徐文聞， 傅維利

(1.遼寧師范大學 教育學院，遼寧 大連 116029； 2.遼寧警察學院 安全保衛(wèi)系，遼寧 大連 116036；3.深圳大學 灣區(qū)教育研究院，廣東 深圳 518000)

改革開放40 a來，隨著新型城市化發(fā)展進程不斷加快，促使大量農村剩余勞動力進入城鎮(zhèn)[1-2]，而其學齡階段子女隨遷進入城市就學的現(xiàn)象也越來越普遍.流入地政府迫切需要對城市公共服務功能區(qū)進行重新規(guī)劃，以更好地調整社會人口流動的方向，服務社會.在國民經(jīng)濟和社會快速發(fā)展的背景下，小學作為重要的基礎教育服務設施，必然對其提出更高的要求，對小學的空間格局提出嚴峻的挑戰(zhàn).由此，學區(qū)的劃分如何最大限度地體現(xiàn)就近原則，以及如何確定小學的適當規(guī)模和最佳服務半徑，具有重要的現(xiàn)實意義.

近年來，針對城市化發(fā)展步伐加快、城鄉(xiāng)居民點的變遷、居民點人口布局不斷變化等一系列時代特征，國內外學者提出一種基于空間屬性數(shù)據(jù)，并且能夠進行空間分析的公共設施選址方法，相關研究集中在學校區(qū)位選址[3-6]、學校布局的優(yōu)化調整[7-8]、學區(qū)劃分[9]、入學可達性[10]、學校與交通設施的空間關系[11-12]等問題進行了深入的研究.綜上所述，目前對于小學空間布局優(yōu)化調整的相關研究主要表征為以下幾個方面：①小學區(qū)位選址和學校空間布局問題；②學?？臻g布局的公平性及可達性問題；③教育資源再分配和學校布局優(yōu)化調整問題；④學校服務半徑及交通設施的空間布局關系問題.

大連市甘井子區(qū)是大連市城市化進程中改革發(fā)展的重點區(qū)域，也在一定程度上代表了我國城市化發(fā)展中教育、醫(yī)療等公共服務設施配置和規(guī)劃的普遍矛盾和主要問題.因此，本文以大連市甘井子區(qū)所在轄區(qū)的小學作為研究對象，運用緩沖區(qū)分析甘井子區(qū)小學布局及學校服務范圍的現(xiàn)狀和存在問題，進而通過基于路網(wǎng)的網(wǎng)絡分析技術和泰森多邊形技術對甘井子區(qū)小學服務范圍進行優(yōu)化，提出切實可行的優(yōu)化調整方案，為提高甘井子區(qū)教育資源利用效率和改善區(qū)內適齡學生上學環(huán)境提供指導性建議.

1 研究區(qū)域與數(shù)據(jù)

1.1 研究區(qū)域概況

甘井子區(qū)位于大連西部和西北部(121°16′E～121°45′E,38°47′N～39°07′N)，是大連市的市轄區(qū)，屬市內四區(qū)之一，占地502 km2，轄區(qū)內城市拓展區(qū)面積大，是連接中心城區(qū)與新市區(qū)的關鍵紐帶.區(qū)內三面環(huán)海，路網(wǎng)發(fā)達，設有周水子國際機場，是東北地區(qū)的重要交通樞紐之一，也是遼寧省對外開放的主要門戶之一.

根據(jù)2020年政府統(tǒng)計數(shù)據(jù)，甘井子區(qū)全區(qū)小學生數(shù)為79 762人.區(qū)內小學73所，分布于甘井子轄區(qū)周水子街道、甘井子街道等15個街道，203個社區(qū).其中，位于城市區(qū)域小學49所,位于城市拓展區(qū)小學24所，其分布情況詳見圖1.

圖1 甘井子區(qū)小學分布及城市功能劃分圖

1.2 數(shù)據(jù)來源

本文數(shù)據(jù)來源包括：30 m分辨率的DEM影像數(shù)據(jù)，來源于地理空間數(shù)據(jù)云；2020年大連市甘井子區(qū)73所小學的經(jīng)緯度坐標數(shù)據(jù)來源于Google Earth.結合2020年谷歌地球影像生成大連市甘井子區(qū)城市小學生生源分布及道路網(wǎng)絡遙感地圖.來源于地理空間數(shù)據(jù)云直觀呈現(xiàn)了甘井子區(qū)城市區(qū)域、城市拓展區(qū)、主(次)干道及小學生生源分布情況，詳見圖2.2020年大連市甘井子區(qū)小學具體地址、在校生人數(shù)等數(shù)據(jù)來源于遼寧省政府機構信息統(tǒng)計數(shù)據(jù)，具體數(shù)據(jù)來源與說明詳見表1.

