XXVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Оптимизация системы скорой медицинской помощи путем размещения новой подстанции на основе разработанной имитационной модели
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность исследования.
В Москве наблюдается высокая нагрузка на службы скорой помощи: в 2024 году более 3,3 млн человек получили медицинскую помощь амбулаторно и при выездах [38], более 16 тысяч обращений за медицинской помощью в сутки, а плотная застройка и загруженность дорог заметно замедляют время прибытия медицинских бригад. Ярче всего проблема проявляется в часы пик и в тех частях района, где доступ машин скорой помощи ограничен. В связи с этим существует необходимость проанализировать существующую систему службы скорой помощи для выявления её сильных и слабых сторон.
Работа направлена на поиск конкретных решений для повышения эффективности работы скорой помощи именно в районе Тропарёво-Никулино, с учётом его географии, транспортной и демографической ситуаций. Кроме общественной значимости, тема исследования имеет и личную актуальность. Нам важно, чтобы медицинская помощь в экстренных случаях оказывалась быстрее и эффективнее.
Объект исследования – система скорой медицинской помощи, спасающая жизни людей.
Предмет исследования – организация эффективной работы скорой медицинской помощи в районе Тропарёво-Никулино.
Цель исследования – разработать агент-ориентированную модель, которая симулирует работу службы скорой медицинской помощи на примере района Тропарёво-Никулино, с последующими сценарными экспериментами.
Гипотеза исследования – разработанная имитационная модель позволит подтвердить оптимальное число бригад СМП для новой подстанции в районе Тропарёво-Никулино с учетом ее местоположения и частоты обращений.
Задачи исследования:
-
Проанализировать текущую организацию работы скорой помощи в районе Тропарёво-Никулино и выявить основные проблемы;
-
Собрать необходимые статистические данные для анализа работы скорой медицинской помощи и разработки модели;
-
Разработать агент-ориентированную модель, отражающую работу бригад скорой медицинской помощи;
-
Рассчитать оптимальное число бригад и карет скорой медицинской помощи для района Тропарёво-Никулино с учетом плотности населения;
-
Провести компьютерные эксперименты, чтобы подтвердить корректность расчетов из п.5.
Глава 1. Теоретические основы оптимизации работы службы скорой медицинской помощи с использованием имитационного моделирования
Для того, чтобы разобраться в тематике и продолжить исследование, важно представить несколько ключевых определений. Например, скорая медицинская помощь (здесь и далее – СМП) – это система экстренной медицинской помощи, которая оказывается при неотложных состояниях больным и пострадавшим. [4] В том числе, в задачи СМП входят:
-
круглосуточное оказание своевременной и качественной медицинской помощи в соответствии со стандартами;
-
осуществление своевременной транспортировки (а также перевозки по заявке медицинских работников) больных;
-
обеспечение равномерного комплектования выездных бригад скорой медицинской помощи медицинским персоналом по всем сменам и полное обеспечение их согласно примерному перечню оснащения выездной бригады скорой медицинской помощи. [6]
Система работает в условиях высокой нагрузки и зависит от логистики, времени отклика, укомплектованности бригад и транспортной доступности. Основные функции СМП заключается в оперативном реагировании на вызовы, оказании медицинской помощи на месте происшествия и, при необходимости, транспортировке пациента в медицинское учреждение.
Бригада в свою очередь – это группа из квалифицированного медицинского персонала, которая оперативно выезжает на вызов, поступивший от диспетчера. [21] Ключевая цель бригады СМП – в кратчайшие сроки добраться до пациента и оказать неотложную помощь на месте, либо транспортировать его в ближайшее медицинское учреждение.
Бригады СМП подразделяются на 2 ключевых вида:
-
Общепрофильные (линейные). На них возлагается функция оказания скорой медицинской помощи при не угрожающих жизни состояниях
-
Реанимационные, включая педиатрическую. Реанимационные, включая педиатрические, и специализированные бригады, бывают только врачебными.
