基于GIS的長沙市醫院空間布局及優化研究＊

于珊珊，彭 鵬，田曉琴，丁潔瓊

(湖南師范大學資源與環境科學學院，湖南長沙 410081)

基于GIS的長沙市醫院空間布局及優化研究＊

于珊珊，彭 鵬，田曉琴，丁潔瓊

(湖南師范大學資源與環境科學學院，湖南長沙 410081)

隨著城市的快速發展，城市居民對公共服務設施的需求日益增長.公共服務設施是城市功能正常運行的重要組成部分，因此對公共服務資源空間配置的公平性和有效性問題成為諸多學者研究的焦點.以長沙市為研究區域，以市區內醫院空間布局和優化選址作為研究對象，通過GIS軟件，利用兩步移動搜尋法對醫院空間的可達性進行評價.隨后在評價的基礎上，利用多準則決策分析模型結合GIS相關工具，對醫院的空間布局進行優化選址.結果表明，長沙市現有醫院過于集中分布于老城區，醫療設施整體分布缺乏均衡性，城市新興地區和城郊嚴重缺乏醫療設施.而通過優化選址得到的結果，可以為今后長沙市醫療設施合理布局提供科學參考.

公共服務設施;兩步移動搜尋法;GIS;長沙市

近年來，地理學界對公共服務資源的區位選擇、空間布局、地理可達性問題有莫大的研究興趣.而利用GIS對公共服務設施的空間布局進行研究，已得到越來越廣泛的應用，比較常見的有為超市、物流中心、ATM機等選址.國外的如里查德·L莫爾和約瀚·西莫斯［1］對公共設施區位選擇中的公平與效率問題展開了深入討論，內容涉及到公共設施區位選擇的模型和福利標準，公共設施區位選擇的一般均衡分析，區位選擇價值判斷與公共選擇標準等［2］;Radke和 Mu［3］提出了兩步移動搜尋法用于評價醫療設施的空間可達性問題，相比傳統的搜尋法，兩步移動搜尋法解決了需求者可能跨區域就醫的問題，并利用該算法對芝加哥地區醫療設施空間可達性進行了研究;Love和Lindquist［4］應用GIS及其相關工具分析了美國伊利諾斯州老齡人口相對于醫療設施空間可達性的現況［5］;Kyushik Oh 和 Seunghyun Jeong［6］則利用GIS網絡分析法對首爾市的公園的空間分布進行了評估，并得出了首爾雖然公園占地比例大，但整體服務面積和使用程度卻很低，公園空間分布不合理的結論等.國內也有不少學者開展相關研究，如劉釗［7］等利用GIS工具結合兩步移動搜尋法對北京市的就醫空間可達性進行了研究;祁向前［8］、張偉［9］、趙春燕［9］分別將 GIS應用于超市、ATM 機和商業中心的選址;唐少軍［10］將GIS應用于長沙市公共廁所的空間布局研究;王薇［11］、趙平［12］、計會鳳［13］將 GIS 應用于物流中心的選址等.

伴隨著國家“中部崛起”戰略的實施以及“長株潭一體化”建設的不斷推進，長沙市城市空間正以前所未有的速度擴張.城市空間的擴張、人口的增加，必然會掀起城市公共服務設施建設的熱潮.醫院作為一項重要公共服務資源，其空間布局合理與否，與廣大人民群眾的身體健康和生命安全息息相關.2010年12月，湖南省衛生廳發布了《湖南省衛生資源配置指導標準(2011－2015年)(草案)》，提出了2015年長沙市每千人擁有床位數8.41張和6.43名醫生的總體規劃目標，要實現這個目標，除了要興建一批醫院外，更要講究醫院空間布局的合理規劃.

