基于三次指數平滑法對防疫醫療物資備庫的研究

唐杰

上海市肺科醫院( 上海, 200433)

0 引言

根據《中華人民共和國傳染病防治法》（2013修訂），2019 新型冠狀病毒(COVID-19) 感染肺炎

(Novel Coronavirus-Infected Pneumonia，NCIP)

被列為乙類傳染病，并按照甲類傳染病的預防、控制標準采取措施［1］。在新型冠狀病毒疫情過去后（即后疫情時代），并不是像我們想象的那樣疫情會完全消失，一切恢復如前的狀況，而是疫情時起時伏，隨時都可能小規模爆發，從國外輸入、節假日國內各地人員回流以及季節性的發作，而且遷延較長時間，對各方面產生深遠影響。

要戰勝疫情，醫療物資保障工作是基礎，而做好醫療物資保障工作，需要對物資需求量進行精準預測［2］。但是，后疫情情景下，醫療物資需求量的變化受很多因素的變化而變化，突發性疫情是否嚴重，政府防控措施的影響，群眾的心理因素等等。這給醫院如何預測醫療物資的儲備量帶來了極大的困難，成為后疫情時期精準防控工作中的一個難題。

要實現后疫情時代醫療物資需求的精準預測，應該結合該地區人口結構、防控措施等的特點，考慮供應商醫療防疫物資的供應情況以及關鍵時間節點發生的重大事件等因素，建立醫療物資需求時空預測模型，實時觀測并且及時掌握新疫情信息、流行病學數據，建立動態需求預測系統［3］，實現醫院醫療物資需求的實時預測，保證它的穩定性和準確性，為醫院關于醫療物資的合理采購與科學庫存提供決策依據。

后疫情時代，醫療應急防疫物資管理服務壓力依然很大，精準預測分析應急防疫物資耗散情況可為應對COVID-19 大流行后期提供支持，我院醫療醫學裝備處在醫療設備物資保障方面開展了一系列工作，包括醫療防護物資，比如防護服、隔離衣、N95 口罩、外科口罩、防護眼鏡、防護屏、隔離鞋套、手套等儲備，為防治工作提供了有效的支持。

1 基于需求預測的耗材庫存模型

目前，用來頂測醫用耗材需求的模型主要有貝葉斯網絡［4］、線性回歸分析、SEIR 模型［5］等。醫用耗材的需求量具有一定波動性，且為非線性趨勢，在許多情況下難以量化醫療耗材使用量的變化原因，并且存在不能提供相關數據的可能性，這就會使醫療耗材變得難以預測。如果使用三次指數平滑的模型，預測方法的最大特點是它可以通過直接使用預測對象的歷史數據來預測未來趨勢而不考慮影響因子，并且可以根據定時的變化清楚地指示，適用于變化趨勢強烈，具有大變化寬度和非線性交化的數據［6］。下面對三次指數平滑法的具體操作進行介紹。

首先，確定權重系數α, 在數據預測過程中，α 的取值范圍在0～1 之間。當時間序列對應的數據處于相對穩定水平時，取值范圍在0.05～0.2 之間；當時間序列對應的數據有波動但長期趨勢數據變化不大時，取值范圍0.3～0.5 之間；當時間序列對應的數據波動很大并且長期趨勢數據呈明顯上升或者下降的趨勢時，取值范圍在0.6～0.9 之間。

其次，確定初始值，一般情況下，如果原始數據大于15 期，則選取第一期的數據做初始值。如果原始數據小于15 期，則選取前三期數據的平均值作為初始值。

最后，模型的建立。指數平滑預測是經常用于時間序列預測的一種方法，也是一種特殊的加權平均法。對不同時期的觀察值確定不同的權重，最近的數據選擇較大的權重，以前的數據選擇較小的權重，加大最近觀察數值對實際需求反映的變化，從而得到下一期預測值的方法。指數平滑預測法由一次到二次再到三次，三次指數平滑法就是在二次指數平滑值的基礎上進行第三次指數平滑，從而計算預測系數，建立預測模型。建模過程如下。

設初始序列為yt,yt-1,yt-2, … , 則t時刻的一次指數平滑值為：

則預測公式為：

二次指數平滑值為：

預測模型為：

進一步采用三次指數平滑法進行預測，三次指數平滑值為：

預測模型為：

預測系數為：

2 醫療耗材消耗量

基于本醫院2020 年第二季度到2021 年第二季度耗材分類使用情況，利用三次指數平滑法做比對分析，8 種醫療耗材消耗量，見表 1。

3 三次指數平滑法預測結果分析

由表1 可以看出，由于2020 第2 季度到2021年第二季度沒有明顯的疫情波動，雖然各種防疫物資每季度的消耗量有所波動，但是長期趨勢變化不是很大，此處選取α=0.3。當疫情比較嚴重，偶爾波動比較大時，則需選取較大的α。此表中未達到15 期的數據，所以我們選取前三期的平均值。經過模型的預測，得到防疫醫療用品自 2020 年第二季度至 2021 年第二季度的預測數據，按照時間繪制成8 個曲線圖（圖1），再將實際數據的曲線圖與預測數據的曲線圖進行比較。由此可以發現，基于三次指數平滑的預測模型，在預測醫療物資消耗量時，過程非常簡單、方差和相對誤差小、并且吻合度也相對比較高。

表1 各季度各類醫療耗材消耗量Tab. 1 Consumption of various medical consumables in each quarter

圖1 8 種防疫醫療用品的實際數據曲線與預測數據曲線示意圖Fig.1 Schematic diagram of actual data curve and predicted data curve of 8 kinds of epidemic prevention medical supplies

4 結語

綜上所述，三次指數平滑的模型預測方法的最大特點是它可以通過直接使用預測對象的歷史數據來預測未來趨勢而不考慮影響因子，并且可以根據定時的變化清楚地指示，適用于變化趨勢強烈，具有大變化寬度和非線性交化的數據［7］。本研究應用三次指數平滑法對醫療防疫物資的預測，與實際消耗情況和發展狀態基本一致，驗證了三次指數平滑法的合理性和可行性。對我院后疫情時期如何能精準預測分析應急物資耗散情況，做到平戰結合且做好相關輪庫工作的實踐進行總結，以供同行參考。