基于多源数据的社区卫生服务设施布局优化研究

2022-05-30钟瑞徐虹陈军浩吴承茜徐苗

艺术科技 2022年17期

钟瑞徐虹陈军浩吴承茜徐苗

摘要：文章运用社区卫生服务设施点数据、居民点数据和道路网络现状数据，在探究武汉市人口与社区卫生服务设施空间分布特征的基础上，通过对社区卫生服务设施点的服务区和可达性进行分析，采用基于可达性理论的模型进行优化布局试验，发现其局限性，然后引入最小化设施点模型进行优化，最终提出优化武汉市社区卫生服务设施布局的针对性策略，旨在为现有社区卫生服务设施的布局优化提供参考，有序改进社区卫生医疗机构配置，促进社会发展。

关键词：社区卫生服务设施;多源数据;布局优化;地理信息系统

中图分类号：R197.1 文献标识码：A 文章编号：1004-9436（2022）17-000-04

0 引言

在健康城市理论背景下，城市公共服务设施建设均等化理论从基于“地”的供给均等化逐渐向基于“人”的需求公平性研究转变，医疗卫生设施的研究重心也从物质空间问题转向服务需求研究。在研究方法上，逐渐从定性研究转向定量研究，多以“千人指标”定规模，以“服务半径”定布局[1-2]。

我国学者采用地理信息系统技术进行公共服务设施布局研究，取得了丰硕的成果：高小芳选择基于兴趣点等大数据与地理信息系统软件结合的测算方法，分别运用最近距离法和两步移动搜索法，对社区康体设施开展可行性分析并进行对比[3];李阳运用地理信息系统的空间分析工具，分析总结哈尔滨公共服务设施分布存在的问题，并提出优化与提升策略[4];权明姬应用网络数据和地理信息系统的空间分析技术，从人口规模有效性、交通可达性、区域经济三个方面，对延吉市医疗设施布局进行了评价[5]。

总体来看，地理信息系统空间分析技术因分析模拟的可信度高，在公共服务设施的空间布局研究中得到了广泛使用。因此，本文将武汉市作为研究区域，综合运用地理信息系统空间分析中的可达性分析和服务区分析技术，合理评价研究区域内的设施布局，并据此提出优化解决方案。

1 研究范围和研究方法

1.1 研究范围

武汉市是湖北省省会，地处江汉平原东部、长江中游，总面积8569.15平方千米，截至2020年末，全市常住人口1244.77万人[6]。本文选取武汉市下辖的江岸区、江汉区、硚口区、汉阳区、武昌區、青山区、洪山区、蔡甸区、江夏区、黄陂区、新洲区、东西湖区、汉南区共13个行政区作为研究区域，以该区域内的192个社区卫生服务设施和1476个居民点作为研究对象展开研究。截至2020年底，武汉市中心城区的每个街道均已配备1个社区卫生服务中心，但该市社区卫生服务设施的资源过于集中在主城区。

1.2 研究概念界定

我国的社区卫生服务设施主要包括社区卫生服务中心和社区卫生服务站，国家卫健委2020年7月发布的《关于全面推进社区医院建设工作的通知》提出，“社区医院建设以社区卫生服务中心为主，条件具备的乡镇卫生院也可开展建设工作”[7]。因此，本文主要针对社区卫生服务设施中社区卫生服务中心的布局进行研究，后文中提到的社区卫生服务设施主要指社区卫生服务中心。

1.3 数据来源和研究方法

本文的研究数据包括武汉市社区卫生服务设施点数据、居民点数据和道路网络现状。社区卫生服务设施点数据来源于百度地图兴趣点爬取的数据①，居民点数据和路网数据来源于1∶100万全国基础地理数据库②，其中包含1476个居民点和城市快速路、高速、国道、省道、县道、乡镇村道以及其他道路。

本研究遵循以人为本的原则，综合考虑了居民点分布、医疗设施服务点分布、医疗设施与居民点之间的出行阻抗等因素，运用地理信息系统分析社区卫生服务设施的服务区和可达性，明确空间分布差异，并评价其服务能力，最后采用位置分配模型，为缺医片区拟定合适的社区卫生服务设施选址点。

1.3.1 基础数据的处理

通过对不同等级道路进行速度属性赋值，构建道路交通网络。城市快速路和高速为60千米/小时，国道和省道为40千米/小时，县道为20千米/小时，乡镇村道和其他道路为10千米/小时。

1.3.2 社区卫生服务设施的服务区分析

运用地理信息系统软件的服务区分析功能，启动服务区分析工具后加载设施点，并设置服务区分析的属性，进行服务区求解[8]。本研究将社区卫生服务设施的服务范围按车行时间5分钟、10分钟、15分钟进行中断。

1.3.3 社区卫生服务设施的可达性分析

采用基于出行范围的可达性评价方法，研究各社区卫生服务设施的10分钟车行出行范围，然后按照计算得出的可达面积大小，将可达性分为5个等级：小于2万平方米、2～4万平方米、4～6万平方米、6～8万平方米、大于8万平方米，分别对应可达性的1～5级。

