基于AnyLogic的龍卷風(fēng)傷病員醫(yī)療后送多主體模型

牛冬軍，汪 博，王熙西，王胤丞，張鷺鷺

(海軍軍醫(yī)大學(xué)衛(wèi)生勤務(wù)學(xué)系衛(wèi)生勤務(wù)學(xué)教研室，上海 200433)

龍卷風(fēng)是在強(qiáng)烈不穩(wěn)定氣象條件下產(chǎn)生的小范圍空氣漩渦，其中心風(fēng)力可以達(dá)到100～200米每秒，直徑可達(dá)幾米甚至幾百米，一般維持十幾分鐘至幾小時(shí)，其襲擊范圍小，但是破壞力巨大[1]。龍卷風(fēng)發(fā)生之后會(huì)在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生批量傷病員，傷情多樣，傷勢(shì)程度多樣，需要依據(jù)傷員傷勢(shì)嚴(yán)重程度采取對(duì)應(yīng)后送策略進(jìn)行救治。目前，國(guó)內(nèi)外龍卷風(fēng)傷病員醫(yī)療后送方面的研究較少，有必要進(jìn)行建模研究，通過(guò)模擬理清醫(yī)療后送機(jī)理，改進(jìn)醫(yī)療后送策略，為提升龍卷風(fēng)災(zāi)害救援能力提供依據(jù)[2]。

1 模型設(shè)計(jì)

1.1 Agent界定本模型用于模擬龍卷風(fēng)災(zāi)害醫(yī)療后送過(guò)程，分析多類影響因素對(duì)后送效率的影響?；诠舶踩抢碚摵颓捌诘挠绊懸蛩胤治觯缍▊麊T、救護(hù)車、傷員集散點(diǎn)、后方醫(yī)院和指揮中心5類主體(Agent)。

1.1.1 傷員 本模型的主體是龍卷風(fēng)襲擊中受傷的居民，將其定義為傷員，屬性包括：傷情、所在傷員集散點(diǎn)、目的醫(yī)院、報(bào)到時(shí)間、后送開(kāi)始時(shí)間、后送結(jié)束時(shí)間和接受治療時(shí)間等。

1.1.2 救護(hù)車 救護(hù)車是本模型中主要載體，負(fù)責(zé)將傷員從傷員集散點(diǎn)向醫(yī)院運(yùn)送，屬性包括：初始所屬醫(yī)院和存放傷員的集合。

① 初始所屬醫(yī)院是記錄救護(hù)車初始狀態(tài)位于某家醫(yī)院，確認(rèn)其初始位置。

② 存放傷員的集合主要是記錄當(dāng)前救護(hù)車所轉(zhuǎn)運(yùn)的傷員情況，以便于救護(hù)車抵達(dá)醫(yī)院后流程正常進(jìn)行。

1.1.3 傷員集散點(diǎn) 傷員集散點(diǎn)是傷員報(bào)到的位置，決定救護(hù)車的目的地，屬性包括：名稱、經(jīng)度、緯度。

1.1.4 后方醫(yī)院 后方醫(yī)院是傷員后送的目的地和急救住院的場(chǎng)地，屬性包括：后方醫(yī)院經(jīng)度、后方醫(yī)院緯度、后方醫(yī)院名稱、后方醫(yī)院級(jí)別、救護(hù)車數(shù)量、ICU床位數(shù)量、普通床位數(shù)量、存放傷員的集合。

1.1.5 指揮中心 指揮中心是統(tǒng)籌指揮救護(hù)車派送流程的主體，屬性包括存放傷員的集合，集合記錄的是已報(bào)到的傷員的信息，指揮中心根據(jù)集合中已報(bào)到的傷員的信息分配對(duì)應(yīng)的救護(hù)車到相關(guān)傷員集散點(diǎn)。

1.2 邏輯關(guān)系構(gòu)建模型關(guān)注傷員醫(yī)療后送過(guò)程，基本結(jié)構(gòu)由傷員、傷員集散點(diǎn)、救護(hù)車、后方醫(yī)院、指揮中心構(gòu)成，邏輯主線是傷病員的醫(yī)療后送過(guò)程，主要基于救護(hù)車邏輯。指揮中心對(duì)系統(tǒng)的影響在于調(diào)動(dòng)救護(hù)力量，根據(jù)救護(hù)車數(shù)量以及基于GIS系統(tǒng)確定后送路線[3]。

1.3 模型規(guī)則

1.3.1 傷員產(chǎn)生規(guī)則 基于鹽城龍卷風(fēng)實(shí)地調(diào)研結(jié)果。災(zāi)區(qū)報(bào)到傷員發(fā)生規(guī)則(以鎮(zhèn)為單位，作為傷員集中點(diǎn))，以AnyLogic中的GIS地圖內(nèi)鹽城市地圖為底圖，設(shè)傷員總數(shù)為846人，3小時(shí)內(nèi)隨機(jī)報(bào)到。傷員在7個(gè)重災(zāi)鄉(xiāng)鎮(zhèn)衛(wèi)生所隨機(jī)分布，傷員的傷情及傷員ISS值隨機(jī)分布如表1。