圖2 甘井子區(qū)城市功能區(qū)域劃分

表1 數(shù)據(jù)來源與說明

2 研究方法

2.1 緩沖區(qū)分析

緩沖區(qū)(Buffer)是用來描述某一地理空間目標的影響范圍或服務范圍的概念，結合空間內點、線和面，建立起具有一定寬度的多邊區(qū)域.根據(jù)《城市居住區(qū)規(guī)劃設計規(guī)范》GB50180—93(2002)標準，城市小學的基本服務半徑不得超過500 m，允許根據(jù)實際情況，做出適當調整.城市拓展區(qū)主要是位于城市原有的農村區(qū)域，隨著城市化建設的推進，完成村轉社區(qū)建設.對于城市拓展區(qū)域小學來說，不能完全參照城市小學的建設標準，暫時沒有出臺國家標準，但通過對各省和地方政策的綜合分析，普遍認為城市拓展區(qū)小學的服務半徑應保持在2 000 m左右.

利用ArcGIS中的緩沖區(qū)分析，以小學為中心，分別以500 m和2 000 m為服務半徑，建立緩沖區(qū)，得到了城市與城市拓展區(qū)小學服務范圍圖，即小學服務500 m緩沖區(qū)圖和2 000 m緩沖區(qū)圖，并進一步分析500 m及2 000 m緩沖區(qū)圖中的覆蓋盲區(qū)及重疊區(qū)狀況.

2.2 基于路網(wǎng)的網(wǎng)絡分析

道路是小學與學生居住點之間最基礎的連接橋梁，將各類道路集合成一個基礎網(wǎng)絡數(shù)據(jù)集，根據(jù)政府信息統(tǒng)計數(shù)據(jù)，包括學校規(guī)模以及實際學生數(shù)等數(shù)據(jù)，結合學校布局數(shù)據(jù)進行分析.利用遙感影像數(shù)據(jù)獲取建成區(qū)位置分布圖，將各個街道小學生人數(shù)通過ArcGIS軟件中的創(chuàng)建隨機點方法，隨機生成建成區(qū)位置分布圖，最終構建小學生分布點數(shù)據(jù)庫.鑒于具體到街道中具體小學生數(shù)量的數(shù)據(jù)無法獲取，所以使用平均法將小學生總數(shù)按建成區(qū)面積平均分到各個建成區(qū)，完成數(shù)據(jù)估算，數(shù)據(jù)有20%～25%的彈性浮動，屬于合理范圍.

2.3 泰森多邊形

泰森多邊形(Thiessen Polygons)又稱為維諾圖(Voronoi)，是由研究區(qū)內兩相鄰點連線的垂直平分線組成的連續(xù)多邊形.目標區(qū)域經(jīng)過泰森多邊形的平面切割，每一個中心點會對應一個多邊形，多邊形內任意一點到該區(qū)域內中心點距離要小于這一點到其他區(qū)域中心點位置.而且，經(jīng)過切割，整個目標區(qū)域沒有重疊區(qū)和盲區(qū)，可以保證所有點被覆蓋，沒有遺漏.

因此，泰森多邊形符合甘井子區(qū)學區(qū)劃片的實際需要，并從空間距離角度定位到最近距離小學，實現(xiàn)“就近入學”原則的要求.

3 結果分析

3.1 緩沖區(qū)分析

利用ArcGIS中的緩沖區(qū)分析，以大連市甘井子區(qū)73所小學為中心，分別以500 m和2 000 m為服務半徑,建立緩沖區(qū)，得到了城市與城市拓展區(qū)小學服務范圍圖，即小學服務500 m緩沖區(qū)圖(圖3)和2 000 m緩沖區(qū)圖(圖4).

圖3中，城市區(qū)域內重疊較明顯，說明城市區(qū)域教育資源豐富，學生密集，學校分布集中，但也更容易產生教育資源的浪費.而城市拓展區(qū)小學分布較為分散，數(shù)據(jù)顯示，以500 m為服務半徑，產生的教育服務盲區(qū)范圍過大，如北華小學覆蓋生源數(shù)為0人，第十四中學附屬小學覆蓋生源數(shù)為9人，雙臺溝小學覆蓋生源數(shù)41人，等等.數(shù)據(jù)說明，位于城市拓展區(qū)域的小學資源相對匱乏，學校間距離較遠，大部分學生上學要走更遠的路，超距離上學情況十分突出，500 m的服務半徑不適用于評價城市拓展區(qū)小學的服務范圍.

圖3 500 m緩沖區(qū)及學源分布情況

結合2 000 m作為服務半徑來考量城市拓展區(qū)域小學的服務范圍，如圖4顯示，基本能夠覆蓋農村80%以上的學源，但仍有約20%的學生無法覆蓋其中，超距離上學現(xiàn)象不能完全避免.

