基于GIS的医疗机构空间分布及最佳救助范围研究以兰州市中心城区为例

旻

(西北师范大学 地理与环境科学学院，甘肃 兰州 730070)

自1985年医疗改革启动以来，我国卫生资源条件不断提高，技术能力也得到不断提升，医疗卫生事业有了长足的发展，但“看病难，看病贵”的困难依然没有得到根本的解决。其中，“看病难”这一问题主要体现在现有医疗卫生服务设施空间分布的不合理[1]。基于此，医疗卫生服务设施布局是否合理，不但关系到医疗卫生服务设施本身的经济效益和长远发展，而且对居民素质的提高和和谐社会的建设意义重大[2]。

自从“基本公共服务均等化”目标提出以来，我国越来越多的学者开始关注公共服务设施空间布局的研究，其中以医疗卫生机构的研究最为广泛[3]。当前医疗卫生机构的研究主要集中在以下两个部分：一部分研究是从医疗机构的数量和人口构成、病人满意度出发,探究医疗资源的可达性及运行效率[4-6]。例如，王彤、陈丹妮、范关荣等[7]对上海市65所公立医疗机构及其门诊病人满意度进行了调查，并运用多层Logistic模型分析了门诊病人满意率的影响因素；程敏、连月娇[8]通过引入人口规模因子和医疗设施等级规模影响系数对传统潜能模型进行了改进与修正，并对上海市杨浦区医疗设施的空间可达性进行了研究；咸本松、何刚、范艳存[9]基于DEA和SFA模型，对新医改以来我国西部地区医疗机构各项效率进行了测算并分析了影响因素。另一部分研究从医疗机构的空间分异角度出发，或对其服务的均等化布局及影响进行了探究，或对其区位选择的影响因素[11]、空间布局优化[12]和区位选择模型构建[13]进行了研究[10]。熊娟、罗静、彭箐等[14]通过对乡镇和农村医疗服务的可达性，对医疗服务均等化水平及其影响因素进行了探讨；郑文升、蒋华雄、艾红如等[11]基于1997—2012年我国342个地级单元基础医疗卫生资源供给水平，结合相关研究文献，比较了基础医疗卫生资源供给水平空间格局与区域经济空间格局的差异；谢小华、王瑞璋、文东宏等[12]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，并利用GIS“位置分配模型”对医疗设施空间布局进行了优化；胡瑞山、董锁成、胡浩[13]采用两步移动搜索法，以行政村和医院为分析单元，分析了各村医疗卫生服务设施的空间可达性分异情况。

目前，国内外学术界对医疗设施的研究成果逐年增加，积累了不少经验，但也存在一定的局限性。随着“大数据”时代的来临，“大数据”为经济社会各个领域的研究提供了巨大的空间和潜力，但在医疗服务设施方面的应用鲜有。此外，医疗设施的相关研究大多从整体角度进行探讨，对各等级医疗设施的研究则较为少见。兰州市是甘肃省的省会城市，既是我国西北地区重要的工业城市和交通枢纽，也是丝绸之路经济带的重要节点城市，位于黄河谷地内，为典型的河谷地形，发展受限于南北两山。截至2019年末，兰州全市共有医疗卫生机构2275个，其中医院与卫生院196个，妇幼保健院(所、站)10个，专科疾病防治院(所、站)2个，社区卫生服务中心(站)251个，诊所、卫生所与医务室922个，全年总诊疗人次2447.50万人次，出院人数92.02万人。兰州中心城区分布在南北平均约3km的狭窄空间内，空间狭窄且完整性较差，却集聚了370余万人，人口密度较大。中心城区共有医疗机构365个，基本上能满足居民基本医疗卫生服务需求。但随着经济社会发展和居民日益增长的医疗卫生服务需求，尤其是近年来人口老龄化、社会城镇化、工业化等进程的加快，兰州市的医疗卫生机构配置还存在一定的供需不平衡问题。

本文在借鉴大量公共服务设施相关研究的基础上，运用ArcGIS10.2软件和爬虫软件对兰州市中心城区各等级医疗服务机构POI点数据进行了地理空间可视化分析，定量探讨了中心城区医疗机构的空间分布格局，对中心城区医疗服务机构进行了等级划分，并探讨了各等级最佳救助范围，以期为医疗服务设施点的合理选址和政府制定相关政策提供科学的参考。

