應(yīng)用Power Map及GeoDa軟件實(shí)現(xiàn)衛(wèi)生管理信息地圖可視化

劉志臻，楊紅清，蔡 晶，黃子杰

(1.福建中醫(yī)藥大學(xué) 中西醫(yī)結(jié)合學(xué)院，福建 福州 350122；2.福州市馬尾區(qū) 羅星街道社區(qū)衛(wèi)生服務(wù)中心，福建 福州 350015)

醫(yī)學(xué)衛(wèi)生數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維度多元，普通讀者對(duì)分析結(jié)果存在理解難度大的問(wèn)題。若能將具有空間信息的醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)分析結(jié)果形象化地表現(xiàn)在地圖上，展現(xiàn)其中的信息規(guī)律和趨勢(shì)，無(wú)疑會(huì)降低閱讀難度，提高理解程度。Power Map和GeoDa軟件是地圖可視化常用的實(shí)現(xiàn)工具軟件。Power Map是嵌套在Excel里的基于Bing地圖的三維可視化工具組件，使用便捷；通過(guò)Power Map，可在三維地球儀或自定義地圖繪制帶有地理位置信息的數(shù)據(jù)，如果包含時(shí)間數(shù)列信息，還可創(chuàng)建可視化視頻介紹并進(jìn)行分享。GeoDa是實(shí)現(xiàn)柵格數(shù)據(jù)探求性空間數(shù)據(jù)分析的軟件工具集合體，用以描述空間數(shù)據(jù)分析，比如空間自相關(guān)性統(tǒng)計(jì)和異常值指示等。與Power Map相比，GeoDa雖然無(wú)法實(shí)現(xiàn)不同圖層的疊加，但在進(jìn)行縱向數(shù)據(jù)比較的時(shí)候，可以自定義統(tǒng)一的尺度及豐富的顏色展示區(qū)域圖。

為此，筆者基于2013—2015年全國(guó)各省份醫(yī)療服務(wù)情況統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)集，應(yīng)用Power Map和GeoDa兩種工具軟件，對(duì)比傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)圖和地圖可視化例示的方式進(jìn)行了比較和分析，通過(guò)探討醫(yī)學(xué)衛(wèi)生數(shù)據(jù)分析的實(shí)施途徑，總結(jié)醫(yī)學(xué)衛(wèi)生數(shù)據(jù)分析應(yīng)用案例，提升信息化水平，以輔助衛(wèi)生管理決策。

一、傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)圖展示效果及其不足

本案例的醫(yī)院診療人次數(shù)(萬(wàn)人次)數(shù)據(jù)源自國(guó)家衛(wèi)生和計(jì)劃生育委員會(huì)《2015年1—11月全國(guó)醫(yī)療服務(wù)情況》[1]，GDP(億元)和人口數(shù)(萬(wàn)人)數(shù)據(jù)來(lái)自國(guó)家統(tǒng)計(jì)局[2]。通過(guò)Excel 2016錄入完畢后，計(jì)算人均GDP和2周每千人就診人數(shù)指標(biāo)。2周每千人就診人數(shù)是反映衛(wèi)生服務(wù)需求的指標(biāo)，在一定程度上與當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)狀況相關(guān)[3]。

數(shù)據(jù)錄入完成后，先應(yīng)用四分位數(shù)計(jì)算人均GDP的割點(diǎn)，按P25、P50、P75的順序從小到大將其對(duì)應(yīng)的地區(qū)分為四組。通過(guò)秩和檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)不同的地區(qū)之間“2周每千人就診人數(shù)”差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.001)。同時(shí)，計(jì)算“人均GDP”與“2周每千人就診人數(shù)”之間的相關(guān)系數(shù)(r=0.75，P<0.001)。

散點(diǎn)圖很好地反映了2015年我國(guó)各省人均GDP與2周每千人就診人數(shù)之間存在的正相關(guān)關(guān)系，但沒(méi)有對(duì)應(yīng)各個(gè)省份的地理信息和空間信息，很難想象并理解2015年的醫(yī)療衛(wèi)生現(xiàn)狀(圖1a)；柱狀折線組合圖與散點(diǎn)圖相比，增加了對(duì)應(yīng)各個(gè)省份的地理信息，但仍然缺少地理的空間信息(圖1b)。

a：散點(diǎn)圖；b：柱狀折線組合圖

二、運(yùn)用Power Map及GeoDa軟件實(shí)現(xiàn)地圖可視化

具有地域特征的醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)分析結(jié)果若能將其可視化地表現(xiàn)在地圖上，展現(xiàn)其中信息規(guī)律和趨勢(shì)，無(wú)疑能幫助讀者直觀和形象地看到復(fù)雜數(shù)據(jù)背后的內(nèi)在空間規(guī)律。為此，筆者應(yīng)用Power Map及GeoDa軟件，探討人均GDP、2周每千人就診人數(shù)指標(biāo)與對(duì)應(yīng)省份地理信息的可視化制圖的實(shí)現(xiàn)途徑。