Во многих больницах или медицинских пунктах существуют подстанции Когда диспетчер назначает определенной бригаде пациента, ее задача оперативно среагировать на вызов и маршрутизировать дорогу, а именно найти оптимальный путь движения бригады от подстанции до места вызова с учётом дорожной ситуации. [22] Однако зачастую время ожидания бригады СМП может сильно увеличиться из-за различных обстоятельств: заторы дорожного движения, сложность текущего вызова, необходимость госпитализации одного из пациентов.
Мировой опыт демонстрирует, что мегаполисы применяют различные стратегии для оптимизации работы своих служб спасения, показателем которых является скорость прибытия к пациенту. Так, в Нью-Йоркe распространена практика динамического расположения экипажей, когда автомобили не привязаны к статичным постам, а перемещаются между точками в зонах повышенной частоты вызовов, ориентируясь на прогнозы специальных алгоритмов. [28]
В условиях крайне высокой плотности населения и перегруженных дорог в Токио эффективность достигается за счёт разветвлённой сети небольших подразделений, а также применения для оперативных выездов мотоциклов и велосипедов. [18] Таким образом, успешное функционирование скорой помощи в большом городе определяется способностью её логистической системы к постоянной адаптации.
В крупных городах, таких как Москва, система скорой медицинской помощи сталкивается с серьёзными трудностями организационного характера. Одной из ключевых проблем является нерациональное распределение подстанций машин скорой помощи по территории города. Несмотря на наличие достаточного количества бригад, время прибытия часто оказывается превышенным из-за того, что посты размещены неравномерно и не учитывают плотность населения, транспортную нагрузку и статистику вызовов.
В результате часть районов обслуживается с задержками, тогда как в других наблюдается простаивание машин. Особенно сильно эта проблема проявляется в часы пик, когда дорожная ситуация осложнена, а количество вызовов возрастает. Из-за этого бригады приезжают на вызовы медленнее, и помощь оказывается позже. На основе данных, собранных за неделю тщательного наблюдения, нам удалось сформировать картину загруженности дорог и выделить наиболее проблемные временные отрезки: утренние – 7:00-10:00 и вечерние – 16:00-19:00 часы пик.
Район Тропарёво-Никулино наглядно показывает эту проблему. Здесь проживает большое количество людей, ведь район Тропарево-Никулино входит в топ-5 по числу жителей Западного АО Москвы [19] (см. Таблица 1), а дороги часто перегружены: в среднем 6 баллов утром и 8 баллов вечером. [29]
Таблица 1. Численность населения по районам Западного административного округа Москвы.
|
№ п/п |
Район |
Численность населения |
|
1 |
Кунцево |
152 829 |
|
2 |
Раменки |
150 707 |
|
3 |
Можайский |
145 699 |
|
4 |
Очаково-Матвеевское |
130 515 |
|
5 |
Тропарёво-Никулино |
127 940 |
Источник: составлено авторами по данным https://datalens.yandex/v5i8c0mfkwogk
На данный момент в Москве находится 74 поста СМП. [14] При этом в районе Тропарёво-Никулино нет ни одной бесплатной подстанции СМП. Существующее расположение постов скорой помощи не всегда позволяет быстро добраться до всех вызовов: некоторые бригады находятся далеко от мест, где чаще всего нужны помощь, а пробки на основных улицах дополнительно замедляют движение (Рис. 1). В некоторых кварталах машины скорой помощи просто физически не могут быстро проехать из-за узких дворов и парковок. Всё это делает особенно важным оптимальное размещение машин и правильное планирование их маршрутов, чтобы помощь приезжала вовремя.
