劉 恒，任姚姚，譚紅梅，黃興欣，馬 穎，劉 芳

（貴州師范大學(xué)地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，貴州 貴陽 550025）

1 研究背景

在推進(jìn)基本公共服務(wù)設(shè)施均等的社會背景下，教育問題得到廣泛關(guān)注。貴州省委十二屆九次全會中強(qiáng)調(diào)，辦好人民滿意的教育，全面貫徹黨的教育方針，落實立德樹人根本任務(wù)，加強(qiáng)基礎(chǔ)教育辦學(xué)力度[1]。小學(xué)教育作為基礎(chǔ)教育的重要組成部分，其空間布局的合理規(guī)劃，對促進(jìn)基礎(chǔ)教育的均衡發(fā)展有著重要作用。

近年來，針對教育資源均衡性與學(xué)校的布局優(yōu)化等問題，國內(nèi)許多學(xué)者基于GIS 平臺開展了相關(guān)研究。張一帆等[2]利用了Voronoi 圖、緩沖區(qū)分析、可達(dá)性分析等GIS 空間分析方法對焦作市教育資源的數(shù)量、資源分布和教育可達(dá)性作出了分析，針對相關(guān)研究區(qū)域內(nèi)教育資源不均衡等問題提出了優(yōu)化方案；涂然等[3]以上海市浦西8 區(qū)為研究區(qū)域，通過GIS 網(wǎng)絡(luò)分析和空間統(tǒng)計分析等，結(jié)合行政區(qū)和街區(qū)2個尺度，定量評估其小學(xué)布局的公平性和可達(dá)性；樊玉杰[4]通過GIS空間分析方法對大理市中心城區(qū)小學(xué)教育用地現(xiàn)狀布局特征進(jìn)行了分析，與ArcGIS 的疊加分析方法結(jié)合使用，分析探討出了新建小學(xué)的選址布局，并在兩步移動搜尋法的基礎(chǔ)上預(yù)算了新建小學(xué)的用地規(guī)模；焦中明等[5]主要利用GIS 技術(shù)，對贛州市南康區(qū)中小學(xué)分布格局和教育資源進(jìn)行分析研究，得出研究區(qū)域內(nèi)中小學(xué)空間分布的特征及其存在的問題，并進(jìn)行相關(guān)的布局優(yōu)化；劉維等[6]利用空間分析和網(wǎng)絡(luò)分析等GIS分析手段對天津市河?xùn)|區(qū)小學(xué)教育資源現(xiàn)狀開展綜合分析與評價，并通過定量分析得到其教育資源的相對稀缺與冗余區(qū)域。

貴州基礎(chǔ)教育資源配置的均衡作為義務(wù)教育均衡發(fā)展的重要保障，與義務(wù)教育均衡有著密不可分的關(guān)系[7]。花溪區(qū)作為貴安新區(qū)的重要組織部分，其基礎(chǔ)教育資源的空間格局可直觀反映出貴州快速城鎮(zhèn)化區(qū)域的教育資源配置情況。

本文利用GIS 空間分析等方法，以貴陽市花溪區(qū)內(nèi)鄉(xiāng)鎮(zhèn)和服務(wù)中心為研究尺度，對研究區(qū)各小學(xué)點位分布空間布局和可達(dá)性進(jìn)行研究分析，結(jié)合教學(xué)設(shè)施及師生比例抽樣調(diào)查結(jié)果，對花溪區(qū)小學(xué)空間分布及教育資源配置作出綜合評價，揭示研究區(qū)域內(nèi)小學(xué)布局的特征以及資源配置情況，為小學(xué)資源的均衡發(fā)展和規(guī)劃改善提供決策依據(jù)。

2 研究區(qū)域與數(shù)據(jù)

