城市免費核酸檢測采樣點空間可達性研究

季 霞，李 濤*，密長林，蔡振峰

（1. 臨沂市國土資源局測繪院，山東 臨沂 276002；2. 臨沂市自然資源開發(fā)服務(wù)中心，山東 臨沂 276002；3. 臨沂市蘭山區(qū)自然資源局，山東 臨沂 276002）

隨著疫情防控“動態(tài)清零”工作的持續(xù)展開，許多城市為居民免費提供了日常的核酸檢測服務(wù)。然而，目前對于免費核酸采樣點空間可達性的定量研究較少[1-18]，本文提出一種基于增強型2SFCA算法的城市核酸采樣點空間可達性評估模型，該模型將研究區(qū)格網(wǎng)化形成人口需求點，使用高德地圖API的步行規(guī)劃接口估算人口格網(wǎng)單元到達免費核酸采樣點的時間成本，從而評估研究區(qū)的核酸采樣點空間可達性，其分析結(jié)果可為城市免費核酸采樣點的空間布局提供科學(xué)參考。

1 基于增強型2SFCA的城市核酸采樣點可達性評估模型

本研究使用增強型2SFCA方法來度量免費核酸采樣點的空間可達性，模型步驟如圖1所示：①首先根據(jù)每個免費核酸采樣點（供給點）和人口格網(wǎng)點（需求點）的位置，利用在線地圖API的路徑規(guī)劃接口估算供給點與需求點之間的步行時間，以每個格網(wǎng)單元的人口數(shù)目和采樣點的服務(wù)時長作為需求點的規(guī)模和供給點的供給能力。②以核酸采樣點為搜索中心，搜索每個采樣點服務(wù)范圍內(nèi)的格網(wǎng)點（需求位置）和格網(wǎng)單元對應(yīng)的人口數(shù)目（需求規(guī)模），結(jié)合核酸采樣點的供給能力以及步行阻抗，計算每個采樣點的供需比。③利用核酸采樣點的供需比和到達每個格網(wǎng)點的步行阻抗計算每個人口格網(wǎng)點的核酸檢測空間可達性。

圖1 基于增強型2SFCA的核酸采樣點可達性評估模型流程圖

1.1 實時動態(tài)時間成本估算

現(xiàn)有研究中大部分是通過ArcGIS軟件的網(wǎng)絡(luò)分析工具，使用起點到終點的距離以及基于矢量地圖的假設(shè)速度進行時間成本的估算[19]，其結(jié)果的準確性取決于人為設(shè)定的速度，但實際應(yīng)用場景中的車輛或者行人的速度是任意變化的[20]。近年來，在線地圖API（如谷歌地圖API、百度地圖API 和高德地圖API）已被應(yīng)用于2SFCA模型，并估算多種交通模式下的行駛距離和行駛時間[21]，該方法可使用最新的道路網(wǎng)絡(luò)而非手動建立的道路網(wǎng)絡(luò)，并能反映實時的交通狀況[22]，是一種實時動態(tài)的時間成本估算方法。

作為目前國內(nèi)最大的地圖商之一，高德地圖擁有大量高精度的真實交通數(shù)據(jù)并廣泛應(yīng)用于測量空間可達性[23]。在具體核酸采樣實施過程中，人們常常選擇步行抵達免費核酸采樣點進行核酸檢測，本文使用高德地圖API的步行規(guī)劃接口來估算人口需求點到達免費核酸采樣點的時間，時間為2022-06-11～2022-06-12（步行規(guī)劃時間結(jié)果受不同時間段交通擁擠度的影響較小，因此采用時間為全天）。

1.2 空間可達性度量

增強型2SFCA 方法分成2 個主要步驟以度量每個人口格網(wǎng)點的空間可達性。

第1 步：對于免費核酸采樣點j，搜索步行時間t0范圍內(nèi)的人口需求點i，將每個人口需求點i的人口數(shù)目Pi與時間阻抗ωij進行加權(quán)，得到每個免費核酸采樣點的供需比Rj：

式中，核酸采樣點j的供給能力Sj用服務(wù)時長表示，服務(wù)時間越長，代表供給能力越大；Pi為每個格網(wǎng)單元i的人口數(shù)目；ωij為利用混合衰減法計算得到的從i到j(luò)的步行時間阻抗，表示每個免費核酸采樣點覆蓋范圍內(nèi)的步行時間衰減，公式如下：

