医疗设施布局的GIS优化评价-以翔安区医疗设施为例-谢小华

GIS谢小华，王瑞璋，文东宏，张智勇(福建省制图院，福州350003)开展现有医疗设施布局的分析与评价，对解决公众医疗需求与医疗服务供给的矛盾，以及政府部门决策具有重要意义。本文在厦门市第一次全国地理国情普查试点的背景下，以翔安区医疗设施为研究对象，在地理国情普查数据结果的基础上，结合卫生等专业部门的统计数据，从医疗设施的现状、服务水平和空间布局优化3个角度，构建了医疗设施布局的评价指标体系。从医疗卫生角度分析医疗资源现状特征；基于GIS网络分析开展医疗设施服务水平的分析与评价；利用GIS“位置分配模型”对医疗设施空间布局进行优化。最后，本文对医疗设施布局提出改善建议和措施。研究结果表明：（1）翔安区医疗资源总量不足，分布不均衡；（2）城乡医疗设施差异明显，医疗服务水平不高；（3）翔安区需新增4家医院，5家卫生院才能满足居民就医需求。本研究可以为今后翔安区医疗设施布局决策提供借鉴和参考，为医疗设施布局评价提供一个可行的方法。医疗设施；布局评价；地理国情普查；综合统计分析；GISDOI:10.3724/SP.J.1047.2015.003171引言随着社会经济的不断发展，居民对公共服务设施需求的日益增长与政府公共服务供给的矛盾越来越突出[1]。公共服务设施布局合理与否，不仅关系到它的使用效率，还对经济社会发展具有重要的现实意义。近年来，利用GIS对公共服务设施的区位选择、空间布局等研究越来越广泛[2]。文献[3]-[4]利用GIS空间分析，分别对超市和ATM机进行选址。文献[5]-[8]将GIS网络分析与Voronoi多边形应用于城市公园和医疗设施的空间可达性评估。然而，利用常规GIS方法对公共设施进行选址，只是简单的假设和分析功能，并不能保证可找到设施的最优区位，而位置分配模型（LocationAllocationModel，LA模型）的演算和模拟功能更强大，弥补了该不足[9]。自20世纪70年代起，位置分配模型与GIS技术结合，被广泛应用于设施选址优化问题上。文献[10]-[13]将LA模型应用于政府部门或企业的设施布局评价中。文献[14]-[16]利用GIS位置分配模型分析医院和消防站布局，并得到优化布局方案。本文在厦门市第一次全国地理国情普查基本统计试点成果基础上，结合卫生、统计等部门的统计数据，构建能够表达医疗设施空间布局和服务水平的评价指标体系，基于GIS网络分析和位置分配模型，对翔安区医疗设施布局进行综合分析和评价，直观地反映了翔安区医疗布局特征，为翔安区医疗设施规划和完善提供指导，并为部门决策提供参考依据。2位置分配模型理论与评价指标体系构建2.1位置分配模型理论位置分配模型由Cooper[17]于1963年提出，主要是优化某种设施在空间上的配置，为设施布局提供解决方案[9]。基本原理是在一定空间范围或一定人口规模内，保证所需设施的数量和区位最优[15]。一般，把需要选址的设施看做是供应点（设施点），将Vol.17,No.3Mar.,2015第17卷第3期2015年3月2014-04-09；：2014-06-18.福建省测绘地理信息局科技项目(201312)。谢小华(1987-)，女，硕士，助理工程师，主要从事三维数字建模、GIS应用、地理国情普查统计分析等研究。E-mail:[e-mail]地球信息科学学报2015年位置固定的设施服务对象看做是需求点（请求点）。供应点和需求点是LA模型的2个主要因素[14]，为了计算方便，两者通常用点来表示。LA模型既可用于新设施的最优区位选址，也可用于现有设施的评价和改进，其与GIS结合，已成为解决空间资源配置与优化布局问题的最佳工具之一[15]。为了使模型应用更易实现和普及，Arc-GIS10.0及以上版本软件已集成了该模型。GIS“位置分配”的基本原理是在给定供应点和需求点分布的情况下，由系统根据特定优化模型，从用户指定的系列候选设施选址中挑选出指定数目的设施选址，实现设施的优化布局[18]。