2.1 研究區(qū)域概況

花溪區(qū)地處貴州中部，貴陽市南部，地理位置為東經(jīng)106°27′—106°52′，北緯26°11′—26°34′，全區(qū)總面積為964.32 km2，常住人口為966 276 人，主要為山地和丘陵地貌，常年為高原季風(fēng)濕潤氣候，年平均降水量為1 178.3 mm，年均氣溫為14.9 ℃?；ㄏ獏^(qū)轄4個鎮(zhèn)（青巖鎮(zhèn)、石板鎮(zhèn)、燕樓鎮(zhèn)、麥坪鎮(zhèn)）、5個鄉(xiāng)（孟關(guān)鄉(xiāng)、久安鄉(xiāng)、馬鈴鄉(xiāng)、黔陶鄉(xiāng)、高坡鄉(xiāng)）、8個街道、18個服務(wù)中心、122個行政村。截至2020年，花溪區(qū)共擁有86所普通小學(xué)，86所小學(xué)共有學(xué)生66 812 人，任職教師2 953 人?；ㄏ獏^(qū)行政邊界圖如圖1所示。

圖1 花溪區(qū)行政邊界圖

2.2 數(shù)據(jù)來源

通過花溪教育局提供的有關(guān)小學(xué)屬性數(shù)據(jù)與貴陽市教育局門戶網(wǎng)站（http://jyj.guiyang.gov.cn/）公布的2021年貴陽市小學(xué)基本概況綜合整理得到花溪區(qū)內(nèi)小學(xué)共77所（不包括九年一貫制和十二年一貫制），其中農(nóng)村小學(xué)共48所，城市小學(xué)共29所；借助百度坐標(biāo)拾取系統(tǒng)得到花溪區(qū)各小學(xué)的經(jīng)緯度，在Excel 中進(jìn)行相關(guān)屬性整理；路網(wǎng)數(shù)據(jù)通過高德地圖網(wǎng)絡(luò)爬取而得。使用ArcGIS10.2 構(gòu)建地理空間數(shù)據(jù)庫，對各數(shù)據(jù)進(jìn)行矢量化，統(tǒng)一坐標(biāo)系和投影。

3 研究方法

通過ArcGIS10.2 構(gòu)建研究區(qū)域的空間數(shù)據(jù)庫，利用點密度分析、漁網(wǎng)構(gòu)建樣方對花溪區(qū)小學(xué)的空間分布格局進(jìn)行探究，評估小學(xué)教育資源的空間分布特征；通過泰森多邊形對研究區(qū)內(nèi)小學(xué)進(jìn)行服務(wù)區(qū)劃分，再將完成無懸掛點、不相交等拓?fù)錂z查后的道路數(shù)據(jù)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集，選取鄉(xiāng)鎮(zhèn)以及服務(wù)中心的村級居民點以及小學(xué)點位進(jìn)行服務(wù)區(qū)分析和OD 成本矩陣分析，得到各居民點到達(dá)最近小學(xué)的距離與時間，并對可達(dá)性結(jié)果進(jìn)行空間可視化。

3.1 點密度分析

點密度分析主要是將點矢量轉(zhuǎn)換為柵格單元，計算出所有輸出柵格像元周圍相鄰近的點要素的密度，也就是說，以每個柵格像元為中心，對其周圍定義一個鄰域，點要素的密度為鄰域內(nèi)所有點數(shù)量與鄰域面積之比[8]。由點（居民點、小學(xué)點位）矢量產(chǎn)生柵格，所有柵格單元中研究點總數(shù)與單元格總數(shù)的比值就是點的密度分布狀況。在ArcGIS10.2 中的點密度分析工具的基礎(chǔ)上，將柵格單元劃分為1 000 m×1 000 m 的大小，最終得到花溪區(qū)小學(xué)點位和居民點的密度分布狀況圖，直觀反映出居民點和小學(xué)的分布特征。

3.2 泰森多邊形

泰森多邊形又叫Voronoi 圖，是由研究區(qū)域內(nèi)相應(yīng)的采樣點與其周圍內(nèi)的所有鄰域點的垂直平分線依次連接組合而得[9]。即將研究區(qū)域劃分為與點位數(shù)量相同的多邊形，每個多邊形內(nèi)僅包含一個要素點，多邊形之間無交叉、無重疊，且每個多邊形內(nèi)任意一點到該要素點之間的距離最小[10]。運用泰森多邊形進(jìn)行每所學(xué)校的服務(wù)區(qū)分析，可得所在區(qū)域內(nèi)與每一個居民點距離最近的學(xué)校，滿足就近上學(xué)的基本條件。

