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【CDA干货】基于经纬度数据生成城市医疗机构分布热力图的方法与实践

2025-08-07

基于经纬度数据生成城市医疗机构分布热力图的方法与实践

在城市规划、公共卫生管理和医疗资源优化等领域，直观展示医疗机构的空间分布特征具有重要意义。热力图作为一种通过颜色梯度反映地理要素密度的可视化工具，能清晰呈现城市医疗机构的集聚程度、分布热点及资源缺口。当获取到医疗机构的经纬度数据后，如何将其转化为直观的热力图？本文将系统介绍从数据处理到可视化呈现的完整流程，涵盖工具选择、操作步骤及应用场景。

一、热力图的核心价值与适用场景

热力图通过将地理坐标点的密度转化为色彩渐变（通常以红 - 黄 - 蓝表示从高密度到低密度），直观反映要素在空间上的集聚特征。在城市医疗机构分析中，其核心价值体现在：

资源分布评估：快速识别医疗资源密集区（如市中心医院集群）与薄弱区（如郊区或偏远社区）；
公共卫生决策：为应急医疗设施选址、疫情防控资源调配提供空间依据；
民生服务优化：辅助判断居民就医可达性，推动医疗资源均衡配置。

基于经纬度的热力图尤其适合展示点数据的空间分布规律，相比传统的散点图，能更清晰地凸显 “热点区域” 的范围和强度。

二、前期数据准备：经纬度数据的规范与预处理

生成热力图的前提是获取准确的医疗机构经纬度数据，且需经过规范预处理以确保可视化效果。

1. 数据来源与格式要求

医疗机构经纬度数据的常见来源包括：

政府公开数据库（如卫健委发布的医疗机构名录）；
商业地图 API 接口（如高德、百度地图开放平台的 POI 数据）；
实地调研采集（通过 GPS 设备或手机定位记录）。

数据格式需包含至少三列核心信息：

机构名称	纬度（Latitude）	经度（Longitude）
某三甲医院	39.9042°N	116.4074°E
社区卫生服务中心	39.9142°N	116.4174°E

注意：纬度范围为 - 90°~90°（北半球为正），经度范围为 - 180°~180°（东经为正），需统一采用十进制格式（避免度分秒格式）。

2. 数据清洗关键步骤

去重处理：剔除重复记录（如同一机构被多次录入），可通过 “机构名称 + 经纬度” 组合判断；
坐标校验：检查异常值（如纬度＞90°、经度＞180°），通过地图工具（如 Google 地图）手动验证可疑坐标；
坐标转换：若数据采用非 WGS84 坐标系（如百度地图使用 BD09 坐标系、高德使用 GCJ02 坐标系），需通过转换工具（如 coordconvert 库）统一为 WGS84（国际通用坐标系），避免地图偏移。

三、工具选择与操作指南：从数据到热力图的实现路径

根据用户的技术背景和需求，可选择不同工具生成热力图，以下为三类主流工具的实操步骤：

1. 零代码工具：Tableau 的快速可视化（适合非技术用户）

Tableau 作为轻量型数据分析工具，支持通过拖拽快速生成热力图，步骤如下：

导入数据：点击 “数据→新建数据连接”，导入包含经纬度的 Excel 或 CSV 文件；
设置地理角色：右键 “纬度” 字段，选择 “地理角色→纬度”；同理将 “经度” 设置为 “经度”，Tableau 会自动识别地理坐标；
生成热力图：

将 “经度” 拖至行 shelves，“纬度” 拖至列 shelves；
在 “标记” 卡中选择 “密度”（Density），自动生成基础热力图；

参数调整：

通过 “颜色” 调整热力强度梯度（推荐使用 “红 - 黄 - 浅灰” 色系）；
在 “分析” 菜单中修改 “密度半径”（Radius）：半径越大，热点区域越模糊（适合展示宏观分布）；半径越小，细节越清晰（适合微观分析）。

优势：无需编程，5 分钟内可完成可视化；支持联动分析（如按医疗机构类型筛选热力图）。

2. 专业 GIS 工具：ArcGIS 的高精度绘制（适合地理专业用户）

ArcGIS 作为专业地理信息系统，能实现更精细的热力图制作，步骤如下：

数据导入与转换：

导入经纬度数据，通过 “文件→添加数据” 加载表格；
右键表格选择 “显示 XY 数据”，将纬度、经度分别关联至 X、Y 字段，生成点要素图层；

生成核密度图（热力图核心）：

打开 “工具箱→空间分析工具→密度分析→核密度”；
输入要素选择点图层，设置 “输出单元格大小”（如 50 米，精度越高计算量越大）；
调整 “搜索半径”（如 500 米，根据城市规模设定，大城市可增至 1000 米）；

