Die Vermessung der Unsicherheit: COVID-19-Vorhersagen

3.12.2020

Forscherinnen und Forscher des Heidelberger Instituts für Theoretische Studien (HITS) und des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) haben eine Internetplattform entwickelt, die Kurzzeitvorhersagen von Corona-Infektionen bündelt.  Das Open-Source-Projekt bringt Datenmodellierer/-innen aus Deutschland, Polen, Großbritannien, der Schweiz und den USA zusammen. Es vergleicht ihre Vorhersagen systematisch und generiert daraus Ensemble-Prognosen. 

Die Zukunft an sich ist ungewiss, aber eins ist sicher: Die Corona-Pandemie ist auch am Ende dieses Jahres noch nicht vorüber. Vorhersagen zu künftigen Infektionszahlen sollen deshalb die Entwicklung der Pandemie einschätzen helfen. Der „German-Polish COVID-19 Forecast Hub“ unterstützt diese Bemühungen. Forscher/-innen des Heidelberger Instituts für Theoretische Studien (HITS) und des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) haben eine Onlineplattform entwickelt, die Kurzzeit-Vorhersagen zur Pandemieentwicklung in den Nachbarländern Deutschland und Polen bündelt. Die Daten dazu kommen vom Robert Koch-Institut (RKI), dem Europäischen Zentrum für die Prävention und die Kontrolle von Krankheiten (ECDC) und vom polnischen Gesundheitsministerium.

Die Internetplattform „German-Polish Forecast Hub“ (Bild von der Website)

„Unser Ziel ist es, verschiedene Vorhersagen systematisch zu vergleichen, besonders verlässliche Modelle zu erkennen und abzuschätzen, welche Kombinationen von Prognosen zu den verlässlichsten Ergebnissen führen“, erläutert Melanie Schienle, Professorin für Statistik und Ökonometrie am KIT, die das Projektteam gemeinsam mit Tilmann Gneiting von der Computational Statistics-Gruppe am HITS leitet. Unterstützt wird das Projekt vom Signale-Team am RKI, das hierfür eine interaktive Online-Visualisierung entwickelt hat. 16 Forschungsgruppen aus den USA, Großbritannien, der Schweiz, Deutschland und Polen steuern Vorhersagen auf der Basis ihrer jeweiligen Datenmodelle bei. Die Plattform führt diese unterschiedlichen Datensätze in einer Ensemble-Vorhersage zusammen. Das Projekt wird in engem Austausch mit dem US COVID-19ForecastHub entwickelt, der vom Reich Lab an der University of Massachusetts in Amherst, USA, betrieben wird.

“Wir führen Kurzzeitvorhersagen von bestätigten Infektionen und Todesfällen durch COVID-19 zusammen“, erklärt Johannes Bracher (KIT und HITS), der als Postdoc Researcher das Projekt koordiniert. „Unser Schwerpunkt liegt dabei auf Prognosen von ein bis zwei Wochen in die Zukunft – Vorhersagen für längere Zeiträume können durch sich ändernde politische Maßnahmen wie „Lockdowns“ beeinträchtigt werden.“ Die Vorhersagen werden wie beim Wetter in Echtzeit erstellt. „Wir sind überzeugt, dass rückblickende Analysen oft zu positiv sind“, sagt Melanie Schienle. „Wir wollen außerdem generell besser abschätzen können, wie weit in die Zukunft Vorhersagen verlässlich sind. Modelle müssen kritisch überprüft werden, wir sollten nicht so tun, als sei ein Modell eine Kristallkugel.“ 

Weil die Vorhersagen in Form von Wahrscheinlichkeitsverteilungen erstellt werden, vermessen sie auch explizit die Unsicherheit oder Unschärfe in der Prognose. „Wir können jetzt bereits festhalten, dass es kein einzelnes Modell gibt, das immer am präzisesten funktioniert. Aussichtsreicher sind hier Ensemble-Ansätze, die verschiedene, voneinander unabhängige Vorhersagemodelle miteinander kombinieren“, so Johannes Bracher abschließend.

Das Projekt wird vom Impuls- und Vernetzungsfonds (IVF) der Helmholtz-Gemeinschaft gefördert. Der IVF unterstützt neue Forschungsthemen, die sich dynamisch entwickeln und das Zusammenwirken von vielen verschiedenen Bereichen der Helmholtz-Gemeinschaft erfordern.

Website „German-Polish COVID-19 Forecast Hub“: https://kitmetricslab.github.io/forecasthub/forecast

Informationen zu den Helmholtz Pilotprojekten “Information und Data Science”:  https://www.helmholtz.de/forschung/information-data-science/information-data-science-pilot-projekte/pilotprojekte-2/

Medienkontakt:
Dr. Peter Saueressig
Head of Communications
Heidelberger Institut für Theoretische Studien (HITS)
Tel +49-6221-533-245
peter.saueressig@h-its.org

Wissenschaftlicher Kontakt:
Prof. Dr. Tilmann Gneiting
Computational Statistics Group (CST)
Heidelberger Institut für Theoretische Studien (HITS)

Prof. Dr. Melanie Schienle
Statistik und Ökonometrie
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Johannes Bracher
Statistik und Ökonometrie, KIT/ Computational Statistics Group, HITS

Über das HITS

Das Heidelberger Institut für Theoretische Studien (HITS) wurde 2010 von dem Physiker und SAP-Mitgründer Klaus Tschira (1940-2015) und der Klaus Tschira Stiftung als private, gemeinnützige Forschungseinrichtung ins Leben gerufen. Das HITS betreibt Grundlagenforschung in den Naturwissenschaften, der Mathematik und der Informatik. Dabei werden große, komplexe Datenmengen verarbeitet, strukturiert und analysiert und computergestützte Methoden und Software entwickelt. Die Forschungsfelder reichen von der Molekularbiologie bis zur Astrophysik. Die HITS Stiftung, eine Tochter der Klaus Tschira Stiftung, stellt die Grundfinanzierung der HITS gGmbH auf Dauer sicher. Die Mittel dafür erhält sie von der Klaus Tschira Stiftung. Gesellschafter des HITS sind neben der HITS Stiftung die Universität Heidelberg und das Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Das HITS arbeitet außerdem mit weiteren Universitäten und Forschungsinstituten sowie mit industriellen Partnern zusammen. Die wichtigsten externen Mittelgeber sind das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) und die Europäische Union.

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