一种考虑医疗设施服务能力的15分钟生活圈划分方法

技术领域

本发明属于城市规划技术领域，特别涉及一种考虑城市医疗设施服务能力的15分钟生活圈居住区划分方法。

背景技术

近年来，由于居民生活方式与生活习惯的变化，已有的居住区设计规范已无法适应新时代下人民的生活需要。为确保居住生活环境宜居舒适，科学合理、经济有效地利用空间和土地，保障城市居住区规划设计质量，出台了《城市居住区规划设计标准(GB50180-2018)》，新版城市居住区规划设计标准以“十五分钟生活圈、十分钟生活圈、五分钟生活圈”的概念取代过去“居住区、居住小区、居住组团"的分级模式，最大的改变就是以人的步行时间作为设施分级配套的出发点，突出了居民能够在适宜的步行时间内满足相应的生活服务需求，便于引导配套设施的合理布局。同时，也便于老旧居住区改造，以及在城市更新工作中校核设施承载能力和设施服务覆盖的情况，有利于逐步查漏补缺。

然而现阶段对于生活圈居住区的划分仅仅通过控制范围和户数，或是运用手机信令等技术进行生活圈居住区范围界定，并未考虑到公共设施服务能力对生活圈居住区范围的影响。将医疗设施的服务能力(例如床位数)作为约束条件，进行医疗设施选址、并进行最大化的居住区覆盖，对于突发公共卫生事件下开展生活圈居住区内部的医疗救援和减少疫情的扩散具有重要的意义。本发明以城市医疗设施床位数作为服务能力约束，提出一种对城市进行15分钟生活圈居住区的划分方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种基于城市医疗设施服务能力的城市15分钟生活圈居住区划分方法。本发明以医疗设施床位数来评价医疗设施的服务能力，结合城市各居民点户数和感染率得出居民点就医需求，利用最大化有容量限制的覆盖范围模型进行求解，将求解的设施点及其分配的居民点作为15分钟生活圈居住区划分的主要依据。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种考虑医疗设施服务能力的15生活圈居住区划分方法，包含以下步骤：

1.基础数据的获取与整理；

POI数据的采集：利用高德地图开放平台和Python爬虫技术，获取城市POI数据。所述POI数据包含POI名称、POI类别、经度、纬度信息。

城市道路数据的获取与处理：通过Open Street Map(OSM)开源地图，获取城市道路数据，并结合城市实际路网，对城市道路路网进行修正。并导入地理信息系统建立地理信息数据库。所述的城市道路数据包含道路线型、道路等级、路段长度信息。

医院床位数据：利用Python结合所述的城市POI数据，从各城市医疗设施官网上采集医院床位数据，并将床位数据通过ArcGis软件属性表连接工具连接至所述城市POI属性表内。

小区户数数据：利用Python结合所述的城市POI数据，从互联网采集小区户数数据，并将小区户数数据通过ArcGis软件属性表连接工具连接至所述城市POI属性表内。

2.建立交通网络模型；

利用ArcGis软件，建立文件地理信息数据库，并将所述城市POI数据以及所述城市道路数据导入文件地理信息数据库，建立城市道路网络数据集，并进行拓扑验证，考虑实际城市具体道路交通管制措施设置，并将步行时间(分钟)作为所述交通网络的通行成本。从而完成所述交通网络模型的建立。

3.城市15分钟生活圈居住区初步划分；

在所述文件地理信息数据库中新建Shapefile格式文件，要素类型设置为面，空间参考坐标系选择为WGS 1984地理坐标系，并打开编辑器进行创建要素，根据城市主干路和次干路进行城市15分钟生活圈居住区初步划分，保证各主干路或次干路间距在1500m至2500m范围内。

4.在所述初步界定城市15分钟生活圈居住区内进行针对所述城市医疗设施最大化有容量限制的覆盖范围模型分析；

对于所述有城市医疗设施的城市15分钟生活圈居住区，以所述居民点为请求点和候选设施点，以所述城市内各医疗设施为必选项设施点；对于所述没有城市医疗设施的城市15分钟生活圈居住区，以所述居民点为候选项设施点的同时也是请求点，以突发公共卫生事件流行病学特征确定的感染率确定城市各居民点对城市医疗设施床位需求量，以所述城市医疗设施床位数作为医疗设施服务能力，利用所述最大化有容量限制的覆盖范围模型进行求解，该模型的数学表达为

式中，I表示各居民点集合；J表示设施点集合，设施点集合，包括医疗设施作为必选设施点和居民点作为候选设施点；d

对于分析范围内未设有医疗设施的情况，将居民点同时作为设施点和请求点，设置住宅套数20000套作为设施点服务能力的约束，利用最大化有容量限制的覆盖范围模型进行求解。

