【《基于可达性的应急医疗资源配置优化分析案例》8800字（论文）】

基于可达性的应急医疗资源配置优化分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u27716基于可达性的应急医疗资源配置优化分析案例 120302第1章应急医疗资源配置优化 29271.1应急医疗资源可达性时空约束 2156971.1.1可达性模型构建 2326411.1.2基本条件假设 3208751.1.3两步移动搜索法 477561.2可达性时空网络构建 423971.2.1有效路径 4180061.2.2医疗服务有效范围的确定 5323451.2.3实际时间计算 533841.3应急医疗服务资源配置模型 6288831.3.1应急医疗需求分配 6139671.3.2应急医疗资源配置模型 7287091.3.3基于可达性限制模型算法设计 8198911.4本章小结 922025第2章实例分析 10230892.1数据说明 10137412.2应急医疗需求 12279152.2.1不考虑职住分布 1293232.2.2考虑职住分布应急服务需求 14299662.3应急医疗资源配置模型求解 16126242.3.1有效路径网络构建 16314192.3.2应急医疗资源配置求解 18189042.3结果分析 21103902.3.1最大化覆盖模型下结果分析 21321362.3.2可达性对比分析 21第1章应急医疗资源配置优化在考虑资源配置合理性和公平性的问题上，“可达性”成为十分重要的指标。城市的应急服务设施位置大体已经确定，然而各大医院应急服务资源配置规模却尚未确定。因此在利用系统动力学方法确定了研究区域内需求后，文章的重点是如何确定各医院的最佳供给能力，从而在满足动态医疗服务需求情况下，避免应急服务资源的缺失或多重覆盖。“可达性”这一空间地理学概念从最初的反应交通成本的指标，到逐渐被赋了社会经济价值。通过可达性的度量，反映了人们在获取某种资源或者服务潜力的大小，成为了体现优化结果的很好指标。1.1应急医疗资源可达性时空约束1.1.1可达性模型构建可达性模型主要有基于设施、基于区位、基于个人、和基于效用四种度量，实际上模型构建时通常考虑上述两种或两种以上因素，基于设施的度量主要是从考虑空间阻隔的角度来进行，不考虑供给和需求关系，以划分时间段的交通阻抗为主要约束函数。例如，交通成本加权平均值模型从基于设施的度量和区域度量综合考虑，并将区域的度量量化为经济中心指标，并用专家评审法打分，用公式（4-1），采用时间成本和经济质量加权平均值可计算可达性。这种方法操作简单，通常用来计算新建设施对可达性的影响。表4-1可达性模型度量角度交通阻抗土地利用时间段划分用户异质性基于设施的度量行驶速度;拥堵程度——高峰时段（早、晚高峰）;天基于出行的分层，例如从家去上班基于区位的度量到目的地所需的时间

或花费需求和机会供给的数量和空

间分布出行时间和花费不同，例如一天中

不同时段出行人口的分层（按收入或者教育程度等）基于个人的度量到目的地所需的时间提供机会的数量和空间分布活动的时间限制在个人层面分析可达性基于效用的度量到目的地所需的花费提供机会的数量和空间分布出行时间和花费不同，例如一天中

不同时段出行个体或相同水平种群(4-1)式子中——从i到j时间；——j点经济中心质量变量；——I点的可达性。机会累积可达性方法主要包括对某节点在特定交通成本或时间限制内所能到达的人口或经济活动数量的计算。即在一个特定交通成本范围内存在的潜在终点。累积机会模型结合了土地使用与时间限制，突出使用出行时间作为主要构成指标，使用抵达工作等兴趣点的机会数量来衡量可达性的高低。由公式（4-2）、（4-3）测算在给定的时间阈值内可达性大小，(4-2)(4-3)式中——从i到j时间；——j点机会数量；——i到j点的时间约束。机会累计模型可达性通过限定时间约束，超过该时间段的不认为是其再有机会获得相应服务或者不认为可达。由于本文研究的应急医疗服务，具有高时效性特性，因此本文基于效用建立可达性模型。1.1.2基本条件假设（1）将路网中同类型道路部分视为一个路段，忽略交叉口的影响，不考虑地铁和轮渡等出行方式，出行方式主要考虑急救车。（2）实际急救医疗响应时间涉及接警时间和应急预案反应时间，本文所研究的应急服务响应时间是指道路通行时间。（3）医疗资源包括急救车以及配套的医师人员数量。1.1.3两步移动搜索法在两步移动搜索法中，所有距离小于阈值的位置都被认为具有相似的可达性，距离大于阈值的位置认为是不可达的。