季 霞，李 濤*，密長(zhǎng)林，蔡振峰

（1. 臨沂市國(guó)土資源局測(cè)繪院，山東 臨沂 276002；2. 臨沂市自然資源開發(fā)服務(wù)中心，山東 臨沂 276002；3. 臨沂市蘭山區(qū)自然資源局，山東 臨沂 276002）

隨著疫情防控“動(dòng)態(tài)清零”工作的持續(xù)展開，許多城市為居民免費(fèi)提供了日常的核酸檢測(cè)服務(wù)。然而，目前對(duì)于免費(fèi)核酸采樣點(diǎn)空間可達(dá)性的定量研究較少[1-18]，本文提出一種基于增強(qiáng)型2SFCA算法的城市核酸采樣點(diǎn)空間可達(dá)性評(píng)估模型，該模型將研究區(qū)格網(wǎng)化形成人口需求點(diǎn)，使用高德地圖API的步行規(guī)劃接口估算人口格網(wǎng)單元到達(dá)免費(fèi)核酸采樣點(diǎn)的時(shí)間成本，從而評(píng)估研究區(qū)的核酸采樣點(diǎn)空間可達(dá)性，其分析結(jié)果可為城市免費(fèi)核酸采樣點(diǎn)的空間布局提供科學(xué)參考。

1 基于增強(qiáng)型2SFCA的城市核酸采樣點(diǎn)可達(dá)性評(píng)估模型

本研究使用增強(qiáng)型2SFCA方法來度量免費(fèi)核酸采樣點(diǎn)的空間可達(dá)性，模型步驟如圖1所示：①首先根據(jù)每個(gè)免費(fèi)核酸采樣點(diǎn)（供給點(diǎn)）和人口格網(wǎng)點(diǎn)（需求點(diǎn)）的位置，利用在線地圖API的路徑規(guī)劃接口估算供給點(diǎn)與需求點(diǎn)之間的步行時(shí)間，以每個(gè)格網(wǎng)單元的人口數(shù)目和采樣點(diǎn)的服務(wù)時(shí)長(zhǎng)作為需求點(diǎn)的規(guī)模和供給點(diǎn)的供給能力。②以核酸采樣點(diǎn)為搜索中心，搜索每個(gè)采樣點(diǎn)服務(wù)范圍內(nèi)的格網(wǎng)點(diǎn)（需求位置）和格網(wǎng)單元對(duì)應(yīng)的人口數(shù)目（需求規(guī)模），結(jié)合核酸采樣點(diǎn)的供給能力以及步行阻抗，計(jì)算每個(gè)采樣點(diǎn)的供需比。③利用核酸采樣點(diǎn)的供需比和到達(dá)每個(gè)格網(wǎng)點(diǎn)的步行阻抗計(jì)算每個(gè)人口格網(wǎng)點(diǎn)的核酸檢測(cè)空間可達(dá)性。

圖1 基于增強(qiáng)型2SFCA的核酸采樣點(diǎn)可達(dá)性評(píng)估模型流程圖

1.1 實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)時(shí)間成本估算

現(xiàn)有研究中大部分是通過ArcGIS軟件的網(wǎng)絡(luò)分析工具，使用起點(diǎn)到終點(diǎn)的距離以及基于矢量地圖的假設(shè)速度進(jìn)行時(shí)間成本的估算[19]，其結(jié)果的準(zhǔn)確性取決于人為設(shè)定的速度，但實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中的車輛或者行人的速度是任意變化的[20]。近年來，在線地圖API（如谷歌地圖API、百度地圖API 和高德地圖API）已被應(yīng)用于2SFCA模型，并估算多種交通模式下的行駛距離和行駛時(shí)間[21]，該方法可使用最新的道路網(wǎng)絡(luò)而非手動(dòng)建立的道路網(wǎng)絡(luò)，并能反映實(shí)時(shí)的交通狀況[22]，是一種實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的時(shí)間成本估算方法。