圖4 2 000 m緩沖區(qū)及學源分布

表2中部分數(shù)據(jù)，分為城市小學和城市拓展區(qū)小學.從表中看出，圓形的緩沖區(qū)劃出的教育服務區(qū)可以用于判斷合理性，但是不能用于學區(qū)劃分，需要運用基于路網(wǎng)的網(wǎng)絡分析技術和泰森多邊形進行進一步的學區(qū)劃分與優(yōu)化.

表2 小學500 m及2 000 m緩沖區(qū)合理性分析表(部分)

通過兩圖的比較及部分數(shù)據(jù)的分析，可以得出結論，城市與城市拓展區(qū)域必須制定不同的服務半徑來衡量小學服務范圍的合理性，并且要根據(jù)學校班型考量學校的服務效率，只有這樣才能夠符合現(xiàn)實需要，對小學的現(xiàn)實分布作出合理解釋.

3.2 基于道路網(wǎng)絡的小學服務范圍優(yōu)化

兼顧城市小學500 m、城市拓展區(qū)小學2 000 m標準，以1 500 m進行合理性分析，用ArcGIS的位置分配模型進行學校服務范圍優(yōu)化.選取紅旗街道5所小學的覆蓋范圍進行具體分析.紅旗街道轄區(qū)面積83 km2，其中,68 km2的區(qū)域被國家林業(yè)局批準為大連西郊國家森林公園.其轄區(qū)人居密度較大的東部區(qū)域被劃入城市區(qū)域，僅占街道18%的面積;而其轄區(qū)的中部和西部為森林公園位置，被劃入城市拓展區(qū)域，占街道82%的面積.

數(shù)據(jù)及模型圖(圖5)顯示，轄區(qū)的5所小學除了1所位于城市及城市拓展區(qū)的交界處，其余4所小學集中在東部的城市區(qū)域中.因此，紅旗街道的自然布局條件決定了其在城市拓展區(qū)中的生源必然出現(xiàn)超距離上學的情況.如表3所示，紅旗轄區(qū)小學1超距離上學的學生比例高達83.79%,小學2雖劃入城市區(qū)域，但其超距離上學的學生比例高達78%，小學3有超距離生源31.5%，而小學4和小學5的位置處于紅旗街道城市學源的中心，超距離上學的情況則較少.

圖5 位置分配模型圖——紅旗街道5所小學的學區(qū)分配

表3 基于路網(wǎng)的網(wǎng)絡分析結論——紅旗街道轄區(qū)小學

3.3 基于泰森多邊形的學區(qū)優(yōu)化方法

對大連市甘井子區(qū)小學的學區(qū)優(yōu)化主要采用泰森多邊形技術，在不增加新學校的情況下對學區(qū)進行優(yōu)化.將待優(yōu)化小學設置為中心，所有小學生設置為點，每個中心點會對應一個多邊形，所有點被多邊形區(qū)域包含，而且保證區(qū)域中任意一點到區(qū)域內部點位(學校)的距離比到區(qū)域外部任意一點距離都要小，區(qū)域邊界上的點到兩區(qū)域內部點距離相等.結合優(yōu)化學區(qū)的要求，恰好能夠通過網(wǎng)絡空間分析和建立Voronoi圖的功能來很好地實現(xiàn).整個中心城區(qū)內每個學區(qū)對應一個學校，不存在服務盲區(qū)也不存在一個居民點地被劃入多個學區(qū)的情況.如圖6所示.

圖6 學區(qū)優(yōu)化方案

對于大部分學區(qū)，通過泰森多邊形進行空間布局的優(yōu)化，可以使學區(qū)服務范圍更為適宜，改善學區(qū)生源超距離上學的情況.通過優(yōu)化圖前后對比數(shù)據(jù)，獲得新的學區(qū)劃分方案，學區(qū)優(yōu)化數(shù)學(部分)詳見表4.

優(yōu)化數(shù)據(jù)(部分)顯示，處于城市拓展區(qū)域的小學學區(qū)相對穩(wěn)定，位于城市區(qū)域的學區(qū)調整空間比較大，這是因為城市小學以街道或小區(qū)(學區(qū)房)作為學區(qū)劃分依據(jù)，反映在學區(qū)布局上，存在一定的不合理性.另外，城市生源密集，生均資源占有情況不均勻.因此，在現(xiàn)有資源情況下，學生上學的實際需要與資源的有限性之間的矛盾仍然存在，這是需要通過長期規(guī)劃才能根本解決的.

