基于GIS的株洲市城區(qū)的小學(xué)空間布局優(yōu)化研究

易洋

伴隨著十九大的召開，優(yōu)先發(fā)展教育事業(yè)、加快教育現(xiàn)代化、建設(shè)教育強國，逐漸提上議程。本文的研究對象為株洲市中心城區(qū)小學(xué)教育資源，從學(xué)校空間分布狀況、教育資源的質(zhì)量、空間要素分析等方面，解讀株洲市城區(qū)小學(xué)教育資源空間分布存在的問題。通過分析小學(xué)教育資源的可達(dá)性，對小學(xué)資源的分布進(jìn)行有效的資源配置和優(yōu)化，為進(jìn)一步合理劃分小學(xué)學(xué)區(qū)提供技術(shù)支撐，具有一定的現(xiàn)實意義。

一、株洲市城區(qū)的小學(xué)基本情況及空間布局現(xiàn)狀

1.小學(xué)總體情況

本次研究區(qū)總面積約為864平方公里。行政區(qū)劃包括了：蘆淞區(qū)、荷塘區(qū)、石峰區(qū)、天元區(qū)、云龍示范區(qū)。株洲市的小學(xué)教育仍以教育部門公辦學(xué)校為主，民辦教育尚在起步階段，數(shù)量極少。私立小學(xué)主要是針對社會高收入群體，采取寄宿制，因此私立學(xué)校的服務(wù)半徑不受規(guī)劃限制，義務(wù)教育的全面推行最終還是要靠公立小學(xué)。

2.小學(xué)空間分布

截至2017年，株洲市城區(qū)研究區(qū)內(nèi)共有小學(xué)105所，其中，蘆淞區(qū)29所、荷塘區(qū)22所，石峰區(qū)12所、天元區(qū)36所、云龍示范區(qū)6所。

通過分析學(xué)校在全市城區(qū)人口密度圖中的分布，我們可以初步判斷小學(xué)的分布基本根據(jù)人口的分布布置，基本集中在荷塘區(qū)、蘆淞區(qū)、石峰區(qū)的城市建設(shè)密集區(qū)，而在天元區(qū)和云龍示范區(qū)則相對較為分散。然而，從土地利用現(xiàn)狀圖得知，城市的居住用地在天元區(qū)分布較為集中，這就出現(xiàn)了居住用地與小學(xué)分布的部分不均衡匹配的現(xiàn)象。出現(xiàn)這種現(xiàn)象，主要是基于城市發(fā)展的歷程，荷塘區(qū)、石峰區(qū)和蘆淞區(qū)是城市發(fā)展較早的區(qū)域，屬于老城區(qū)，小學(xué)較早布點，因此，也布置得相對較為密集；而天元區(qū)屬于城市發(fā)展較晚的新城區(qū)，隨著城市的發(fā)展，居住條件和基礎(chǔ)設(shè)施的逐步改善，居住人口逐步增加，但是小學(xué)的設(shè)置還處于相對滯后的狀態(tài)，因此，出現(xiàn)了新老城區(qū)教育布點分布不均衡的現(xiàn)象。

二、株洲市城區(qū)小學(xué)布局空間分析

1.數(shù)據(jù)的處理

本文研究所依賴的空間數(shù)據(jù)主要包括小學(xué)網(wǎng)點的分布、居住用地、交通網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫等，將學(xué)校位置和居住用地抽象成點數(shù)據(jù)，分別作為本文研究的起點和終點，將道路抽象成線要素，作為連接起點和終點的數(shù)據(jù)。

（1）居住用地點數(shù)據(jù)的提取與處理

將居住用地劃分為居住單元，利用D a t a Management Tools-Feature Class中的Create Fishnet功能創(chuàng)建由連續(xù)等大的矩形像元組成的漁網(wǎng)并輸出fishnet的面要素。根據(jù)研究的具體情況，選取80m*80m作為漁網(wǎng)中單個矩形像元的大小，也就是居住用地劃分居住單元的大小。將居住用地要素和fishnet要素進(jìn)行疊加得到劃分出的居民單元要素，最后提取每個居民單元的中心作為居民點的位置。

居住用地點數(shù)據(jù)的提取過程圖

（2）交通網(wǎng)絡(luò)的建立

可達(dá)性分析中將道路網(wǎng)絡(luò)作為連接需求點（居民點）和供應(yīng)點（學(xué)校點）的路徑，而非直線距離。本次研究在建立網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)之前，先對株洲市城區(qū)的道路進(jìn)行數(shù)字化處理，包括城市主干路、次干路、支路等能夠連接居民點到學(xué)校的道路，其次利用道路線要素在Arc Catalog中構(gòu)建道路的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集。

2.學(xué)校服務(wù)區(qū)空間界定

（1）基于緩沖區(qū)的學(xué)校服務(wù)范圍分析

整體上，城區(qū)小學(xué)500米直線服務(wù)區(qū)的重疊現(xiàn)象不太嚴(yán)重。出現(xiàn)重疊的部分表示該區(qū)域小學(xué)教育資源非常豐富，主要位于城市的老城區(qū)，該區(qū)域?qū)儆诔鞘薪ㄔO(shè)密集區(qū)，聚集了城市中大量的商業(yè)活動，城市交通壓力較大。加上，密集的小學(xué)網(wǎng)點布置，無形之中加重了老城區(qū)的交通壓力。而城市發(fā)展建設(shè)新區(qū)的天元區(qū)和云龍示范區(qū)是株洲市近幾年城市發(fā)展的重點，逐漸吸引了大量的居住人口，但是小學(xué)網(wǎng)點的設(shè)置卻相對較為分散，甚至出現(xiàn)大量沒有緩沖區(qū)的服務(wù)盲區(qū)。這說明，居住在城市新區(qū)的居民上學(xué)將花費更多的出行時間，將更多地選擇私家車和公共交通方式出行。

