一种多层次聚类确定区域内快速病原体核酸检测点的方法

技术领域

本发明属于选址优化技术领域，具体涉及一种多层次聚类确定区域内快速病原体核酸检测点的方法，本发明可以应用于很多领域，在城市规划、公共设施设置、社会调查、环境保护、灾害应对以及突发传染病快速检测点选址等领域具有广泛的应用前景。

背景技术

当前，我国城市化水平不断提升，城市建设的步伐也在日益加速。在面对突发公共卫生事件，迅速开展检测工作成为控制事件发展态势、防止风险进一步蔓延的重要手段。因此，根据实际情况和需求进行科学的规划和布局已经成为保障公共卫生和社会安全的重要环节之一。因此实现合理有效的检测点规划设计，对于城市基础设施的有序建设及公共卫生事业的快速发展具有重要意义。

在检测点规划中，距离和采样能力是最为重要的因素。检测点的选址应满足交通距离的限制；采样能力则与快速检测的完成度呈现正相关性。此外，当遭遇突发公共卫生事件时，清晰的行政管理机制有助于更好地协调和管理工作。因此，基于上述考量，我们提出了一种多层次聚类确定区域内快速病原体核酸检测点的方法，旨在规划研究区域内快速病原检测点，更合理地配置资源，提高资源的利用效率。

发明内容

(一)解决的技术问题

有鉴于此，为了达到上述目的，本发明提出一种多层次聚类确定区域内快速病原体核酸检测点的方法。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用以下的技术方案：

1、一种多层次聚类确定区域内快速病原体核酸检测点的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：在拟研究区域将各小区按照行政区域划分并进行经纬度坐标化；

步骤2：快速检测工作通常需在规定时间内完成，结合规定时间、工作人员数量以及工作效率等要素确定单个检测点的采样能力，并给定采样能力的上下浮动区间；

步骤3：将单个双工位检测点的采样能力与各个小区的人口数量进行匹配比较。若某个小区的人口数量达到或超过单个双工位检测点采样能力浮动区间的下限，该小区就具备条件独立设置一个检测点，确定为A类检测点；

步骤4：不满足单独设置检测点条件的小区，根据其欧式距离，以k-means聚类算法为框架进行聚类，聚类数量n由轮廓系数法确定；

步骤5：规定小区与其聚类中心的距离不得超过某一最大值，该值为步行距离限制，同时设定了单个检测点的工作量不得小于最低检测人数。满足这两个约束条件的聚类中心为B类检测点；

步骤6：将剩余小区与已确定的A、B类检测点进行步行距离判断，若满足步行距离限制则该小区归入步行距离较近的检测点范围；对于仍然不满足纳入条件的小区，在不考虑最低检测人数限制的条件下重复步骤4-5，新的聚类中心记为C类；

步骤7：最终确定的A、B、C类聚类中心即为快速检测点的选址，输出检测点规格，即选址坐标、工位类型、人员配置等方面的具体信息。

优选的，步骤2中的快速病原体核酸检测点的采样能力定义为：检测点为有单工位和双工位两种类型，不同需求下可进行两种检测点的搭配作业模式。快速检测时间限制为2小时，假定一名工作人员每6秒可完成一次检测。据此计算，理论上单工位在2小时内可完成1200人次的样本采样，而双工位可达到2400人次的采样量。检测点的采样能力将在上下10％的范围内进行浮动。根据这一设定，单工位的采样工作在规定的2小时内完成，实际的样本采样量可能在1080人次至1320人次之间波动，而双工位的情况下，实际采样量可能在2160人次至2640人次之间变动。

优选的，步骤3中，根据设定，在规定的2小时内，双工位的实际采样量可能在2160人次至2640人次之间变动，则单个双工位检测点采样能力浮动区间的下限即为2160人次。

优选的，步骤4中轮廓系数法确定聚类数量n的方法如下，在各行政区范围内，统计剩余小区的人口总数N，将N除以双工位检测点的采样能力2400，得到初步的聚类数量k，

将k的取值范围在上下20％的范围内浮动，即

优选的，步骤5中步行距离的限制定义为：规定直线距离不超过500米，考虑到步行路径可能会有变化，按照交通距离计算，步行距离的限制应该在2*500米区间，即在约707米的范围内。