1 研究對象與方法

本研究以長沙市為研究區域，以市區醫院為研究對象，采用文獻法、實證法以及綜合分析法，以區位論、空間分析理論等理論思想為指導，通過收集相關數據、設定評價標準、確定相關因子及權重等步驟，以GIS理論為核心，結合兩步移動搜尋法等先進算法，利用GIS對長沙市醫院的布局及優化進行研究，并從城市規劃的角度出發，結合實際情況對數據處理結果進行評價分析，從而對長沙市醫院的空間布局及優化提出科學的見解.在長株潭一體化的城市化建設的大潮中，利用GIS對長沙市的醫院進行科學、迅速的布局優化，為長沙市的醫療設施合理布局提供參考，有利于解決長沙市醫療設施分布不合理造成的“看病難”問題，同時也為長沙社會經濟的健康發展創造良好的基礎條件.整體研究思路見圖1.

2 研究區概況

長沙，湖南省省會，地處湖南東北部，湘江下游，位于東經 111°53'～ 114°15'與北緯 27°51'～ 28°40'之間，是全省的政治、經濟、文化、交通、科技、金融、信息中心，也是全國的歷史文化名城和特大城市.現有以湘雅醫院為代表的較大型醫院(床位數＞20)78所，其中三甲、三乙醫院21所，二甲、二乙醫院12所，一甲及以下的較大型的醫院45所.單從醫院的空間布局來看，長沙市現有高等級醫院多分布在“五一路——黃興路——解放西路——湘江路——韶山路”一帶，尤其是19家三甲醫院，各個區:開福區8家、芙蓉區4家、天心區1家、雨花區2家、岳麓區4家(見圖2).可以說，長沙市大型醫院主要分布在商業發達城市中心地帶，而廣大的新興區，如星沙、長沙南郊等地則缺乏大型醫院，這在很大程度上降低了這些地區人民群眾就醫的便捷程度以及享受到的醫療服務的質量.這些表明，有必要對長沙市醫院空間布局進行優化.

圖1 技術線路圖

圖2 長沙市現有大型醫院分布圖

3 長沙市現有醫院空間布局評價

本研究將應用兩步移動搜尋法對長沙市醫院的空間布局進行評價.相比傳統的搜尋法，兩步移動搜尋法具有兩方面的優勢:一是可以確保醫院與居民的距離在搜尋域內;二是在實際情況中，醫院并不僅僅只服務于搜尋域內的居民，也可以向鄰近區域提供服務，而一般搜尋法無法考慮到這種情況.因此，利用兩步移動搜尋法能更科學和全面地對長沙市現有醫院的空間布局進行評價.

3.1 兩步移動搜尋法

兩步移動搜尋法是由穆蘭及其導師發展的，這種方法克服了傳統方法的缺陷.它兩次移動搜索區域(分別以供給和需求地為基礎)，因此被稱為兩步移動搜索法(2SFCA).

如果供給量不存在短缺的問題，我們可以用簡單的單供給模型來衡量，只需要考慮離供給點的遠近程度.漢森用一個基于引力的勢能模型來度量上班的方便程度.該模型如下式所示:

第一步，對每個供給點j，搜索所有在j距離閾值(d0)范圍(即j的搜索區)內的需求點(k)，計算供需比Rj:

這里，dkj為k和j之間的距離，Dk為搜索區內消費者(即dkj≤d0)的需求，Sj為j點的總供給.

第二步，對每個需求點i，搜索所有在i距離閾值(d0)范圍(即i的搜索區)內的供給點(j)，將所有的供需比Rj加在一起即得到i點的可達性:

這里dij為i和j之間的距離，Rj是i搜索區(dij≤d0)內的供給點j的供需比.越大，則可達性越好.

上面第一步確定了供給可達性，即每個供給點服務區內的供需比.第二步計算了消費者的可達性，考慮了所有能為消費者提供服務的供給點，并將它們與消費者之間的供需比加總.這個方法考慮了一個地區內供需之間的相互關系，計算得到的可達性每個地點都不一樣.式(3.3)本質上是一個供需比(被一個距離閾值或過濾窗口過濾了兩次).