表1 傷情比例

1.3.2 急救指揮中心指揮規(guī)則 急救指揮中心統(tǒng)一指揮急救車輛前往各鄉(xiāng)鎮(zhèn)后送傷員。目標(biāo)為減少各類傷員后送時(shí)間，減少死亡率，影響因素包括：急救車數(shù)量、位置和路程，傷員情況，醫(yī)院床位情況和排隊(duì)時(shí)間。

1.3.3 急救車行動(dòng)規(guī)則 ①由指揮中心調(diào)度，車速30 km/h。 ②按照危重傷、重度傷、輕度傷的順序依次后送傷員。 ③每輛車載2名傷員，且不能同時(shí)載2名危重傷傷員。 ④僅能載相同目標(biāo)醫(yī)院傷員。

1.3.4 院內(nèi)急救規(guī)則 按危重傷、重度傷、輕度傷順序搶救傷員。急救室每名傷員急救耗時(shí)(單位：min)見(jiàn)表2。

表2 急救耗時(shí)(min)

2 模型實(shí)現(xiàn)

2.1 初始界面

2.1.1 初始化設(shè)置界面 初始化設(shè)置界面主要是對(duì)模型中主體參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，其他參數(shù)可以通過(guò)后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行設(shè)置[4]。

2.1.2 Main函數(shù)設(shè)置 Main表示主函數(shù)，是模型的主要設(shè)計(jì)界面。在Main的主界面中，設(shè)置本模型的主體(Agent)類型、數(shù)量，以及基本函數(shù)、變量、參數(shù)、集合、數(shù)據(jù)庫(kù)的引用方式，同時(shí)也設(shè)置模型運(yùn)行時(shí)所能看到的顯示區(qū)域[5]。

2.1.3 GIS地圖 AnyLogic軟件內(nèi)置GIS地圖，能與地圖地理信息進(jìn)行良好的交互結(jié)合。運(yùn)行時(shí)可以調(diào)整模型區(qū)域的經(jīng)緯度坐標(biāo)，以模擬不同地區(qū)的龍卷風(fēng)災(zāi)害情況。

2.2 運(yùn)行過(guò)程

2.2.1 運(yùn)行界面

① 界面主體主要由GIS地圖占據(jù)，同時(shí)顯示各傷員集散點(diǎn)，二級(jí)醫(yī)院和三級(jí)醫(yī)院，以及救護(hù)車，這些構(gòu)成整個(gè)模型的邏輯主體。② 界面右側(cè)顯示等待后送的傷員數(shù)量變化情況，以及完成急救的傷員數(shù)量變化情況，分為危重傷、重度傷和輕度傷三個(gè)曲線(圖1)。

圖1 模型運(yùn)行界面

2.2.2 主體狀態(tài)變化

① 傷員及救護(hù)車主體狀態(tài)。

(a) 初始狀態(tài)：傷員的最初狀態(tài)，代表傷員被送到傷員集散點(diǎn)前的狀態(tài)。 (b) 報(bào)到：傷員被送至傷員集散點(diǎn)之后的狀態(tài)。 (c) 開(kāi)始后送：傷員被送上救護(hù)車后的狀態(tài)。 (d) 后送完成：傷員被送至對(duì)應(yīng)醫(yī)院后的狀態(tài)。 (e) 等待急救：傷員如急救前進(jìn)行排隊(duì)，此時(shí)進(jìn)入等待急救狀態(tài)。 (f) 開(kāi)始急救：傷員完成排隊(duì)，進(jìn)入開(kāi)始急救狀態(tài)。 (g) 最終狀態(tài)：傷員完成急救之后住院或出院的狀態(tài)。

② 醫(yī)院主體狀態(tài)

醫(yī)院內(nèi)部流程使用的是流程建模的方式，使用流程庫(kù)中的插件完成(圖2)。

(a) enter：進(jìn)入模塊，傷員進(jìn)入救治流程的模塊。 (b) queue：排隊(duì)模塊，傷員進(jìn)入醫(yī)院排隊(duì)的模塊。 (c) 急救：急救模塊，傷員在急救模塊中停留的時(shí)間根據(jù)傷員的傷情和傷員所在醫(yī)院的等級(jí)而定。 (d) selectOutput：傷員急救完成后的選擇模塊。 (e) 住院：傷員急救后需住院，在此模塊中。 (f) exit：醫(yī)院內(nèi)部救治流程的結(jié)束模塊。

