基于改进潜能模型的养老机构可达性评估方法

本发明涉及一种基于改进潜能模型的养老机构可达性评估方法。

背景技术：

空间可达性是判定各类设施布局是否合理的重要参考指标。科学评价服务设施空间可达性则是判断区域服务差异性以及优化资源空间配置的重要基础。科学合理衡量区域养老机构空间可达性,了解其地区差异性,从而有针对性地制定发展策略,对于实现空间公平性和均衡发展具有重大意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于改进潜能模型的养老机构可达性评估方法。

为解决上述问题，本发明提供一种基于改进潜能模型的养老机构可达性评估方法，包括：

步骤s1，获取养老机构和老年人口居住点的出行时间、空间、规模的三大维度的数据；

步骤s2，引入牛顿万有引力模型，在此基础上构建基本潜能模型；

步骤s3，引入养老机构与老年人口居住点的特征考虑变量，对基本潜能模型进行优化，得到改进后的潜能模型；

步骤s4，将已获取的三大维度的数据导入arcgis中，以创建属性表，基于所述属性表并依据改进后的潜能模型计算可达性；

步骤s5，运用arcgis的插值模块中的相关插值法以及冷热点聚类对计算得到的可达性进行可视化分析，并依此完成养老机构可达性评价。

进一步的，在上述方法中，步骤s1，包括：

步骤1.1：利用百度地图与高德地图的api接口获取养老机构与老年人口居住点的网页信息，并借助python程序爬取信息中养老机构与老年人口居住点的空间数据；

步骤1.2：查询民政局与统计局官网，获取养老机构服务能力与老年人口居住点的规模数据，其中，养老机构服务能力用机构可提供床位数进行量化；

步骤1.3：借助百度地图api接口的路径规划功能，获取老年人口居住点到不同养老机构的最短驾车时间。

进一步的，在上述方法中，步骤s2，包括：

步骤2.1：借鉴物理学领域的概念，引入牛顿万有引力模型到地理学领域；

步骤2.2：在牛顿万有引力模型的基础上引入人口规模影响因子vj，构建基本潜能模型：

其中

公式中，pk代表k处的人口数目；m、n分别代表老年人口居住点和养老机构的数量；dkj^β代表在摩擦系数为β的前提下，老年人口居住点k与养老机构之间的阻抗。

进一步的，在上述方法中，步骤s3，包括：

步骤3.1：按养老机构服务能力设置多级服务半径dj,依据大型、中型和小型3个养老机构的等级依次将各级的有效服务半径设定为2小时、1小时和0.5小时；

步骤3.2：设定老年人极限出行时间di；结合区域自身优先考虑原则；

步骤3.3：将养老机构的等级的有效服务半径、老年人极限出行时间di的和区域自身优先考虑原则作为特征考虑变量，对所述基本潜能模型进行优化，得到改进后的潜能模型如下所示：

其中

式中：k代表老年人口居住点；pk表示老年人口居住点的60岁及以上老年人口数目；vj代表人口规模因子；sj表示养老机构服务能力；dij表示基于路网距离的老年人口居住点i与养老机构j之间的时间阻抗；β是区域摩擦系数，可达性的量纲为床位数/每位老年人。

进一步的，在上述方法中，步骤s4包括：

步骤4.1：将已获取的供需养老机构与老年人口居住点的空间数据、规模数据和老年人口居住点到不同养老机构的最短驾车时间导入arcgis中，以创建相应的属性表；

步骤4.2：基于所述属性表并借助改进后的潜能模型，老年人口点养老机构可达性的计算分两步：

第一步，以养老机构j为中心，根据养老机构j的规模设置搜索半径d0，计算人口规模影响因子vj以及sj/vj，若养老机构j是没特殊限制的养老机构，则需要将搜索半径d0的范围内所有需求点pk/dij^β叠加求和；若j是有行政区域限制的养老机构，则只将其服务区域内需求点纳入计算；

第二步，以老年人口居住点i为中心，根据年人口居住点i的极限出行距离设置搜索半径d1，套用改进后的潜能模型，求得考虑距离衰减因素的总供需比即可达性，若搜索半径d1的区域内所有养老机构未设限制壁垒，则搜索半径d1的区域内内所有养老机构点都纳入计算；若某一养老机构仅优先为本地区老年人口服务，则不纳入计算。

进一步的，在上述方法中，步骤s5包括：

步骤5.1：比较arcgis中的常用几种插值法的统计学误差，选择误差最小的插值方法进行插值分析；

步骤5.2：借助arcgis的插值分析工具箱以及冷热点分析对计算得到的可达性进行可视化展示，并依此完成养老机构可达性评价，从而对区域内养老机构空间优化配置提出建议。