这和本文所研究的应急服务资源配置情况一致。当响应时间超过了规定阈值，便认为此次救援失败，可计为不可达。两步移动搜寻法（Two-stepFloatingCatchmentAreaMethod，2SFCA），允许需求点和供给点在搜寻域内根据位置移动。基于GIS中的网络分析，得到需求点到达供给点的距离及时间，并设置搜寻阈值。因此2SFCA是在搜寻域内进行计算，从而克服了固定边界的限制。从每个医院j点出发，搜寻极限出行时间内部所有的需求点,并用公式（4-4）计算供需比。接下来进行第二步搜寻，即以每个需求点为中心，在搜索半径内的对供给点进行搜寻，用公式（4-5）将供需比相加求和，得到的结果即为该研究对象的空间可达性。(4-4)(4-5)式中——供需比；——j点医院可达性大小；——j点供应能力；——k点应急医疗需求。1.2可达性时空网络构建1.2.1有效路径基于ArcGIS投影，将医疗设施位置投影到最近的路段上，将街道数据面转点，并以几何中心为应急医疗需求点。不同于基于欧氏距离，直接求需求点和供应点之间的距离，本文是基于路网，寻求符合条件的路径。设医院起始点为N0，如果其到路网中需求点N1最少需要经过k个路段，则称N0与N1是k阶邻接的，k称为N1相对于N0的邻接梯度值。首先根据提取的路段长度和速度计算各路段的通行时间，并构建医疗服务相对需求点的邻接梯度。然后从N0点出发，按k值从小到大沿路网搜索连接各需求点，直到路径的通行时间之和满足时间约束，得到的各条路径称为有效路径。1.2.2医疗服务有效范围的确定（1）应急医疗响应时间阈值约束关于伤员的生存概率，基于对医院在地震中抢救成功率，估计出伤员平均生存概率与伤员获得救助的时间关系，构造了生存概率与时间的函数如公式（4-6）。（4-6）式中——生存概率；——按照伤员类型可取30、60、120、180min。对公式（4-6），经计算当重伤伤员如果能在30分钟内救出，生存率为87.5%，而在救出时间为60分钟和80分钟时，这一数字分别减少到50%和25%。另外，上海市[59]急救医疗平均反应时间应在12min以内，由于本文主要研究应急医疗服务，考虑到这一指标在其他城市很难实现，本文选取保持87.5%的救治率，时间约束为30min。1.2.3实际时间计算考虑到高峰通勤的影响，实际进行救援时，需要考虑速度延误。可按照工作日和非工作日、高峰时间段和非高峰时间段进行分析。（1）非高峰时间段实际速度由于急救车辆拥有最高通行权，在非高峰时间段可视为自有流速度行驶。具体车速参照道路设计规范，如表4-2。表4-2城市道路等级与设计速度城市道路等级车速快速路80主干路60次干路40支路30（2）高峰时间段实际时间计算高峰时间段需要考虑因职住分布带来的应急服务救援时间的影响。用百度地图读出高峰时间段的拥挤系数，对速度进行修正。百度地图将交通状态分为严重拥堵、拥堵、缓行、畅通4种状态，并发布道路拥堵指数，如图4-1。考虑到应急服务的优先通行权，权重系数可选择为道路拥堵指数的0.8、0.7、0.7、0.7。图4-1百度地图拥堵指数1.3应急医疗服务资源配置模型1.3.1应急医疗需求分配在第3章节中，本文已经研究了应急服务需求模型。由于应急服务链具有明显的空间特性，因此可以将预测的应急服务交通需求按照行政区域，分配到各个小区上。在第3章突发性应急服务需求影响因素分析中，有四个主要因素：区域风险系数、突发事件频率、职住平衡系数、急救车数量。在进行应急服务需求空间分配时，需注意以下问题：（1）应急医疗服务需求点应急医疗需求点是指城市中存在应急医疗需求的特定点,用D表示,其中,i=1,2,…,n,表示在某一座城市中,存在n个需求点。本文参照职住分布小区划分的基本原则,将街道几何中心点作为应急医疗需求点。（2）区域风险评估系数调整根据职住分布平衡度的测量结果，以行政区划街道为区域或组团为单位。考虑到应急医疗服务需求的影响有职住平衡系数、人口数、地区系数等因素结合第3章节的仿真数据，对区域风险评估进行调整，用公式（4-7）可以得到区域标准化后的评价值。(4-7)式中——第i个区域第j项指标的初始值；——表示标准化后的评价值。结合公式（3-11）、（3-12），对i区域内权重进行修正，则修正后i区域内应急医疗需求权重可用公式（4-8）表示。(4-8)经过系统动力学需求预测，可得到该区域应急医疗服务总需求。求得分区域权重后，可用公式（4-9）来计算i区域应急医疗服务需求。