3.2 兩步移動搜尋法的實現

利用ArcGIS中的Join功能和Point distance功能實現兩步移動搜尋法.我們以各區域的代表點為該區域的人口重心，并以人口重心到醫院的距離代替居民點到醫院的距離.通過研究和討論，我們設定3000米的極限距離(也就是在3000米的范圍內搜索供給點和消費點)，并以每千人擁有的床位數作為評價該地區醫療服務空間可達性的標準——床位數越多條件越好.具體流程見圖3.

圖3 兩步移動搜尋法技術流程圖

3.3 數據處理結果及分析

通過利用兩步移動搜尋法對相關數據進行計算，我們得到了如下(表1)的數據:

表1 每千人床位數匯總

東塘街道50000 13.9678金盆嶺街道 98000 14.5151火星街道 4500 4.1298東岸 51400 4.7187東屯渡街道 6900 3.8661馬王堆街道 15700 9.6448朝陽街道 114600 12.6292高橋街道 128000 4.3304黎托 26000 0圭塘街道 45000 1.1535雨花亭街道 120000 12.2189觀沙嶺街道 24500 17.4824銀盆嶺街道 50000 27.231西湖街道 32000 27.3924望月湖街道 37000 30.1638橘子洲街道 34100 0岳麓街道 46000 0坪塘鎮 59800 0大托鎮 40400 0洞井鎮 49000 0桂花坪街道 26000 0新開鋪街道 80000 0.8957含浦鎮 10000 0蓮花鎮 51000 0雨敞坪鎮 35000 0梅溪湖街道 8000 1.8821望城坡街道 43000 3.7601咸家湖街道 1800 19.3646天頂 25500 0東方紅鎮 10000 0望岳街道 113800 1.0611青園街道26000 6.7515

由表1的統計可以得出，長沙市59個街區中有26個街區每千人床位數在0～5之間，約占總數44%;每千人床位數在5～10之間的有4個街區，約占總數6.7%;每千人床位在10～15之間的有11個街區，占總數的18.6%;每千人床位數超過15的有18個，占總數的30.7%.到目前為止，每千人床位數小于8張的街區為27個，占總數的45.8%，而且大多數床位數都不超過5張，這與《湖南省衛生資源配置指導標準(2011－2015年)(草案)》中提出的要在2015年達到長沙市每千人擁有床位數8.41張的目標相差很大.另外，每千人床位數也呈現極端分布的現狀，5張以下和18張以上就占了總數的80.7%，中間部分很少，這說明長沙市各街區每千人床位數相差很大，現有醫院布局不均衡.

從空間分布圖來看(圖4)，每千人床位數高的地區集中在長沙市經濟、交通發達的商業繁華區域，而城市周邊地區醫療設施十分欠缺，特別是長沙市面積最大、也是發展速度最快的“兩型社會新導示范區”——岳麓區，更是亟需擴充醫療設施.醫院空間布局的不均衡，將會導致以下兩種不利的結果:一是醫療設施缺乏的地區人民群眾就醫困難，享受不到高質量的醫療服務，這有悖于醫院布局的公平性;二是醫療設施過剩的地區其醫療設施不能充分利用，降低長沙市整體醫療服務效益.因此，有必要對長沙市現有的醫療設施空間布局進行優化.

圖4 每千人床位數分類圖

總的來說，我們可以對長沙市現有醫院的空間布局得出以下兩點評價:

(1)就每千人床位數而言，處于市中心區域的街區，床位人口比比較大，表示這些地區醫療服務設施較健全;相對來說，處于城市邊緣的一些街道、鎮，如青竹湖鎮、大托鎮、天頂、蓮花鎮等，則床位人口比非常小，甚至為零，表明這些地區醫療設施不健全.