3.3 空間可達(dá)性

空間可達(dá)性度量是衡量公共服務(wù)設(shè)施空間布局合理性的標(biāo)準(zhǔn)之一[11]，教育資源的空間可達(dá)性是指研究范圍內(nèi)居民以各種方式來獲取教育服務(wù)或到達(dá)教育設(shè)施的便捷程度，以到達(dá)教育設(shè)施的能力（多指花費的時間或距離）或可獲得的教育服務(wù)的數(shù)量和質(zhì)量作為衡量依據(jù)[12]。本文主要采用OD 成本矩陣來分析居民點到達(dá)小學(xué)的便捷程度，以此為依據(jù)來評價教育資源的空間可達(dá)性。

OD 成本矩陣是計算道路數(shù)據(jù)中多個起始點與多個目的點之間的最小成本距離，包括時間、路程等[13]，體現(xiàn)了從起始地到目的地的交通流量情況，OD 矩陣中，O 代表起始地Origin，D 代表目的地Destination，其輸出的結(jié)果是起始點到目標(biāo)點的幾何直線，直線屬性數(shù)據(jù)代表路網(wǎng)中O 到D 具體花費的總成本[14]。在進(jìn)行OD 成本矩陣分析時，需要設(shè)置阻抗和中斷值，阻抗用以確定起始點和目的地之間的路徑時成本屬性的最小化，可將任何成本屬性選作阻抗；中斷值指在查找目的地時，超出中斷值的所有目的地都將被忽略。本文主要是以時間和路程為阻抗計算在起始地和目的地之間的最小成本距離，路程的中斷值是默認(rèn)值。

4 研究結(jié)果

4.1 空間分布特征

利用點密度分析得到研究區(qū)內(nèi)小學(xué)點密度分布圖，將其與花溪區(qū)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)服務(wù)區(qū)人口密度像疊合，得到花溪區(qū)小學(xué)點密度與人口密度綜合圖，如圖2所示。由圖可知，人口密度較大的黃河社區(qū)服務(wù)中心、陽光社區(qū)服務(wù)中心和三江社區(qū)服務(wù)中心3個區(qū)域，其小學(xué)密度相對于其他區(qū)域也較高；而麥坪鎮(zhèn)、馬鈴鄉(xiāng)、黔陶鄉(xiāng)、高坡鄉(xiāng)和燕樓鎮(zhèn)人口密度較小，小學(xué)數(shù)量分布也較少。總體而言，花溪區(qū)城區(qū)小學(xué)分布密度最大，而鄉(xiāng)鎮(zhèn)內(nèi)小學(xué)分布密度小，從側(cè)面反映出在花溪區(qū)城鄉(xiāng)人口密度與基礎(chǔ)教育資源分布不均衡。

圖2 小學(xué)空間密度分布圖

利用漁網(wǎng)分析，按每平方千米作為一個單位構(gòu)建樣方，得到花溪區(qū)內(nèi)小學(xué)分布樣方情況，總共獲取到68個樣方。由結(jié)果可得，鄉(xiāng)鎮(zhèn)范圍，內(nèi)的樣方小學(xué)數(shù)量均為1，各樣方間隔較大，小學(xué)服務(wù)范圍不能較好覆蓋所在區(qū)域；花溪區(qū)城區(qū)存在1個小學(xué)數(shù)量為4 的樣方、2個小學(xué)數(shù)量為3 的樣方和1個小學(xué)數(shù)量為2 的樣方，可得花溪區(qū)服務(wù)中心小學(xué)數(shù)量密度相對較大，基礎(chǔ)教育資源充足的同時存在小學(xué)服務(wù)范圍重疊度高的缺點。樣方與小學(xué)數(shù)量如表1所示。