(4-9）本文通过系统动力学产生的模拟数据，对区域风险系数进行调整，进而确定各个分区域应急服务需求。1.3.2应急医疗资源配置模型应急医疗资源配置模型将需求进行分配后，那么应急服务资源配置问题就可转化为需求确定的资源配置问题。本文针对应急医疗的特性，对应急医疗配置主要有以下几个目标和原则：（1）应急医疗服务资源可达性范围最广，这就要求一方面在有效的资源条件下，不能使得医疗服务资源过于集中或分散，要充分考虑应急医疗资源的需求区域性。（2）应急医疗服务满足时效性要求，所有急救车到达各个需求点的总时间最少。（3）不改变现有医院格局和等级，应急资源的增加量不能超过该医院等级最大容量。实际上医院应急医疗服务供应能力与医院的周转率、病床数、医师数量、急救车数量、医院等级等都有关。本文将医院的供应能力解释为急救车（非转运）一年的转运能力。针对以上目标和原则的分析建立以下应急服务资源配置模型。(4-10)式中——医院Sj最大资源供应能力；——从医院j到i的应急资源供应量；——从医院j到i的时间约束，本文这里取30min；——区域Di的应急服务需求。上述应急医疗资源配置模型中，第一个目标函数f1是为了保证急救车总出行时间最少。第二个目标函数f1.3.3基于可达性限制模型算法设计上述建模过程中可知，为0-1变量，对于大于时间约束的车辆路径权重视为0。利用ArcGIS求解OD成本矩阵之后，就可以将目标函数转化为静态交通分配问题。由于救急时间最短和医院闲置资源最少，基于成本矩阵可以给出期望值。因此可通过理想点法来对模型进行求解，并通过比较实际值与期望值的差距来衡量解的效果。具体算法流程如下：图4-2基于可达性约束的算法流程1.4本章小结本章分析了可达性在资源配置评价中的作用，并对可达性模型做了细致分析，考虑到本文研究的实际，选取了两步移动搜索法建立可达性模型。考虑到应急医疗服务的突发性、高时效性的特点，本文对可达性的时间范围做出了约束。在空间范围上，考虑到由于职住分布带来的通勤影响，对急救车的运行速度进行了修正。第3章已经确定了总需求，将不确定需求的资源配置问题转化为确定需求的资源配置问题。考虑到第2章节中应急医疗服务的特点，建立了可达性约束的资源配置模型，为下文利用ArcGIS的网络分析工具，对模型进行求解提供了理论基础。

第2章实例分析2.1数据说明通过Python爬取数据建立武汉市青山区、洪山区、武昌区三区的医院数据，将医院数据进行清洗分类后医院数据共有22条。从OpenStreetMap下载武汉市路网数据并逐段拼接成三区路网数据，如图5-1。下载武汉市行政边界地图，并建立三区街道数据库，共有数据41条，如图5-2。将医院数据、街道数据和路网数据置于同一地理信息文件夹，并在同一地理坐标系下，与路网进行校准，得到医院位置分布，如图5-3。图5-1路网数据库图5-2街道数据图5-3医院位置分布武汉市已经初步建立了三级转诊制度，三级医疗网在应急医疗服务救援中已经取得了较好的社会效益。但二级以下医院不设置急诊科，且对一级医院应急服务资源配置没有强制标准，因此实际上提供应急服务的是二级及三级医院。本研究仅包括网点内医疗机构和其它具有急救能力的非网络医院及专业机构，主要为二级以上含急诊科的医疗机构。将街道属性数据、路网数据、医院属性数据校准后，确定研究范围如图5-4。图5-4研究区域2.2应急医疗需求2.2.1不考虑职住分布在不考虑职住分布情况下，各街道应急服务需求只和人口数量、地区系数、突发事件概率等相关。利用第3章节建立的应急服务需求模型，可得到不考虑职住分布的各街道应急服务需求。根据第3章系统动力学方法应急医疗需求预测，2021年武汉市突发性应急医疗需求(职住比=1)为30137，预测武汉市总人口数为9848993人，由于本研究区域是武汉市武昌区、洪山区、青山区。借助第七次人口普查数据和武汉市预测人口增长率，该三区总人口预测为3110223人，所占比例为0.3158.因此不考虑职住分布，该三区总突发性应急医疗需求为9517。然后按照第4章应急医疗需求分配方法，可得到研究区域各街道应急医疗需求，如表5-1。