优化模型主要包括最小化阻抗、最大化覆盖范围、最大化有容量限制的覆盖范围、最小化设施点、最大化人流量、最大化市场份额、目标市场份额7种模型（ArcGIS帮助10.1,）（表1）。针对不同的设施，优化模型的选取也不尽相同。公共服务设施布局主要以公平性和效率性兼顾为主要原则，如医院、学校等。对于公众而言，主要考虑公众到设施点的总移动费用最少或距离最短；而对政府来说，在满足公众最大需求的情况下，还需考虑设施的建造成本，即追求设施数量最小化。鉴此，本文利用ArcGIS10.1软件，选取最小化阻抗和最小化设施点模型对医疗设施布局进行优化，以保证居民就医成本最小和医疗设施数目最少。2.2评价指标体系构建医疗设施的合理布局关系到医疗设施的利用效率和公众就医的公平性。因此，本文在兼顾公平与效率的基础上，采用城乡三级医疗卫生服务体系：“医院-卫生院-卫生室”，从医疗卫生角度分析医疗设施的现状，在基于GIS技术的医疗设施服务评价基础上，运用位置分配模型对医疗设施布局进行优化，以此对医疗设施分布利用情况进行综合性评价，评价指标体系如图1所示。3翔安区医疗设施布局GIS评价分析3.1翔安区地理概况与数据源翔安区地处厦门市东部，下辖1街（大嶝街道）、4镇（新店、马巷、内厝、新圩）、1场（大帽山农场），有82个社区居委会，30个村委会。辖区土地面积356.08km2，常住人口约30万人。评价所用数据源如下：（1）厦门市第一次全国地理国情普查数据：包括翔安区的行政区划数据、医疗设施点数据、村/社区点数据、交通网络数据等，以Shapefile格式存表1GIS“位置分配”的优化模型类型Tab.1TheoptimizationmodeltypesofLAinGIS优化模型最小化阻抗最大化覆盖范围最大化有容量限制的覆盖范围最小化设施点最大化人流量最大化市场份额目标市场份额模型目标请求点与设施点解之间的所有加权成本之和最小，即任何一个请求点到距其最近的设施之间的平均距离最小在设施点的阻抗中断内，使尽可能多的请求点被分配到所求解的设施点在设施点的阻抗中断内，使尽可能多的请求点被分配到所求解的设施点，同时，分配给设施点的加权请求不可超过设施点的容量在设施点的阻抗中断内，使尽可能多的请求点被分配到所求解的设施点，同时，还要使覆盖请求点的设施点的数量最小化在假定分配至设施点的请求数量随着距离的增加而减少的前提下，将设施点定位在能将尽可能多的请求权重分配给设施点的位置上利用指定数量的设施点，占尽可能多的市场份额在存在竞争者的情况下，确定出占有总市场份额指定百分比所需的设施点的最小数量模型说明“最小化阻抗”能减少公众到达选定设施点的总距离。通常被用于某些公共设施（如图书馆、学校、医疗诊所等）的选址常用于定位消防站、警察局和ERS中心等紧急救援服务设施在“最大化覆盖范围”基础上，增加了设施点的容量限制在“最大化覆盖范围”基础上，考虑了定位的设施点数目。如需考虑设施点的建造成本，则原本使用“最大覆盖范围”的组织可应用“最小化设施点”来求解该模型适合于存在竞争的商业设施，如专卖店、餐馆等；也适用于公交车站的选址该模型需要知道自己和竞争对手的设施点的权重。若拥有包括竞争对手数据在内的全面信息，最大化人流量问题类型的设施点也可以使用市场份额类型在考虑预算的情况下，“目标市场份额”就回到了“最大化市场份额”的情况3183期谢小华等：医疗设施布局的GIS优化评价——以翔安区医疗设施为例储。利用ArcGIS对交通网络数据建立拓扑关系，进行拓扑检查和修改，以保证道路网络的连通性。（2）2012年福建省医疗卫生数据：从数据源中提取翔安区医疗卫生数据，得知翔安区公立医疗机构包括综合医院3家（同民医院、平安医院、西坂医院），卫生院5家（大嶝社区卫生服务中心、新圩中心卫生院、新店中心卫生院、马巷卫生院、内厝卫生院），卫生室111家；卫生技术人员1082人，其中，执业医师403人，注册护士433人；实有开放床位690张，其中，医院540张，卫生室150张。