5.进一步界定城市15分钟生活圈居住区；

利用城市主干路、次干路、支路以及居民点四周界限，进一步明确各个15分钟生活圈居住区范围。

本发明的有益效果的是：

(1)本发明以床位数作为服务能力约束进行医疗设施选址、并将分配的居民点作为整体划分为生活圈居住区，可以保障各生活圈居住区的医疗设施资源配置水平。

(2)本发明对于应对城市突发公共卫生事件，可以保障生活圈居住区在相对封闭的管理措施下15分钟内得到有效的医疗服务，有利于减少疫情的传播和扩散。

(3)本发明所提出的城市15分钟生活圈居住区划分方法，其界限结合城市干路作为边界，有利于在城市更新、旧城改造中进行15分钟生活圈规划和建设的落实和实施。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明方法流程图；

图2为本发明POI数据字段信息；

图3为本发明一实施例邯郸市主城区城市交通路网数据；

图4为本发明城市医疗设施床位数据及居民点数据采集流程图；

图5为本发明一实施例邯郸市主城区居民点户数数据；

图6为本发明一实施例邯郸市主城区医疗设施床位数据；

图7为本发明建立文件地理信息数据库流程图；

图8为本发明建立交通网络模型流程图；

图9为本发明一实施例邯郸市主城区交通网络模型；

图10为本发明一实施例邯郸市主城区城市15分钟生活圈边界初步界定结果；

图11为本发明利用最大化有容量限制的覆盖范围模型求解流程图；

图12为本发明一实施例具备医疗设施的城市15分钟生活圈最大化有容量限制的覆盖范围模型求解结果；

图13本发明一实施例不具备医疗设施的城市15分钟生活圈最大化有容量限制的覆盖范围模型求解结果；

图14为本发明一实施例具备医疗设施的城市15分钟生活圈进一步划分结果；

图15为本发明一实施例不具备医疗设施的城市15分钟生活圈进一步划分结果。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1至图15所示：一种考虑城市医疗设施服务能力的15分钟生活圈居住区划分方法，包括：

1基础数据的获取与整理，具体包括：

1.1所述城市POI数据采集：通过网络信息采集、分析、提取技术，利用所述电子地图服务应用接口，获取所述城市POI信息如图2所示，所述POI具有OBJECTID、NAME、ADDRESS、city、lng、lat信息字段。所述POI字段信息中OBJECTID字段为各POI的编号，NAME字段为各POI的名称，city字段为各POI所在城市，lng字段为各POI经度，lat字段为各POI纬度。

1.2所述城市交通路网数据：通过开放街道地图(open street map,OSM)获取所述城市基础交通路网数据如图3所示，所包含信息有：城市主干路、城市次干路、城市支路。

1.3所述城市医疗设施床位数据、居民点户数数据：通过所述Python互联网信息爬虫技术，批量访问所述城市医疗设施网站与包含小区信息的网站，提取网页文本中含有的所述城市医疗设施床位数据与所述小区户数数据，利用所述地理信息系统ArcGis软件中的属性表连接工具，将获取的所述城市医疗设施床位数据与城市居民点户数数据分别连接至步骤1.1获取的所述城市医疗设施数据和城市居民点数据，操作流程如图4所示，小区户数数据如图5所示，医疗设施床位数据如图6所示。

2建立所述城市交通网网络模型，具体包括：

2.1建立所述文件地理信息数据库：利用所述地理信息系统(GeographicInformation System,GIS)，建立所述文件地理数据库。具体操作为在ArcGis中目录列表文件夹链接下，新建所述文件地理信息数据库，并将所述各城市POI数据以及所述城市交通路网数据导入已建好的所述文件地理数据库中，操作流程如图7所示。

2.2建立所述交通网络模型：利用ArcGis软件，首先在已建好的所述文件地理数据库中新建要素数据集，设置坐标系为WGS 1984UTM Zone,设置XY容差为0.001Meter，设置Z容差为0.001，并将所述城市基础交通路网数据导入要素数据集。下一步在此要素数据集下新建网络数据集，将所述城市基础交通路网数据作为要素类添加到网络数据集中，并在此网络模型中构建转弯模型，使用高程字段对网络要素的高程进行建模。下一步为此网络数据及分别指定时间成本和距离成本，时间成本为穿过各个路段的时间，以分钟为单位；距离成本为各个路段的距离，以米为单位，数据类型均为双精度浮点型数据。下一步设置出行模式分别为步行，设置阻抗为时间成本(分钟)。最后得到所述交通网络模型的摘要信息，检查相关设置是否准确，检查无误后，完成所述交通网络模型的建立。操作流程如图8所示，得到结果如图9所示。