Рис. 1. Расположение станций СМП рядом с районом Тропарёво-Никулино. Источник: Яндекс.Карты
Глава 2. Аналитическая основа и параметры моделирования работы скорой медицинской помощи
В рамках Москвы, и в том числе района Тропарёво-Никулино, проблема долгого ожидания СМП стоит довольно остро. Это вызвано тем, что в мегаполисе достаточно большая плотность населения (5 183,24 чел/км² по данным 2025 года) [25] интенсивное движение на дорогах, пробки, аварии и др. Именно в районе Тропарёво-Никулино насчитывается более 11 363,59 чел. жителей на 1 кв. км. [26] Среди них 27,5% это люди старше трудоспособного возраста, а это как раз та часть населения, которая вызывает скорую чаще всего и более подвержена различным заболеваниям. Для пожилых людей скорая – это не просто экстренная помощь, это «запасной парашют» на случай, когда здоровье резко подводит. И, как показывают данные, эта помощь востребована чаще, чем мы думаем. [3]
Авторами был проведен опрос среди непрофессионального окружения относительно причин вызовов скорой помощи и среднего времени ожидания. Анкетирование было проведено дистанционно, с помощью разработанной Google-формы. [24] В опросе приняло участие 200 респондентов из района Тропарёво-Никулино. Возраст респондентов был от 16 до 75 лет. Ключевыми вопросами, на которых формировались дальнейшие выводы, стали:
-
Вызывали ли вы или ваши близкие когда-нибудь скорую помощь?
-
Вы вызывали платную или бесплатную службу?
-
Какого характера были ваши вызовы?
-
Как долго вы ждали оказания помощи?
Количественные результаты изучения причин вызовов скорой помощи представлены на Рис. 2 (А). Результаты опроса показали, что наиболее часто выбираемой причиной обращения была средняя степень тяжести состояния пациента. Следующей по степени выбора причин обращения была лёгкая степень тяжести состояния человека (42,7). Меньше всего (без варианта «Другое») респонденты выбирали тяжелую и критическую степени тяжести состояния пациента (27,1%). Так же у респондентов была возможность выбрать собственный вариант ответа (8,6%). Результаты опроса по ожиданию СМП продемонстрированы на Рис. 2 (Б). Данные показали, что 35,5% респондентов указывали время ожидания в пределах 20 минут. Однако большая часть опрошенных (53,5%) указало время ожидания до 2 часов, что значительно превышает рекомендуемые Минздравом нормы. Суммарно 11% участвовавших в опросе отметили, что скорая помощь приехала более чем через 2 часа после вызова, либо не приехала вовсе.
(А) (Б)
Рис. 2. Причины вызовов карет СМП (А) и время ожидания (Б). Источник: составлено авторами с помощью Google-формы.
Идея создания новой подстанции скорой медицинской помощи в районе Тропарёво-Никулино возникла не только в связи с тем, что подобные меры ранее уже анонсировалась мэром города С.С. Собяниным [1], но и на основе анализа реальной ситуации в районе и практического опыта работы службы СМП.
Для подсчета финасово-экономических ресурсов, необходимых для создания новой подстанции скорой медицинской помощи был выбран подход, основанный на приказе Минздрава 388Н от 2016 года. [16]
В первую очередь рассматривается количество санитарных автомобилей, находящихся на балансе подстанций, а также их распределение по функциональному назначению. В качестве исходных демографических параметров взяты актуальные данные по району: численность населения составляет 128 029 человек, площадь территории – 11,27 км², что создаёт высокую плотность населения (~11,4 тыс. чел./км²). Расчёт выполнен по нормативному методу, основанному на среднем годовом показателе обращений в скорую медицинскую помощь (280 вызовов на 1000 человек), с последующей корректировкой на пиковую нагрузку.
где x – среднегодовое число вызовов бригад СМП в районе Тропарёво-Никулино, y – численность населения района Тропарёво-Никулино, z – медианный показатель обращений в скорую медицинскую помощь на 1000 чел. населения.
Таким образом было получено годовое число вызовов бригад скорой медицинской помощи в районе Тропарёво-Никулино – 35 848 ед. Среднесуточное число вызовов составляет приблизительно 98 ед., полученное путем деления среднегодового числа вызовов на 365 дней.
В расчётах использованы следующие ключевые допущения, соответствующие отраслевым нормативам Москвы – Норматив времени прибытия на экстренный вызов – 12 минут; Средняя длительность выполнения одного вызова: 90 минут; Коэффициент эффективности бригады за смену – 0,75.
Для удовлетворения 98 вызовов бригад СМП в сутки потребуется 17 бригада-смен с учетом норматива – не более 6 вызовов на 12-часовую смену. При организации круглосуточного дежурства по графику «2/2» (двое рабочих дневных смен через двое выходных дневных смен) для обеспечения 17 смен необходимо развернуть 34 линейные бригады скорой медицинской помощи.