作為目前國(guó)內(nèi)最大的地圖商之一，高德地圖擁有大量高精度的真實(shí)交通數(shù)據(jù)并廣泛應(yīng)用于測(cè)量空間可達(dá)性[23]。在具體核酸采樣實(shí)施過程中，人們常常選擇步行抵達(dá)免費(fèi)核酸采樣點(diǎn)進(jìn)行核酸檢測(cè)，本文使用高德地圖API的步行規(guī)劃接口來估算人口需求點(diǎn)到達(dá)免費(fèi)核酸采樣點(diǎn)的時(shí)間，時(shí)間為2022-06-11～2022-06-12（步行規(guī)劃時(shí)間結(jié)果受不同時(shí)間段交通擁擠度的影響較小，因此采用時(shí)間為全天）。

1.2 空間可達(dá)性度量

增強(qiáng)型2SFCA 方法分成2 個(gè)主要步驟以度量每個(gè)人口格網(wǎng)點(diǎn)的空間可達(dá)性。

第1 步：對(duì)于免費(fèi)核酸采樣點(diǎn)j，搜索步行時(shí)間t0范圍內(nèi)的人口需求點(diǎn)i，將每個(gè)人口需求點(diǎn)i的人口數(shù)目Pi與時(shí)間阻抗ωij進(jìn)行加權(quán)，得到每個(gè)免費(fèi)核酸采樣點(diǎn)的供需比Rj：

式中，核酸采樣點(diǎn)j的供給能力Sj用服務(wù)時(shí)長(zhǎng)表示，服務(wù)時(shí)間越長(zhǎng)，代表供給能力越大；Pi為每個(gè)格網(wǎng)單元i的人口數(shù)目；ωij為利用混合衰減法計(jì)算得到的從i到j(luò)的步行時(shí)間阻抗，表示每個(gè)免費(fèi)核酸采樣點(diǎn)覆蓋范圍內(nèi)的步行時(shí)間衰減，公式如下：

這里使用混合衰減法主要有2個(gè)原因，首先，國(guó)務(wù)院聯(lián)防聯(lián)控機(jī)制提出要在省會(huì)城市和千萬級(jí)人口城市建立步行15 min核酸“采樣圈”，方便公眾就近就便進(jìn)行核酸檢測(cè)[24]。因此，15 min作為理想的步行時(shí)間閾值，應(yīng)在該時(shí)段內(nèi)使用相同且最大的衰減權(quán)重。其次，有學(xué)者指出30 min是人們步行最遠(yuǎn)出行距離[25]，因此本文以30 min作為步行極限。當(dāng)步行時(shí)間在15 min以內(nèi)時(shí)，設(shè)ωij=1，表示該區(qū)域內(nèi)沒有空間衰減。當(dāng)行程時(shí)間超過30 min時(shí)，設(shè)ωij=0，表示無法到達(dá)免費(fèi)核酸采樣點(diǎn)。當(dāng)行程時(shí)間在15～30 min之間時(shí)，采用高斯函數(shù)度量步行時(shí)間衰減[26]，如公式（2）所示，其中tij是從街道i到免費(fèi)核酸采樣點(diǎn)j的行程時(shí)間（以s為單位）。

第2步：對(duì)于每個(gè)格網(wǎng)單元(人口需求點(diǎn))i，搜索步行時(shí)間t0范圍內(nèi)的免費(fèi)核酸采樣點(diǎn)j，對(duì)所有搜索范圍內(nèi)的免費(fèi)核酸采樣點(diǎn)供需比Rj進(jìn)行求和，從而得到每個(gè)格網(wǎng)點(diǎn)(人口需求點(diǎn))i的空間可達(dá)性Ai：