3根据城市道路网络中主干路和次干路以及行政边界限制，进行城市15分钟生活圈居住区初步划分，具体包括：

3.1新建Shapefile格式文件：在步骤二所述地理信息数据库中新建Shapefile格式文件，要素类型选择面，空间参考坐标系选择为WGS 1984地理坐标系。

3.2进行城市15分钟生活圈居住区初步划分：选中步骤3.1建立的Shapefile格式文件，单击编辑器，选择开始编辑进行创建要素，根据城市主干路和次干路进行城市15分钟生活圈居住区初步划分，保证各主干路或次干路间距在1500m至2500m范围内，最后单击编辑器，选择保存编辑内容，完成所述城市15分钟生活圈居住区初步划分，得到结果如图10所示。

4对所述城市15分钟生活圈居住区初步划分结果进行针对所述城市医疗设施进行最大化有容量限制的覆盖范围模型分析，操作流程如图11所示，具体包括：

4.1所述城市POI信息的完善：根据胡永峰、刘立平等学者[胡永峰,刘立平,姚喜清,等.武汉市某区新型冠状病毒肺炎密切接触者感染与发病流行病学特征分析[J].现代预防医学,2020,47(21):3993-3997.]关于新型冠状病毒感染与发病流行病学特征的分析结果，本实施例取新型冠状肺炎密切接触者总感染率6.23％，来确定城市各居民点的医疗设施床位需求量，该值等于感染率6.23％乘以居民点户数。

4.2利用最大化有容量限制的覆盖范围模型对具备医疗设施的城市15分钟生活圈居住区求解：所求解步骤为：首先进入地理信息系统ArcGis软件，打开扩展模块下的Network Analyst(网络分析模块)，在此模块下新建位置分配图层。下一步加载请求点位置，将所述地理信息数据库中各居民点做为请求点导入所述位置分配图层，权重字段(Weight)设置为各居民点对城市医疗设施床位需求量，设置离开交通网络到达目的点的方向为(CurbApproach)道路的一侧。下一步加载必选项设施点位置，将所述地理信息数据库中各医疗设施作为设施点加载设施位置，设施类型(Facility Type)设置为必选项。下一步加载候选项设施点位置，将所述地理信息系统中各居民点作为设施点加载设施位置，设施类型(Facility Type)设置为候选项。下一步将权重(Weight)设置为各医疗设施点的床位数和各居民点的住宅套数20000，位置定位选择使用几何，搜索容差设置为800-1200米(约为人步行15分钟的距离)。下一步打开所述Network Analyst(网络分析)窗口，进入所述位置分配图层属性的高级设置，问题类型选择为最大化有容量限制的覆盖范围模型，阻抗中断设置为15分钟即以步行15分钟可达作为约束条件。下一步点击求解按钮，运行当前分析，得到最大化有容量限制的覆盖范围模型求解结果，选取本实施例中某个具备医疗设施的15分钟生活圈居住区分析范围，进行求解得到位置分配结果，如图12所示。

4.3利用最大化有容量限制的覆盖范围模型对不具备具备医疗设施的城市15分钟生活圈居住区求解：所求解步骤为：首先进入地理信息系统ArcGis软件，打开扩展模块下的Network Analyst(网络分析模块)，在此模块下新建位置分配图层。下一步加载请求点位置，将所述地理信息数据库中各居民点做为请求点导入所述位置分配图层，权重字段(Weight)设置为各居民点的居民点户数，设置离开交通网络到达目的点的方向为(CurbApproach)道路的一侧。下一步加载设施点位置，将所述地理信息数据库中各居民点作为设施点加载设施位置，设施类型(Facility Type)设置为候选项，将权重(Weight)设置为住宅套数20000。位置定位选择使用几何，搜索容差设置为800-1200米(约为人步行15分钟的距离)。下一步打开所述Network Analyst(网络分析)窗口，进入所述位置分配图层属性的高级设置，问题类型选择为最大化有容量限制的覆盖范围模型，阻抗中断设置为15分钟即以步行15分钟可达作为约束条件。下一步点击求解按钮，运行当前分析，得到最大化有容量限制的覆盖范围模型求解结果，选取本实施例中某个不具备医疗设施的15分钟生活圈居住区分析范围，进行位置分配求解得到的结果如图13所示。

5进一步界定城市15分钟生活圈居住区，具体包括：

5.1新建Shapefile格式面文件：在步骤二所述地理信息数据库中新建Shapefile格式文件，要素类型选择面，空间参考坐标系选择为WGS 1984地理坐标系。

5.2进一步界定城市15分钟生活圈居住区：根据步骤4所得最大化有容量限制的覆盖范围模型求解结果，结合城市交通路网，按照城市道路和小区边界，对本实施例中选取的具备医疗设施的生活圈居住区和不具备医疗设施的生活圈居住区进行城市15分钟生活圈居住区进一步界定，得到结果分别如图14、图15所示。