(一)Power Map組件的地圖可視化

1.Excel 2016地圖繪制菜單。插入→三維地圖→打開(kāi)三維地圖。右側(cè)是可視化地圖的參數(shù)設(shè)置：包含圖標(biāo)類型、位置、高度、類別、時(shí)間、篩選器、圖層選項(xiàng)等。

第一步：設(shè)置地理字段。下拉菜單可見(jiàn)經(jīng)度、緯度、X坐標(biāo)、Y坐標(biāo)、省、市、國(guó)家等。本例數(shù)據(jù)Power Map已經(jīng)自動(dòng)識(shí)別為“省/市/自治區(qū)”這個(gè)類別(圖2)。

圖2 Power Map主界面截屏圖

第二步：選擇可視化圖形。Power Map提供的可視化圖形有五類：堆積柱形圖、簇狀柱形圖、氣泡圖、熱度圖和區(qū)域圖(圖3a)。其中，柱形圖以柱形的高低來(lái)體現(xiàn)數(shù)值大小，氣泡圖以圓形的大小來(lái)體現(xiàn)數(shù)值的大小，通常比較適合較為分散的地理位置點(diǎn)或區(qū)域，例如不同城市間的數(shù)據(jù)對(duì)比；熱度圖是通過(guò)色階的冷暖來(lái)體現(xiàn)數(shù)值的大小，特別適合密度、頻率、溫度這類數(shù)值，例如城市交通狀況、氣溫或降水分布情況的對(duì)比等；區(qū)域圖則是以區(qū)域整體(需要使用省份、國(guó)家或地區(qū)之類的地理信息)的色階冷暖來(lái)體現(xiàn)數(shù)值大小。筆者選擇區(qū)域圖表現(xiàn)人均GDP(圖3b)和2周每千人就診人數(shù)(圖3c)。

第三步：圖層疊加。通過(guò)對(duì)比圖3b和圖3c的區(qū)域可以相對(duì)容易地看到人均GDP與2周每千人就診人數(shù)空間信息的灰階分布趨勢(shì)大致相同，但需要二張圖組合看，不夠直觀。因此，將2周每千人就診人數(shù)呈現(xiàn)方式改為熱力圖，與人均GDP區(qū)域圖疊加(圖3d)。

a：可視化圖形種類截屏圖；b：人均GDP區(qū)域地圖；c：2周每千人就診人數(shù)區(qū)域地圖；d:疊加效果圖. (臺(tái)灣、南海諸島暫無(wú)相關(guān)數(shù)據(jù)，未在地圖中體現(xiàn)，下圖同)

圖32015年中國(guó)各省人均GDP及2周每千人就診人數(shù)的區(qū)域地圖

通過(guò)圖層疊加，讀者不僅感受到“人均GDP”與“2周每千人就診人數(shù)”二者存在正相關(guān)，而且直觀和形象地看到兩組數(shù)據(jù)的地理和空間信息的相關(guān)規(guī)律，如北京、天津、江蘇、上海、浙江、廣東等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)省份對(duì)應(yīng)的就診人數(shù)也高。

第四步：縱向比較。收集2013—2015年全國(guó)各省份醫(yī)療服務(wù)情況，用Power Map生成3年“2周每千人就診人數(shù)”的區(qū)域地圖(圖4a)，試圖發(fā)現(xiàn)隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，2周每千人就診人數(shù)逐年提升的趨勢(shì)，但由于顏色區(qū)分度較低，可視化結(jié)果極不理想。

Power Map實(shí)現(xiàn)衛(wèi)生管理空間信息的可視化優(yōu)點(diǎn)之一是圖層疊加，但如果要比較不同年份之間的衛(wèi)生管理空間信息，由于Power Map是自動(dòng)生成的過(guò)渡色，且各圖之間默認(rèn)共用一致的標(biāo)準(zhǔn)化過(guò)渡色，無(wú)法自定義設(shè)置尺度標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)整，因此，在縱向比較時(shí)直觀程度大打折扣。為此，應(yīng)選擇GeoDa軟件實(shí)現(xiàn)。

2.GeoDa的地圖可視化。下載全國(guó)各省份矢量地圖(shp格式)。具體步驟：導(dǎo)入地圖→匹配數(shù)據(jù)→map→change current map type→create new custom→"Breaks"中選擇"user defined"→Edit Custom Break設(shè)定割點(diǎn)→依次生成歷年“2周每千人就診人數(shù)”的區(qū)域地圖(圖4b)。