式中，Rj為免費(fèi)核酸采樣點(diǎn)j的供需比；ωij為公式（2）中的步行時(shí)間阻抗。

2 實(shí)驗(yàn)分析

2.1 研究區(qū)域與數(shù)據(jù)來源

本文以武漢市長(zhǎng)江以北的中心城區(qū)為研究范圍，涉及漢陽區(qū)、硚口區(qū)、江漢區(qū)和江岸區(qū)4 個(gè)市轄區(qū)，53個(gè)街道，研究區(qū)內(nèi)有漢水和長(zhǎng)江兩條重要水系，如圖2a所示。武漢市是湖北省的省會(huì)城市，作為長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶的核心城市和具有重要戰(zhàn)略地位的中部地區(qū)大城市之一[27]，研究武漢市免費(fèi)核酸點(diǎn)的空間可達(dá)性可以作為研究中國(guó)大城市常態(tài)防疫建設(shè)的典型案例。

如圖2a所示，為了準(zhǔn)確地表達(dá)武漢市中心城區(qū)的人口空間分布形態(tài)，本文將研究區(qū)格網(wǎng)化為500 m×500 m 的地理單元，以格網(wǎng)中心位置及其相應(yīng)單元格內(nèi)的人口數(shù)目作為需求點(diǎn)的位置和規(guī)模。人口數(shù)據(jù)來源于武漢市2020 年以1 km×1 km 格網(wǎng)為檢測(cè)單元的24 h的人口平均分布數(shù)量。同時(shí)，如圖2b所示，本文收集了研究區(qū)內(nèi)的免費(fèi)核酸采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)，主要包含每個(gè)采樣點(diǎn)的地址，經(jīng)緯度坐標(biāo)以及服務(wù)時(shí)長(zhǎng)。數(shù)據(jù)來源于微信小程序“武漢微鄰里Pro”。截至2022-06-01，4 個(gè)市轄區(qū)共有301個(gè)核酸采樣點(diǎn)，其中漢陽區(qū)80個(gè)，硚口區(qū)85 個(gè)，江漢區(qū)62 個(gè)，江岸區(qū)74 個(gè)。另外，本文以服務(wù)時(shí)長(zhǎng)來衡量每個(gè)采樣點(diǎn)的供給能力，從圖2b中可以看出，大部分采樣點(diǎn)的服務(wù)時(shí)長(zhǎng)在6～10 h 之間，且漢江以北的采樣點(diǎn)服務(wù)時(shí)長(zhǎng)整體上大于漢江以南的采樣點(diǎn)。

圖2 武漢市長(zhǎng)江以北中心城區(qū)的人口分布形態(tài)

2.2 格網(wǎng)單元的空間可達(dá)性分析

本文基于增強(qiáng)型2SFCA方法計(jì)算了研究區(qū)內(nèi)的格網(wǎng)單元到達(dá)最大搜索范圍內(nèi)（30 min 內(nèi)）免費(fèi)核酸采樣點(diǎn)的最短步行時(shí)間及其空間可達(dá)性，并通過頻數(shù)分布直方圖進(jìn)行數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)，如圖3和表1所示，對(duì)于902個(gè)格網(wǎng)單元，共有806 個(gè)（占總數(shù)的89.4%）能在30 min內(nèi)到達(dá)周圍最近的免費(fèi)核酸采樣點(diǎn)，其中有762個(gè)（占總數(shù)的84.5%）能在15 min內(nèi)到達(dá)，說明步行時(shí)間15 min的核酸“采樣圈”目前已覆蓋了研究區(qū)內(nèi)的大部分地區(qū)。頻數(shù)峰值主要集中在150～600 s 之間，說明研究區(qū)內(nèi)大部分地區(qū)可以在合適的時(shí)間范圍內(nèi)抵達(dá)核酸采樣點(diǎn)。但仍存在一些步行時(shí)間過長(zhǎng)的地區(qū)，其步行時(shí)間甚至超過了1 h。對(duì)于空間可達(dá)性得分，其最高可達(dá)73.4，最低為0。整體而言，可達(dá)性分值主要分布在30（占總數(shù)的91.8%）以內(nèi)，少數(shù)高值分布在30～73.4 之間，頻數(shù)峰值在5～15 之間。同時(shí)，共有96個(gè)格網(wǎng)單元的空間可達(dá)性得分為0，這與圖3a中有96個(gè)格網(wǎng)點(diǎn)的最短時(shí)間超過30 min相對(duì)應(yīng)。

