习近平总书记指出,“要鼓励运用大数据、人工智能、云计算等数字技术,在疫情监测分析、病毒溯源、防控救治、资源调配等方面更好发挥支撑作用。”
工业和信息化部科技司也发布了“充分发挥人工智能赋能效用协力抗击疫情”的倡议书,倡议进一步发挥人工智能赋能效用,将人工智能产品服务应用于有效支撑疫情防控。从红外热成像无接触快速测温到辅助诊断技术,从基于大数据的智能疫情追踪、机器人无接触配送到远程办公,人工智能产品和应用无处不在。
01人工智能在疫情防控中的应用情况
截止3月20日,共收到抗疫AI产品反馈500余条,分布如下图所示。其中,智能服务机器人、大数据分析系统和智能识别(温测)产品数量居前三,计算机视觉、语音、大数据等人工智能技术成熟度相对较高,使用场景丰富,因此其代表产品在抗击疫情中也发挥了极大作用。智能医疗辅助诊断系统、基因组检测、药物研发等AI产品数量偏少,主要由于此类AI产品涉及算法与医学知识的结合,专业性高,研发需要的技术和成本门槛高。
综观此次疫情防控,人工智能应用基本全程覆盖了各个环节,大幅节约了人工成本、减少了人力资源消耗,提高了效率,并极大减少了病毒感染传播的风险。归纳起来,主要包括疫情监测分析、药品研发、医疗救治、人员物资管控、后勤保障、复工复产等6个方向。
1.1疫情监测分析
1.1.1基于大数据智能的疫情追踪
疫情爆发期间,重灾地区大量采取封闭措施,但人员流动仍然存在,给疫情防控带来巨大风险。在此过程中,有效追踪高风险人员的活动踪迹,对各地提升防控能力具有重要价值。在疫情爆发期间,国内各级企业通过层次丰富的数据在人员追踪和疫情预警上发挥了重要作用。
(1)利用交通大数据实现人员追踪和预警
由于我国在实名制方面做了大量工作,用户在使用公路、铁路、航空等交通工具时,能够准确记录个人行踪,对疫情爆发期间的重点人员盯防发挥了重要作用。在疫情爆发期间,12306快速启动应急机制,利用实名制售票大数据优势,配合地方政府及各级防控机构,提供确诊病人车上密切接触者信息。航空飞行数据也被用于人员盯防,在疫情爆发之初,即制作出封城前武汉出港航班的旅客流量及走向地图,对各级疫情防控单位准确了解本地区面临的风险发挥了重要作用。
(2)利用手机定位大数据实现人员追踪和预警
移动、联通等电信运营商企业利用手机信号定位数据,提供人员智能跟踪服务。疫情期间,运营商可以跟踪用户近期到过的地方,输一个手机号码、系统就能给出准确的健康码,为防控提供了便利。利用手机定位数据,还能帮助防疫机构确认感染路径,分析传播链条,通过大数据分析找到了不少“密切接触人员”。
(3)利用互联网大数据实现人员追踪和预警
百度地图、腾讯地图、滴滴等互联网企业利用采集的人员定位数据,也能准确追踪人员活动轨迹,并对疫情后期复产复工期间人员安全管理发挥着作用。高德地图利用大数据绘制了一张守护公众安全的“防疫地图”。
在自驾方面,2月15日高德地图上线“返程直通车”一站式服务,通过疫情信息提醒、防疫检查站及高速收费站实时车流信息、返程人员信息在线登记等多项功能,帮助自驾返程用户更好规划行程,减少返程途中的停留和等待时间。
在公交地铁方面,为帮助民众及时了解车厢内的客流满载和运行状况,高德地图继之前与北京市交通委员会合作上线地铁满载情况查询后,又上线了公交满载客流查询服务。
1.1.2.基于计算机视觉的自动体温监测
测温是疫情防控的重要工作,疫情期间,大数据和人工智能企业针对疫情防控和测温需求推出了一系列产品,在人流量大的机场、火车站、客车站等地区以及进行人员进出管控的社区、商业场所发挥了重要作用。
(1)大流量区域群体智能识别测温
