城市免费核酸检测采样点空间可达性研究

季 霞，李 涛*，密长林，蔡振峰

（1. 临沂市国土资源局测绘院，山东 临沂 276002；2. 临沂市自然资源开发服务中心，山东 临沂 276002；3. 临沂市兰山区自然资源局，山东 临沂 276002）

随着疫情防控“动态清零”工作的持续展开，许多城市为居民免费提供了日常的核酸检测服务。然而，目前对于免费核酸采样点空间可达性的定量研究较少[1-18]，本文提出一种基于增强型2SFCA算法的城市核酸采样点空间可达性评估模型，该模型将研究区格网化形成人口需求点，使用高德地图API的步行规划接口估算人口格网单元到达免费核酸采样点的时间成本，从而评估研究区的核酸采样点空间可达性，其分析结果可为城市免费核酸采样点的空间布局提供科学参考。

1 基于增强型2SFCA的城市核酸采样点可达性评估模型

本研究使用增强型2SFCA方法来度量免费核酸采样点的空间可达性，模型步骤如图1所示：①首先根据每个免费核酸采样点（供给点）和人口格网点（需求点）的位置，利用在线地图API的路径规划接口估算供给点与需求点之间的步行时间，以每个格网单元的人口数目和采样点的服务时长作为需求点的规模和供给点的供给能力。②以核酸采样点为搜索中心，搜索每个采样点服务范围内的格网点（需求位置）和格网单元对应的人口数目（需求规模），结合核酸采样点的供给能力以及步行阻抗，计算每个采样点的供需比。③利用核酸采样点的供需比和到达每个格网点的步行阻抗计算每个人口格网点的核酸检测空间可达性。

图1 基于增强型2SFCA的核酸采样点可达性评估模型流程图

1.1 实时动态时间成本估算

现有研究中大部分是通过ArcGIS软件的网络分析工具，使用起点到终点的距离以及基于矢量地图的假设速度进行时间成本的估算[19]，其结果的准确性取决于人为设定的速度，但实际应用场景中的车辆或者行人的速度是任意变化的[20]。近年来，在线地图API（如谷歌地图API、百度地图API 和高德地图API）已被应用于2SFCA模型，并估算多种交通模式下的行驶距离和行驶时间[21]，该方法可使用最新的道路网络而非手动建立的道路网络，并能反映实时的交通状况[22]，是一种实时动态的时间成本估算方法。

作为目前国内最大的地图商之一，高德地图拥有大量高精度的真实交通数据并广泛应用于测量空间可达性[23]。在具体核酸采样实施过程中，人们常常选择步行抵达免费核酸采样点进行核酸检测，本文使用高德地图API的步行规划接口来估算人口需求点到达免费核酸采样点的时间，时间为2022-06-11～2022-06-12（步行规划时间结果受不同时间段交通拥挤度的影响较小，因此采用时间为全天）。

1.2 空间可达性度量

增强型2SFCA 方法分成2 个主要步骤以度量每个人口格网点的空间可达性。

第1 步：对于免费核酸采样点j，搜索步行时间t0范围内的人口需求点i，将每个人口需求点i的人口数目Pi与时间阻抗ωij进行加权，得到每个免费核酸采样点的供需比Rj：

式中，核酸采样点j的供给能力Sj用服务时长表示，服务时间越长，代表供给能力越大；Pi为每个格网单元i的人口数目；ωij为利用混合衰减法计算得到的从i到j的步行时间阻抗，表示每个免费核酸采样点覆盖范围内的步行时间衰减，公式如下：

这里使用混合衰减法主要有2个原因，首先，国务院联防联控机制提出要在省会城市和千万级人口城市建立步行15 min核酸“采样圈”，方便公众就近就便进行核酸检测[24]。因此，15 min作为理想的步行时间阈值，应在该时段内使用相同且最大的衰减权重。其次，有学者指出30 min是人们步行最远出行距离[25]，因此本文以30 min作为步行极限。当步行时间在15 min以内时，设ωij=1，表示该区域内没有空间衰减。当行程时间超过30 min时，设ωij=0，表示无法到达免费核酸采样点。当行程时间在15～30 min之间时，采用高斯函数度量步行时间衰减[26]，如公式（2）所示，其中tij是从街道i到免费核酸采样点j的行程时间（以s为单位）。

第2步：对于每个格网单元(人口需求点)i，搜索步行时间t0范围内的免费核酸采样点j，对所有搜索范围内的免费核酸采样点供需比Rj进行求和，从而得到每个格网点(人口需求点)i的空间可达性Ai：