對(duì)比圖3a與圖3b，最短步行時(shí)間與空間可達(dá)性得分的頻數(shù)分布并不相同，步行時(shí)間的頻數(shù)分布比較集中，而空間可達(dá)性得分的頻數(shù)分布較為均勻。造成這一現(xiàn)象的原因是空間可達(dá)性并非受步行時(shí)間的單一影響，其結(jié)果還會(huì)受到格網(wǎng)單元內(nèi)人口數(shù)量等多重因素的共同作用。例如在相同步行時(shí)間的格網(wǎng)單元中，格網(wǎng)人口數(shù)量越多，對(duì)同一個(gè)核酸采樣點(diǎn)而言服務(wù)壓力就越大，該格網(wǎng)點(diǎn)空間可達(dá)性則越低。

根據(jù)圖3b中空間可達(dá)性的頻數(shù)分布情況，本文將可達(dá)性分值分成5個(gè)等級(jí)。如表1所示，得分為0的表示該地區(qū)到達(dá)最近核酸采樣點(diǎn)的時(shí)間超過了30 min，為不可達(dá)地區(qū)，需要重點(diǎn)關(guān)注；得分超過30的地區(qū)空間可達(dá)性為很高；得分在0～30之間的區(qū)域則被平均分成3個(gè)等級(jí)，間隔為10，分別對(duì)應(yīng)可達(dá)性低、中等和高。在本次分類中，只有少數(shù)格網(wǎng)單元（8.2%）具有很高的空間可達(dá)性，而大多數(shù)格網(wǎng)單元（69.4%）具有低或者中等的空間可達(dá)性。

表1 步行時(shí)間與空間可達(dá)性得分的頻數(shù)與頻率統(tǒng)計(jì)

圖3 人口格網(wǎng)單元的步行時(shí)間頻數(shù)與空間可達(dá)性得分頻數(shù)分布直方圖

圖4 顯示了研究區(qū)內(nèi)的格網(wǎng)單元到達(dá)鄰近免費(fèi)核酸采樣點(diǎn)的最短步行時(shí)間以及可達(dá)性的空間分布。在圖4a中，整體而言，研究區(qū)中心地區(qū)的最短步行時(shí)間要少于研究區(qū)邊界的地區(qū)，且中心區(qū)地區(qū)的最短步行時(shí)間分布較為均勻，都在600 s 之內(nèi)?？拷L(zhǎng)江與漢江區(qū)域的步行時(shí)間最短，耗時(shí)300 s 以內(nèi)。其中，格網(wǎng)單元步行時(shí)間都小于300 s的街道共有7個(gè)，分別是六角亭街道（硚口區(qū)）、榮華街道（硚口區(qū)）、民意街道（江漢區(qū)）、民權(quán)街道（江漢區(qū)）、前進(jìn)街道（江漢區(qū)）、水塔街道（江漢區(qū)）和臺(tái)北街道（江岸區(qū)）。而漢陽區(qū)西部與南部，以及江岸區(qū)的東北區(qū)域的步行時(shí)間最長(zhǎng)，超過了1 800 s，具體區(qū)域主要涉及永豐街道（漢陽區(qū)）西部與南部、江堤街道（漢陽區(qū)）南部、后湖街道（江岸區(qū)）北部、丹水池街道（江岸區(qū)）東南以及諶家磯道（江岸區(qū)）的東北部。