1.3.4 社区卫生服务设施的设施优化布局

利用地理信息系统软件中“网络分析师”模块的“位置分配”工具，分别加载现有社区卫生服务设施点、候选社区卫生服务设施点和居民点，然后使用最小化设施点数模型确定新增社区卫生服务设施的位置和数量，从而得出模型设定的优化方式。

1.4 社区卫生服务设施布局优化模型

选取可达性理论作为优化布局的理论依据，运用计算机程序语言构建优化布局模型，并在此基础上发现该优化方法的局限性，引入最小化设施点数模型，改进优化布局模型，为武汉市社区卫生服务设施的布局优化提供具有实用性的规划模型。

1.4.1 基于可达性理论的模型构建

可达性的测评方法包括距离法、等值线法和重力模型等[9]。本文主要将可达性理论下的距离法作为测评方法进行优化模型的构建。运用程序设计语言Python进行模型构建，根据具体的矢量分布地图，使用Python自带的迭代算法，得出相应的设施布局优化结果。具体模型如下。

模型数学形式：

（1）

约束条件：

（2）

（3）

（4）

（5）

变量的含义：xn表示请求点（居民点）的坐标;k表示周边请求点的个数;r表示周边请求点间的距离;xb表示能覆盖到最多请求点的候选设施点。公式（1）表示设置的服务设施数量最小;约束条件（2）表示每个请求点位于居民点;约束条件（3）表示保证设置设施点周边至少有一个请求点;约束条件（4）表示周边请求点间的距离;约束条件（5）表示选取保证覆盖到最多请求点的候选设施点。

1.4.2 引入最小化設施点数模型的优化布局模型

运用可达性理论及Python迭代算法的分析，计算居民点间的最短直线距离，选取其运算结果具有一定的合理性，但并未实际考虑到设施点的服务能力及辐射距离，缺乏实用性。因此，本文引入最小化设施点数模型，结合GIS软件进行分析，该模式考虑了设施的服务能力，并且运用道路交通网络实际考虑了居民的出行距离。具体模型如下。

模型数学形式：

（6）

约束条件：

（7）

（8）

（9）

变量的含义：请求点（居民点）i∈I，候选设施点（社区卫生服务设施）j∈J;决策变量xj，当候选设施点j选中时，xj=1，否则xj=0;z为最终选定的服务设施数;成本变量wj为候选设施点j的服务能力;dij为居民点i到社区卫生服务设施j之间的距离;s为设定的医院辐射距离。公式（6）表示设置的服务设施数量最小;约束条件（7）表示保证每个请求点至少被一个服务设施点覆盖;约束条件（8）表示设定请求点i到候选设施点j的距离小于等于标准覆盖距离s;约束条件（9）表示限制决策变量xj为（0，1）整数变量。

2 武汉市社区卫生服务设施空间布局研究

2.1 社区卫生服务设施与路网空间分布现状

武汉市中心城区的道路网十分密集，而在城郊地区较为稀疏。社区卫生服务设施在空间上分布不均，多集中于交通发达、经济条件较好的中心城区，江岸区、江汉区、硚口区明显多于其他城区，城郊地区分布较少，总体呈现“城区密，城郊疏”的特征。

2.2 社区卫生服务设施服务区分析

研究范围内社区卫生服务设施的5分钟服务区的覆盖范围主要分布在三环线以内，10分钟和15分钟服务区的覆盖范围主要分布在四环线以内，是对5分钟服务区的进一步补充，少部分服务区范围零星分布在四环线以外的区域，但受道路网络便捷程度的影响，周边区域仍覆盖不足，社区卫生服务设施严重短缺。

2.3 社区卫生服务设施可达性分析

武汉市社区卫生服务设施可达性等级呈现出由中心向四周扩散的趋势，可达性等级的最高级（大于8万平方米）出现在二环线以内，最低级（小于2万平方米）出现在北部、东北部以及东南部。环线以内区域的可达性等级大部分在4级（6～8万平方米）以上，环线以外区域的可达性等级均小于4级（6～8万平方米）。

2.4 武汉市社区卫生服务设施的布局优化分析

2.4.1 优化结果

（1）基于可达性理论的模型试验的布局优化结果。运用优化布局模型（1），设定不同的设施服务范围，求解得出需要增加的社区卫生服务设施数量，如表1所示。

根据前文的可达性分析可知，在武汉市的城郊地区，社区卫生服务设施十分匮乏，由此判断新增的卫生服务设施应大部分位于城郊地区（见表1）。综合城郊地区人口分布、交通水平和经济条件等因素的影响，将车行5分钟（3千米）的距离作为设施服务范围，结合表1可知，武汉市还需增设327个社区卫生服务设施。由于Python软件的局限性，该方法仅能通过运算得出需新增卫生服务设施点的数量，无法确认新增卫生服务设施点的空间布局，进行图面的可视化处理。因此，还需引入其他软件进行模型处理及图面表达优化。