表5-12021年各街道突发性应急服务需求名称街道面积区域应急服务需求南湖街道2.295武昌区676粮道街街道1.687武昌区742杨园街道2.324武昌区763石洞街道3.962武昌区640徐家棚街道6.764武昌区316首义路街道3.050武昌区316中华路街道1.824武昌区373积玉桥街道6.376武昌区409黄鹤楼街道2.900武昌区208白沙洲街道6.996武昌区214中南路街道6.638武昌区205紫阳街道2.389武昌区325九峰街道50.003洪山区103珞南街道11.393洪山区319青菱街道62.245洪山区85天兴乡38.157洪山区121左岭街道46.887洪山区223张家湾街道21.734洪山区319花山镇62.481洪山区150红旗街道1.020洪山区423狮子山街道19.761洪山区486葛化街道1.475洪山区483东湖生态旅游风景区27.285武昌区483新沟桥街道2.656青山区426钢花村街道1.047青山区459青山镇街道2.515青山区450白玉山街道22.028青山区249冶金街道3.872青山区576武东街道2.503青山区516工人村街道6.053青山区432红卫路街道6.740青山区450红钢城街道1.827青山区510武汉钢铁集团公司18.370青山区480水果湖街道7.503武昌区450珞珈山街道3.074武昌区480关山街道42.742洪山区321建设乡86.028洪山区183洪山街道43.844洪山区177和平街道37.205洪山区165厂前街道2.969青山区162由于本文是研究街道应急服务需求，因此需要将ArcGIS中的街道数据面转点，将街道数据几何中心点视为需求点位置。将路网数据、医院数据和街道数据进行校准，得到如图5-6。为了有效区分各个不同等级医院的供需关系的计算和建立成本矩阵，已按照第2章表2-3中的医院等级指数对各等级医院的权重进行了修正。目前武汉市武昌区、洪山区、青山区共有18家三级医院，4家二级医院，其中三级甲等医院16家（包括分院在内）。图5-5医院位置和需求点位置2.2.2考虑职住分布应急服务需求由于湖北省卫生计生综合统计信息平台只提供汇总数据。利用第3章节系统动力学方法可预测武汉市2021年考虑职住分布的总应急医疗服务需求，然后在利用公式4-7、4-8可以将总应急服务需求分配到各个街道上。由第3章预测可知，考虑职住分布（职住比=1.2）时，应急医疗需求总量为29149，类似于不考虑职著分布，则研究区域总应急医疗需求量为9205。将总量分配到各个街道上如表5-2。从分配结果来看，中南路街道由于人口数量较多且职住比较高，应急医疗需求总量较大。表5-2考虑职住分布各街道应急服务需求名称街道面积区域独立指数医疗需求南湖街道2.295武昌区1.406467粮道街街道1.687武昌区1.605509杨园街道2.324武昌区1.505523石洞街道3.962武昌区1.231244徐家棚街道6.764武昌区1.465306首义路街道3.05武昌区1.532366中华路街道1.824武昌区1.546273积玉桥街道6.376武昌区1.678296黄鹤楼街道2.9武昌区1.782567白沙洲街道6.996武昌区1.302171中南路街道6.638武昌区1.768165紫阳街道2.389武昌区1.463242九峰街道50.003洪山区0.842100珞南街道11.393洪山区1.242238青菱街道62.245洪山区0.96488天兴乡38.157洪山区0.765111左岭街道46.887洪山区0.65355张家湾街道21.734洪山区1.653238花山街道62.481洪山区1.15761红旗街道1.02洪山区1.547236狮子山街道19.761洪山区1.365277葛化街道1.475洪山区1.321275东湖生态旅游风景区27.285武昌区1.632275新沟桥街道2.656青山区1.213138钢花村街道1.047青山区1.385159青山镇街道2.515青山区1.362154白玉山街道22.028青山区1.356125冶金街道3.872青山区1.423234武东街道2.503青山区1.465296工人村街道6.053青山区1.352242红卫路街道6.74青山区1.431254红钢城街道1.827青山区1.342192武汉钢铁集团公司18.37青山区1.241273续表5-2名称街道面积区域独立指数医疗需求水果湖街道7.503武昌区1.331204珞珈山街道3.074武昌区1.454223关山街道42.742洪山区1.254171建设乡86.028洪山区0.54238洪山街道43.844洪山区1.457279和平街道37.205洪山区1.32571厂前街道2.969青山区0.982692.3应急医疗资源配置模型求解2.3.1有效路径网络构建在ArcGIS建立路网后，将城市快速路、主干路、次路、支路分别按照表4-2、4-3进行字段赋值计算。