与现有技术相比，本发明引入需求方阈值、按照养老机构规模设计了三级服务半径、加入地区优先匹配原则改进了潜能模型，并以居住区为研究单元，基于gis技术，可对区域进行养老机构空间可达性研究。改进后的潜能模型考虑了养老机构服务半径大小、居民点老年人口数量及其极限出行距离(阈值)等主客观层面因素，能更为科学合理地衡量养老机构空间可达性，准确度量区域内老年人获取养老资源的情况，为其养老设施的科学有效规划、合理选址及布局提供参考。

附图说明

图1是本发明一实施例的基于改进潜能模型的养老机构可达性评估方法的流程图；

图2为本发明一实施例的上海市奉贤区养老机构空间分布图；

图3为本发明一实施例的上海市奉贤区老年人口分布图；

图4为本发明一实施例的上海市奉贤区养老机构可达性插值分析图；

图5为本发明一实施例的上海市奉贤区老年人口可达性冷热点分布图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明提供一种基于改进潜能模型的养老机构可达性评估方法，包括：

步骤s1，获取养老机构和老年人口居住点的出行时间、空间、规模的三大维度的数据；

步骤s2，引入牛顿万有引力模型，在此基础上构建基本潜能模型；

步骤s3，引入养老机构与老年人口居住点的特征考虑变量，对基本潜能模型进行优化，得到改进后的潜能模型；

步骤s4，将已获取的三大维度的数据导入arcgis中，以创建属性表，基于所述属性表并依据改进后的潜能模型计算可达性；

步骤s5，运用arcgis的插值模块中的相关插值法以及冷热点聚类对计算得到的可达性进行可视化分析，并依此完成养老机构可达性评价。

优选的，步骤s1，包括：

步骤1.1：利用百度地图与高德地图的api接口获取养老机构与老年人口居住点的网页信息，并借助python程序爬取信息中养老机构与老年人口居住点poi等空间数据，主要包括经纬度、名称等属性；

步骤1.2：查询民政局与统计局官网，获取养老机构服务能力与老年人口居住点的规模数据，其中，养老机构服务能力用机构可提供床位数进行量化；

步骤1.3：借助百度地图api接口的路径规划功能，获取老年人口居住点到不同养老机构的最短驾车时间，以表示供需双方之间的出行时间数据。

优选的，步骤s2，包括：

步骤2.1：借鉴物理学领域的概念，引入牛顿万有引力模型到地理学领域；

步骤2.2：在牛顿万有引力模型的基础上引入人口规模影响因子vj，构建基本潜能模型：

其中

公式中，pk代表k处的人口数目；m、n分别代表老年人口居住点和养老机构的数量；dkj^β代表在摩擦系数为β的前提下，老年人口居住点k与养老机构之间的阻抗。

优选的，步骤s3，包括：

步骤3.1：按养老机构服务能力设置多级服务半径dj,依据大型(多于300个床位)、中型(100-300个床位)和小型(100个以下床位)3个养老机构的等级依次将各级的有效服务半径设定为2小时、1小时和0.5小时；

步骤3.2：设定老年人极限出行时间di(阈值)；结合区域自身优先考虑原则(部分养老机构设置行政“壁垒”，优先服务于本区域老年人口)；

步骤3.3：将养老机构的等级的有效服务半径、老年人极限出行时间di的和区域自身优先考虑原则作为特征考虑变量，对所述基本潜能模型进行优化，得到改进后的潜能模型如下所示：

其中

式中：k代表老年人口居住点；pk表示老年人口居住点的60岁及以上老年人口数目；vj代表人口规模因子；sj表示养老机构服务能力(机构所拥有床位数)；dij表示基于路网距离的老年人口居住点i与养老机构j之间的时间阻抗(也称时间成本)；β是区域摩擦系数，可达性的量纲为床位数/每位老年人。

优选的，步骤s4包括：

步骤4.1：将已获取的供需养老机构与老年人口居住点的空间数据、规模数据和老年人口居住点到不同养老机构的最短驾车时间导入arcgis中，以创建相应的属性表；

步骤4.2：基于所述属性表并借助改进后的潜能模型，老年人口点养老机构可达性的计算分两步：

第一步，以养老机构j为中心，根据养老机构j的规模设置搜索半径d0，计算人口规模影响因子vj以及sj/vj，若养老机构j是没特殊限制的养老机构，则需要将搜索半径d0的范围内所有需求点pk/dij^β叠加求和；若j是有行政区域限制的养老机构，则只将其服务区域内需求点纳入计算；

第二步，以老年人口居住点i为中心，根据年人口居住点i的极限出行距离设置搜索半径d1，套用改进后的潜能模型，求得考虑距离衰减因素的总供需比即可达性，若搜索半径d1的区域内所有养老机构未设限制壁垒，则搜索半径d1的区域内内所有养老机构点都纳入计算；若某一养老机构仅优先为本地区老年人口服务，则不纳入计算。

