塊計算出不具有傳染性的日累積發(fā)病人數(shù)為7=1不具有傳染性的日累計死亡人數(shù)為式中，<表示第j天新增病例數(shù)，A^4表示第j天死亡人數(shù)，i、j代表天數(shù)，j = 1-i, i ^ 1 ；具有傳染性的日累計發(fā)病人數(shù)為坎二 具有傳染性的日累計死亡人數(shù)為式中，A^；為第j天的新增發(fā)病人數(shù)，為日新增死亡人數(shù)，i、j代表天數(shù)，j = 1-i, i ^ 1。
5.一種突發(fā)生物事件現(xiàn)場危害評估模擬系統(tǒng)，其特征在于，包括一信息接收模塊，用于接收危害現(xiàn)場的生物危害數(shù)據(jù)；一危害初步評估模塊，用于根據(jù)所述信息接收模塊輸入的生物危害數(shù)據(jù)，計算出水源 病原體污染的最大河流面積和河流寬度；一 GPS模塊，其根據(jù)所述危害初步評估模塊計算出的水源病原體污染的最大河流面積 和寬度，在全國行政區(qū)劃圖上定位出河流污染的范圍；一信息存儲模塊，用于存儲有全國的柵格人口數(shù)據(jù)；一危害計算模塊，其根據(jù)所述GPS模塊定位出的河流污染范圍，從所述信息存儲模塊 中調(diào)取出該河流周圍的柵格人口數(shù)據(jù)，并計算出水源病原體地理污染區(qū)域內(nèi)受感染及感染 后發(fā)病、死亡人數(shù)；一危害顯示模塊，將所述GPS模塊定位出的河流污染范圍、以及所述危害計算模塊計 算出的感染水源病原體及發(fā)病、死亡的人數(shù)在全國行政區(qū)劃圖上進行同步顯示。
6.如權(quán)利要求5所述的一種突發(fā)生物事件現(xiàn)場危害評估模擬系統(tǒng)，其特征在于所述 信息接收模塊接收到的危害現(xiàn)場的各種數(shù)據(jù)包括污染物的種類、污染物擴散速度、水流速 度、河流平均水深、污染物總量中的一種或多種；所述水源病原體包括霍亂弧菌、傷寒和副 傷寒桿菌中的一種或多種。
7.如權(quán)利要求5所述的一種突發(fā)生物事件現(xiàn)場危害評估模擬系統(tǒng)，其特征在于所述 危害初步評估模塊計算出當(dāng)在河流中心施放時，所述水源病原體污染的最大面積Sm的公式為 M hC0e所述水源病原體的最大污染寬度的公式為W(tffl) = 2tfflDy ；式中，M是污染物總量；h是河流平均水深；Dy是y軸的擴散系數(shù)；Q是一評估危害的臨 界值；當(dāng)在河邊施放時，所述水源病原體的最大污染面積Sm的公式為所述水源病原體的最大污染寬度的公式為 式中，M是污染物總量；h是河流平均水深；Dy是y軸的擴散系數(shù)；Q是一評估危害的臨界值。
8.一種突發(fā)生物事件現(xiàn)場危害評估模擬系統(tǒng)，其特征在于，包括一信息接收模塊，用于接收初始投放信箱、對郵件進行初級處置的當(dāng)?shù)剜]政所、郵件中 轉(zhuǎn)地區(qū)中心郵政局、終點地區(qū)的郵政局和收件人所在地及場所的信息；一危害初步評估模塊，根據(jù)所述信息接收模塊輸入的數(shù)據(jù)，計算出直接接觸攜帶炭疽 郵件的人數(shù)，以及帶菌郵件在郵寄過程中在各轉(zhuǎn)郵點對其它郵件造成的二次、三次乃至多 次污染的情況；一危害計算模塊，根據(jù)實施危害初步評估模塊初步計算出的污染情況，結(jié)合收信者年 齡、接收郵件的概率和炭疽對不同年齡人群致病劑量等信息，計算出感染炭疽的人數(shù)； 一危害顯示模塊，其同步顯示所述危害計算模塊計算出的感染炭疽的人口數(shù)值。
