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

本发明属于选址优化，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：

1、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。

2、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。

技术实现思路

1、(一)解决的技术问题

2、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。

3、(二)技术方案

4、为了达到上述目的，本发明采用以下的技术方案：

5、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：

6、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；

7、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；

8、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；

9、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；

10、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；

11、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；

12、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。

13、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。

14、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。

15、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，

16、

17、将k的取值范围在上下20％的范围内浮动，即进行多次迭代，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n。

18、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。

19、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。

20、(三)有益效果

21、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。

22、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。

技术特征：

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：

2.根据权利要求1所述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：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。

3.根据权利要求1所述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：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。

4.根据权利要求1所述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：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，

5.根据权利要求1所述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：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米区间，即在约707米的范围内。

6.根据权利要求1所述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：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。

技术总结
本发明公开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，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：根据需求设置检测点的采样能力及浮动区间；步骤3：各小区人数与检测点采样能力匹配，确定该小区内A类检测点；步骤4：对不满足独立设置检测点(A类)条件的小区，在其行政区内根据距离聚类；步骤5：对步骤4输出的聚心进行步行距离限制和人数限制检测，确定B类检测点；步骤6：将剩余的小区纳入到离其最近的聚心(A类或B类)所在聚类区，若不满足步行距离限制，则重新进行聚类，确定C类检测点；步骤7：输出A、B、C类检测点的选址坐标及检测能力范围。

技术研发人员：刘思宇,兰佳,刘雅文,孙晓悦,郭瑞芳
受保护的技术使用者：吉林大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16