人工智能企业推出的AI测温系统在疫情防控中得到广泛应用,且能够在戴口罩和帽子情况下实现快速筛查。金山云采用AI视觉算法和热成像智能测温技术,开发了“AI防疫检测方案”。2月2日,百度AI多人体温快速检测解决方案在北京北部的综合交通枢纽清河火车站投入使用,能在1分钟内让逾200人同时通过单通道并实现体温检测。
旷视科技在春节期间,紧急开发了AI测温系统,助力做好返程高峰的体温排查工作,旷视AI测温系统采用“人体识别+人像识别+红外/可见光双传感”的技术方案,支持大于3米的非接触远距离测温,辅助火车站、汽车站、地铁站、机场等高密度人员流动场景下的工作人员快速筛查疑似高温人员。2月4日,旷视AI测温系统在北京市海淀政务大厅和海淀区部分地铁站展开试点应用。通过优化解决方案,即便往来者带着口罩帽子,也能实现快速筛查,识别误差在0.3℃以内,支持大于3米的非接触远距离测温,系统的智能疑似高热报警带宽可达到1秒15人,且一套系统可以部署16个通道,基本保证一个地铁口管控。
(2)社区和商业场所人员智能识别管控
社区和商业企业在疫情爆发期间和疫后复工期间需要对进出人员进行测温和管控。一些企业针对此需求推出了带人脸识别控制的测温系统,实现测温和人员进出管控双重功能。中国电子推出疫情自主申报系统——AI助力战“疫”,中国电子旗下云天励飞结合自身优势及新冠肺炎疫情期间全国公安、政府部门对防疫的管控要求,紧急开发出疫情自主申报系统、人体测温防疫系统、测温防疫人脸门禁等三套产品。商汤科技的“AI无感测温——AI智慧防疫解决方案”实现了对人员体温、口罩佩戴等多方面的识别和管理。小米搭建了智能红外体温检测系统,并加入了小米AI实验室的人脸检测算法,提高准确性,减少误报率。这些产品已经在深圳、成都等多地逐步上线使用,全面助力公安机关、政府部门疫情防范管控。通过扫描产品上的二维码,社区居民或企业员工可以将疫情相关信息进行自主申报,系统后台能提供数据统计和管理,掌控相关人员基本信息和重点关注的疫情情况。同时,系统在社区采集模块采用通行管控机制,对合法注册社区人员提供通行卡,方便社区相关管理部门对社区人员进出的合法性进行便捷管理。
1.2医疗救治
1.2.1基于人工智能算法的基因组检测
新型冠状病毒的主流检测手段为核酸检测方法,通常采用纯手工操作以防止病毒泄漏,并且为了确保检测的准确性还需要多次复核,导致实际检测时间较长。核酸检测方法还只能检测到病毒基因的局部,对于变异的病毒可能会存在漏检的情况。全基因组检测技术针对病毒基因建立了蛋白质三维结构预测模型,可以对疑似病例的样本进行全基因组序列分析比对,并大幅度缩短确诊时间。阿里达摩院、杰毅生物和浙江省疾控中心联合研发的新型检测设备,通过训练BiLSTM+DNN的模型,可以将原来数小时的疑似病例基因分析缩短至半小时,大幅缩短疑似患者确诊时间。百度免费开放线性时间算法LinearFold,可将此次新型冠状病毒的全基因组二级结构预测从55分钟缩短至27秒,提速120倍。
1.2.2基于影像视觉技术的肺部辅助分析
新型冠状病毒的感染者肺部存在病变,对病毒性病灶定量分析及疗效评价,有助于患者病情的管理和精准医治。目前需要专业医生手工勾画量化,耗时耗力且一致性较差。医疗影像视觉技术实现了对新型冠状病毒性肺炎CT影像的智能化诊断与定量评价,可对局部性病灶、弥漫性病变、全肺受累等各类肺炎疾病严重程度进行分级;通过目标检测技术和分割技术等定位肺部病灶,从而完成病灶形态、范围、密度等分析,测算疾病累计的肺炎负荷,实现临床病情的辅助判断。北京推想科技与武汉同济医院、深圳市第三人民医院合作研发针对新型冠状病毒肺炎特别版,其利用人工智能技术的深度学习、图像识别等对检出的病灶进行测量、密度分析,支持患者前后片对照,提供量化数据对比结果,帮助医生更快完成疑似患者诊断。依图科技建设的“新型冠状病毒性肺炎智能评价系统”在上海市公共卫生临床中心上线,能够实现病变区域的自动检测,将定量分析时间从5-6小时缩短到在2-3秒,极大提升了精准定量分析的效率,并且显示出高稳定性的诊断质量。另外,商汤、腾讯觅影、深睿医疗研发的肺部影像分析系统也已经在一些医院部署投入使用。