将以上数据存储在Excel表中，利用ArcGIS软件将Excel表导入到医疗设施点的属性表中。（3）其他数据：福建省第六次人口普查数据；第二次全国土地调查村级面积数据；各类统计年鉴和工作报告等。3.2翔安区医疗设施布局评价分析根据上文提出的医疗设施布局评价指标体系，对翔安区医疗设施分布利用情况进行综合性评价。3.2.1医疗资源现状分析通过医疗资源配置和医疗资源利用方面来分析翔安区医疗卫生资源现状及其存在的问题。（1）医疗设施规模通常由医生数和病床数决定，两者共同反映了一个国家或地区的基本医疗设施水平[19]。选取千人床位数、千人职业医师数、千人注册护士数等指标来评价翔安区医疗资源配置情况。根据全省医疗卫生数据可知，翔安区每千人拥有床位数2.3张，千人职业医师1.3人，千人注册护士1.2人。由表2可知，翔安区人均医疗资源低于厦门市平均水平；同时，与全国医疗平均水平相比，厦门市整体水平偏低，千人床位数尤为突出。综上，翔安区床位供给、医师及护士数量远低于国家平均水平，医疗设施和服务的整体水平亟待提高。（2）通过居民年住院率、平均住院天数、病床使用率等指标来反映医疗资源的利用情况。在此基础上，计算医院和卫生院的病床实际需求总量，以反映居民对医疗服务的最低需求水平。①医疗资源利用指标计算由于翔安区统计数据不足，医院和卫生院的入院人数、平均住院日、病床使用率等指标均取福建省平均水平（表3），其中年住院率为一年内的入院人数与总人口数之比。因此，翔安区医院和卫生院的居民年住院率分别为9.7%和3.3%，平均住院天数分别为9日和6日。图1医疗设施布局评价指标体系Fig.1Theevaluationindexsystemofmedicalfacilitieslayout表22012年翔安区人均医疗资源Tab.2PercapitamedicalresourcesofXiang'anDistrictin2012地区翔安区厦门市福建省中国千人床位数（张）2.33.13.54.2千人职业医师（人）1.31.61.81.9千人注册护士（人）1.21.81.91.8注：资料来源于2013年《厦门市经济特区年鉴》、《福建省统计年鉴》、《中国统计年鉴》表3翔安区医疗资源利用指标值Tab.3IndicesofthemedicalresourceutilizationinXiang'anDistrict指标入院人数（×104人）平均住院日（d）病床使用率（%）医院364.959.0097.30社区卫生服务中心6.656.2048.00乡镇卫生院118.135.0063.30注：资料来源于《福建省统计年鉴-2013》319地球信息科学学报2015年②病床实际需求总量计算病床实际需求总量表示当前卫生机构病床的使用情况，是反映医院工作量和经济效益的重要指标，计算公式[14]如下：病床实际需求总量=人口数×居民年住院率×平均住院天数每床年平均工作日（1）每床年平均工作日=病床使用率×365（2）由表3及式（1）、（2）计算得出，翔安区医院病床最低需求为746张，每千人2.5张；卫生院病床最低需求为294张，每千人1.0张。由此可得，翔安区病床总需求最低为1040张，平均每千人3.4张。结合表2可知，翔安区病床实际需求总量与福建省平均水平持平，但远低于全国平均水平，现有床位总量远远满足不了翔安区实际需要。3.2.2医疗设施服务水平的网络分析医疗设施服务水平的高低直接影响着广大人民群众的医疗保健需求。通过分析医疗服务的需求和供给特征来判断医疗服务供需是否平衡；通过分析服务半径内的医疗设施服务水平来判断医疗设施水平是否满足居民的医疗需要。（1）医疗服务需求特征分析医疗服务需求总量和需求密度是医疗服务需求特征的2个重要指标，计算公式[14]分别为：Q=C×α（3）D=Q/S