這里使用混合衰減法主要有2個原因，首先，國務(wù)院聯(lián)防聯(lián)控機制提出要在省會城市和千萬級人口城市建立步行15 min核酸“采樣圈”，方便公眾就近就便進行核酸檢測[24]。因此，15 min作為理想的步行時間閾值，應(yīng)在該時段內(nèi)使用相同且最大的衰減權(quán)重。其次，有學(xué)者指出30 min是人們步行最遠出行距離[25]，因此本文以30 min作為步行極限。當(dāng)步行時間在15 min以內(nèi)時，設(shè)ωij=1，表示該區(qū)域內(nèi)沒有空間衰減。當(dāng)行程時間超過30 min時，設(shè)ωij=0，表示無法到達免費核酸采樣點。當(dāng)行程時間在15～30 min之間時，采用高斯函數(shù)度量步行時間衰減[26]，如公式（2）所示，其中tij是從街道i到免費核酸采樣點j的行程時間（以s為單位）。

第2步：對于每個格網(wǎng)單元(人口需求點)i，搜索步行時間t0范圍內(nèi)的免費核酸采樣點j，對所有搜索范圍內(nèi)的免費核酸采樣點供需比Rj進行求和，從而得到每個格網(wǎng)點(人口需求點)i的空間可達性Ai：

式中，Rj為免費核酸采樣點j的供需比；ωij為公式（2）中的步行時間阻抗。

2 實驗分析

2.1 研究區(qū)域與數(shù)據(jù)來源

本文以武漢市長江以北的中心城區(qū)為研究范圍，涉及漢陽區(qū)、硚口區(qū)、江漢區(qū)和江岸區(qū)4 個市轄區(qū)，53個街道，研究區(qū)內(nèi)有漢水和長江兩條重要水系，如圖2a所示。武漢市是湖北省的省會城市，作為長江經(jīng)濟帶的核心城市和具有重要戰(zhàn)略地位的中部地區(qū)大城市之一[27]，研究武漢市免費核酸點的空間可達性可以作為研究中國大城市常態(tài)防疫建設(shè)的典型案例。

如圖2a所示，為了準確地表達武漢市中心城區(qū)的人口空間分布形態(tài)，本文將研究區(qū)格網(wǎng)化為500 m×500 m 的地理單元，以格網(wǎng)中心位置及其相應(yīng)單元格內(nèi)的人口數(shù)目作為需求點的位置和規(guī)模。人口數(shù)據(jù)來源于武漢市2020 年以1 km×1 km 格網(wǎng)為檢測單元的24 h的人口平均分布數(shù)量。同時，如圖2b所示，本文收集了研究區(qū)內(nèi)的免費核酸采樣點數(shù)據(jù)，主要包含每個采樣點的地址，經(jīng)緯度坐標(biāo)以及服務(wù)時長。數(shù)據(jù)來源于微信小程序“武漢微鄰里Pro”。截至2022-06-01，4 個市轄區(qū)共有301個核酸采樣點，其中漢陽區(qū)80個，硚口區(qū)85 個，江漢區(qū)62 個，江岸區(qū)74 個。另外，本文以服務(wù)時長來衡量每個采樣點的供給能力，從圖2b中可以看出，大部分采樣點的服務(wù)時長在6～10 h 之間，且漢江以北的采樣點服務(wù)時長整體上大于漢江以南的采樣點。

圖2 武漢市長江以北中心城區(qū)的人口分布形態(tài)

2.2 格網(wǎng)單元的空間可達性分析

本文基于增強型2SFCA方法計算了研究區(qū)內(nèi)的格網(wǎng)單元到達最大搜索范圍內(nèi)（30 min 內(nèi)）免費核酸采樣點的最短步行時間及其空間可達性，并通過頻數(shù)分布直方圖進行數(shù)學(xué)統(tǒng)計，如圖3和表1所示，對于902個格網(wǎng)單元，共有806 個（占總數(shù)的89.4%）能在30 min內(nèi)到達周圍最近的免費核酸采樣點，其中有762個（占總數(shù)的84.5%）能在15 min內(nèi)到達，說明步行時間15 min的核酸“采樣圈”目前已覆蓋了研究區(qū)內(nèi)的大部分地區(qū)。頻數(shù)峰值主要集中在150～600 s 之間，說明研究區(qū)內(nèi)大部分地區(qū)可以在合適的時間范圍內(nèi)抵達核酸采樣點。但仍存在一些步行時間過長的地區(qū)，其步行時間甚至超過了1 h。對于空間可達性得分，其最高可達73.4，最低為0。整體而言，可達性分值主要分布在30（占總數(shù)的91.8%）以內(nèi)，少數(shù)高值分布在30～73.4 之間，頻數(shù)峰值在5～15 之間。同時，共有96個格網(wǎng)單元的空間可達性得分為0，這與圖3a中有96個格網(wǎng)點的最短時間超過30 min相對應(yīng)。