1.2.3基于自然语言理解的智能问诊
智能问诊系统能够在线为病患提供问诊服务,其使用应用语义理解、情感分析等人工智能技术,通过问题预判、意图反问、分类识别、相似度匹配等方法,不仅能够解答何种情况需要就医,还能实现疫情防控动态进展、科学防护知识、谣言鉴别等问题精准解答,并支持人机协作、自主学习、会话引导等功能。阿里巴巴在“浙里办”(一款基于浙江政务服务网一体化平台能力的APP)提供的网上智能问诊服务上线第一天对用户咨询的解决率超过92%。百度灵医智惠推出的“智能咨询助手”倍数级提升咨询效率,每日调用近万次。
1.2.4 AI助力疫苗研发,打赢疫情攻坚战
传统药物研发的大致流程是先筛选出病毒特异性的蛋白靶点,然后从数以万计的化合物库中大规模筛选,期望从中选出效果好,毒性小的药物。由于筛选量庞大,研发过程费时费力,成本高昂。很多药品的研发需要10年时间,10亿美元投入,才能成功。人工智能凭借其强大的计算能力和快速智能化分析加速药物研发进程。运用智能算法模型,人工智能在筛选化合物、新药合成路线设计、药物有效性及安全性预测、药物理化性质预测、晶型预测、药物分子设计、筛选生物标志物、研究新型组合疗法等药物研发环节都能发挥重要作用。
新冠肺炎疫情期间,一些AI企业采取开放核心算法和计算能力的方式,与医学研究机构共同抗击疫情。如百度向各大基因检测机构、防疫中心及世界科学研究中心免费开放线性时间算法LinearFold。新型冠状病毒(2019-nCoV)属于变异性很强的RNA病毒,对于其3万个碱基结构,利用LinearFold算法能够将解析时间从55分钟缩短至27秒,提速120倍,节省了约两个数量级的等待时间。阿里巴巴与全球健康药物研发中心GHDDI合作开发药物研发大数据平台,能够快速计算冠状病毒的靶点和药物分子的性质,能够对疑似病例的病毒样本进行全基因组序列分析比对,有效防止由于病毒变异产生的漏检,可将原来数小时的基因分析缩短至半小时,并能有效检测出病毒变异情况。
1.2.5 AI快速定位病毒宿主,让医生更有针对性治疗
对于新型冠状病毒,快速找到其自然宿主、中间宿主,弄清通过什么途径传播到人类,对于切断传播途径具有重要意义。1月25日,北京大学工学院教授朱怀球团队在bioRxiv预印版平台发表了题为《深度学习算法预测新型冠状病毒的宿主和感染性》的研究论文。该团队使用双路卷积神经网络(BiPathCNN)技术,预测新型冠状病毒的宿主,通过分析,研究团队发现,蝙蝠冠状病毒与新型冠状病毒具有更相似的感染模式,可能是其自然宿主。通过比较所有宿主在脊椎动物上的病毒传染模式,发现水貂病毒的传染性模式更接近新型冠状病毒,可能是其中间宿主。虽然目前依然没有确定病毒的最终来源,但是依据已有的研究成果还是推测疫情与食用野生动物有关。
1.2.6 AI医疗机器人,减少医患感染风险
除了AI远程问诊可以有效预防交叉感染,在重症诊疗过程中,医疗服务机器人也有望成为抗击疫情期间的主力军,进一步减少医护人员的感染概率,有效防止人与人之间的接触可能造成的疫情扩散。中国科学技术大学附属第一医院联合中国科大相关技术团队研制的无接触式多功能自助终端设备,可以让使用者无需与屏幕接触,点击空中成像,就能完成挂号预约缴费等多功能自助服务,进一步减少感染可能性。新型肺炎病患救治过程中,美国启用了医疗机器人进行治疗,机器人配备了摄像头、麦克风和听诊器等设备,医生负责在隔离窗外操作机器人,机器人除了用来对病人进行治疗,还可以承担其他的一些非接触性工作。