圖4b展示了格網(wǎng)單元到達(dá)免費(fèi)核酸采樣點(diǎn)的空間可達(dá)性分布，可以看出其分布存在明顯的空間差異，高可達(dá)性主要位于漢陽區(qū)中心、硚口區(qū)西北部、江岸區(qū)北部以及東北部分地區(qū)，低可達(dá)性區(qū)域分布在漢陽區(qū)南部以及江岸區(qū)靠近長(zhǎng)江一帶。

對(duì)比圖4a與圖4b，最短步行時(shí)間超過1 800 s的區(qū)域其空間可達(dá)性等級(jí)基本為無或者為低，說明這些地區(qū)需要重點(diǎn)關(guān)注，建議增設(shè)核酸采樣點(diǎn)。另外，步行時(shí)間最短（小于300 s）的區(qū)域其空間可達(dá)性等級(jí)反而并不高，主要處于中等或低的等級(jí)，結(jié)合圖1可以發(fā)現(xiàn)這些地區(qū)恰好為人口密度最大的區(qū)域，即使該區(qū)域的核酸采樣點(diǎn)數(shù)目相對(duì)較多且步行時(shí)間較短，但是過高的人口密度仍在一定程度上增大了采樣點(diǎn)的檢測(cè)壓力，需求過大導(dǎo)致的供求不足降低了該區(qū)域的空間可達(dá)性。相反，可達(dá)性高值區(qū)（等級(jí)為高和很高）的人口到達(dá)采樣點(diǎn)的最短步行時(shí)間在300～600 s之間，該區(qū)域的人口密度相對(duì)較低且存在鄰近的核酸采樣點(diǎn)，說明只有當(dāng)區(qū)域同時(shí)滿足較少的人口數(shù)目、較短的步行時(shí)間且存在鄰近的采樣點(diǎn)時(shí)，才會(huì)出現(xiàn)較高的空間可達(dá)性。

圖4 格網(wǎng)單元到達(dá)采樣點(diǎn)的最短步行時(shí)間分布與空間可達(dá)性

2.3 街道的空間可達(dá)性分析

為了進(jìn)一步了解研究區(qū)內(nèi)的核酸采樣點(diǎn)空間可達(dá)性，本文以每個(gè)街道范圍內(nèi)所有格網(wǎng)單元的步行時(shí)間均值作為街道的采樣步行時(shí)間，以空間可達(dá)性均值作為街道的空間可達(dá)性得分，并將得分等級(jí)分為很高、高、中等、低四個(gè)等級(jí)（與格網(wǎng)單元空間可達(dá)性的分類標(biāo)準(zhǔn)相同），如圖5 所示。對(duì)于圖5a 而言，大部分街道的平均步行時(shí)間都在900 s 以內(nèi)，主要分布于研究區(qū)的中心部分，其中平均步行時(shí)間超過900 s 的街道有4 個(gè)，這些街道沒有在步行15 min 核酸“采樣圈”內(nèi)，它們分別是永豐街道（漢陽區(qū)）、洲頭街道（漢陽區(qū)）、丹水池街道（江岸區(qū)）和諶家磯街道（江岸區(qū)）。

對(duì)于圖5b而言，空間可達(dá)性最高的街道為四新街道（漢陽區(qū)）。大部分街道的空間可達(dá)性都處于中等和高水平，主要位于研究區(qū)中心、漢陽區(qū)中心以及江岸區(qū)北部。低空間可達(dá)性的街道則位于長(zhǎng)江沿岸和研究區(qū)西部。其中新村街道（江岸區(qū)）、二七街道（江岸區(qū)）、晴川街道（漢陽區(qū)）、丹水池街道（江岸區(qū)）和永清街道（江岸區(qū)）屬于空間可達(dá)性最低的5 個(gè)街道，需要重點(diǎn)關(guān)注。