式中，Rj为免费核酸采样点j的供需比；ωij为公式（2）中的步行时间阻抗。

2 实验分析

2.1 研究区域与数据来源

本文以武汉市长江以北的中心城区为研究范围，涉及汉阳区、硚口区、江汉区和江岸区4 个市辖区，53个街道，研究区内有汉水和长江两条重要水系，如图2a所示。武汉市是湖北省的省会城市，作为长江经济带的核心城市和具有重要战略地位的中部地区大城市之一[27]，研究武汉市免费核酸点的空间可达性可以作为研究中国大城市常态防疫建设的典型案例。

如图2a所示，为了准确地表达武汉市中心城区的人口空间分布形态，本文将研究区格网化为500 m×500 m 的地理单元，以格网中心位置及其相应单元格内的人口数目作为需求点的位置和规模。人口数据来源于武汉市2020 年以1 km×1 km 格网为检测单元的24 h的人口平均分布数量。同时，如图2b所示，本文收集了研究区内的免费核酸采样点数据，主要包含每个采样点的地址，经纬度坐标以及服务时长。数据来源于微信小程序“武汉微邻里Pro”。截至2022-06-01，4 个市辖区共有301个核酸采样点，其中汉阳区80个，硚口区85 个，江汉区62 个，江岸区74 个。另外，本文以服务时长来衡量每个采样点的供给能力，从图2b中可以看出，大部分采样点的服务时长在6～10 h 之间，且汉江以北的采样点服务时长整体上大于汉江以南的采样点。

图2 武汉市长江以北中心城区的人口分布形态

2.2 格网单元的空间可达性分析

本文基于增强型2SFCA方法计算了研究区内的格网单元到达最大搜索范围内（30 min 内）免费核酸采样点的最短步行时间及其空间可达性，并通过频数分布直方图进行数学统计，如图3和表1所示，对于902个格网单元，共有806 个（占总数的89.4%）能在30 min内到达周围最近的免费核酸采样点，其中有762个（占总数的84.5%）能在15 min内到达，说明步行时间15 min的核酸“采样圈”目前已覆盖了研究区内的大部分地区。频数峰值主要集中在150～600 s 之间，说明研究区内大部分地区可以在合适的时间范围内抵达核酸采样点。但仍存在一些步行时间过长的地区，其步行时间甚至超过了1 h。对于空间可达性得分，其最高可达73.4，最低为0。整体而言，可达性分值主要分布在30（占总数的91.8%）以内，少数高值分布在30～73.4 之间，频数峰值在5～15 之间。同时，共有96个格网单元的空间可达性得分为0，这与图3a中有96个格网点的最短时间超过30 min相对应。

对比图3a与图3b，最短步行时间与空间可达性得分的频数分布并不相同，步行时间的频数分布比较集中，而空间可达性得分的频数分布较为均匀。造成这一现象的原因是空间可达性并非受步行时间的单一影响，其结果还会受到格网单元内人口数量等多重因素的共同作用。例如在相同步行时间的格网单元中，格网人口数量越多，对同一个核酸采样点而言服务压力就越大，该格网点空间可达性则越低。

根据图3b中空间可达性的频数分布情况，本文将可达性分值分成5个等级。如表1所示，得分为0的表示该地区到达最近核酸采样点的时间超过了30 min，为不可达地区，需要重点关注；得分超过30的地区空间可达性为很高；得分在0～30之间的区域则被平均分成3个等级，间隔为10，分别对应可达性低、中等和高。在本次分类中，只有少数格网单元（8.2%）具有很高的空间可达性，而大多数格网单元（69.4%）具有低或者中等的空间可达性。

表1 步行时间与空间可达性得分的频数与频率统计

图3 人口格网单元的步行时间频数与空间可达性得分频数分布直方图

图4 显示了研究区内的格网单元到达邻近免费核酸采样点的最短步行时间以及可达性的空间分布。在图4a中，整体而言，研究区中心地区的最短步行时间要少于研究区边界的地区，且中心区地区的最短步行时间分布较为均匀，都在600 s 之内。靠近长江与汉江区域的步行时间最短，耗时300 s 以内。其中，格网单元步行时间都小于300 s的街道共有7个，分别是六角亭街道（硚口区）、荣华街道（硚口区）、民意街道（江汉区）、民权街道（江汉区）、前进街道（江汉区）、水塔街道（江汉区）和台北街道（江岸区）。而汉阳区西部与南部，以及江岸区的东北区域的步行时间最长，超过了1 800 s，具体区域主要涉及永丰街道（汉阳区）西部与南部、江堤街道（汉阳区）南部、后湖街道（江岸区）北部、丹水池街道（江岸区）东南以及谌家矶道（江岸区）的东北部。