1.3药品研发
大数据、人工智能等正成为新药研发的重要手段,有利于加快新药品的研发速度,为药物研发提供计算机辅助研究,大大降低研发风险和研发成本。本次疫情中,利用人工智能辅助的虚拟药物筛选系统,能够以2019-nCoV冠状病毒主蛋白酶(3CLpro)的高分辨率晶体结构对收录已上市药物进行计算筛选,获得打分较优的潜在有效药物。
1.4人员物资管控
1.4.1基于语音语义的人员摸底排查
由于社会人口流动性大,一线随访排查、通知宣教、重点群体监管等工作量急剧增加,单纯依靠人工,一方面人力不足,一方面效率低,并且加剧病毒感染传播的风险。百度、阿里巴巴、腾讯、科大讯飞、思必驰等企业研发的智能外呼机器人系统,利用语音合成、语音识别、语义理解等智能语音语义技术,可将疫情监测政策、防护知识等信息合成为语音传达给居民;同时与居民进行有效互动问答,识别并理解居民的意图,自动完成居民活动区域、接触人群、是否出现典型症状等关键信息收集,进行统计分析处理,从而高效、安全地服务医疗机构、基层社区等的防控工作。
1.4.2智能应急调度平台
物资调度是做好防疫工作的一项重要任务。充分运用机器人、人工智能、移动互联网和大数据技术,通过专有网络或5G网络对所有前端应急救援装备进行综合管理和操控,收集、处理和分发前端信息和图像,打造智能应急调度平台,极大地提高了物资管理、流动的效率。京东推出了应急资源信息平台,撮合全国范围内的防护用品、物资等进行交易。东软的物资管理平台能够对区域内的现有物资做可视化展示,如物资储备分配热力图、数据量的柱形图等,对物资物流管理做到精细化跟踪监测统计;物资发放能够结合重要性、需求程度等提供智能化的分配方案。此外,还有一些智能系统能够提供仓库现场机器人巡检消杀、数据自动采集等服务。
1.5后勤保障
1.5.1远程办公、在线教育
疫情期间远程办公、上网课成为普遍现象。其中,文档在线协作、远程视频会议等综合运用了云计算、5G、人工智能、大数据、移动互联网等相关技术。例如,科大讯飞的智慧教育标准解决方案,在常规直播教学外,利用其智学网系统能帮助学生进行针对性的自主学习,根据学生对知识点的掌握情况规划最佳学习路径,并推荐针对弱项的视频学习和针对练习的“精准化练习”。科大讯飞最新C端办公产品,以人工智能为基础,在办公场景下的应用在这个产品上做了一系列的技术革新,其中AI语音转文字的功能可以将会议内容语音实时转写,在会议、记录场景下实现了设备代替人工速记;云端储存和语音搜索的功能在办公、学习、生活场景下手写记录、录音成文、语音搜索上体现了人工智能技术高效和便捷的优势。
1.5.2无人机/机器人系统
无人机/机器人技术能够为疫情防控提供部分后勤保障能力,如现场消毒、监测、送药、物流、监控等。无人机/机器人通常会携带视觉、激光等传感器,通过图像理解技术、激光数据分析算法等可以实时感知外界环境,对其中的危险进行识别并规避,同时为路径规划导航提供信息,最后完成特定任务。博鹰通航的卫生防疫无人机,通过旋翼下洗气流,可快速实现将消毒药液传播到防疫区域,防疫效率高于人工几十倍,且速度快、覆盖范围大。猎户星空的递送机器人“豹小递”已经应用于多家医院,不仅能够送药送餐,还可以实现化验单、药品、医疗防护物资、消毒工具、医疗废料的定点配送与运输。麦飞科技研发的无人机监测系统,可对疫情隔离观察区进行实时监测与分析,包括但不限于房屋人员分布情况,物资供应情况等。京东物流机器人、无人机在武汉已经为封闭的地区提供了物流服务。
1.6复工复产
1.6.1园区厂区巡检
智能巡逻机器人、无人机通过AI智能化识别分析算法,实现对特定目标追踪凝视和深度挖掘疫情防控数据价值。大疆、京东、湖北电鹰、成都纵横、中国电科、云圣智能等企业协助在园区厂区隔离防控、工厂区域巡视等,大大减轻一线人员现场巡逻安保的负担。
