融合實時路況信息的北京市就醫(yī)可達性分析

李益言,馮璐瑋,張 劍,邢 峰,謝偉文,杜清運

(1. 武漢大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,湖北 武漢 430079;2. 浙江省地理信息中心,浙江 杭州 310012;3. 深圳市勘察研究院有限公司,廣東 深圳 518026)

0 引 言

隨著我國醫(yī)療制度改革的深入以及社會經(jīng)濟水平穩(wěn)定地增長,居民對公共衛(wèi)生醫(yī)療資源的需求日益增加,但醫(yī)療服務(wù)設(shè)施的配置仍存在空間上的不均衡[1].醫(yī)療服務(wù)設(shè)施的空間公平性反映了區(qū)域內(nèi)的衛(wèi)生醫(yī)療水平和社會公平性.該領(lǐng)域的研究能夠為醫(yī)療資源的配置調(diào)整、尋找適宜的布局區(qū)位提供重要的參考,成為了國內(nèi)外學(xué)者和政府決策者的關(guān)注熱點[2],居民的就醫(yī)可達性常常被用來評估公共衛(wèi)生醫(yī)療資源的空間公平性,它受到供需者、交通等多方面因素的影響[3].

國內(nèi)外學(xué)者對醫(yī)療設(shè)施的空間可達性已經(jīng)開展了大量的研究,目前用于評估可達性的方法主要有Huff模型、重力模型、兩步移動搜索法(Two-step Floating Catchment Area,2SFCA)等[4].Huff模型考慮了設(shè)施規(guī)模和距離因素,但忽略了需求點規(guī)模的影響.潛能模型將供需雙方的空間效應(yīng)與兩者自身的引力規(guī)模結(jié)合起來綜合評價可達性,出行摩擦系數(shù)不易確定[5].相比于前幾種方法,2SFCA結(jié)合距離因素和資源的分布情況綜合計算可達性[6],且更易于理解,可操作性更強,因此學(xué)者們從距離的評估方法、距離衰減函數(shù)、搜索半徑、出行方式等多個角度對2SFCA進行擴展[7-9].其中越來越多的學(xué)者通過出行的時間成本代替距離,采用了多種方法估算通達時間:曹恩溯等通過2SFCA利用不同區(qū)劃的路況統(tǒng)計數(shù)據(jù)研究了武漢市的綜合醫(yī)院可達性[10].孟田田等利用網(wǎng)絡(luò)分析估算交通的時間成本,通過2SFCA評價北京市城區(qū)的就醫(yī)可達性[11].

在2SFCA模型的改進方法中仍然存在很多問題:①忽視路網(wǎng)的連通性.就醫(yī)可達性與居民點和醫(yī)院的分布情況密切相關(guān),如何計算兩者之間的距離成為可達性問題研究的難點之一,許多可達性研究所使用的是傳統(tǒng)的路網(wǎng)數(shù)據(jù),忽略了實際的連通情況.②時間估算的偏差.現(xiàn)階段可達性的研究更加關(guān)注供需點間的時間而非距離,時間常通過路段的等級與速度估算.但實際的通達時間與實時路況密切相關(guān),以往研究往往忽略了這一問題.③搜索閾值過于單一.搜索閾值包含了多層含義,它代表居民獲取醫(yī)療服務(wù)可接受的最大出行時間,也代表醫(yī)院的服務(wù)范圍,直接影響到可達性的計算.④研究最小基本單元尺度較大,較多研究仍是基于街道尺度進行的.

本文采用高斯兩步移動搜索法研究北京市二級及以上醫(yī)院的可達性,研究時段為早高峰(7:30~9:30)、中午(11:00~13:00)、下午(14:30~16:30)、晚高峰(17:30~19:30)和夜晚時段(20:00~22:00),選取15、30、45和60 min 4種出行時間閾值.采用居民點與醫(yī)院的實際駕車通達時間度量兩者之間的距離,通過調(diào)用高德地圖API,依據(jù)實際的道路通達情況和實時的路況信息規(guī)劃各居民點至醫(yī)院的最短路線,獲取兩者的實際通達時間.研究的最小基本單元為小區(qū)和村莊,分析居民點就醫(yī)可達性的時空分布特征,評價北京市醫(yī)療資源分布的公平性.

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究區(qū)概況

本文選取北京市為研究區(qū)域,北京市為中國首都,地處東經(jīng)115.7°~117.4°,北緯39.4°~41.6°,位于華北平原北部.總面積16 410.54 km2,共有東城區(qū)、西城區(qū)等16個區(qū),2015年常住人口2 170.5萬人.