1 数据来源与研究方法

1.1 数据来源

本文主要使用POI数据、经济统计数据和基础地图数据3类数据：①POI数据。通过GeoSharp软件，利用高德地图POI采集工具提取研究区医疗卫生机构数据，数据获取时间为2019年6月。数据经过清洗和整理以后，包括兰州市中心城区医疗机构365个。②经济统计数据。经济统计数据来源于2019年《兰州市国民经济和社会统计公报》。③基础地图数据。基础地图数据来源于国家基础地理信息中心1∶400万地级行政区图，在此基础上矢量化后获得兰州市主城区图。

1.2 研究方法

DBSCAN空间聚类：DBSCAN(Density-Based Spatial Clustering of Applications with Noise)是基于一组领域来描述样本集的紧密程度，属于OPTICS算法的一种特殊情况[15]。DBSCAN算法一般假定类别可以通过样本分布的密度决定，即同类别的样本紧密相连，在该类别样本周围肯定有同类别样本存在。首先将紧密联系的样本划分为一类，得到一个聚类类别，然后将所有紧密相连的样本划分为不同类别，最终得到所有类别结果[16]。与其他聚类算法相比，DBSCAN可以发现任意形状的簇类，同时识别出噪声点，且无需事先知道要形成簇类的数量，既适用于凸样本集，也适用于非凸样本集，选择上也优于K-Means、BIRCH只适用于凸样本集的算法。首先计算每个点与第i个最临近点之间的距离，然后由大到小对所有点的临近距离进行排序并绘制排序图，观察排序图中曲线斜率，当斜率出现明显变化的拐点时的值，就是参数邻域半径的取值。在参数领域半径确定的基础上，统计每个邻域半径内点数量的平均值，即可得到参数簇最小点数MinPts的最优取值。

(1)

式中，Counti为点i的领域内点的个数。通过本算法课识别出医疗机构的点簇，即为医疗服务设施点的空间集聚。

缓冲区分析：缓冲区分析就是对一个、一组或一类空间对象按照某个缓冲距离建立其缓冲区多边形，然后将原始图层与缓冲区图层相叠置，进而分析两个图层上空间对象关系的过程。作为ArcGIS中常用的空间分析工具之一，该方法可解决空间实体的邻近度问题，分析该空间实体在周围的影响区域[17]。本文通过对2019年兰州市中心城区医疗设施点做缓冲区分析，以研究其最佳救助范围的情况。以空间对象Oi为核心，建立半径长度为d的空间范围，d基于最小欧氏距离取值。

Bi={x:d(x,Oi)≤R}

(2)

2 结果及分析

2.1 医疗服务设施点集群空间布局

本文参考相关学者提供的辅助参数[18]，将邻域半径ε的数值确定为400m，簇最小点数MinPts的参数确定为6，并依据365个POI数据点的空间地理坐标，运用Python语言编程，在ArcGIS10.2软件上实现DBSCAN空间聚类算法，对兰州市中心城区医疗设施点进行集群识别，以此认别出2019年兰州市中心城区医疗机构点中有12个集群(簇)和218个异常点(图1)。