對比圖3a與圖3b，最短步行時間與空間可達性得分的頻數(shù)分布并不相同，步行時間的頻數(shù)分布比較集中，而空間可達性得分的頻數(shù)分布較為均勻。造成這一現(xiàn)象的原因是空間可達性并非受步行時間的單一影響，其結(jié)果還會受到格網(wǎng)單元內(nèi)人口數(shù)量等多重因素的共同作用。例如在相同步行時間的格網(wǎng)單元中，格網(wǎng)人口數(shù)量越多，對同一個核酸采樣點而言服務(wù)壓力就越大，該格網(wǎng)點空間可達性則越低。

根據(jù)圖3b中空間可達性的頻數(shù)分布情況，本文將可達性分值分成5個等級。如表1所示，得分為0的表示該地區(qū)到達最近核酸采樣點的時間超過了30 min，為不可達地區(qū)，需要重點關(guān)注；得分超過30的地區(qū)空間可達性為很高；得分在0～30之間的區(qū)域則被平均分成3個等級，間隔為10，分別對應(yīng)可達性低、中等和高。在本次分類中，只有少數(shù)格網(wǎng)單元（8.2%）具有很高的空間可達性，而大多數(shù)格網(wǎng)單元（69.4%）具有低或者中等的空間可達性。

表1 步行時間與空間可達性得分的頻數(shù)與頻率統(tǒng)計

圖3 人口格網(wǎng)單元的步行時間頻數(shù)與空間可達性得分頻數(shù)分布直方圖

圖4 顯示了研究區(qū)內(nèi)的格網(wǎng)單元到達鄰近免費核酸采樣點的最短步行時間以及可達性的空間分布。在圖4a中，整體而言，研究區(qū)中心地區(qū)的最短步行時間要少于研究區(qū)邊界的地區(qū)，且中心區(qū)地區(qū)的最短步行時間分布較為均勻，都在600 s 之內(nèi)?？拷L江與漢江區(qū)域的步行時間最短，耗時300 s 以內(nèi)。其中，格網(wǎng)單元步行時間都小于300 s的街道共有7個，分別是六角亭街道（硚口區(qū)）、榮華街道（硚口區(qū)）、民意街道（江漢區(qū)）、民權(quán)街道（江漢區(qū)）、前進街道（江漢區(qū)）、水塔街道（江漢區(qū)）和臺北街道（江岸區(qū)）。而漢陽區(qū)西部與南部，以及江岸區(qū)的東北區(qū)域的步行時間最長，超過了1 800 s，具體區(qū)域主要涉及永豐街道（漢陽區(qū)）西部與南部、江堤街道（漢陽區(qū)）南部、后湖街道（江岸區(qū)）北部、丹水池街道（江岸區(qū)）東南以及諶家磯道（江岸區(qū)）的東北部。

圖4b展示了格網(wǎng)單元到達免費核酸采樣點的空間可達性分布，可以看出其分布存在明顯的空間差異，高可達性主要位于漢陽區(qū)中心、硚口區(qū)西北部、江岸區(qū)北部以及東北部分地區(qū)，低可達性區(qū)域分布在漢陽區(qū)南部以及江岸區(qū)靠近長江一帶。

對比圖4a與圖4b，最短步行時間超過1 800 s的區(qū)域其空間可達性等級基本為無或者為低，說明這些地區(qū)需要重點關(guān)注，建議增設(shè)核酸采樣點。另外，步行時間最短（小于300 s）的區(qū)域其空間可達性等級反而并不高，主要處于中等或低的等級，結(jié)合圖1可以發(fā)現(xiàn)這些地區(qū)恰好為人口密度最大的區(qū)域，即使該區(qū)域的核酸采樣點數(shù)目相對較多且步行時間較短，但是過高的人口密度仍在一定程度上增大了采樣點的檢測壓力，需求過大導(dǎo)致的供求不足降低了該區(qū)域的空間可達性。相反，可達性高值區(qū)（等級為高和很高）的人口到達采樣點的最短步行時間在300～600 s之間，該區(qū)域的人口密度相對較低且存在鄰近的核酸采樣點，說明只有當(dāng)區(qū)域同時滿足較少的人口數(shù)目、較短的步行時間且存在鄰近的采樣點時，才會出現(xiàn)較高的空間可達性。