1.2 數(shù)據(jù)來源及預(yù)處理

本文以居民點作為北京市醫(yī)療設(shè)施空間可達性研究的最小基本單元,所用到的數(shù)據(jù)包括北京市基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、人口分布數(shù)據(jù)、小區(qū)及村莊的分布數(shù)據(jù)、醫(yī)院相關(guān)數(shù)據(jù).

北京市道路等基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)通過OpenStreetMap(http://www.openstreetmap.org/)獲取,人口分布數(shù)據(jù)使用2013年全國1kmX1 km人口柵格數(shù)據(jù),由于網(wǎng)格粒度較大,2SFCA在獲取搜索閾值內(nèi)人口數(shù)據(jù)時會因數(shù)據(jù)粒度較大導(dǎo)致結(jié)果產(chǎn)生偏差.因此將原始人口分布網(wǎng)格的每平方千米人口總數(shù)換算為人口密度后,通過ArcGIS平臺進行重采樣處理,處理后人口網(wǎng)格數(shù)據(jù)粒度為原始數(shù)據(jù)的1/3,如圖1a所示.北京市人口集中分布在西城區(qū)、東城區(qū)、海淀區(qū)、朝陽區(qū)、石景山區(qū)、豐臺區(qū)(以下簡稱市內(nèi)六區(qū)),東南部人口密度總體高于西北部.

居民點數(shù)據(jù)包括北京市896個小區(qū)POI和697個村莊POI,數(shù)據(jù)通過高德地圖API(http://lbs.amap.com/)搜索模塊獲取,使用關(guān)鍵詞搜索的方法,分別獲取搜索關(guān)鍵詞為"小區(qū)"和"村"的返回結(jié)果.分布如圖1b所示,小區(qū)密集地分布在市內(nèi)六區(qū),其他區(qū)縣的小區(qū)數(shù)量較少,村莊數(shù)量較多.

醫(yī)療服務(wù)設(shè)施選取2013年北京市208所二級和三級醫(yī)院,相關(guān)數(shù)據(jù)包括醫(yī)院的地理位置信息及醫(yī)療衛(wèi)生人員數(shù)據(jù).通過《2014年北京市衛(wèi)生統(tǒng)計年鑒》獲取醫(yī)院名單、地址、等級、床位數(shù)、衛(wèi)生人員數(shù)等屬性數(shù)據(jù),通過高德地圖API的地址匹配功能獲取醫(yī)院的經(jīng)緯度信息,分布如圖1c所示.69.7%的二級以上醫(yī)院位于市內(nèi)六區(qū),其中朝陽區(qū)和海淀區(qū)的醫(yī)院數(shù)量較多,有37和29所,密云縣和延慶縣的醫(yī)院則較少,均為3所.

圖1 北京市醫(yī)院、居民點及人口密度分布Fig.1 Spatial distribution of hospitals, residential areas and population density in Beijing

2 研究方法及實現(xiàn)

2.1 高斯兩步移動搜索法

本文考慮不同時段路況對出行時間的影響和搜索閾值的多樣性,選取工作日出行的早高峰、中午、下午、晚高峰和夜晚時段,通過高斯兩步移動搜索法評估在15、30、45和60 min 4種出行時間閾值內(nèi)北京市1 575個居民點的就醫(yī)可達性.兩步移動搜索法(2SFCA)最早由Radke等提出[12],由Luo等進一步改進并命名,具體步驟如下[13]:

第一步,對醫(yī)療設(shè)施j至1 575個居民點的駕車出行時間進行插值處理,插值方法選擇克里金插值,得到在4種時間閾值tk(k=1,2,3,4)內(nèi)可到達各醫(yī)療設(shè)施j的區(qū)域范圍Okj.

第二步,對每個醫(yī)療設(shè)施j,搜索時間閾值tk(k=1,2,3,4)范圍的人口密度網(wǎng)格r,累加網(wǎng)格r的人口總數(shù),即第一步得到的區(qū)域范圍Okj內(nèi)人口總數(shù),計算醫(yī)療設(shè)施j的供需比Rjk,可表示為:

式中,Sj為醫(yī)療設(shè)施j的供給規(guī)模,使用醫(yī)療衛(wèi)生人員數(shù)表示;Dr為需求規(guī)模,使用每個人口網(wǎng)格r的人口數(shù)表示;trj為人口網(wǎng)格r與醫(yī)療設(shè)施j的通達時間.