根据百度地图2021第一季度中国城市通勤时耗榜单，武汉市通勤指数为1.68（数据来源/reports/#）。考虑到急救的特殊性，分别用0.8、0.7、0.7、0.7对各等级道路速度进行调整，如图5-6。图5-6速度进行调整利用ArcGIS新建网络数据集——成本矩阵分析——加载需求点和医院位置生成时间成本路径。求解网络后，在线属性表中按照属性选择，将时间大于30min的路径去除，可以得到如图5-7的路径。在考虑时间约束的情况下，从图中可以看出，武汉市主城区青山区、洪山区、武昌区医疗资源较为丰富，需求方有较多机会选择。将求得最短路径按照街道分类，对total_时间进行汇总，得到各个需求点的时间最少成本如图5-8。从图形5-8可以看出，武昌区全境都位于10分钟可达性区域，洪山区天兴乡和左岭街道超出了30min阈值。5-7各个需求点到医院的路径图5-8最少时间成本各街道到达各医院的平均急救时间如图5-9，从图中可以看出武昌区、洪山区、青山区作为城市主城区，大部分街道的平均急救时间都小于30min。说明武昌区、洪山区、青山区在应急服务可达性较好。从武汉市急救医疗响应平均时间中可以看出，武昌区由于医疗资源丰富，武昌区大部分都满足，而青山区东部和洪山区西南部可达性较差，这与医院位置大部分聚集于武昌区有关（武昌区有8家三甲医院，2家二甲医院，青山区只有2家三甲医院，洪山区6家三甲医院，2家二甲医院）。整体来看武昌区应急医疗服务资源高度集中，可达性较强，而洪山区和青山区相对较弱。图5-9各街道到医院的平均急救时间2.3.2应急医疗资源配置求解针对第4章中提出的可达性约束和医院供应能力约束，通过上述最短路径分析。将各个街道几何中心视为需求点中心，最少时间建立路网，运用ArcGIS中的位置分布配工具和容量限制的最大覆盖模型进行求解，如图5-9。从图中可以看出洪山区的天兴乡和左岭街道都未能被医院覆盖。对左岭街道新建路径，选取最近设施点，发现左岭街道到达最近医院的时间为46.887分钟，超出了可达性范围，因此不被覆盖。天兴乡人口较少，根据2015年~2020年武汉市天兴乡人口户籍人口最高在4218人，全年突发性应医疗需求为56，由于孤悬长江当中，与青山区隔江相望，因此未能有满足条件的有效路径通过。在考虑医院供应能力和可达性约束条件下，15家二级以上医院即可覆盖武汉市洪山区、青山区和洪山区的应急医疗服务需求。从表5-4中可以知道，其中武汉市普仁医院和武昌市东区医院由于可达性较高，供需比较小，医疗资源呈现紧张。但其它医院供应能力仍有较大增长空间。图5-10不考虑职住分布容量限制的最大覆盖模型表5-3各医院供需状况表医院名称医院供应能力覆盖需求数量总时间湖北省中医院200012573513.73武汉市三医院20004261777.22武钢总医院－门诊部120011825128.95梨园医院门诊部2000180027013.64湖北省肿瘤医院－门诊部24003721609.59广州军区武汉总医院－门诊部20005554077.60湖北省中医院光谷院区－门诊部16001564246.29武昌医院东区－住院部120011853802.30武汉科技大学附属天佑医院－门诊部20007293462.25武汉大学人民医院200015249541.51武汉大学中南医院－门诊部24008222021.36武汉市普仁医院－门诊160015429349.36武汉钢铁（集团）公司职业病防治所8007507762.75江南脑科医院－急诊8004051241.69武汉市第三医院－门诊部2400261612.14将预测的考虑职住分布的应急服务需求作为需求点权重，保持医院现有供应能力不变，求解此时路网中考虑容量限制的最大覆盖模型，结果如图5-10。最终的统计结果如表5-4。从图中可以看出位于洪山区的天兴乡和左岭街道仍然没有被覆盖在内。其中梨园医院虽然只承担了941次应急医疗服务响应，但是总时间成本最多，说明梨园医院覆盖的需求点多是距离较远的街道。5-11考虑职住比的容量限制最大覆盖模型求解表5-4考虑职住分布各医院供需状况表名称供应能力需求权重总权重时间湖北省中医院20007572502.27武汉市三医院20004261777.22武钢总医院－门诊部120011045031.16梨园医院门诊部20009418926.25湖北省肿瘤医院－门诊部24003721609.59广州军区武汉总医院－门诊部20005554077.60湖北省中医院光谷院区－门诊部16001564