图1 兰州市中心城区医疗机构点集群分布

从DBSCAN聚类算法结果来看，兰州市中心城区医疗机构集群点在空间分布上呈现出一个主中心与多个副中心并存的空间特征。主中心是以西站十字—小西湖公园为核心的圈层，位于瓜州路，由西侧和东侧两个集群构成：西侧的集群主要分布在建兰路和瓜州路交汇的圈层内，东侧的集群主要分布在体育街、小西湖立交桥和南滨河中路交汇的圈层中。该区域是兰州市中央商务区与市级行政办公中心所在地，其集群规模远大于其他集群。其他副中心按照区域划分可知，医疗机构集群在安宁区有1个，主要位于西北师范大学附近，此区域为连片的高校聚集区；西固区有2个，分别位于福利西路与福利街交汇的圈层内和先锋路与福利东路交汇的圈层中，这两个区域都具有一个特点，即它们是高中和职业学校的集聚地；七里河区除去主中心还有2个副中心，一个位于建西东路和武威路交汇的圈层内，此区域为各种工厂的集聚地，另一个位于秀川新村附近，此区域为拆迁安置区，人口密集。城关区作为传统商业和商贸中心、旅游文化中心、高新研发服务和总部基地、省级行政办公中心，有7个医疗机构集群，分别位于：①以西关十字为核心的圈层中，此区域向来是兰州的主要商业街，也是文化娱乐场所聚集区；②以白银路和永昌路交汇的圈层中，此区域为文化教育集聚区；③以静宁南路为核心的圈层中，此区域为省市级行政办公集聚地；④以渭源路、瑞德大道和东岗西路交汇的圈层内，此区域为高新技术研发服务和总部基地；⑤以兰州铁路局为核心的圈层中，此区域为居民住宅区；⑥以定西路、嘉峪关西路和瑞德大道交汇的圈层中，此区域为商贸活动的重要场所；⑦以嘉峪关十字为核心的圈层内，此区域为居民住宅区和小部分教育教学区。

2.2 面向服务对象的缓冲区分析

根据国家医院等级标准，将中心城区医疗机构点划分为3个等级，包括一级医院(包括一级甲等、一级乙等、专科医院和未定级医院)、二级医院(包括二级甲等、二级乙等)、三级医院(包括三级甲等、三级乙等)。本文主要运用ArcGIS软件，将三级医院3000m、二级医院2000m和一级医院500m的半径范围作为各等级医院的最佳救助范围[19]，由此得到各等级的缓冲区，形成中心城区各等级医疗机构点的最佳救助范围(图2)。

图2 兰州市中信城区各等级医疗机构最佳救助范围

表1 研究区域各城区最佳救助范围面积

从表1可见，兰州市中心城区三级医院最佳救助范围的面积为148km2，约占中心城区总面积的59.92%。其中，城关区三级医院最佳救助范围的面积最大，为69km2，约占总面积的76.67%；七里河区三级医院最佳救助范围的面积为31km2，约占总面积的56.36%；西固区三级医院最佳救助范围的面积为28km2，约占总面积的52.83%；安宁区三级医院最佳救助范围的面积为20km2，约占总面积的40.82%。

中心城区二级医院最佳救助范围的面积为146km2，约占中心城区总面积的59.12%。其中，城关区二级医院最佳救助范围的面积为52km2，约占总面积的57.78%；七里河区二级医院最佳救助范围的面积为45km2，约占总面积的81.82%；西固区二级医院最佳救助范围的面积为29km2，约占总面积的54.72%；安宁区二级医院最佳救助范围的面积为20km2，约占总面积的40.82%。

中心城区一级医院最佳救助范围的面积为80km2，约占中心城区总面积的32.39%。其中，城关区一级医院最佳救助范围的面积最大为40km2，约占总面积的44.44%；安宁区一级医院最佳救助范围的面积为14km2，约占总面积的28.75%；七里河区一级医院最佳救助范围的面积为14km2，约占总面积的25.46%；西固区一级医院最佳救助范围的面积为12km2，约占总面积的22.64%。

总体来说，城关区的医疗设施布局最为密集，三级医院和一级医院的最佳救助范围面积在4个城区中均为最大，二级医院的最佳救助范围面积仅次于七里河区，这是由于城关区是传统商业和商贸中心、旅游文化中心、高新研发服务和总部基地、省市级行政办公中心，也是兰州市CBD所在。七里河区的二级医院的最佳救助面积为4个城区之首，三级医院的最佳救助面积为第二位，一级医院的最佳救助面积为第三位；西固区三级医院和二级医院的最佳救助范围面积均为第三位，一级医院的最佳救助范围面积为第四位。安宁区三级医院和二级医院的最佳救助范围面积均为末等，一级医院的最佳救助范围面积仅高于七里河区。