(2)就空間分布來看，長沙市的醫院呈現偏態布局，多位于市中心.長沙市醫療設施集中分布于發展較早的商業發達區域，醫院整體分布不均衡，需要調整醫院空間布局，提高現有醫院的醫療輻射面積.新興區域和城郊則分布很少，這些地區醫療設施建設的發展滯后于經濟與人口的發展，這種違背科學發展觀的情況不利于長沙市長期和諧穩定的發展.

4 長沙市醫院空間布局優化

本文采用多準則決策分析模型與GIS相結合來對長沙市醫院空間布局進行選址優化研究.多準則決策分析模型能綜合考慮影響醫院選址的交通、人口分布、地質情況等因素，結合GIS強大的空間數據處理、模型建立與運算、專題地圖顯示、圖形圖像交互操作等功能，可以方便靈活地實現多決策分析模型，并將結果以非常直觀的方式顯示出來.

4.1 多準則決策分析模型

多準則決策分析的核心問題是怎樣整合多條準則，使之成為一個單指標，從而建立一個綜合評價模型.簡單加權法是在結合GIS的多準則分析中，使用最多、最流行的決策發展，其基本原理是基于GIS數據圖層與對應的權重相乘，然后對加權后的準則圖層進行邏輯疊置操作，得到一個結果圖層，這個圖層即期望得到的綜合評價模型［10］.

4.2 確定準則及準則權重

多準則決策分析模型需要使用多條準則來幫助制定決策，但不同的準則對結果的貢獻的比例是不同的.在多準則決策中，使用權重來衡量各個準則的相對重要性，同時，權重的大小也決定了該條準則對結果影響的比重，因此在確定了各個影響決策的準則后，確定各個準則的權重則是重點和難點.本文從規劃的角度出發，綜合考慮交通、人口、現有醫院布局、地質條件四個因素，對長沙市醫院優化選址進行研究.其中，交通便捷程度通過離公交車站和地鐵站的距離遠近來衡量，離站越近的地區權重越大;人口影響因素通過離居民點距離的遠近來衡量，離居民點越近的地區權重越大.

在總結文獻、經驗的基礎上，結合專家意見，確定了長沙市醫院空間布局選址的準則:(1)醫院與醫院間的距離;(2)醫院與需求點之間的距離;(3)設施必須位于城市用地上.確定各準則后，研究則通過采訪、查閱文獻、征求專家意見確定了各個準則的權重.各準則確定的權重如表2所示.

表2 準則及權重

4.3 選址原則

醫院是一種公共服務性的資源，因此它的選址需要遵循公平性和效益性原則.醫院布局的公平性主要體現在能為城市低收入、郊區群眾提供便捷的醫療服務，所以醫院的選址必須靠近居民點，即臨近需求點:以居民點作為需求點，通過GIS 分析，取距離居民點 1500、3000、4500、6000、7500 米五個等級來進行分類，根據確定的離居民點越近賦值越高的原則，對重分類的居民點進行賦值.而醫院布局的效益性則主要由人口密度、交通便捷程度以及與現有醫院的距離來決定的，即要遠離現有設施、靠近交通站點:同樣通過GIS工具，以直線距離函數計算每個單元離現有醫院的距離，將其重新劃分為五類，再以距現有醫院距離越遠賦值越高的原則進行賦值;以距公交站點和地鐵站點 300、600、900、1200、1500 米距離的范圍來進行分級，距站點越近，賦值越高.本文采用同一個等級體系，范圍值為 0、1、2、3、4、5.

4.4 形成單指標評價模型

重分類之后，各個數據統一到相同的等級體系內，并且每個具有較高適宜性的類別都被賦予了較高的值.根據前面確定的準則權重，確定計算公式為:

根據以上公式，利用ArcGIS空間分析中的Raster Calculator進行柵格圖層的疊置得到單指標評價模型.

最后，去掉水域和林地土地，得到最終的選址優化圖(圖5)，賦值最大為6，是最適宜建立醫院的地區，其他地區的適宜性依據賦值的大小依次遞減.