1.6.2物流运输
物流运输是恢复正常生产的一大瓶颈,一旦受限,对企业来说,无论是原料供应,还是产品销售都会受到影响。为了保障物资供应链高效运转,京东物流公司的智能仓储AGV机器人24小时不停歇地实现大规模、全流程、多场景应用,提高物资仓储运转工作效率。京东物流还在武汉等地区开展智能机器人配送服务,杭州未来科技城还利用无人机运送医疗物品,大幅提升了物流的时效性。
1.6.3口罩生产
口罩是复工复产急需的紧缺物品。口罩生产可以通过口罩生产机进行,但包装往往需要人工参与,为此制约了口罩的产能。解决这个问题,工业机器人可以发挥关键作用。广州普理司科技将原有生产线改造为柔性AI视觉全自动口罩机,利用AI人工智能(计算机视觉)进行鉴别和包装操控,单机产量可达每分钟120片,日产口罩超15万片;拓野机器人推出了口罩自动化生产线并投入使用;滴普科技利用AI视觉检测,辅助口罩生产质检,替代部分人工检验,也助力提升了口罩生产效率。
1.6.4清扫消毒
保持工作环境的干净整洁及定时消毒,是复工复产的重要安全保障。看似简单的工作,如果单纯依靠人工,很难不留死角彻底消毒。智能服务机器人运用计算机视觉、智能语音语义等核心AI技术,支持强大的清洁功能,能够提供多种服务模式,如采用清扫+喷洒消毒液体的组合清扫方案,有效降低二次传染,起到高效控尘、消毒的作用。深兰科技研发的智能扫路机,具备可自主规划路线,自主识别障碍物、自动识别红绿灯等功能,能够实现区域覆盖式清扫拥有循环闭环清扫等作业模式。
02对人工智能应用的剖析情况:热门抗疫AI产品分析
基于搜集到的500余个人工智能抗疫案例数据,智能服务机器人、大数据分析系统、智能识别(温测)产品为在抗击疫情中使用最热的产品,以下为对三款产品的分析。
在智能服务机器人产品中,智能外呼机器人和医疗场景的智能服务机器人(实体)应用量最高。智能外呼机器人的应用场景包括通知、回访、筛查、宣教等,其特点是机器能够代替人进行并发呼叫。据中国人工智能产业联盟智能外呼机器人的首轮评测统计的参评产品截至2月7日的呼叫情况,其中,54%的产品总呼叫量为百万级,15%的产品总呼叫量达千万级,38%的产品日呼叫量达到万级,31%的产品日呼叫量达十万级。智能外呼机器人提高了筛查效率,减轻了基层工作者压力;另外,目前医疗服务场景的实体智能服务机器人的主要应用场景为清洁、消毒和配送,以替代人力完成重复性、机械性、简单的工作为主。
大数据分析系统的应用场景主要有疫情地图、人群追踪、同乘查询、趋势预测以及舆情分析。大数据分析系统面向的对象包括医院、疾控中心、政府机关、企业、社区以及群众。以百度为例,其疫情地图产品提供针对新型冠状病毒肺炎疫情的实时大数据报告、包括疫情分布、疫情动态、迁徙地图、全民热搜、疫情实时播报等内容。同乘查询服务根据公开披露数据实时更新信息,用户可以查询自己所乘的飞机、火车、公交车等公共场所是否有确诊新型肺炎病例。
智能识别(温测)产品基本实现多人同时非接触测温,并在体温异常时报警,能够在戴口罩情况下人脸识别,并对数据进行实时上云、跟踪管理。其中,智能告警和数据管理是AI测温系统区别于传统测温系统的两大重要功能。据中国人工智能产业联盟AI人体测温系统评测结果,产品在测温误差、最大测温距离和人脸抓拍准确率这方面较为出色,充分利用自身优势助力疫情防控。在测温误差方面,参评产品的误差都不超过0.25℃;在人脸抓拍能力方面,参评产品的准确率主要保证在90%以上;在最大测温距离能力上,因为参评产品使用场景不同,各家最大测温距离在2-8米之内波动,基本保障达到各自场景使用场景的需求。
在此次疫情防控中,AI发挥至关重要的作用,这也是国内疫情2个月就基本控制住的重要原因之一。