В наиболее напряжённый час в диспетчерский центр может поступать до 12 вызовов в час. Для их безотлагательного обслуживания, с учётом необходимости резерва, единовременно на линии должно находиться15 бригад. Это определяет требование к неравномерному распределению ресурсов в течение суток с максимальным усилением в вечерние часы. А также можно вывести, что тяжелые вызовы (реанимационные) составляют примерно 10-20% от всех, а остальные закрываются линейными бригадами.
Глава 3. Использование имитационного моделирования как инструмента подтверждении гипотезы исследования
Имитационное моделирование – это метод исследования сложных реальных систем (например, работы службы скорой помощи) путём создания их виртуального двойника – компьютерной модели. Вместо того чтобы проводить дорогие и рискованные эксперименты в реальной жизни, мы «проигрываем» различные сценарии в безопасной цифровой среде.
Агент-ориентированное моделирование – это особый, более гибкий вид имитационного моделирования. Если в классической имитации объекты (машины) просто перемещаются по заданным правилам, то в АОМ ключевым элементом являются агенты. [27]
Работа цифровой модели системы СМП реализована в соответствии с существующим алгоритмом. В основе модели лежит изображение карты района, поэтому можно утверждать, что её пространство смоделировано точно, количество элементов взято в масштабе, чтобы снизить нагрузку на программу.
В Таблице 2 представлены основные программные элементы модели и их взаимосвязи.
Таблица 2. Основные программные элементы
|
№п |
Наименование параметра |
Действие и связь элемента |
Изображение |
|
1 |
patient |
Популяция агентов пациентов |
|
|
2 |
ambulances |
Популяция агентов бригад СМП |
|
|
3 |
dispatcher |
Агент ЕДЦ |
|
|
5 |
Функция «call» |
Отвечает за обращение агента пациента в службу скорой помощи |
|
|
7 |
Функция «receivePatient» |
Отвечает за связь с пациентом |
|
|
8 |
Событие «dispatchPatients2» |
Сортирует вызовы и отправляет бригаде |
|
|
9 |
Функция «receiveMess» |
Отвечает за связь с ЕДЦ |
Источник: составлено авторами.
Цифровая модель системы СМП включает трёх активных агентов: пациентов, бригады СМП, а также ЕДЦ.
При запуске модели происходит установка стартового состояния, которая включает в себя: появление агентов-пациентов в жилых кварталах; присвоение каждому жителю состояния «Болен»; присвоение каждому из них специального индекса, отвечающего тяжесть заболевания.
Индекс состояния здоровья задаётся на основе статистики, полученной в ходе опроса. Были выделены три степени тяжести состояния здоровья агента-жителя: Легкая (1 балл), Средняя (2 балла) и Тяжелая (3 балла).
Далее пациент осуществляет обращение в Единый диспетчерский центр (ЕДЦ) и направляет различные сведения о себе: состояние здоровья (индекс) и координаты. После этого агент-пациент переходит в состояние «Ждёт» (Рис. 4). Оно сохраняется до момента, пока к нему не прибудет бригада СМП для оказания медицинской помощи.
(А) (Б)
Рис. 4. Диаграмма состояний агента-пациента (А) и агента-бригада СМП (Б) в модели, разработанной в ПО AnyLogic. Источник: составлено авторами.
В свою очередь, основной задачей агента ЕДЦ является сбор всех заявок со стороны агентов-пациентов, их сортировка и установление приоритета, чтобы бригады СМП в первую очередь оказывали помощь при экстренных вызовах. Ранжирование вызовов происходит с помощью присвоенным на старте модели агентам-пациентам индекса, отвечающего за состояние здоровья. Ниже представлен код, реализующий распределение пациентов по степеням тяжести.
|
Random rand = new Random(); for (int i = 0; i < patients.size(); i++){ patients.get(i).r = i; double p = rand.nextDouble(); if ( p < 0.5) { patients.get(i).type = 1; } elseif (( p >= 0.5) && (p < 0.8)) { patients.get(i).type = 2; } else { patients.get(i).type = 3;} } |
После этого, как машина СМП оказалась на месте (т.е. приехала к агенту-человеку), пациент переходит в состояние «Лечится». Время оказания помощи варьируется в зависимости от случая: чем тяжелее случай, тем дольше пациент остается в этом состоянии. Так как при тяжёлых случаях требуется госпитализация, то на состояние «Лечится» отводится 2 дня. Последняя стадия цикла – это иммунитет. После болезни агент-пациент приобретает иммунитет на 3 дня. По истечении этого срока цикл возобновляется.
