基于網絡分析的城區中小學服務區劃分方法及其推廣

李明軒 西北大學附屬中學

中小學是滿足居民基本生活需求的重要城市公共服務設施。面對中心城區建設用地相對緊張的窘境，如何結合實際情況合理劃分中小學的服務范圍具有重要的現實意義和理論價值。本文現以某市中心城區為例，對基于網絡分析的城區中小學服務區劃分方法進行演示。

1 研究區域情況

圖1 中小學現狀

研究區域位于某市市中心城區，區域呈長條狀，南北長約2.2公里，東西寬約0.9公里，是該市城市總體規劃確定的北部商住組團。研究區域內現狀用地以居住小區和商業設施為主，其中，居住用地占建設用地的比例為37.11%，商業用地占建設用地的比例為25.93%，公共管理與公共服務設施用地占建設用地的比例為17.48%。研究范圍內共有8所中小學，道路情況和居住情況如下（圖1）。

2 研究方法選擇

第一種方法：傳統緩沖區法，即單純按照國家標準規定的500m服務半徑劃分學區。該方法相對粗糙，會造成學區重疊或無法全覆蓋（圖2（1））。老城區人口密度高，能夠用于建設中小學的城市建設用地十分緊張，因此，傳統緩沖區法的實用性不強。

第二種方法：泰森多邊形法，即按照學生住所到學校的最短直線距離劃分中小學的服務范圍，優點是無縫銜接，不會產生重疊或縫隙，能夠避免傳統緩沖區法的缺陷。該方法的缺點在于計算依據是直線距離，與實際道路存在顯著差異，因此誤差較大（圖2（2））。

第三種方法：網絡分析法，即基于地理信息系統（GIS）建立實際道路網絡模型，按照學生住所到學校的最短實際距離的劃分中小學的服務范圍。與泰森多邊形法相比，網絡分析方法的最大改進在于計算依據由直線距離變為實際距離，優點是更加符合實際交通出行狀況，精度更高。網絡分析法的理論探討和實踐應用逐漸增多，技術路線現在也已經相對成熟。本文研究方法采用網絡分析法。

圖2 學校服務區劃分方法

3 基礎數據處理

3.1 道路網絡數據處理

在此，首先應該建立網絡分析法需要的基礎網絡。中小學生從住所到學校的出行是依托城市道路系統，出行距離長短是本研究分析的重點問題。建立基礎網絡時應當以現有城市道路作為網絡數據基礎，道路的信息中包含長度屬性。

3.2 學生住所數據處理

網絡分析法的數據格式必須是點狀要素，但是學生住所數據的格式是面狀要素，因此，必須對學生住所數據進行格式轉換，變為點狀要素。首先，使用柵格方法平均劃分居住用地，對學生住所進行邏輯抽象。理想狀態下（即在居住密度一定的情況下），學生數量和居住面積是成正比的。以50m為邊長把居住用地平均劃分為一定數量的小柵格（正方形），每個柵格代表一定數量的學生。這樣，學生住所之間的距離與用地現有住宅之間的距離相近，接近實際情況。其次，將柵格轉化為點。點和柵格之間具有一一對應的關系。經過上述兩個步驟后，共計產生面狀柵格和點狀要素兩個圖層，其中，柵格和點的數量均為829個，一一對應（圖3（1））。

4 計算住所到學校的最短距離

使用GIS網絡分析功能模塊的最近服務設施計算方法，輸入學生住所數據點狀要素和學校位置點狀要素，分別計算出每個學生住所數據點狀要素對應的中小學，兩者之間的出行距離是最短的。具體數據格式是路徑，共計829條，每條路徑包含路徑編號、學生住所數據點狀要素及所屬小學編號等屬性數據。（圖3（2））

圖3 居住區劃分及最短路徑計算

5 劃分學校的服務范圍

由于住所數據點狀要素編號和居住地塊柵格編號具有一一對應關系，同時，住所數據點狀要素編號與路徑數據編號（包含所屬中小學編號）也具有一一對應關系，因此就可以將居住地塊柵格編號與所屬中小學編號連接起來。

通過屬性查詢計算可得到每個學校服務的居住地塊柵格數，乘以每個柵格的面積2500平方米（50米*50米）。例如，編號為1的學校對應的柵格數為154個，服務的居住用地面積385000平方米。如果能夠獲得單位居住用地面積上的學生密度，就可以計算學校的學生規劃，明確學校的建設標準。

表1 各學校服務區劃分結果

6 總結

通過GIS中的網絡分析法劃分中小學的學區范圍既可以避免傳統緩沖區法無法無縫銜接的問題，確保所有區域照顧到位，又可以避免泰森多邊形法的數據失真問題，提高計算精度，具有較強的理論價值和實踐作用，是一種重要的空間技術方法。實際生活中，商場、醫院、社區服務中心、消防站、公園等公共設施和中小學一樣都需要劃分一定的服務范圍，確保使用者與服務設施之間的距離能夠保持在合理的范圍內，因此，網絡分析法也可以應用到上述設施的服務范圍劃分上，具有推廣應用的可行性和必要性。