Abstrakt

Ein agentenbasierter digitaler Zwilling zur Erforschung lokaler nicht-pharmazeutischer Interventionen zur Eindämmung der COVID-19-Pandemie

Vinay Kulkarni

Die COVID-19-Epidemie hat höchst ungewöhnliche und unsichere sozioökonomische Bedingungen geschaffen. Die Herausforderung besteht darin, die Pandemie einzudämmen und gleichzeitig die Räder der Wirtschaft am Laufen zu halten, wenn auch langsam. Basierend auf dem aktuellen Verständnis der epidemiologischen Merkmale von COVID-19 wurde eine breite Palette von Kontrollmaßnahmen entwickelt, beispielsweise in Bezug auf Einschränkung der Bewegungsfreiheit, Massentests, Kontaktverfolgung und Covid-gerechtes Verhalten. Diese Interventionen haben jedoch ihre eigenen Grenzen und sind je nach Faktoren wie Bevölkerungsdichte und sozioökonomischen Merkmalen des Gebiets unterschiedlich wirksam. Um die Interventionen maßzuschneidern, haben wir ein konfigurierbares, feinkörniges agentenbasiertes Simulationsmodell entwickelt, das als virtuelle Darstellung dient, d. h. als digitaler Zwilling eines vielfältigen und heterogenen Gebiets wie einer Stadt. Dieser digitale Zwilling wird zur Vorhersage und Kontrolle von Covid-19 in der indischen Stadt Pune eingesetzt. Wir verwenden den digitalen Zwilling, um verschiedene interessante Was-wäre-wenn-Szenarien zu simulieren, um (1) die Ausbreitung des Virus vorherzusagen, (2) die Wirksamkeit möglicher Interventionen zu verstehen; und (3) die Folgen der Einführung von Interventionen vorherzusagen, die möglicherweise zu Kompromissen zwischen öffentlicher Gesundheit, Bürgerkomfort und Wirtschaft führen. Der City Digital Twin dient als In-silico-Experimentierhilfe, um den Verlauf aktiver Infektionen, die Sterberate, die Belastung von Krankenhäusern und Quarantäneeinrichtungen für die in Frage kommenden Interventionen vorherzusagen. Unsere wichtigsten Beiträge sind: (1) ein neuartiges agentenbasiertes Modell, das Personen-, Orts- und Bewegungsmerkmale der Stadt, Merkmale des COVID-19-Virus und einen primitiven Satz in Frage kommender Interventionen nahtlos erfasst, und (2) ein simulationsgesteuerter Ansatz zur Bestimmung der genauen Intervention, die unter bestimmten Umständen angewendet werden muss. Angesichts der konfigurierbaren Natur des City Digital Twin kann er leicht umfunktioniert werden, um dasselbe Problem für eine andere Stadt zu lösen.