第三步,考慮距離衰減作用,增加由Dai提出的高斯型距離衰減函數(shù),該方法采用高斯函數(shù)作為2SFCA搜尋范圍內(nèi)的距離衰減函數(shù)[14-15].根據(jù)居民點i到達醫(yī)療設(shè)施j的時間tij,一般化的距離衰減函數(shù)fk(tij)可表示為:

通過高斯函數(shù),計算搜尋半徑tk范圍內(nèi)醫(yī)院供需比對應(yīng)的衰減函數(shù)g(tij),可表示為:

式中,tij為居民點i至醫(yī)療設(shè)施j的通達時間.累加搜尋半徑內(nèi)的衰減人口總數(shù)時,根據(jù)每個人口網(wǎng)格r到達醫(yī)療設(shè)施j的時間trj計算需求規(guī)模對應(yīng)的衰減函數(shù)fk(trj)和g(trj),方法與供需比對應(yīng)的衰減函數(shù)相同.

第四步,對每個居民點i,搜索所有在出行時間閾值tk內(nèi)的醫(yī)療設(shè)施j,考慮距離衰減的影響,將所有閾值內(nèi)醫(yī)療設(shè)施j的衰減供需比Rjk求和得到居民點i的就醫(yī)可達性Aik,可表示為:

2.2 實現(xiàn)過程

使用高德地圖Javascript API獲取早高峰、中午、下午、晚高峰和夜晚時段居民點與醫(yī)療設(shè)施間的通達時間.通過"AMap. DrivingPolicy. REAL_TRAFFIC"選擇考慮實時路況的駕車策略,規(guī)劃5個時段內(nèi)居民點至醫(yī)院的實際駕車最優(yōu)路線,并獲取最優(yōu)路線的時間為實時通達時間.本文抓取4個工作日5個時段內(nèi)居民點至醫(yī)院的通達時間,計算4天的時間均值為居民點和醫(yī)院的通達時間.由于每次抓取數(shù)據(jù)時間跨度較長,所以每日隨機打亂居民點和醫(yī)院的查詢順序,使查詢結(jié)果更貼近兩者在2 h時間跨度內(nèi)的總體情況.

高斯兩步移動搜索法的具體實現(xiàn)基于ArcGIS平臺,通過Python語言使用ArcPy包批量處理,關(guān)鍵步驟包括使用克里金插值(Kriging)得到到達各醫(yī)療設(shè)施j的時間成本柵格,按屬性提取(ExtractByAttributes)時間成本柵格中小于時間閾值tk的區(qū)域Okj,通過ZonalStatisticsAsTable 方法統(tǒng)計Okj內(nèi)人口總數(shù).供需比及可達性的計算通過Math工具包的運算方法實現(xiàn).

3 結(jié)果分析

通過對居民點就醫(yī)可達性的研究發(fā)現(xiàn),在工作日的5個時段內(nèi),所有小區(qū)居民可以在45 min內(nèi)到達最近的醫(yī)院,92%的村莊居民在1 h之內(nèi)可以獲得醫(yī)療服務(wù).本文著重關(guān)注時間閾值為15 min的居民點至二級以上醫(yī)院的可達性.

3.1 15分鐘醫(yī)療服務(wù)圈

平均64%居民點的居民能夠在15 min內(nèi)到達二級以上的醫(yī)院,其中,小區(qū)占84%.參考以往研究的分級方法[10],本文根據(jù)自然斷點法將居民點就醫(yī)可達性分為6個相對等級:很高(>400.0)、高(20.0~400.0)、較高(5.0~20.0)、一般(2.0~5.0)、低(0.0~2.0)、很低(<0),其中,很低代表在15 min出行時間閾值內(nèi)無法到達任何一所醫(yī)院,一般及以上表示可達性較好,各時段居民點的就醫(yī)可達性分布見表1.

表1 5時段就醫(yī)可達性等級分布頻率和累積頻率表Tab.1 Medical accessibility frequency and cumulative frequency in fi ve time periods

各時段居民點的就醫(yī)可達性表現(xiàn)出明顯的時段分異特征:①早高峰和晚高峰時段的可到達醫(yī)院居民點占61.97%和61.21%,其他時段均為65%以上,表明能否在15min內(nèi)獲得醫(yī)療服務(wù)與時段關(guān)系密切.高峰時段就醫(yī)可達性很高、高、很低等級的居民點多于非高峰時段,較高、一般和低等級比例則低于非高峰時段.②早高峰時段的就醫(yī)可達性一般及以上等級的累積百分比高于晚高峰,表明晚高峰時段就醫(yī)可達性較低的居民點多于早高峰時段.③中午和下午時段的高等級及以上累積比例高于夜晚時段,夜晚時段能夠在15 min內(nèi)到達醫(yī)院的居民點為一天中最多.下午時段就醫(yī)可達性為很高的等級比例高于其他時段.④各時段可達性為一般及以上等級居民點所占比例由高至低依次為夜晚、中午、下午、早高峰、晚高峰.