圖4 格網(wǎng)單元到達采樣點的最短步行時間分布與空間可達性

2.3 街道的空間可達性分析

為了進一步了解研究區(qū)內(nèi)的核酸采樣點空間可達性，本文以每個街道范圍內(nèi)所有格網(wǎng)單元的步行時間均值作為街道的采樣步行時間，以空間可達性均值作為街道的空間可達性得分，并將得分等級分為很高、高、中等、低四個等級（與格網(wǎng)單元空間可達性的分類標(biāo)準相同），如圖5 所示。對于圖5a 而言，大部分街道的平均步行時間都在900 s 以內(nèi)，主要分布于研究區(qū)的中心部分，其中平均步行時間超過900 s 的街道有4 個，這些街道沒有在步行15 min 核酸“采樣圈”內(nèi)，它們分別是永豐街道（漢陽區(qū)）、洲頭街道（漢陽區(qū)）、丹水池街道（江岸區(qū)）和諶家磯街道（江岸區(qū)）。

對于圖5b而言，空間可達性最高的街道為四新街道（漢陽區(qū)）。大部分街道的空間可達性都處于中等和高水平，主要位于研究區(qū)中心、漢陽區(qū)中心以及江岸區(qū)北部。低空間可達性的街道則位于長江沿岸和研究區(qū)西部。其中新村街道（江岸區(qū)）、二七街道（江岸區(qū)）、晴川街道（漢陽區(qū)）、丹水池街道（江岸區(qū)）和永清街道（江岸區(qū)）屬于空間可達性最低的5 個街道，需要重點關(guān)注。

圖5 研究區(qū)各個街道到達核酸采樣點的平均步行時間分布與空間可達性均值

基于上述研究，本文認為武漢市免費核酸采樣點的布局存在以下改進的可能：第一，重點關(guān)注核酸采樣空間可達性較低的街道，如新村街道（江岸區(qū)）、二七街道（江岸區(qū)）、晴川街道（漢陽區(qū)）、丹水池街道（江岸區(qū)）和永清街道（江岸區(qū)）。這些街道應(yīng)適當(dāng)增設(shè)免費核酸采樣點，提高人口核酸檢測的便利度。第二，優(yōu)化免費核酸采樣點的資源配置。核酸采樣點的空間布局應(yīng)綜合人口密度、地理交通以及核酸檢測機構(gòu)的供給能力，應(yīng)當(dāng)參考國家衛(wèi)健委的要求，每2 000～3 000人設(shè)一個采樣點[28]，降低人口密度較高區(qū)域的核酸檢測壓力。另外，步行時間15 min核酸“采樣圈”外的地區(qū)（漢陽區(qū)的西部與南部，以及江岸區(qū)的東北部）也應(yīng)增設(shè)免費核酸采樣點，從而擴大核酸“采樣圈”，提升武漢市新冠肺炎疫情監(jiān)測預(yù)警的靈敏性。

3 結(jié) 論

本文提出一種基于增強型2SFCA 方法的城市核酸采樣點可達性度量方法，以武漢市長江以北中心城區(qū)為研究案例論證了方法的可行性。研究發(fā)現(xiàn)實驗區(qū)最短步行時間與核酸采樣點的空間可達性都存在明顯的空間差異，核酸采樣點的空間可達性受人口密度、最短步行時間以及采樣點服務(wù)時長的共同影響。對于到達鄰近核酸采樣點的步行時間而言，靠近長江與漢江區(qū)域的格網(wǎng)單元耗時時間最短，而漢陽區(qū)的西部與南部，以及江岸區(qū)的東北地區(qū)的格網(wǎng)單元耗時時間最長。對于核酸采樣空間可達性而言，研究區(qū)邊緣地帶的空間可達性最低，漢陽區(qū)中心、硚口區(qū)西北部、江岸區(qū)北部以及東北地點的空間可達性最高。

本文方法可作為城市核酸采樣空間可達性度量的重要參考，具體應(yīng)用時有兩個問題可進一步優(yōu)化。首先，本文的人口數(shù)據(jù)源于1 km×1 km 的人口格網(wǎng)數(shù)據(jù)，未來可采用更精細格網(wǎng)單元內(nèi)的人口數(shù)據(jù)或者采用社區(qū)數(shù)據(jù)；其次，位于研究區(qū)邊界的區(qū)域可能會選擇研究區(qū)外的核酸采樣點進行核酸檢測，這會影響邊緣地帶核酸采樣空間可達性的真實性。在后續(xù)的研究中，可擴大研究范圍，將兩步移動搜索法應(yīng)用于整個武漢市或其他城市，盡早發(fā)現(xiàn)核酸采樣空間可達性較低的區(qū)域，從而完善城市醫(yī)療衛(wèi)生防疫體系，實現(xiàn)全鏈條精準防控的“動態(tài)清零”。