優(yōu)化以后，部分學校的規(guī)模與服務范圍明顯合理.如表4所示，小學25原有學區(qū)范圍有2 132位生源，經(jīng)優(yōu)化后，優(yōu)化學區(qū)的生源數(shù)降到1 700人.在保持班級數(shù)量不變(現(xiàn)有40班)的情況下，班額縮減到43人，是比較理想的班型.這表明泰森多邊形的劃分對小學25的優(yōu)化是合理、有效的.

表4 學區(qū)優(yōu)化數(shù)據(jù)表(部分)

當然，對于優(yōu)化后生源增加的小學，要通過實地調研的方式，提出更加適宜的優(yōu)化方案.比如小學4經(jīng)過優(yōu)化以后，學區(qū)范圍增大，增加了300多名學生.對于小學4而言，鑒于其處于城市與城市拓展區(qū)的交界區(qū)域，當?shù)赜邪l(fā)展較好的涉農產業(yè)，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，可以預測到極有可能會出現(xiàn)學齡人口日益密集、隨遷子女大量就學的狀態(tài).因此，小學4在進行資源配置的同時，應充分考慮適當擴充學校辦學資源，根據(jù)需要新建小學，以緩解學生就學壓力.

4 結 論

基于大連市甘井子區(qū)小學、生源的空間分布數(shù)據(jù)及區(qū)內交通路網(wǎng)分布情況，運用緩沖區(qū)分析及泰森多邊形技術，對各小學的學區(qū)分布進行優(yōu)化.結論如下：

(1)根據(jù)2020年數(shù)據(jù)，大連市甘井子區(qū)共有小學73所，其中,位于城市區(qū)域小學49所，位于城市拓展區(qū)域小學24所.分別以500 m和2 000 m作為服務半徑考察小學的服務范圍覆蓋情況，研究結果發(fā)現(xiàn)，城市區(qū)域和城市拓展區(qū)適用不同尺度的服務半徑標準，除了確定小學服務半徑的底線標準，還要設置充足的彈性空間.根據(jù)空間數(shù)據(jù)分析的研究結論，本研究在城市500 m及城市拓展區(qū)2 000 m服務半徑基礎上，確定城市20%和農村25%的彈性空間，以滿足不同城市功能區(qū)域小學服務范圍的需求.

(2)運用道路交通網(wǎng)絡，選取1 500 m為標準對紅旗社區(qū)小學超距離上學情況進行分析，并利用ArcGIS的位置分配模型進行學校服務范圍優(yōu)化.數(shù)據(jù)分析結果顯示，甘井子區(qū)小學超距離上學情況比較普遍，尤其集中在城市拓展區(qū)域，區(qū)域內人居密度小、區(qū)域范圍大、學校數(shù)量少.

(3)在不增加學校數(shù)量的前提下，運用泰森多邊形對現(xiàn)有小學進行學區(qū)優(yōu)化.優(yōu)化結果顯示，城市拓展區(qū)域的學區(qū)相對穩(wěn)定，主要面臨超距離上學問題.對于城市區(qū)域小學，生源密集，主要面臨學校規(guī)模與學生需求不相匹配的問題.在運用泰森多邊形進行學區(qū)優(yōu)化的同時，要結合學?？臻g位置實際，具體分析學校生源密集的驅動原因，進一步確定學區(qū)優(yōu)化方案.

5 討 論

運用緩沖區(qū)分析及泰森多邊形技術對大連市甘井子區(qū)小學學區(qū)分布進行優(yōu)化分析，對甘井子區(qū)小學的合理布局和教育資源的均衡配置具有重要意義.與國內外已有研究相比，本文創(chuàng)新之處如下：①研究數(shù)據(jù)創(chuàng)新：現(xiàn)有研究數(shù)據(jù)大多來源于問卷調查、統(tǒng)計年鑒或實地調研數(shù)據(jù)等，本研究數(shù)據(jù)主要來自政府機構統(tǒng)計數(shù)據(jù)，提高了研究數(shù)據(jù)的準確性[13]和可信性[14].②研究區(qū)域創(chuàng)新.現(xiàn)有研究多以宏觀層面研究為主，本研究以中觀與微觀相結合的介尺度理論為指導確定研究區(qū)域，使研究能夠兼具中觀與微觀視角，使研究結論更具有指導性.同時，本文也存在以下局限性：①要實現(xiàn)規(guī)劃的科學性和可持續(xù)性，就必須對研究區(qū)人口發(fā)展變化趨勢進行長期調查，及時監(jiān)測研究區(qū)人口發(fā)展狀況的變化，及時調整和完善規(guī)劃，實現(xiàn)社會資源的相對平衡和有效性;②學區(qū)規(guī)劃要考慮數(shù)據(jù)獲取的延續(xù)性，并在前期數(shù)據(jù)基礎上對規(guī)劃后情況做科學合理的預測，以減少短期數(shù)據(jù)對研究結論帶來的偏差.