优选的，步骤5中最低检测人数定义为：单工位在规定的2小时内的样本采样量理论水平为1200人，最低采样人数为理论值向下浮动20％，即最低检测人数应不少于960人。

(三)有益效果

本发明提供了一种新的方法，不仅能够显著节约时间，降低人力和物力成本，而且减少了人为错误的风险。此外，该方法还能够从多个维度和角度综合考虑，以最大程度地保障民众的需求，同时也能够最优化地利用有限的资源，避免了资源过度集中和部分需求无法满足的情况。因此，该方法能够全面而准确地支持决策的制定，更加高效地应用于区域内快速检测点的位置选择。

本发明具有广泛的应用潜力，在城市规划、公共设施设置、社会调查、环境保护、灾害应对以及突发传染病快速检测点选址等领域具有广泛的应用前景。例如，本发明可以帮助城市合理的进行布点规划，确保城市的可持续发展，提高居民的生活质量；可以合理规划交通路线和节点，提高交通运输效率，减少拥堵和能源消耗；可帮助规划公共设施，包括学校、医院、公园、体育设施、商业中心等，提高城市的功能性和宜居性，提高城市的竞争力和吸引力；特别能够在突发传染病疫情防控中发挥重要作用，包括肺结核、乙型肝炎、新冠病毒感染、猴痘、疟疾等，通过多维度的疾病检测，可以迅速识别不同类型的疾病，从而更有效地组织救援行动，控制疫情传播，保障公共卫生。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一种多层次聚类确定区域内快速病原体核酸检测点的方法步骤图；

图2是区域内小区按行政区域划分示意图；

图3是区域内部分小区经纬度坐标化后的数据；

图4是某行政区(桂林街道)聚类的轮廓系数示意图；

图5是桂林街道内部分小区初次聚类结果示意图；

图6是桂林街道部分小区基于初次聚类后重新划分的结果示意图；

图7是桂林街道最终确定的检测点及小区归属示意图；

图8是研究区域内部分快速检测点的规格设置信息。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

请参阅图1-8，一种多层次聚类确定区域内快速病原体核酸检测点的方法，包括以下步骤：

步骤1：在拟研究区域将各小区按照行政区域划分并进行经纬度坐标化；

步骤2：快速检测工作通常需在规定时间内完成，结合规定时间、工作人员数量以及工作效率等要素确定单个检测点的采样能力，并给定采样能力的上下浮动区间；

步骤3：将单个双工位检测点的采样能力与各个小区的人口数量进行匹配比较。若某个小区的人口数量达到或超过单个双工位检测点采样能力浮动区间的下限，该小区就具备条件独立设置一个检测点，确定为A类检测点；

步骤4：不满足单独设置检测点条件的小区，根据其欧式距离，以k-means聚类算法为框架进行聚类，聚类数量n由轮廓系数法确定；

步骤5：规定小区与其聚类中心的距离不得超过某一最大值，该值为步行距离限制，同时设定了单个检测点的工作量不得小于最低检测人数。满足这两个约束条件的聚类中心为B类检测点；

步骤6：将剩余小区与已确定的A、B类检测点进行步行距离判断，若满足步行距离限制则该小区归入步行距离较近的检测点范围；对于仍然不满足纳入条件的小区，在不考虑最低检测人数限制的条件下重复步骤4-5，新的聚类中心记为C类；

步骤7：最终确定的A、B、C类聚类中心即为快速检测点的选址，输出检测点规格，即选址坐标、工位类型、人员配置等方面的具体信息。

优选的，步骤2中的快速病原体核酸检测点的采样能力定义为：检测点为有单工位和双工位两种类型，不同需求下可进行两种检测点的搭配作业模式。快速检测时间限制为2小时，假定一名工作人员每6秒可完成一次检测。据此计算，理论上单工位在2小时内可完成1200人次的样本采样，而双工位可达到2400人次的采样量。检测点的采样能力将在上下10％的范围内进行浮动。根据这一设定，单工位的采样工作在规定的2小时内完成，实际的样本采样量可能在1080人次至1320人次之间波动，而双工位的情况下，实际采样量可能在2160人次至2640人次之间变动。

优选的，步骤3中，根据设定，在规定的2小时内，双工位的实际采样量可能在2160人次至2640人次之间变动，则单个双工位检测点采样能力浮动区间的下限即为2160人次。