9.如權(quán)利要求8所述的一種突發(fā)生物事件現(xiàn)場危害評估模擬系統(tǒng)，其特征在于所述 危害初步評估模塊初步確認的第五轉(zhuǎn)郵點k = 2炭疽孢子等級的全部郵件數(shù)量為L[5]k = G[5]kl第五轉(zhuǎn)郵點k = 3炭疽孢子等級的全部郵件數(shù)量為 L[5]k = G[5]kl+G[5]k2第五轉(zhuǎn)郵點，k = 4炭疽孢子等級的全部郵件數(shù)量為 L[5]k = G[5]kl+G[5]k2+G[5]k3式中，G[5]kl是由初始污染郵件在第5個轉(zhuǎn)郵點各個孢子等級的交叉污染郵件數(shù)量， G[5]k2是由k = 2孢子等級的污染郵件在第5個轉(zhuǎn)郵點各個孢子等級的交叉污染郵件數(shù)量， G[5]k3是由k = 3孢子等級的污染郵件在第5個轉(zhuǎn)郵點各個孢子等級的交叉污染郵件數(shù)量。
10.如權(quán)利要求8所述的一種突發(fā)生物事件現(xiàn)場危害評估模擬系統(tǒng)，其特征在于所述 危害計算模塊計算出的總的感染炭疽孢子的人數(shù)是 A [5] 2n = 0. 5f [n] (Pr [n] (I [5] 103) +Pr [n] (I [5] 104)) E [5] L [5] 2， A [5] 3n = 0. 5f [n] (Pr [n] (I [5] 102) +Pr [n] (I [5] 104)) E [5] L [5] 3, A [5] 4n = 0. 5f [n] (Pr [n] (1) +Pr [n] (I [5] 102)) E [5] L [5] 4 ；式中，A[5]2n、A[5]3n、A[5]4n分別是在第五轉(zhuǎn)郵點k = 2、3、4孢子等級的交叉污染郵件 引起的吸入性炭疽病例數(shù)，E[5]表示在第五轉(zhuǎn)郵點每一封郵件接觸的人數(shù)，I [5]表示接觸 者從郵件上吸入炭疽孢子數(shù)量比例，L[5]2、L[5]3、L[5]4分別表示在第五轉(zhuǎn)郵點k = 2、3、4 孢子等級的污染郵件的總數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種突發(fā)生物事件現(xiàn)場危害評估模擬系統(tǒng)，它包括一信息接收模塊，用于接收危害現(xiàn)場的生物危害數(shù)據(jù)；一危害初步評估模塊，用于計算出病原微生物的最大危害縱深、危害寬度、危害面積；一GPS模塊，用于在全國行政區(qū)劃圖上定位出病原微生物地理污染區(qū)域；一信息存儲模塊，用于存儲有全國的柵格人口數(shù)據(jù)；一危害計算模塊，用于從信息存儲模塊中調(diào)取出病原微生物地理污染區(qū)域內(nèi)的柵格人口數(shù)據(jù)，并計算出病原微生物地理污染區(qū)域內(nèi)受感染和感染后發(fā)病、死亡的人數(shù)；一危害顯示模塊，將GPS模塊定位出的病原微生物地理污染區(qū)域、以及危害計算模塊計算出的病原微生物地理污染區(qū)域內(nèi)受感染和發(fā)病、死亡人數(shù)在全國行政區(qū)劃圖上進行顯示。本發(fā)明可以廣泛地應(yīng)用于發(fā)生生物危害襲擊事件時的應(yīng)急處理中。
文檔編號G06Q50/00GK101894353SQ201010188429
公開日2010年11月24日 申請日期2010年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月24日
發(fā)明者史套興, 周潔萍, 張金津, 徐友富, 方立群, 曹務(wù)春, 李亞品, 楊紅, 郭亮, 龔建華 申請人:中國人民解放軍軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院微生物流行病研究所