样式优化：

在 “符号系统” 中选择 “分级色彩”，将密度值分为 5-7 级；
采用 “蓝 - 绿 - 黄 - 红” 渐变色系，突出高值区（红色）。

优势：支持叠加行政区划、道路网等底图，适合专业空间分析；可导出高精度矢量图用于学术报告。

3. 编程工具：Python 的自定义可视化（适合技术用户）

Python 通过folium（交互式地图）或matplotlib（静态图）库生成热力图，灵活性最高，以交互式热力图为例：

（1）环境准备

# 安装必要库

pip install folium pandas

（2）核心代码

import folium

from folium.plugins import HeatMap

import pandas as pd

# 1. 读取数据

data = pd.read_csv("medical_institutions.csv")  # 包含lat（纬度）、lng（经度）列

# 2. 数据清洗（剔除空值）

data = data.dropna(subset=["lat", "lng"])

# 3. 构建坐标列表

locations = data[["lat", "lng"]].values.tolist()

# 4. 初始化地图（以城市中心为起点，如北京市中心）

m = folium.Map(location=[39.9042, 116.4074], zoom_start=12)  # zoom_start控制初始缩放级别

# 5. 添加热力图层

HeatMap(

&#x20;   locations,

&#x20;   radius=20,  # 影响半径，单位像素

&#x20;   blur=15,    # 模糊程度，值越大越平滑

&#x20;   gradient={0.4: 'blue', 0.65: 'lime', 0.8: 'yellow', 1: 'red'}  # 颜色梯度

).add_to(m)

# 6. 保存为HTML

m.save("medical_heatmap.html")

（3）结果特点

生成的 HTML 文件可在浏览器中打开，支持缩放、平移，鼠标悬停可查看大致密度值，适合网页展示或动态汇报。

四、关键参数优化与结果解读

热力图的可视化效果高度依赖参数设置，需结合研究目标调整：

1. 核心参数调整原则

搜索半径 / 影响半径：

小城市或精细化分析（如社区级）建议设为 100-300 米；大城市或宏观分析（如市级）设为 500-1000 米。半径过大会掩盖局部差异（如误将分散的医院合并为一个热点），过小则导致热点碎片化。
颜色梯度：

避免使用过多颜色分级（建议 5-7 级），高值区（红色）应突出但不刺眼，低值区（蓝色）需保证与底图区分度。
样本量适配：

若医疗机构数量较少（＜100 个），建议增大半径以强化集聚特征；数量庞大（＞1000 个）时可减小半径，保留细节。

2. 结果解读示例

以某省会城市热力图为例：

核心发现：红色高值区集中在老城区（3 家三甲医院 + 多个社区卫生服务中心），东部新城区呈黄色（中等密度），西部郊区为蓝色（低密度）；
分析结论：新城区人口导入速度快但医疗资源配套滞后，需规划新增社区医院；郊区可通过 “医联体” 优化资源覆盖。

五、注意事项与进阶应用

1. 避免常见误区

坐标偏移问题：国内商业地图的经纬度多经过加密（如 GCJ02 偏移），直接用于国际坐标系地图（如 Google Maps）会导致点位偏离，需提前转换；
忽略数据质量：剔除 “僵尸机构”（已注销但数据未更新）和重复点位，否则会夸大局部密度；
过度解读相关性：热力图仅反映空间分布，需结合人口密度、交通可达性等数据综合分析（如某区域医疗资源密集可能因人口密集而非资源过剩）。

2. 进阶应用场景

动态热力图：结合时间维度（如分时段急诊量），用 Python 的folium+time_slider_choropleth插件制作随时间变化的热力动画；
多维度叠加：在 ArcGIS 中叠加人口密度图层，计算 “每万人床位数” 热力图，更精准反映资源供需匹配度；
政策模拟：通过调整假设新增医院的经纬度，预测热力图变化，辅助选址决策。

六、总结

基于经纬度数据生成城市医疗机构热力图，是空间数据分析从 “抽象数字” 到 “直观图形” 的关键一步。无论是通过 Tableau 快速出图、ArcGIS 精细分析，还是 Python 自定义开发，核心都在于理解数据特征、优化参数设置，并结合业务场景解读结果。随着智慧医疗的发展，热力图将进一步与大数据、AI 结合，为医疗资源优化、公共卫生应急等领域提供更精准的空间决策支持。掌握这一技能，能让数据背后的空间规律 “看得见、用得上”。