优选的，步骤4中轮廓系数法确定聚类数量n的方法如下，在各行政区范围内，统计剩余小区的人口总数N，将N除以双工位检测点的采样能力2400，得到初步的聚类数量k，

将k的取值范围在上下20％的范围内浮动，即

优选的，步骤5中步行距离的限制定义为：规定直线距离不超过500米，考虑到步行路径可能会有变化，按照交通距离计算，步行距离的限制应该在

优选的，步骤5中最低检测人数定义为：单工位在规定的2小时内的样本采样量理论水平为1200人，最低采样人数为理论值向下浮动20％，即最低检测人数应不少于960人。

实施实例：

将长春市朝阳区作为研究区域进行多层次聚类确定区域内快速病原体核酸检测点。

步骤1：将长春市朝阳区拟进行分配的样本点进行经纬度坐标化并按行政区域进行划分，如图2、3；

步骤2：快速检测工作通常需在规定时间内完成，结合规定时间、工作人员数量以及工作效率等要素确定单个检测点的采样能力，并给定采样能力的上下浮动区间。在本例中，检测点的采样能力将在上下10％的范围内进行浮动。根据这一设定，单工位的采样工作在规定的2小时内完成，实际的样本采样量可能在1080人次至1320人次之间波动，而双工位的情况下，实际采样量可能在2160人次至2640人次之间变动；

步骤3：将单个双工位检测点的采样能力与各个小区的人口数量进行匹配比较。若某个小区的人口数量达到或超过单个双工位检测点采样能力的下限，即2160人次，该小区就具备条件独立设置一个检测点，确定为A类检测点；

步骤4：不满足单独设置检测点条件的小区，根据其欧式距离，以k-means聚类算法为框架进行聚类，聚类数量n的确定根据的是轮廓系数法,以桂林街道为例，将剩余小区的人口总数除以双工位检测点的采样能力，即2400人次，得到初步的聚类数量k如下：

k的取值范围设定为上下20％的浮动范围,即[11,16.6],进行多次迭代，计算不同k值下的轮廓系数，根据迭代结果，选择轮廓系数最大值对应的k值作为最终确定的聚类数量，即n＝14,如图4所示；

步骤5：根据步骤4获得聚类中心，如图5，规定小区与其聚类中心的距离直线距离不超过500米，但考虑到步行路径可能会有变化，按照交通距离计算，步行距离的限制应该在

步骤6：将剩余小区与A、B类检测点进行步行距离判断，若满足步行距离限制则该小区归入步行距离较近的检测点范围；对于仍然不满足纳入条件的小区，在不考虑最低检测人数限制的条件下重复步骤4-5，新的聚类中心记为C类，结果如图7所示；

步骤7：最终确定的A、B、C类聚类中心即为快速检测点的选址，输出检测点规格，即选址坐标、工位类型、人员配置等方面的具体信息。检测点可设为单工位和双工位两种规格，各检测点可以组合设置，如图8。

本发明提供了一种新的方法，不仅能够显著节约时间，降低人力和物力成本，而且减少了人为错误的风险。此外，该方法从多个维度综合考虑，最大程度地保障民众的需求，同时也能够最优化地利用有限的资源，避免了资源过度集中和部分需求无法满足的情况。因此，该方法能够全面而准确地支持决策的制定，更加高效地应用于区域快速检测点的位置选择。

本发明具有广泛的应用潜力，在城市规划、公共设施设置、社会调查、环境保护、灾害应对以及突发传染病快速检测点选址等领域具有广泛的应用前景。例如，本发明可以帮助城市合理的进行布点规划，确保城市的可持续发展，提高居民的生活质量；可以合理规划交通路线和节点，提高交通运输效率，减少拥堵和能源消耗；可帮助规划公共设施，包括学校、医院、公园、体育设施、商业中心等，提高城市的功能性和宜居性，提高城市的竞争力和吸引力；特别能够在突发传染病疫情防控中发挥重要作用，包括肺结核、乙型肝炎、新冠病毒感染、猴痘、疟疾等，通过多维度的疾病检测，可以迅速识别不同类型的疾病，从而更有效地组织救援行动，控制疫情传播，保障公共卫生。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。