表1 樣方與小學(xué)數(shù)量

4.2 空間可達(dá)性結(jié)果

4.2.1 泰森多邊形分析結(jié)果

利用ArcGIS10.2 工具箱中的鄰域分析來創(chuàng)建泰森多邊形，輸入要素為小學(xué)點位數(shù)據(jù)，生成的研究區(qū)內(nèi)Voronoi 圖代表各小學(xué)的服務(wù)范圍，如圖3所示。由圖可知，花溪區(qū)城區(qū)北部三江社區(qū)、平橋社區(qū)、清浦社區(qū)、黔江社區(qū)、黃河社區(qū)等Voronoi 多邊形整體面積偏小、分布集中，學(xué)校分布數(shù)量較多，每所小學(xué)的服務(wù)范圍較小，說明花溪區(qū)城區(qū)北部內(nèi)的居民點到達(dá)最近小學(xué)的距離較小，基本可滿足就近上學(xué)；而花溪區(qū)南部馬鈴鄉(xiāng)、青巖鎮(zhèn)、黔陶鄉(xiāng)、高坡鄉(xiāng)Voronoi 多邊形整體面積偏大、分布廣闊、學(xué)校數(shù)量較少，每所小學(xué)的服務(wù)范圍較大，區(qū)域內(nèi)的居民點到達(dá)最近小學(xué)的距離較大。由此可得花溪區(qū)城區(qū)北部內(nèi)的小學(xué)空間可達(dá)性程度高，教育資源分布相較于其他區(qū)域更充足，能更好地服務(wù)于附近居民，而鄉(xiāng)鎮(zhèn)范圍內(nèi)小學(xué)空間可達(dá)性程度低，需要進(jìn)一步對鄉(xiāng)鎮(zhèn)基礎(chǔ)教育資源進(jìn)行調(diào)整，實現(xiàn)學(xué)生就近上學(xué)。

圖3 小學(xué)Voronoi 多邊形服務(wù)區(qū)

4.2.2 網(wǎng)絡(luò)分析結(jié)果

通過花溪區(qū)路網(wǎng)屬性表計算出道路的長度，添加速度屬性，按照道路不同等級所限制的車行速度，如表2所示，計算每段道路的車行時長（min）。在地理空間數(shù)據(jù)庫下建立包括居民點、小學(xué)點位以及道路網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集，基于網(wǎng)絡(luò)分析，使用時間作為阻抗單位，對花溪區(qū)77所小學(xué)進(jìn)行10個時間中斷值做服務(wù)區(qū)分析，得到77所小學(xué)在不同時間區(qū)段服務(wù)所輻射的范圍，如圖4所示。疊加155個居民點到小學(xué)服務(wù)范圍圖可知居民點所處的不同入學(xué)時間范圍，如圖5所示。

圖5 居民點入學(xué)時間圖

表2 道路等級速度

圖4 小學(xué)服務(wù)范圍圖

由上述表圖可得不同入學(xué)時間范圍的居民點數(shù)量、農(nóng)村和城市的平均入學(xué)時間表以及鄉(xiāng)鎮(zhèn)的平均入學(xué)時間表，分別如表3、表4、表5所示。由于時間范圍在15～20 min、40～45 min 的區(qū)間內(nèi)沒有居民點，所以分別統(tǒng)一為15～25 min、40～50 min 兩大區(qū)間。

由表3 可知，入學(xué)時間在0～5 min 范圍內(nèi)的居民點有69個，在5～10 min 范圍內(nèi)的居民點有27個，在10～30 min 范圍內(nèi)的居民點有12個；入學(xué)時間在30 min 以上的居民點有47個。由表4 可知，農(nóng)村平均入學(xué)時間（27.2 min）＞城市平均入學(xué)時間（12.9 min）。由表5 可知，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)平均入學(xué)時間中高坡鄉(xiāng)和馬鈴鄉(xiāng)的平均入學(xué)時間最長，分別為49.7 min 和43.3 min，可達(dá)性較高的基本為花溪區(qū)城區(qū)小學(xué)，鄉(xiāng)鎮(zhèn)小學(xué)占整個研究區(qū)域可達(dá)性程度較差的大部分。