（2）引入最小化设施点数模型的布局优化结果。研究发现，武汉市中心城区的居民点距离社区卫生服务设施点较近且交通便捷，而处于较偏远位置的城郊区域无法得到邻近的社区卫生服务。为扩大社区卫生服务设施的覆盖面和增强可达性，应提高对环线外区域的服务空白区的重视度。采用最小化设施点模型的方法，按照最少设施点覆盖最多居民点以及道路交通便捷的原则，模拟增设了179个社区卫生服务设施，大部分分布于环外区域。

对比两个优化方案的结果可知，引入最小化设施点数模型的优化结果相比基于可达性理论模型实验的优化结果，减少了148个设施点数，在引入最小化设施点数模型、综合考虑道路交通网络及居民点分布的优化方案后，减少了需新增的设施点，在保证设施可达性的同时，增强了优化方案的可行性。同时，引入GIS进行优化结果的可视化表达后，明确了新增设施点在研究区域内的空间分布，更有助于后续开展社区卫生服务设施新建工作。

2.4.2 优化结果分析

优化后研究区域内设施分布不均衡的问题得到了改善。将新增设的179个社区卫生服务设施与原192个社区卫生服务设施点合并后，新增设的社区卫生服务设施多分布于社区卫生服务设施短缺的城郊区域，其中较多设施新增设于黄陂区、江夏区及新洲区，分别占新增数量的34.08%、25.14%和19.55%。由此可见，在今后的城市发展中，应以黄陂区、江夏区及新洲区为重点增设区，着重建设城郊区域的社区卫生服务设施。

优化后研究区域内人口匹配不平衡的问题得到修正。对优化后的社区卫生服务设施布局进行5分钟、10分钟、15分钟服务区分析可知，本次布局优化以补充10分钟以内的服务区为主，以补充5分钟以内的服务区为辅，优化后社区卫生服务设施的覆盖度达到了84.49%，增长了48.92%，极大地提升了居民点的服务区覆盖度，在优化设施人口匹配的同时极大地缩短了周边居民的就医路程。同时由于新洲区的居民点密集，且道路密度较高，该区域内的服务区面积增加最为明显。

优化后研究区域内城郊设施的可达性得到了较大提高（见表2）。分布在可达性等级为2级、3级和5级区域内的居民点数量增加，分别提高了1.42%、8.94%和9.28%。运用相同可达性分析方法对优化后的设施点布局分析发现，研究区域内大部分地区的可达性等级大于3级（4～6万平方米），且城郊区域内的可达性面积得到了扩大。同时，北部和西南部地区的居民点分散，该区域内新增设施多为“一设施服务一居民点”的模式，因此该地区的设施可达性等级为最高级（大于8万平方米）。

综上所述，引入最小化设施点数模型优化武汉市社区卫生服务设施布局，极大地改善了武汉市社区卫生服务设施分布不均衡、人口匹配不平衡和城郊设施可达性不高的情况，对现有社区卫生服务设施的布局优化具有现实意义。

3 结语

本文以武汉市社区卫生服务设施为研究对象，根据设施的服务区分析和基于出行范围的可达性评价，得出现有社区卫生服务设施布局存在的问题，而后采用不同模型对整个研究范围内的任意位置建设社区卫生服务设施，力求在新增最小设施点数的前提下最大限度覆盖居民点。文章采用最小化设施模型进行了社区卫生服务设施的布局优化，研究表明，采用最小化设施模型，能够将设施的服务能力及辐射距离作为设施增设的约束条件，在增加最少设施数量的同时，确保优化方案的合理性。

本文的不足之处在于，对社区卫生服务设施的分析仅考虑了设施的辐射距离以及居民点的空间分布，忽略了其他非空间的因素，如居民点的人口结构和出行习惯、社区卫生服务设施的等级与特征等。同时，由于优化过程仅考虑了添加新设施，而未涉及重新分配现有设施，所以优化方法的可行性还有待提高。以上问题在后续的研究中还有待进一步解决。

参考文献：

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[4] 李阳.基于POI数据的哈尔滨主城区公共服务设施空间布局与优化研究[D].哈尔滨：哈尔滨师范大学，2018：31-33.

[5] 权明姬.延边地区医疗设施布局特征及优化研究[D].延边：延边大学，2019：47-49.

[6] 武汉年鉴.武汉市概况[EB/OL].武汉市人民政府官网，http：//www.wuhan.gov.cn/zjwh/whgk/202004/t20200414

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[7] 国家卫生健康委.国家卫生健康委关于全面推进社区医院建设工作的通知：国卫基层发〔2020〕12号[EB/OL].基层卫生健康司，http：//www.nhc.gov.cn/jws/s3581/

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[8] 牛强.城乡规划GIS技术应用指南GIS方法与经典分析[M].北京：中国建筑工业出版社，2018：148-150.

[9] 陈洁，陆锋，程昌秀.可达性度量方法及应用研究进展评述[J].地理科学进展，2007（5）：100-110.