图4b展示了格网单元到达免费核酸采样点的空间可达性分布，可以看出其分布存在明显的空间差异，高可达性主要位于汉阳区中心、硚口区西北部、江岸区北部以及东北部分地区，低可达性区域分布在汉阳区南部以及江岸区靠近长江一带。

对比图4a与图4b，最短步行时间超过1 800 s的区域其空间可达性等级基本为无或者为低，说明这些地区需要重点关注，建议增设核酸采样点。另外，步行时间最短（小于300 s）的区域其空间可达性等级反而并不高，主要处于中等或低的等级，结合图1可以发现这些地区恰好为人口密度最大的区域，即使该区域的核酸采样点数目相对较多且步行时间较短，但是过高的人口密度仍在一定程度上增大了采样点的检测压力，需求过大导致的供求不足降低了该区域的空间可达性。相反，可达性高值区（等级为高和很高）的人口到达采样点的最短步行时间在300～600 s之间，该区域的人口密度相对较低且存在邻近的核酸采样点，说明只有当区域同时满足较少的人口数目、较短的步行时间且存在邻近的采样点时，才会出现较高的空间可达性。

图4 格网单元到达采样点的最短步行时间分布与空间可达性

2.3 街道的空间可达性分析

为了进一步了解研究区内的核酸采样点空间可达性，本文以每个街道范围内所有格网单元的步行时间均值作为街道的采样步行时间，以空间可达性均值作为街道的空间可达性得分，并将得分等级分为很高、高、中等、低四个等级（与格网单元空间可达性的分类标准相同），如图5 所示。对于图5a 而言，大部分街道的平均步行时间都在900 s 以内，主要分布于研究区的中心部分，其中平均步行时间超过900 s 的街道有4 个，这些街道没有在步行15 min 核酸“采样圈”内，它们分别是永丰街道（汉阳区）、洲头街道（汉阳区）、丹水池街道（江岸区）和谌家矶街道（江岸区）。

对于图5b而言，空间可达性最高的街道为四新街道（汉阳区）。大部分街道的空间可达性都处于中等和高水平，主要位于研究区中心、汉阳区中心以及江岸区北部。低空间可达性的街道则位于长江沿岸和研究区西部。其中新村街道（江岸区）、二七街道（江岸区）、晴川街道（汉阳区）、丹水池街道（江岸区）和永清街道（江岸区）属于空间可达性最低的5 个街道，需要重点关注。

图5 研究区各个街道到达核酸采样点的平均步行时间分布与空间可达性均值

基于上述研究，本文认为武汉市免费核酸采样点的布局存在以下改进的可能：第一，重点关注核酸采样空间可达性较低的街道，如新村街道（江岸区）、二七街道（江岸区）、晴川街道（汉阳区）、丹水池街道（江岸区）和永清街道（江岸区）。这些街道应适当增设免费核酸采样点，提高人口核酸检测的便利度。第二，优化免费核酸采样点的资源配置。核酸采样点的空间布局应综合人口密度、地理交通以及核酸检测机构的供给能力，应当参考国家卫健委的要求，每2 000～3 000人设一个采样点[28]，降低人口密度较高区域的核酸检测压力。另外，步行时间15 min核酸“采样圈”外的地区（汉阳区的西部与南部，以及江岸区的东北部）也应增设免费核酸采样点，从而扩大核酸“采样圈”，提升武汉市新冠肺炎疫情监测预警的灵敏性。

3 结 论

本文提出一种基于增强型2SFCA 方法的城市核酸采样点可达性度量方法，以武汉市长江以北中心城区为研究案例论证了方法的可行性。研究发现实验区最短步行时间与核酸采样点的空间可达性都存在明显的空间差异，核酸采样点的空间可达性受人口密度、最短步行时间以及采样点服务时长的共同影响。对于到达邻近核酸采样点的步行时间而言，靠近长江与汉江区域的格网单元耗时时间最短，而汉阳区的西部与南部，以及江岸区的东北地区的格网单元耗时时间最长。对于核酸采样空间可达性而言，研究区边缘地带的空间可达性最低，汉阳区中心、硚口区西北部、江岸区北部以及东北地点的空间可达性最高。

本文方法可作为城市核酸采样空间可达性度量的重要参考，具体应用时有两个问题可进一步优化。首先，本文的人口数据源于1 km×1 km 的人口格网数据，未来可采用更精细格网单元内的人口数据或者采用社区数据；其次，位于研究区边界的区域可能会选择研究区外的核酸采样点进行核酸检测，这会影响边缘地带核酸采样空间可达性的真实性。在后续的研究中，可扩大研究范围，将两步移动搜索法应用于整个武汉市或其他城市，尽早发现核酸采样空间可达性较低的区域，从而完善城市医疗卫生防疫体系，实现全链条精准防控的“动态清零”。