服務鄉村振興的縣域基礎醫療設施可達性分析關鍵技術研究

夏 濤，李遠華，武永娜

（吉林大學 地球探測科學與技術學院，長春 130026）

2017 年，黨的十九大報告提出了實施鄉村振興戰略。總體而言，鄉村振興是多角度、全方位的振興，既有社會、經濟、文化方面的振興，也包括醫療衛生、公共服務等方面的振興。其中，醫療衛生是民生保障的重點問題之一。新型冠狀病毒感染疫情的爆發暴露了我國醫療衛生體系不夠健全的問題。而相比于城市地區，農村地區的醫療水平則更加脆弱。農村醫療基礎設施和運行機制不完善、公共衛生醫療服務人員缺乏、服務能力不高、現代化和信息化醫療手段需加強等問題突出。2020 年中央一號文件提出要加強農村基層醫療衛生服務，為進一步加強農村基層醫療體系建設指明了方向[1]；遙感與GIS（地理信息系統）技術已經滲透到了社會的各個公共服務領域，遙感與GIS 正在通過其強大的空間數據獲取能力、空間分析能力，結合人工智能、云計算和物聯網等新興技術，從宏觀和微觀方面改變著整個社會，在農業、軍事和城市規劃等方面均有廣泛應用。

加強農村基層醫療體系建設，是實現鄉村振興的關鍵一環，也是鄉村振興戰略的內在要求[1]。鄉村醫療資源建設本身具備明顯的空間離散特征，要想不斷提升其空間化、信息化服務水平，助力鄉村振興，空間信息獲取與分析技術是必不可少的，而遙感與GIS 在這方面具有得天獨厚的優勢。所以，遙感與GIS 可在鄉村醫療資源管理與服務的領域中為鄉村振興提供更多專業解決方案與智慧。

對于鄉村振興來說，基礎設施規劃與建設一直是研究的熱門領域[2-3]。例如，有學者將影響農村居民基本生活相關變量，并對其開展主成分分析，從而得到影響農村基礎設施建設水平的主要因素，雖然其量是定量分析，但實質還是定性分析，并且不能反映空間角度上存在的問題[3]。

遙感與GIS 技術在基礎設施調查與分析領域一直扮演重要角色。GIS 網絡分析被廣泛應用于各類生活資源可達性研究中。在網絡分析中，可達性分析是其中一個重點，可達性是指利用一種特定的交通系統從某一給定區位到達活動地點的便利程度，反映了區域與其他有關地區相接觸進行社會經濟和技術交流的機會與潛力[4]。主要表現在體育場地設施可達性研究[5]、公交可達性測度研究[6]、公園綠地可達性分析[7]、醫療設施可達性分析[8-12]等方面。

縣鄉醫療資源研究方面，有學者以可達性作為指標，采用GIS 技術和基于交通網絡的可達性度量方法，對農村醫療服務設施空間分布進行評價[9]。還有學者以福建省石獅市為例，運用多個空間可達性模型，分析了石獅市鎮級以上醫療機構的空間布局[10]。閆鳳英等[11]則以長興縣醫療設施為對象，探究了基于GIS 網絡分析的公共服務設施可達性分析評價方法。

總體來看，有許多學者將GIS 技術應用于基礎設施分析和醫療服務分析等方面，但是其中大部分都是針對于較大型城市的醫療資源空間分布來開展分析，對縣域乃至更小行政區醫療資源需求及其空間特征缺乏精細化分析和表達，因此難以與鄉村振興實現精準對接。如何有針對性地開展縣域醫療服務的空間化分析與應用，使得能夠通過GIS 技術有效服務到鄉村振興，是需要解決的技術性問題。

1 縣域醫療資源特征及其空間需求

1.1 縣域醫療資源特點

從醫療水平上看，縣域醫療資源是相對較薄弱。相比于更大型城市所擁有的大量高水平高等級醫院，在鄉村振興的普通縣域范圍內一般僅有少量具有一定醫療能力的縣級醫院，在各鄉鎮則為未定級的普通醫療點。這些醫療資源僅能滿足縣域范圍內部分醫療需求，在出現某些特殊情況時則難以保證能夠有足夠的醫療水平來滿足病患需求。

從行政管轄上看，醫療資源具有縱向行政管理與行政空間分布特征，大病或特殊急診跨區域治療難度大。在縣域范圍內，公立醫院擁有大部分醫療資源，但這些醫院在組織上均隸屬于一個個龐大的行政型等級化體系，在資源配置、戰略決策、人事管理和價格制定等方面都受到所屬各級各類政府行政部門的影響甚至支配[13]。因此，在病患需要進行跨區域治療時，往往由于行政區域的改變受到各種影響，不利于其及時就醫。