优选的，步骤s5包括：

步骤5.1：比较arcgis中的常用几种插值法的统计学误差，选择误差最小的插值方法进行插值分析；

步骤5.2：借助arcgis的插值分析工具箱以及冷热点分析(getis-ordgi*)对计算得到的可达性进行可视化展示，并依此完成养老机构可达性评价，从而对区域内养老机构空间优化配置提出建议。

在此，常见的空间可达性主要评价方法有：比例法、最短距离法、空间句法、移动搜索法、潜能模型法等。相比于其他方法，潜能模型法综合考虑供需双方的空气阻隔(距离或者时间)以及距离衰减效应，能在一定程度上反应研究区域内居民点的设施获取情况。现有学者在利用潜能模型研究空间区域可达性时，通常选取县区或者乡镇街道为最小研究单位。事实上，此类研究单元仍然存在偏大的特点，只能大致上描述研究区域可达性。所以，本发明将研究单元再次细分为居住区(居委会)，则能够在最大程度上准确地描绘不同需求方可达性的差异性。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明引入需求方阈值、按照养老机构规模设计了三级服务半径、加入地区优先匹配原则改进了潜能模型，并以居住区为研究单元，基于gis技术，可对区域进行养老机构空间可达性研究。改进后的潜能模型考虑了养老机构服务半径大小、居民点老年人口数量及其极限出行距离(阈值)等主客观层面因素，能更为科学合理地衡量养老机构空间可达性，准确度量区域内老年人获取养老资源的情况，为其养老设施的科学有效规划、合理选址及布局提供参考。

具体的，在本实例项中，上述步骤s1包括：

步骤1.1：登录百度、高德地图开放平台，获取应用密匙，通过api接口获取上海市奉贤区养老机构与老年人口点(村、居委会)网页信息，并借助自主研发的python程序爬取信息中机构与老年人口点poi等空间数据，主要包括经纬度、名称等属性；

步骤1.2：登录上海市奉贤区民政局官网，获取区域内养老机构所拥有床位数sj，同时通过区统计局获取各个乡镇街道居委会、村委会60岁以上老年人口数据。将两类数据分别导入arcgis中，绘画出奉贤区养老机构与老年人口分布图，详见图2、图3；

步骤1.3：以奉贤区各居委会(村委会)的地理位置为起始位置，养老机构所处位置为终点，借助百度地图开放平台网络服务api中路线规划功能，获取两点之间驾车所需的最短时间；

步骤s2具体为根据文献阅读法引入引力模型，加入人口规模影响因子vj，构建基本潜能模型；

在本实例中，上述步骤s3具体为在模型中引入养老机构服务能力设置多级服务半径dj、设定奉贤区老年人极限出行时间di、加入区域自身优先考虑原则，构建最终的潜能模型：

其中

式中：k代表居民点；pk表示居民点60岁及以上老年人口数目；vj代表人口规模因子；sj表示奉贤区养老机构服务能力(机构所拥有床位数)；dij表示基于路网距离的老年人口居住点i与养老机构j之间的时间阻抗(也称时间成本)；β是区域摩擦系数，在此实施例中取值为1；可达性的量纲为床位数/每位老年人，在最终的结果中乘以了1000。

在本实施例中，上述步骤s4包括：

步骤4.1：将已获取上海市奉贤区供需双方(养老机构与老年人口)poi、规模等数据导入arcgis中，创建相应的属性表。

步骤4.2：首先以上海市奉贤区任一养老机构j为中心，根据j的规模设置搜索半径d0，计算人口规模影响因子vj以及sj/vj。若j指没特殊限制的养老机构，则需要将搜索范围内所有需求点pk/dij^β叠加求和；若j指有行政区域限制的养老机构，则只需将其服务区域内需求点纳入计算。其次，以奉贤区任一老年人口需求点i为中心，根据需求点i的极限出行距离设置搜索半径d1,套用改进潜能模型，求得考虑距离衰减因素的总供需比(可达性)。若搜索区域内所有养老机构未设限制壁垒，则范围内所有养老机构点都需纳入计算；若某一机构仅优先为本地区老年人口服务，则不纳入计算。最后，上海市奉贤区任何一个村委会、居委会养老机构可达性均可得到。

在本实施例中，上述步骤s5包括：

步骤5.1：比较了趋势面拟合模型、idw模型、splines模型、kriging模型四种插值方法的mean(误差均值)与rmse(均方根误差)，确定使用普通kriging模型最为合适；

步骤5.2：:借助arcgis插值模块与聚类分析模块，分别进行了奉贤区养老机构空间可达性插值分析以及冷热点聚类分析(getis-ordgi*)，可视化结果详见图4、图5。

由图可知，考虑优先原则的奉贤区养老机构空间可达性分布不均程度加剧，其中中心部分区域养老机构空间可达性显著较高，沿海区域可达性明显偏低；可达性呈现较为明显的从中心城区到外围逐渐降低的趋势；中部区域一些乡镇存在养老机构密集，养老资源相对集中的现象。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。