圖5 選址優化結果圖

4.5 對選址優化結果圖的分析

從最終結果可以看出，分值最高的紅色區域分別分布在雨花區南部、岳麓區中部、開福區北部以及芙蓉區東部.而且大部分高分值區都位于中心城區以外的郊區部分，尤其是長沙市西南和西北地區.這些地區正是經濟發展相對緩慢，社會公共服務設施相對薄弱的地區.因此可以說通過多準則模型分析的結果與長沙市現狀呈現高度吻合.根據研究結果，再依據長沙市2015年預期每千人8.41張床的目標，以現有醫院床數為基礎，可以計算出為達到目標所需要的床位數，也就是需要新建的醫院數.然后再綜合考慮實際現狀，我們就可以對要新建的醫院進行科學合理布局.

5 結論

基于GIS技術分析長沙市醫院空間布局，是對GIS技術在公共服務設施選址研究應用中的又一次嘗試.本研究在廣泛了解了國內外GIS技術在公共設施選址方面的相關理論和研究成果后，針對當前反應強烈的“看病難”的問題，從城市規劃的角度出發，以兩步移動搜尋法評價長沙市醫院空間可達性為切入點，依據評價結果提出多準則決策模型，并在該模型的基礎上得出了優化選址的結果.在研究的過程中，我們得出了以下結論:

(1)醫療設施集中城區，成偏態分布.通過兩步搜尋法得出的結果來看，無論是從人均醫療資源分布、就醫機會，還是從就醫的便捷程度方面來看，長沙市的醫療設施空間布局都極不平衡，多數集中于中心城區，郊區和新興區域醫療設施極度缺乏，有些區域每千人床位數竟然為0.也就是說，長沙市獲取醫療服務的便捷性從長沙市中心向郊區逐漸減弱，市中心的醫療設施呈過于飽和狀態，而城市的新興地區和城郊地區則嚴重缺乏醫療設施.

(2)醫療資源分布不均勻，極化現象嚴重.研究區內59個街道或鄉鎮中有26個的每千人床位數低于5張，而有18個街道或鄉鎮的每千人床位數超過了15.也就是說5張以下和18張以上就占了總數的80.7%，中間部分很少.醫療設施過度集中于一個地區，會導致集中地區公共設施服務有效性降低，而其他地區則會出現醫療設施匱乏狀態.現有醫院布局混亂、不公平分配，既會帶來經濟問題又會產生許多社會問題，將會對城市的健康可持續發展帶來不利.

(3)從優化結果可以看出，大部分高分值區都位于中心城區以外的郊區部分，尤其是長沙市西南和西北地區.這些地區正是經濟發展相對緩慢，社會公共服務設施相對薄弱的地區.可以說通過多準則模型分析的結果與長沙市現狀呈現高度吻合.總體來看，岳麓區北部和中南部、開福區西北部、芙蓉區東部、天心區東南部以及雨花區西南部等部分地區得分最高，最適宜建立新醫院.

(4)利用兩步移動搜尋法評價公共服務設施的空間可達性，其結果相對于一般的搜尋法更為可靠，原因有兩點:一是可以確保公共服務設施與居民的距離在搜尋域內，適宜于在較大的空間服務內使用;二是在實際情況中，醫院并不僅僅只服務于搜尋域內的居民，也可以向鄰近區域提供服務，這點更加符合公共服務設施的特點.

(5)多準則決策分析模型與GIS結合能很好的解決公共服務設施選址優化問題.多準則決策分析模型成敗的關鍵在于確定準則及其權重，準則的確定依據是基于對目標事物的研究，而確定準則權重目前還主要是靠專家的意見.

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P208

A

1008－4681(2012)02－0090－05

2012－03－01

于珊珊(1988－)，女，山東青島人，湖南師范大學資源與環境科學學院碩士生.研究方向:區域經濟與區域開發.

(責任編校:晴川)