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Neues Modell für landkreisbezogene Corona-Vorhersagen

Allgemein, Corona, Gesundheit

Neuroinformatiker der Universität Osnabrück und Datenspezialisten des Forschungszentrums Jülich stellen täglich neue Modellergebnisse zur Vorhersage der Covid-19-Infektionen bereit.

Die Ergebnisse enthalten tagesaktuelle Schätzungen der gemeldeten Neu-Infektionen und eine 5-Tages-Vorhersage für jeden deutschen Landkreis, und sind  hier  abrufbar.

Die Prognosen beruhen auf Daten des Robert Koch-Instituts, die mit einem neuen, wahrscheinlichkeitsgewichteten Modell der Osnabrücker Neuroinformatiker auf Höchstleistungsrechnern des Jülich Supercomputing Centre (JSC) statistisch analysiert werden.

Das „COVID-19 Bayesian Modelling for Outbreak Detection“, kurz BSTIM-Modell, besitzt zwei wesentliche Merkmale, die es von anderen Methoden unterscheidet: „Zum einen liefert die neue Methode einen Vorhersagehorizont, der es ermöglicht, die Verlässlichkeit der Prognosen zu beurteilen. Weiterhin wird der Einfluss vom örtlich benachbarten Infektionsgeschehen mit einbezogen. Das erlaubt uns, auch die Dynamik der Ausbreitung zu bewerten“, sagt Prof. Dr. Gordon Pipa, Leiter der Arbeitsgruppe Neuroinformatik auf dem KI-Campus an der Universität Osnabrück, die das BSTM-Modell erst kürzlich entwickelt hat.

Eine von mehreren Herausforderungen bei der Auflösung nach einzelnen Landkreisen sind die niedrigen Fallzahlen. Eine einzelne Prognosekurve könne irreführend sein, da sich die Verlässlichkeit der Vorhersage nicht beurteilen lasse, so Prof. Pipa. Dashier  verwendete BSTIM-Modell berechnet daher nicht nur einen einzelnen wahrscheinlichen Verlauf, sondern berücksichtigt viele mögliche Verläufe, die zu den Daten konform sind. Dies ermöglicht die Berechnung sogenannter Vorhersagehorizonte als Maß für die Streuung der Wahrscheinlichkeiten. Auf diese Weise sei eine Einschätzung der Situation einschließlich statistischer Unsicherheiten möglich, die auch bei niedrigen Fallzahlen hilfreiche Informationen liefern könne.

Das BSTIM-Modell errechnet überdies den Einfluss angrenzender Regionen. Ein sogenannter Interaktionskernel beschreibt, wie sehr sich eine hohe oder niedrige Infektionszahl in einer benachbarten Region auf das Infektionsgeschehen in einem Landkreis auswirkt.

Die Ermittlung des Vorhersagehorizonts ist äußerst rechenintensiv. Um die Analysen täglich unmittelbar nach der Verfügbarkeit der RKI-Daten zur Verfügung stellen zu können, werden die Ressourcen des Jülich Supercomputing Centre  genutzt. Normale Arbeitsplatzrechner wären damit weit überfordert.