3 结论与建议

3.1 结论与讨论

本文基于兰州市中心城区医疗机构POI点数据，通过DBSCAN聚类方法对中心城区的医疗机构点进行了集群识别，分析了其空间格局，并运用缓冲区分析方法定量分析了各等级医疗机构点最佳救助范围的变化，主要结论如下：①兰州市中心城区医疗机构点集群在空间格局上呈现出“一主多副”的结构。通过DBSCAN空间聚类方法，在研究范围内365个中心城区医疗机构点中识别出12个集群(簇)，总体呈现出“东多西少”的分布格局。②从最佳救助范围来看，兰州市中心城区三级医院占中心城区总面积最多，占比为59.92%；二级医院仅次于三级医院，占比为59.12%；一级医院的面积较小，占比为32.39%。从各城区的医院等级来看，城关区三级医院和一级医院的最佳救助范围在各城区中占比最大，分别为76.67%和44.44%，而七里河二级医院的最佳救助范围在各城区中的占比最大，为81.82%。③从医疗设施点集群格局方面看，医疗设施集群过度集中于城关区，而安宁区和西固区作为兰州市区域文化体育中心、石油产业设计研发中心，仅有一两个集群，兰州市中心城区医疗设施点集群格局分配不均衡。

目前兰州市公共服务设施布局尚不合理，公共服务配置与经济社会发展不协调，不适应不同区域之间协调发展及发展方式转变的要求，这是公共服务体系建设面临的主要矛盾。均衡公共服务设施资源配置，应该以科学的布局为参考。合理布置公共服务资源要因地制宜，不同地区的公共服务设施空间分布形成的原因不同，需要考虑各种因素综合发挥作用。通过因地制宜的方式来均衡公共服务设施，达到合理布局的目的。同时，公共服务设施的本质就是服务人民，应当是面向居民的服务，在布局公共服务设施的时候应更多地考虑当地居民是否能具有公平享有当地公共服务设施的机会，是否给予当地居民最大的便利，这也是未来公共服务设施研究应深层次探究的方向。

相较其他公共服务设施的研究，本文基于兰州市中心城区医疗机构POI点数据的基础上，在对其空间格局进行分析的同时，也对医疗机构最佳救助范围进行了探讨，得出了医疗机构空间布局不均衡的结论，揭示了兰州市中心城区医疗机构布局中亟待解决的问题，并探讨了医疗机构空间布局的优化措施，有利于优化兰州市各城区医疗设施布局，为医疗设施布局提供参考，缓解医疗设施与患者的供需矛盾。但本文也有待深化研究居民选择医疗设施的影响因素和服务设施点的选址问题等。在未来的研究中，应在数据获取方面做出提升，获取时序更长、属性更完善的数据，并考虑与其他便民医疗服务设施做相关分析。

3.2 建议

大数据时代下，健康成为社会各界的热门话题。随着兰州市经济社会的快速发展，居民对健康方面问题的关注度与日俱增，医疗设施作为公共服务设施的重要组成部分发挥着不可替代的作用。医疗设施的高度集聚分布，既违背了公共服务设施空间布局应遵循的均衡性和公平性原则，降低了使用的效率与可达性，增加了居民就医时间，也给城市交通带来了巨大的压力。基于本文分析结果，兰州市中心城区医疗设施点集群格局存在明显问题，医疗设施集群过度集中于城关区，而安宁区仅有一个集群。安宁区作为甘肃省高科技经济文化区，大专院校集中，有西北师范大学、兰州交通大学、甘肃农业大学等17所大中专院校，拥有省农科院等2所科研机构，有各类科技人才3万余人，但医疗设施远远不能满足需求。鉴于此，医疗机构布局应在坚持科学城市规划的引导下，规范其主体决策行为，将均衡、高效、可达、公平的原则贯彻始终，积极促进医疗卫生机构等公共服务设施的均衡布局。

未来的城市建设规划中，需考虑兰州市各区实际需求情况。对兰州市中心城区医疗机构调整的建议如下：①市政府在城市总体规划中应做好医疗机构用地规划，保障其设施用地。②医疗机构布局应与城市功能相协调，考虑其最佳救助范围，未来医疗机构在布局上应促进向安宁区、西固区布局。③政府应充分发挥主导地位，优先考虑城市发展中的基础公共服务设施布局和未来城市发展中可能面临的问题，合理规划市区内公共交通网络，积极提高医疗的可达性。