與圖4a相比，圖4b可以更為明顯看出絕大部分省份的2周每千人就診人數(shù)在逐年提升，顏色呈加深趨勢(shì)，更為形象地說(shuō)明衛(wèi)生服務(wù)需求的提高。但是，GeoDa比Power Map相比，矢量地圖獲得困難，并且可視化圖形選擇性局限，無(wú)法實(shí)現(xiàn)圖層疊加等，在一定程度上也限制了它的應(yīng)用。

三、地圖可視化應(yīng)用評(píng)價(jià)

衛(wèi)生管理探討空間屬性事物之間的相互關(guān)系，透過(guò)空間信息的表面現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)其內(nèi)在規(guī)律，并對(duì)成因進(jìn)行分析，同時(shí)提出干預(yù)決策[4]。這一過(guò)程需要利用多種科學(xué)方法和技術(shù)，其中地圖可視化就是空間統(tǒng)計(jì)的一種重要方法。洛杉磯時(shí)報(bào)的數(shù)據(jù)可視化主管Groot曾提到，“地圖是信息密度最大的數(shù)據(jù)通信方式”[5]。顯而易見(jiàn)，如果本例數(shù)據(jù)還是按照傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)圖的展示形式，不免枯燥、乏味，難以形象傳達(dá)醫(yī)療衛(wèi)生現(xiàn)狀在全國(guó)范圍的內(nèi)在地域特征和規(guī)律。相比較傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)圖，地圖可視化更能考慮衛(wèi)生與健康的地理空間和背景信息，研究結(jié)果更加真實(shí)、科學(xué)。

a:2013-2015年(PowerMap版)；b：2013-2015年(GeoDa版).

2周每千人就診人數(shù)是反映衛(wèi)生服務(wù)需求的指標(biāo)，筆者通過(guò)該指標(biāo)分析衛(wèi)生服務(wù)的聚集性。聚集性分析用于研究潛在影響因素的時(shí)空聚集性，從整體上檢驗(yàn)醫(yī)療衛(wèi)生服務(wù)的空間分布是隨機(jī)還是聚集。如果是聚集分布，則進(jìn)一步回答聚集在什么地方？聚集程度高低及周邊地區(qū)關(guān)系如何？聚集在多大的空間尺度才有意義？通過(guò)地圖可視化展示不難看出,我國(guó)2013—2015年衛(wèi)生服務(wù)水平呈現(xiàn)聚集空間分布，同時(shí)疊加對(duì)比各省的人均GDP水平發(fā)現(xiàn)，與衛(wèi)生服務(wù)地域相關(guān)的聚集因素可能是當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)水平，如北京、天津、江蘇、上海、浙江、廣東等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)省份對(duì)應(yīng)的就診人數(shù)也高，并且呈現(xiàn)逐年提高趨勢(shì)。

綜上所述，在地圖可視化的實(shí)現(xiàn)工具軟件方面，Power Map、GeoDa以方便、實(shí)用、易操作等特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。對(duì)實(shí)現(xiàn)小規(guī)模、簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)集，地圖可視化功能已能滿足用戶的需求。但是，在更多的需求下，用戶應(yīng)該根據(jù)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)和任務(wù)目標(biāo)選擇合適的工具[6]。地圖可視化作為處理空間信息數(shù)據(jù)的一種非常重要方法，對(duì)衛(wèi)生管理數(shù)據(jù)的科學(xué)挖掘和有效利用將對(duì)相關(guān)業(yè)務(wù)的監(jiān)管、決策的制定及可持續(xù)發(fā)展均有著重要意義。

[1]中華人民共和國(guó)國(guó)家衛(wèi)生和計(jì)劃生育委員會(huì).2015年1-11月全國(guó)醫(yī)療服務(wù)情況[EB/OL].(2016-04-11)[2017-03-22].http://www.nhfpc.gov.cn/zwgkzt/nianbao/list.shtml.

[2]中華人民共和國(guó)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局.2015年國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)[EB/OL].(2016-02-29)[2017-03-22].http://data.stats.gov.cn/.

[3]付 琰.社區(qū)衛(wèi)生服務(wù)中心慢性病管理中舉辦主體的影響分析[J].臨床醫(yī)藥文獻(xiàn)電子雜志,2017,4(35):6910-6911.

[4]范俊杰,王 怡,張 震,等.基于空間統(tǒng)計(jì)的公共衛(wèi)生研究現(xiàn)狀與展望[J].中國(guó)預(yù)防醫(yī)學(xué)雜志,2015,16(7):562-565.

[5]Yau N.鮮活的數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)可視化指南[M].北京：人民郵電出版社，2012：21.

[6]任利敬,趙正旭,徐 騫.三維地圖式可視化大數(shù)據(jù)[J].測(cè)繪與空間地理信息,2017(2):63-65.