2.2.3 指揮中心內(nèi)部邏輯 指揮中心內(nèi)部邏輯主要通過(guò)事件來(lái)控制，通過(guò)上報(bào)到指揮中心的傷員傷情及位置分布來(lái)分配救護(hù)車[6-7]。

2.2.4 結(jié)果輸出 模型運(yùn)行結(jié)果以Access數(shù)據(jù)庫(kù)形式導(dǎo)出，數(shù)據(jù)庫(kù)格式為Microsoft Access 數(shù)據(jù)庫(kù) (.accdb)。

圖2 醫(yī)院內(nèi)部流程

除了Access數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)輸出之外，模型界面上還有運(yùn)行過(guò)程中相關(guān)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)變化曲線圖(圖3-4)。以鹽城災(zāi)區(qū)為數(shù)據(jù)本底，曲線趨勢(shì)顯示3類傷員等候的數(shù)量都是先增多，然后逐漸減少，由于重傷員優(yōu)先救治，危重傷、重傷員等待時(shí)間較短，傷員后送完成的時(shí)間在3000分鐘左右。3類傷員急救完成的數(shù)量都是先顯著增多，后逐漸放緩，其中危重、重傷員得到處置較為及時(shí)。

圖3 等待后送傷員變化曲線圖

圖4 急救完成傷員數(shù)量變化曲線

3 討 論

3.1 多主體建模構(gòu)建龍卷風(fēng)傷員醫(yī)療后送模型針對(duì)龍卷風(fēng)醫(yī)療后送系統(tǒng)復(fù)雜性分析的結(jié)果，基于多主體建模方法和理論，將龍卷風(fēng)傷員醫(yī)療后送模型切分為傷員、救護(hù)車、傷員集散點(diǎn)、后方醫(yī)院和指揮中心等主體(Agent)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的細(xì)化分析。同時(shí)，明確系統(tǒng)的邊界、主體類別、行為規(guī)則等邏輯關(guān)系，梳理主體間相互作用特征，從多類別的主體行為來(lái)研究模型的整體涌現(xiàn)規(guī)律[8]。

3.2 后送規(guī)則的復(fù)雜性是建模復(fù)雜性的集中體現(xiàn)龍卷風(fēng)醫(yī)療后送系統(tǒng)中除了災(zāi)害不確定因素外，后送各方面規(guī)則的復(fù)雜性是模型復(fù)雜性的集中體現(xiàn)。后送規(guī)則的復(fù)雜性受傷員數(shù)量、傷情種類的不確定性、組織指揮及調(diào)度規(guī)則的有效性等因素影響。后送工具的選擇以及后送路線和后送醫(yī)院的選擇都會(huì)導(dǎo)致不同的傷亡結(jié)果，因此需要從復(fù)雜性角度進(jìn)行建模研究。

3.3 多主體模型具有良好可靠性和穩(wěn)定性運(yùn)用AnyLogic仿真建模軟件，實(shí)現(xiàn)龍卷風(fēng)醫(yī)療后送多主體模型的構(gòu)建，包括初始化模型設(shè)置、模型運(yùn)行規(guī)則、模型動(dòng)態(tài)可視化模擬、模型輸出Access數(shù)據(jù)庫(kù)等。搭建模型的模擬運(yùn)行框架，可實(shí)現(xiàn)定量模擬龍卷風(fēng)醫(yī)療后送過(guò)程中各類影響因素的作用規(guī)律，便于后期的模型模擬與干預(yù)實(shí)驗(yàn)及相關(guān)分析。通過(guò)鹽城和開(kāi)原龍卷風(fēng)模擬，模型模擬結(jié)果與災(zāi)害實(shí)際結(jié)果相比都具有很好的擬合性，誤差分別為9.1%、11.1%，均在可接受的誤差范圍內(nèi)，提示模型具有較好的可靠性和穩(wěn)定性[9]。

本研究基于AnyLogic仿真建模軟件，運(yùn)用多主體結(jié)合離散事件模型進(jìn)行仿真建模，構(gòu)建龍卷風(fēng)傷員醫(yī)療后送模型。仿真場(chǎng)景中的對(duì)象都有各自的行為屬性，因此采用多主體建模的方式，對(duì)每一類對(duì)象的屬性以及行為進(jìn)行明確的定義。傷員的處理流程是典型的離散事件，因此對(duì)于傷員的處理采用的是離散事件建模。模型界定傷員、救護(hù)車、傷員集散點(diǎn)、后方醫(yī)院和指揮中心5類主體(Agent)，以及主體的行為規(guī)則，通過(guò)干預(yù)實(shí)驗(yàn)，可以分析主體之間的關(guān)系，理清龍卷風(fēng)災(zāi)害醫(yī)療后送機(jī)制，為提升后送效率提供參考。