縣域醫療資源受道路網絡影響較為明顯，低等級道路網絡影響救醫時效。針對縣級及鄉村環境下的醫療環境狀況而言，能否快速到達醫療點是突發傷病能否及時有效治療的重要影響因素。在縣級環境下道路網多以省道、縣道和鄉道為主，不同等級道路的最大限速不同。同時，部分道路可能出現較大彎曲，影響行駛速度，尤其中西部地區，受山地、溶洞等地形影響較大，因此提出道路彎曲度這一參數衡量道路的彎曲情況，并根據道路彎曲度來設置道路減速系數，進而設置道路的實際最大速度作為道路的屬性之一，以此能夠以更接近現實的情況來分析醫療點的可達性情況。

縣域醫療資源可達性受多種空間因素影響。受空間距離、行政區劃、道路等級（形態、速度和連通性等）和大城市連接程度影響。對于醫院而言，除了根據醫院的實際位置將其合理調整到道路點上以進行可達性分析，還可在數據庫管理系統中設置醫院坐標、等級、類型和轉院條件等屬性，能夠較為全面地反映該處醫療資源的實際情況。在縣級行政區的行政范圍內往往存在較多的鄉鎮醫院，在縣域的經濟中心存在縣級醫院，這些醫院通過主要道路形成的交通網絡連接起來，構成了其基礎的空間分布。

綜上所述，縣域醫療資源的空間特征可用圖1 簡單表示。

圖1 縣域范圍內醫療資源空間分布示意圖

1.2 縣域醫療資源可達性分析需求與解決手段

縣域的醫療資源空間特征是以普通村鎮醫院服務站為基礎，所以對服務站在空間上以準確的點數據進行表示。同時通過屬性控制標記其類型，為空間分析奠定數據基礎。縣域交通網絡以省道、縣道和鄉道為主，連接到縣域范圍內的各個鄉鎮，形成較為復雜的交通網絡，在縣域的經濟文化中心（一般為縣城）有最復雜的道路網絡。同時，由于道路等級、道路彎曲度的限制，可通過屬性控制得到其實際最大速度。縣域的醫療需求主要為常見普通疾病，不同程度的患病情況需要的醫療資源也不同，因此可以通過屬性標記醫院等級來表現該服務站的醫療資源。因此，通過在縣域行政范圍內構建道路網絡，建立醫院服務站點，通過屬性表設置各要素屬性進行服務區可達性分析，就可以觀察到一定時間內能夠到達各個醫院服務站的區域。

針對如上需求，首先應該準確收集醫療點資料，重點收集醫療點類型、所屬行政區、空間坐標、縣鄉行政中心類型、上級可達性及方式等數據；其次，對其進行空間信息化管理，把收集到數據進加工成SHP 數據，建立geodatabase 數據庫；然后，通過ArcGIS 網絡分析工具建立道路網絡；最后，利用C#將數據庫開發與空間可達性分析開發結合起來，利用ArcEngine二次開發技術，將Visual 可視化平臺與成本距離式網絡分析函數結合起來，實現服務醫療資源的可達性分析。

2 技術路線與方法

2.1 技術路線

從技術上說，本文提出服務鄉村振興的縣域基礎醫療設施可達性分析關鍵技術研究的技術路線主要包括3 個部分：首先是前期的數據收集與處理，在這個過程需要精確收集醫療點的位置、等級、類型、上級可達性及方式等，以及道路的位置、等級等數據并進行初步處理，計算出道路彎曲度；中間過程的數據庫構建、服務區功能開發、道路網絡構建3 個重要方面，數據庫依靠C#與OLEDB 數據庫融合進行開發構建，用于實現醫療點數據的管理；道路網絡構建及服務區功能開發是最核心部分，道路網絡的構建依靠ArcGIS 的拓撲改錯、道路編輯、要素數據集和網絡數據集的新建功能來實現，道路彎曲度作為道路網絡的屬性之一可以有效提高可達性分析的準確性；服務區功能開發和可達性的實現需要C#與ArcEngine 二次開發技術結合起來，搭建可視化可達性分析平臺，通過輸入網絡數據集、要素數據集、輸入設施點這3 個參數，設置代價類型和默認中斷，即可從時間和空間2 個維度分別查看縣域范圍內醫療點資源的可達性情況，并能通過控件將其結果可視化展現出來。具體技術方法如圖2 所示。

圖2 技術路線圖

2.2 醫療數據收集與處理方法

醫療數據的收集主要是收集醫療點的位置、類型、等級和轉院條件等信息。在ArcGIS 中，所收集的醫療資源信息均以點的形式表現出來，醫療點位置以經緯度坐標的形式表現出來，這些信息均可通過屬性操作添加到醫院數據中。同時，醫療點位置還需與道路結合起來，為了實現可達性分析，必要條件下需要將醫療點移動到道路的折點上或在處理道路數據時繪制合理道路連接醫療點。

2.3 空間數據集建立方法

空間數據集的建立依托于ArcGIS 中的要素類數據集。在要素類數據集中通過拓撲改正道路后，再依靠道路數據和醫療點數據在其中建立網絡數據集。在后續的可達性分析系統中，也只需的輸入對應的網絡數據集、要素數據集、醫療點數據即可進行分析。