（2）基于Voronoi圖（泰森多邊形）的學(xué)校服務(wù)區(qū)計算

根據(jù)“就近入學(xué)”的原則，使得每個居民點都劃分到距離最近的小學(xué)學(xué)區(qū)內(nèi)，本文采用Voronoi圖進(jìn)行學(xué)區(qū)的劃分。根據(jù)距離最近原則劃分出的學(xué)區(qū)，不存在學(xué)校服務(wù)區(qū)重疊，也不存在學(xué)校服務(wù)區(qū)盲區(qū)的情況。Voronoi圖是基于現(xiàn)有點位對指定區(qū)域進(jìn)行平面分割，一個中心點會對應(yīng)一個多邊形，既可以覆蓋整個劃分平面又不會出現(xiàn)重疊的區(qū)域，每個區(qū)域有且僅有一個中心點（這里指學(xué)校），所有點都被區(qū)域包含，而且區(qū)域中任意一點到區(qū)域內(nèi)部點位（學(xué)校）的距離比區(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(nèi)部點距離相等。通過這種方式，可以得到城區(qū)內(nèi)每一個居民點到達(dá)距離最近的小學(xué)。

（3）現(xiàn)狀學(xué)區(qū)與Voronoi圖教育服務(wù)區(qū)劃分對比

根據(jù)教育局提供的城區(qū)各區(qū)的小學(xué)學(xué)區(qū)劃分圖可知，現(xiàn)狀學(xué)區(qū)劃分通常是以道路或者小區(qū)為邊界，這剛好是利用泰森多邊形劃分學(xué)區(qū)忽略的部分，Voronoi圖是完全根據(jù)就近距離劃分的，完全沒有考慮小區(qū)和道路劃分的完整性。因此，可以根據(jù)小區(qū)和道路的劃分情況稍作調(diào)整。通過對比各區(qū)現(xiàn)狀學(xué)區(qū)和voronoi圖劃分的學(xué)區(qū)圖，大部分區(qū)域是較為相似的，這就說明城區(qū)內(nèi)小學(xué)學(xué)區(qū)的劃分考慮到就近入學(xué)的原則。但是，也存在部分區(qū)域差距較大的現(xiàn)象，比如天元區(qū)和蘆淞區(qū)，存在部分學(xué)校學(xué)區(qū)過大的現(xiàn)象。

三、株洲市城區(qū)小學(xué)布局問題及優(yōu)化

1.布局問題

（1）城區(qū)小學(xué)空間布局與城市建設(shè)存在一定的沖突

城市老城區(qū)如蘆淞區(qū)、荷塘區(qū)、石峰區(qū)等城市建設(shè)密集區(qū)，由于城市發(fā)展的歷史原因，布置了相對密集的小學(xué)。隨著城市的發(fā)展，老城區(qū)的商業(yè)活動日漸頻繁，人口流動逐漸增大，固定優(yōu)質(zhì)的居住點日趨減少。密集的小學(xué)布置無形之中增加了老城區(qū)與外部的交通量，在一定程度上影響了老城區(qū)的城市發(fā)展。

（2）部分小學(xué)的服務(wù)半徑過大

由于城區(qū)小學(xué)品質(zhì)存在差異，分布密度存在差異，新城區(qū)相對稀疏的小學(xué)分區(qū)區(qū)域，存在部分小學(xué)服務(wù)區(qū)域過大的現(xiàn)象，比如天元區(qū)的部分區(qū)域。天元區(qū)位于湘江西岸，環(huán)境相對優(yōu)美，屬于株洲市近期重點發(fā)展區(qū)域，是株洲市居住相對集中區(qū)。由于城市發(fā)展歷史因素，株洲市河西的小學(xué)布置還未跟上城市發(fā)展的速度，因此，呈現(xiàn)出部分小學(xué)服務(wù)半徑過大。

2.優(yōu)化對策

（1）合理規(guī)劃新建和撤并學(xué)校優(yōu)化空間布局

通過小學(xué)的新建、擴(kuò)建和撤并的方式，實現(xiàn)城區(qū)小學(xué)空間布局的優(yōu)化。根據(jù)各個學(xué)校的生源情況和利用率，調(diào)整小學(xué)的數(shù)量和辦學(xué)規(guī)模。對辦學(xué)實力較弱、生源較差的學(xué)校進(jìn)行適當(dāng)撤并，對辦學(xué)實力較強、生源充足的學(xué)校，進(jìn)行有條件擴(kuò)建、或者新建分校。

（2）完善學(xué)區(qū)劃分落實就近入學(xué)政策

就近入學(xué)是實現(xiàn)教育公平、緩解城市交通壓力的有效方式。教育資源的合理配置離不開合理的學(xué)區(qū)劃分。目前，學(xué)區(qū)的劃分受行政區(qū)劃和小區(qū)分布影響較大，沒有充分考慮學(xué)生入學(xué)距離的需求。本文中GIS的應(yīng)用是從需求者的角度來研究小學(xué)資源空間布局問題。結(jié)合現(xiàn)實中的學(xué)校教育資源優(yōu)質(zhì)和生源情況、以及科學(xué)合理的空間分析技術(shù)，完善學(xué)區(qū)劃分實現(xiàn)真正意義上的就近入學(xué)。