表3 不同入學(xué)時間范圍居民點數(shù)量

表4 農(nóng)村和城市的平均入學(xué)時間表

表5 各鄉(xiāng)鎮(zhèn)平均入學(xué)時間

利用GIS 網(wǎng)絡(luò)分析對花溪區(qū)小學(xué)構(gòu)建OD 成本矩陣，起始點為各居民點數(shù)據(jù)；目的地為小學(xué)點位數(shù)據(jù)，阻抗設(shè)置為長度（m），得到各居民點到最近小學(xué)成本矩陣分配圖，如圖6所示。按照每個居民點到小學(xué)的距離遠(yuǎn)近進(jìn)行排序統(tǒng)計得到研究區(qū)內(nèi)居民點到最近小學(xué)的距離區(qū)間數(shù)量，如表6所示，并利用網(wǎng)絡(luò)分析結(jié)果分別計算出如表7所示的農(nóng)村小學(xué)與城市小學(xué)的平均入學(xué)距離與如表8所示的花溪區(qū)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的平均入學(xué)距離。由表6 可得花溪區(qū)入學(xué)距離小于500 m 的居民點有17個，入學(xué)距離在500～800 m 之間的有29個，入學(xué)距離在800～1 000 m 之間的有15個，入學(xué)距離在1 000 m 以上的有93個居民點，并且入學(xué)距離最遠(yuǎn)達(dá)到了5 000 m 以上。由表7 可得城市小學(xué)的平均入學(xué)距離為1 141 m，農(nóng)村小學(xué)的平均入學(xué)距離為1 587 m，農(nóng)村平均入學(xué)距離比城市平均入學(xué)距離遠(yuǎn)446 m。由表8 可知，花溪區(qū)4個鎮(zhèn)5個鄉(xiāng)的平均入學(xué)距離都在1 000 m以上，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的平均入學(xué)距離依次為：石板鎮(zhèn)（1 079 m）＜孟關(guān)鄉(xiāng)（1 248 m）＜燕樓鎮(zhèn)（1 376 m）＜久安鄉(xiāng)（1 401 m）＜麥坪鎮(zhèn)（1 431 m）＜黔陶鄉(xiāng)（1 492 m）＜高坡鄉(xiāng)（1 719 m）＜青巖鎮(zhèn)（1 760 m）＜馬鈴鄉(xiāng)（2 197 m）。

表7 農(nóng)村小學(xué)和城市小學(xué)平均入學(xué)距離

表8 各鄉(xiāng)鎮(zhèn)平均入學(xué)距離

圖6 居民點最近小學(xué)圖

表6 居民點到最近小學(xué)的距離區(qū)間數(shù)量表

5 討論與總結(jié)

本文以花溪區(qū)小學(xué)為研究對象，運用GIS 空間分析功能進(jìn)行點密度分析、Voronoi 圖分析、OD 成本矩陣分析等，對花溪區(qū)小學(xué)空間布局和可達(dá)性進(jìn)行研究。結(jié)論如下：①小學(xué)整體空間布局分布呈現(xiàn)城區(qū)集中、鄉(xiāng)鎮(zhèn)分散的特征。②小學(xué)教育資源分布不均衡，花溪城區(qū)北部小學(xué)分布集中，小學(xué)服務(wù)范圍重疊度高；花溪鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域小學(xué)數(shù)量少，學(xué)生就近入學(xué)、學(xué)校服務(wù)范圍大等困難問題突出。③學(xué)校可達(dá)性程度較低，學(xué)生平均入學(xué)距離高于1 km，部分區(qū)域?qū)W生上學(xué)時間高達(dá)50 min，加大了學(xué)生上學(xué)難度及上學(xué)途中安全隱患。綜上，調(diào)整教育資源空間配置，使城區(qū)與鄉(xiāng)鎮(zhèn)間的小學(xué)空間布局趨于合理是必要的。

本文基于ArcGIS 空間分析對花溪區(qū)小學(xué)空間布局及可達(dá)性進(jìn)行研究，指出了小學(xué)教育資源空間布局和可達(dá)性的不合理性，對今后花溪區(qū)小學(xué)資源均衡發(fā)展及合理規(guī)劃有一定參考價值。由于受到條件限制，研究過程中所獲取數(shù)據(jù)不夠完整，研究深度不足，如進(jìn)行可達(dá)性分析時沒有考慮資源配置、撤點并校等因素，后續(xù)將致力于更進(jìn)一步的研究與分析。