篩選出各時段均能在15 min內(nèi)獲得醫(yī)療服務(wù)的居民點,共935個.對每個居民點5個時段的就醫(yī)可達性排序,統(tǒng)計可達性最低值出現(xiàn)時段的百分比.下午時段的就醫(yī)可達性最低的居民點占比重最小為8.24%,早高峰和中午占17.01%和14.22%,分別有32.41%和28.13%的居民點在夜晚和晚高峰時段與醫(yī)療設(shè)施的通達性最差,表明較多居民點與醫(yī)療設(shè)施之間道路交通的擁堵出現(xiàn)在晚間的概率更大.

市內(nèi)六區(qū)內(nèi)的居民點就醫(yī)可達性分布呈現(xiàn)環(huán)狀擴散分布的形式,以東、西城區(qū)為中心向外遞減,位于東、西城區(qū)的所有小區(qū)在5個時段內(nèi)均可在15 min內(nèi)到達最近的醫(yī)院.其他地區(qū)居民點就醫(yī)可達性的空間分布與醫(yī)療設(shè)施的位置、數(shù)量、供需比關(guān)系密切,呈現(xiàn)以醫(yī)療設(shè)施為中心向外遞減的趨勢,因此呈現(xiàn)以醫(yī)院密集、供需比較高區(qū)域為中心的多峰值空間分布形態(tài).就醫(yī)可達性很低居民點的變化波動出現(xiàn)在圖中標注區(qū)域內(nèi),即該區(qū)域的居民能否在15 min內(nèi)獲得醫(yī)療服務(wù)受早晚高峰路況影響較大.

分時段對所有居民點的就醫(yī)可達性由高至低排序,共有41個居民點在一個或多個時段內(nèi)位列前20,統(tǒng)計這些居民點出現(xiàn)的頻數(shù).其中小區(qū)有38個,主要分布在圖中標注區(qū)域:東城區(qū)、西城區(qū)、大興區(qū)西北角興華大街與清源路附近、通州區(qū)西北部翠屏西路附近、順義區(qū)中西部通順路一帶;村莊共有3個:昌平區(qū)東閘村、懷柔區(qū)肖兩河村、房山區(qū)西莊村.大興區(qū)黃村中里、藝苑桐城小區(qū)、通州區(qū)瑞都國際、新華聯(lián)家園小區(qū)、順義區(qū)石原南區(qū)、建新南區(qū)小區(qū)、東城區(qū)金魚胡同小區(qū)、西城區(qū)葡萄園小區(qū)及房山區(qū)西莊村在5個時間段內(nèi)的就醫(yī)可達性均位列可達性前20,認為該9個居民點的就醫(yī)可達性較好,且受周圍路況交通的影響較小.

統(tǒng)計在多個時段的就醫(yī)可達性處于很低等級的居民地,共有640個,這些居民點可達性很低時段的頻數(shù),其中位于五環(huán)以內(nèi)的居民點有北塢嘉園等19個,位于四環(huán)以內(nèi)的有美林花園1個小區(qū)有一個時段的可達性很低.共有521個居民點5個時段的就醫(yī)可達性均處于很低的等級,表示該類居民點的居民無法在15 min內(nèi)獲得醫(yī)療服務(wù),其中村莊占95.4%,均位于五環(huán)路以外的區(qū)域;小區(qū)有人濟莊園等24個,主要位于通州區(qū)、大興區(qū)和六環(huán)路的交界處、朝陽區(qū)東壩附近.

用每個居民點5個時段可達性的標準差表示各居民地就醫(yī)可達性的變化波動幅度,取波動幅度較大和較小的居民點各50個.就醫(yī)可達性波動幅度較大的小區(qū)主要分布在三環(huán)以內(nèi)、北京拉薩高速公路一帶、通州區(qū)西北角.可達性較穩(wěn)定的居民點主要分布于朝陽區(qū)西北角五環(huán)路以北、阜安路一帶和東四環(huán)以內(nèi)西大望路一帶、大興區(qū)東北角等區(qū)域.變化較大的居民點中小區(qū)占97%,變化較小的居民點中村莊占36%,表明小區(qū)的就醫(yī)可達性相對于村莊受實時路況的影響更大,村莊的就醫(yī)可達性則更依賴于醫(yī)療設(shè)施的分布、數(shù)量及供需規(guī)模.

