To manage the COVID-19 epidemic effectively, decision-makers in public health need accurate forecasts of case numbers. A potential near real-time predictor of future case numbers is human mobility; however, research on the predictive power of mobility is lacking. To fill this gap, we introduce a novel model for epidemic forecasting based on mobility data, called mobility marked Hawkes model. The proposed model consists of three components: (1) A Hawkes process captures the transmission dynamics of infectious diseases. (2) A mark modulates the rate of infections, thus accounting for how the reproduction number R varies across space and time. The mark is modeled using a regularized Poisson regression based on mobility covariates. (3) A correction procedure incorporates new cases seeded by people traveling between regions. Our model was evaluated on the COVID-19 epidemic in Switzerland. Specifically, we used mobility data from February through April 2020, amounting to approximately 1.5 billion trips. Trip counts were derived from large-scale telecommunication data, i.e., cell phone pings from the Swisscom network, the largest telecommunication provider in Switzerland. We compared our model against various state-of-the-art baselines in terms of out-of-sample root mean squared error. We found that our model outperformed the baselines by 15.52%. The improvement was consistently achieved across different forecast horizons between 5 and 21 days. In addition, we assessed the predictive power of conventional point of interest data, confirming that telecommunication data is superior. To the best of our knowledge, our work is the first to predict the spread of COVID-19 from telecommunication data. Altogether, our work contributes to previous research by developing a scalable early warning system for decision-makers in public health tasked with controlling the spread of infectious diseases.


翻译:为了有效地管理COVID-19流行病,公共卫生领域的决策者需要准确预测病例数。对于未来病例数的潜在近实时预测者来说,人类流动是一个接近实时的预测因素;然而,缺乏关于流动预测力的研究。为填补这一空白,我们引入了基于流动数据的新流行病预测模式,称为流动标志霍克斯模型。拟议模型由三个部分组成:(1) 霍克斯进程捕捉传染病的传播动态。(2) 标记调控感染率,从而计算R的复制数在空间和时间上如何变化。该标记是使用基于流动性变化的Poisson定期回归模型来模拟的。(3) 对流动预测力的预测力进行研究;(3) 纠正程序包含由跨区域的人播种的新案例。我们的模型在瑞士的COVID-19流行病中进行了评估。具体地说,我们从2月至2020年4月的流动性数据约为150亿次。Trip计数来自大规模电信数据,即:从瑞士最大电信公司网络的手机转发到最大的电信供应商。我们从各种高级的Poisson网络化的更新。我们用各种高级的预测数据模型来对比了我们所实现的最高级的预测基线基线上的数据。我们通过在连续的系统上测测测测测测测测测的数据,我们所测得的21的模型到我们所测得的21的模型,我们所测测测测测得的数据在了我们所测测测得的基线基线上的数据。

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