圖5 研究區(qū)各個(gè)街道到達(dá)核酸采樣點(diǎn)的平均步行時(shí)間分布與空間可達(dá)性均值

基于上述研究，本文認(rèn)為武漢市免費(fèi)核酸采樣點(diǎn)的布局存在以下改進(jìn)的可能：第一，重點(diǎn)關(guān)注核酸采樣空間可達(dá)性較低的街道，如新村街道（江岸區(qū)）、二七街道（江岸區(qū)）、晴川街道（漢陽區(qū)）、丹水池街道（江岸區(qū)）和永清街道（江岸區(qū)）。這些街道應(yīng)適當(dāng)增設(shè)免費(fèi)核酸采樣點(diǎn)，提高人口核酸檢測(cè)的便利度。第二，優(yōu)化免費(fèi)核酸采樣點(diǎn)的資源配置。核酸采樣點(diǎn)的空間布局應(yīng)綜合人口密度、地理交通以及核酸檢測(cè)機(jī)構(gòu)的供給能力，應(yīng)當(dāng)參考國(guó)家衛(wèi)健委的要求，每2 000～3 000人設(shè)一個(gè)采樣點(diǎn)[28]，降低人口密度較高區(qū)域的核酸檢測(cè)壓力。另外，步行時(shí)間15 min核酸“采樣圈”外的地區(qū)（漢陽區(qū)的西部與南部，以及江岸區(qū)的東北部）也應(yīng)增設(shè)免費(fèi)核酸采樣點(diǎn)，從而擴(kuò)大核酸“采樣圈”，提升武漢市新冠肺炎疫情監(jiān)測(cè)預(yù)警的靈敏性。

3 結(jié) 論

本文提出一種基于增強(qiáng)型2SFCA 方法的城市核酸采樣點(diǎn)可達(dá)性度量方法，以武漢市長(zhǎng)江以北中心城區(qū)為研究案例論證了方法的可行性。研究發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)區(qū)最短步行時(shí)間與核酸采樣點(diǎn)的空間可達(dá)性都存在明顯的空間差異，核酸采樣點(diǎn)的空間可達(dá)性受人口密度、最短步行時(shí)間以及采樣點(diǎn)服務(wù)時(shí)長(zhǎng)的共同影響。對(duì)于到達(dá)鄰近核酸采樣點(diǎn)的步行時(shí)間而言，靠近長(zhǎng)江與漢江區(qū)域的格網(wǎng)單元耗時(shí)時(shí)間最短，而漢陽區(qū)的西部與南部，以及江岸區(qū)的東北地區(qū)的格網(wǎng)單元耗時(shí)時(shí)間最長(zhǎng)。對(duì)于核酸采樣空間可達(dá)性而言，研究區(qū)邊緣地帶的空間可達(dá)性最低，漢陽區(qū)中心、硚口區(qū)西北部、江岸區(qū)北部以及東北地點(diǎn)的空間可達(dá)性最高。

本文方法可作為城市核酸采樣空間可達(dá)性度量的重要參考，具體應(yīng)用時(shí)有兩個(gè)問題可進(jìn)一步優(yōu)化。首先，本文的人口數(shù)據(jù)源于1 km×1 km 的人口格網(wǎng)數(shù)據(jù)，未來可采用更精細(xì)格網(wǎng)單元內(nèi)的人口數(shù)據(jù)或者采用社區(qū)數(shù)據(jù)；其次，位于研究區(qū)邊界的區(qū)域可能會(huì)選擇研究區(qū)外的核酸采樣點(diǎn)進(jìn)行核酸檢測(cè)，這會(huì)影響邊緣地帶核酸采樣空間可達(dá)性的真實(shí)性。在后續(xù)的研究中，可擴(kuò)大研究范圍，將兩步移動(dòng)搜索法應(yīng)用于整個(gè)武漢市或其他城市，盡早發(fā)現(xiàn)核酸采樣空間可達(dá)性較低的區(qū)域，從而完善城市醫(yī)療衛(wèi)生防疫體系，實(shí)現(xiàn)全鏈條精準(zhǔn)防控的“動(dòng)態(tài)清零”。