3.2 就醫(yī)可達性與時間閾值關(guān)聯(lián)分析

各時間閾值下就醫(yī)可達性數(shù)值分布如圖2所示,隨著搜索閾值增大,就醫(yī)可達性數(shù)值呈現(xiàn)由高值~低值分散且對稱的分布模式,向集中于高值或低值的分布模式轉(zhuǎn)變,即可達性偏高或偏低的比重會隨閾值增大而增高.同時出現(xiàn)可達性最高值降低的趨勢,最高值均出現(xiàn)在晚高峰時段,該時段居民點就醫(yī)可達性較低和較高的居民點均多于其他時段.

圖2 3個時段閾值條件下就醫(yī)可達性數(shù)值分布Fig.2 Numerical distribution of medical accessibility in three time thresholds

通過克里金插值表現(xiàn)可達性的空間分布特征,并將插值結(jié)果通過間隔的顏色渲染表示,如圖3所示30 min搜索閾值下,就醫(yī)可達性呈多峰值分布,較高峰值分布在東、西城區(qū),其他峰值位于房山區(qū)中東部、大興區(qū)西北部、通州區(qū)西北部、順義區(qū)中東部、密云縣西南部、延慶縣西部、門頭溝區(qū)西部.隨時間閾值增大,多峰值分布向以東、西城區(qū)為主的單一峰值轉(zhuǎn)換,周邊區(qū)縣的多峰值的分布形態(tài)逐漸模糊,市域內(nèi)可達性分布呈環(huán)狀擴散分布形態(tài).早高峰時段相對于其他時段,可達性峰值出現(xiàn)向北偏移的情況,可達性最大值均出現(xiàn)在晚高峰時.60min時,可達性相對較高等級區(qū)域面積已經(jīng)覆蓋東西城區(qū),占市內(nèi)六區(qū)的大部分區(qū)域.

圖3 3種時間閾值下就醫(yī)可達性分布Fig.3 Distribution of medical accessibility in three time thresholds

4 結(jié)束語

本文對北京市二級和三級醫(yī)院的可達性進行了分析,研究的最小基本單元為小區(qū)和村莊,時間尺度劃分為早高峰、中午、下午、晚高峰和夜晚時段.采用實際居民點與醫(yī)院的實際通達時間度量兩者之間的距離,通過高德地圖依據(jù)實際的道路分布和實時的路況信息所規(guī)劃的最短路線,獲取平均通達時間.使用2SFCA法分析北京市就醫(yī)可達性,得到以下結(jié)論:

1)北京市就醫(yī)可達性空間分布不均衡,市內(nèi)六區(qū)的居民點就醫(yī)可達性分布呈現(xiàn)環(huán)狀擴散分布的形式,以西、東城區(qū)為中心向外遞減,與以往研究結(jié)果近似[11].15和30 min搜索閾值下,出現(xiàn)明顯的多峰值分布,主要有東、西城區(qū),房山區(qū)中東部,大興區(qū)西北部,通州區(qū)西北部,順義區(qū)中東部,密云縣西南部,延慶縣西部,門頭溝區(qū)西部.東城區(qū)金魚胡同,西城區(qū)葡萄園等9個居住點在5個時間段內(nèi)的就醫(yī)可達性均位列前20.

2)北京市就醫(yī)可達性時段分異特征顯著,非高峰時段較高峰時段有更多的居民點能在在15 min內(nèi)獲得醫(yī)療服務(wù),可達性較好的居民點數(shù)量也更多.高峰時段可達性很高、高、很低等級的居民點多于非高峰時段,較高、一般和低等級比例則低于非高峰時段,與以往研究結(jié)果一致[10].各時段可達性較好的居民點比例由高至低依次為夜晚、中午、下午、早高峰、晚高峰,但晚間時段是較多居民點一天中可達性最差的時段.

3)北京市就醫(yī)可達性依賴搜索時間閾值,可達性偏高或偏低的比重會隨閾值增大而增高,空間分布由總體多峰值分布向環(huán)狀擴散分布形態(tài)轉(zhuǎn)變.

4)北京市城鄉(xiāng)就醫(yī)可達性差異較大,所有小區(qū)都能在45min內(nèi)到達最近的醫(yī)院,92%的村莊能夠在1 h之內(nèi)到達最近的醫(yī)院.可達性變化幅度較大的居民點中97%為小區(qū),變化幅度較小的居民點36%為村莊.