2.4 道路網絡構建

2.4.1 道路彎曲度調整道路網絡速度

根據前述分析不難發現，縣域的道路等級和道路形態對道路速度有明顯影響。因此本文研究可根據道路彎曲度作為道路駕車速度調整系數。道路彎曲度等于實際道路長度與道路起止點直線距離的比值，即道路彎曲度等于實際道路長度/道路起止點距離，不同的道路彎曲度對應不同的減速情況。根據道路彎曲度和道路等級可以計算出每一段道路的實際最大速度，能夠更加清晰地反映出前往醫療點的駕車速度的實際情況。

2.4.2 網絡分析數據集建立

網絡數據集需要在ArcGIS 的要素數據集中建立。其中重要的部分包括連通性、屬性等。此次網絡數據集建立所需的要素為已經經過編輯和拓撲改錯的道路線要素和醫療點要素。連通性設置是需要保證每一個醫療點均能參與到后續的服務區分析中，因此設置為點在線的任意節點處連通。屬性則包括時間屬性和長度屬性，時間屬性可以通過道路的實際長度和實際最大速度來求得，長度屬性則就是道路的實際長度。

3 關鍵技術實現方法與評價

3.1 基礎分析網絡構建技術

3.1.1 基于道路彎曲度的道路速度調整

對于縣域內的一般道路來說，道路彎曲度對道路速度有明顯影響，因此構建“道路彎曲度（RCI）”系數用作調整道路速度的依據。

式中：Lr 為道路實際距離；Ld 為道路首尾2 個點直線距離。圖3 中，Lr=SAB，Ld=LAB。

圖3 道路彎曲度示意圖

根據《中華人民共和國公路法》可將道路分為表1中的5 類，并設置對應的道路駕車速度。道路彎曲度對應的減速情況見表2。

表1 道路駕車速度

表2 各個范圍的道路彎曲度對應的減速情況

3.1.2 道路彎曲度的提取方案

道路彎曲度的計算需要在ArcGIS 中進行。在對已有道路線數據進行編輯和拓撲改錯后，需要計算其道路彎曲度以得到相對準確的道路的時間屬性。在得到道路線數據后，可以采用Feature Vertices To Points工具來生成道路起止點，合并起止點圖層后使用Points To Line 工具將各對應起止點連接起來，計算起止點直線長度后將結果添加到道路線圖層屬性表中，經過計算即可得到道路彎曲度。

3.2 服務區可達性分析

采用C#＋ArcEngine 方法搭建一個可視化可達性分析平臺，平臺將網絡數據集、要素數據集和輸入點設施這3 類數據作為輸入基本條件，通過Textbox 輸入代價類型和中斷方式參數；選擇是否使用單行線限制及是否顯示路徑；最后通過調用網絡分析函數實現計算；計算結果輸出后，連接到MapControl 控件加以實時顯示。服務區可達性分析的窗口如圖4 所示。

圖4 服務區可達性分析窗口

從算法實現上來說，實現服務區分析首先需要加載數據，調用NetWorkAnalysClass 類中的方法打開工作空間及網絡數據集，再調用CreatePathSolverContext方法創建分析上下文，在加載完設施點、網絡數據集圖層、網絡分析圖層并設置代價類型后，即可進行查找服務區分析的實現，分析完成后可通過打印分析結果將可達性分析分情況可視化展現出來。算法流程如圖5所示。

圖5 算法流程圖

可達性分析開發的部分核心代碼如下[14]：

4 結論

基于本文的分析基礎和技術方案，依據縣域醫療資源特點實現了較有特色的醫療資源可達性程序化處理，為醫療資源領域的鄉村振興提供了有益技術參考。研究結果表明如下。

1）縣域醫療資源相對薄弱，而且具有縱向行政管理與行政空間分布特征，大病或特殊急診跨區域治療難度大；由于縣域范圍內主要為低等級道路網絡，病患的救醫時效會受到影響，除了道路速度（形態）以外，可達性還與距離、縣城級別和大城市連接方式有關。因此，在數據收集與處理時要重點考慮醫療點位置、類型和等級等行政和空間屬性。

2）縣域醫療資源的空間分析依賴于道路網絡和行政中心的空間性質，在處理道路網絡數據集構建時，除了考慮道路級別，還要考慮道路形態對運行速度的影響，簡單處理方式是將通過道路等級劃分速度，通過道路彎曲度調整最大速度可使后續的可達性分析更為準確。

3）在利用C#＋ArcEngine 開展縣域醫療資源可達性可視化分析時，輸入的道路網絡需在ArcGIS 中構建，同時還需建立網絡數據集和要素數據集，再在系統中輸入2 類數據集和設施點作為控制參數約束其成本運算，最后調用分析函數進行可達性計算，得到的結果可通MapControl 控件可視化展現出來。

本文僅針對縣域范圍內的醫療資源可達性技術開展研究，在鄉村振興其他方面的研究還有待進一步開展。相信隨著遙感和GIS 與鄉村振興的不斷融合，醫療資源等公共基礎設施的信息化、空間化和智能化水平會不斷提高。