При запуске модели все бригады скорой помощи находятся на подстанциях СМП в состоянии «Свободна». Как только они получают сообщение от ЕДЦ, отправляются в путь, то есть переходят в состояние «Едет». По приезде к пациенту бригада приступает к лечению. Диаграмма состояний имеет три разветвления, так как время оказания помощи при различных тяжестях случая отличается. После оказания помощи агент-бригада возвращается в начало цикла, а именно в состояние «Свободна».
При запуске модели появляется карта района Тропарёво-Никулино с новой подстанцией СМП, отмеченной на ней красной линией. В границах этой линии и появляются агенты-бригады скорой помощи (Рис. 5). Кварталы района так же обведены пунктирными линиями, а в их границах появляются пациенты.
В углу карты расположен график, собирающий статистику среднего времени ожидания экстренных бригад, начиная с момента вызова, а также легенду с информацией об окраске пациентов в зависимости от их состояния.
После установления контакта с диспетчерским центром и получения вызова от пациента бригада выезжает из узла-подстанции к точке, указанной в вызове координатами. Передвижение агентов-бригад ограничено узлами и проведёнными путями, выполняющими роль дорог между кварталами района, это обеспечивает максимальную наглядность модели и достоверность полученных результатов.
Рис. 5. Окно симуляции в AnyLogic. Источник: составлено авторами.
По результатам разработки модели можно сделать следующие выводы о ее функционале. Во-первых, при подгрузке в модель реальных данных, которые были получены в ходе проведения социологического опроса, среднее время ожидания экстренной помощи (для пациентов с «тяжелым» заболеванием) составило около 14 минут. Во-вторых, приведенные выше результаты сопоставимы с полученными в ходе опроса данными и соответствуют нормативу Минздрава (не более 20 минут с момента вызова). Это было достигнуто за счет калибровки внутренних параметров модели таких как размеры объектов, маршруты перемещения, скорости и др.
Таким образом, можно сделать вывод, что разработанная агент-ориентированная модель способна воспроизвести функционал системы оказания первой медицинской помощи для населения района Тропарёво-Никулино, которую планируется создать в соответствии с предложением мэра Москвы С.С. Собяниным. Одной из ключевых возможностей модели является отражение среднего времени прибытия бригады СМП к пациенту, при этом можно отслеживать маршрут специализированного автомобиля СМП. Также изменяя входные параметры модели, можно получать различные сценарии и итоги симуляции, например, увеличить долю населения с «тяжелыми» заболеваниями или уменьшить количество специализированных автомобилей, и посмотреть, насколько успешно справиться с такой загрузкой предложенная к построению подстанция СМП в районе Тропарёво-Никулино.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Исследовательский междисциплинарный проект создан учениками 10-х классов «Школы на проспекте Вернадского» под руководством научных сотрудников лаборатории компьютерного моделирования социально-экономических процессов Центрального экономико-математического института Российской академии наук. Проект прошел апробацию в указанной лаборатории и получил высокую оценку от директора ЦЭМИ РАН, члена-корреспондента РАН, профессора РАН, д.э.н. Бахтизина А.Р.
Проведённое исследование имеет практическую ценность, поскольку разработанная модель может быть использована органами управления здравоохранением для планирования сети подстанций и оптимизации работы скорой помощи не только в данном районе, но и в других частях Москвы.
Была разработана агент-ориентированная имитационная модель в среде AnyLogic, отражающая взаимодействие пациентов, бригад скорой помощи и диспетчерского центра. Модель позволила наглядно воспроизвести реальные процессы работы СМП и проверить выдвинутую гипотезу. На основе расчётов и данных опроса было установлено, что наиболее эффективной конфигурацией новой подстанции является наличие 38 бригад и 24 машин. При таком варианте среднее время ожидания экстренной помощи в модели составило около 14 минут, что соответствует нормативу Минздрава (не более 20 минут с момента вызова). Апробация модели показала, что создание новой подстанции сокращает время прибытия, снижает перегрузку бригад и повышает качество медицинской помощи населению.
Таким образом, исследование подтвердило необходимость локального усиления системы СМП в районе Тропарёво-Никулино и продемонстрировало эффективность применения имитационного моделирования как инструмента принятия управленческих решений в сфере здравоохранения.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Анонс о постройке подстанции СМП в районе Тропарёво-Никулино. – Портал правительства Москвы. Электронный ресурс. – Точка доступа: URL: https://golnk.ru/nrEMq (дата обращения: 16.01.2026).
3. Важность СМП для пожилых. – Ольга Николаевна Ткачева. Электронный ресурс. – Точка доступа: URL: https://golnk.ru/WwBV2 (дата обращения: 15.11.2025).
4. Вёрткин, А. Л. Национальное руководство по скорой помощи / А. Л. Вёрткин. – М.: Эксмо, 2012. – С. 8.
6. Задачи СМП. – Рувики Интернет-энциклопедия. Электронный ресурс. – Точка доступа: URL: https://golnk.ru/xQEOw (дата обращения: 05.11.2025).
14. Количество постов СМП в Москве. – МОСКВА24. Электронный ресурс. – Точка доступа: URL: https://golnk.ru/KG8QO (дата обращения: 05.11.2025).
16. Методические рекомендации о применении нормативов и норм ресурсной обеспеченности населения в сфере здравоохранения. – Законы, кодексы и нормативно-правовые акты РФ. Электронный ресурс. – Точка доступа: URL: https://golnk.ru/1BJEO (дата обращения: 16.01.2026).
18. Мотоциклетная скорая помощь в Токио. – Википедия. Электронный ресурс. – Точка доступа: URL: https://golnk.ru/gpO75 (дата обращения: 12.11.2025).
19. Население района Тропарёво-Никулино. – Открытый бюджет города Москвы. Электронный ресурс. – Точка доступа: URL: https://golnk.ru/zZYn1 (дата обращения: 05.11.2025).
21. Определение понятию бригада. – Uniformed. Электронный ресурс. – Точка доступа: URL: https://golnk.ru/XWQvG (дата обращения: 31.10.2025).
22. Определение понятию маршрутизация. – Википедия. Электронный ресурс. – Точка доступа: URL: https://golnk.ru/BMqkE (дата обращения: 31.10.2025).
24. Опрос среди непрофессионального окружения относительно причин вызовов скорой помощи и среднего времени ожидания. – Составлено авторами. Электронный ресурс. – Точка доступа: URL: https://golnk.ru/egvdY (дата обращения: 13.11.2025).
25. Плотность населения Москвы. – Википедия. Электронный ресурс. – Точка доступа: URL: https://golnk.ru/ZwZO4 (дата обращения: 15.11.2025).
26.Плотность населения района Тропарёво-Никулино. – Рувики. Электронный ресурс. – Точка доступа: URL: https://golnk.ru/D0Jr3 (дата обращения: 15.11.2025).
27. Понятия имитационное моделирование и агент-ориентированное моделирование. – Anylogic. Электронный ресурс. – Точка доступа: URL: https://golnk.ru/D0Jrq (дата обращения: 22.01.2026).
28. Практика динамического расположения экипажей в Нью-Йорке. – National Library of Medicine. Электронный ресурс. – Точка доступа: URL: https://golnk.ru/4ZJye (дата обращения: 12.11.2025).
29. Пробки в районе Тропарёво-Никулино. – Москва.ру. Электронный ресурс. – Точка доступа: URL: https://golnk.ru/M4qZZ (дата обращения: 05.11.2025).
38. Численность лиц, которым оказана скорая медицинская помощь амбулаторно и при выездах на 1000 человек населения. – ЕМИСС Государственная статистика. Электронный ресурс. – Точка доступа: URL: https://golnk.ru/ZwZOE (дата обращения: 25.01.2026).