基于POI數據的學前教育空間分布與集聚特征分析以蘭州市主城區為例

(西北師范大學 地理與環境科學學院，甘肅 蘭州 730070)

學前教育是教育和社會發展的出發點，隨著我國各地教師隊伍薄弱、學前教育機構布局不當等問題普遍凸顯，學前教育受到了社會的廣泛關注。全國教育工作會議和《國家中長期教育改革和發展規劃綱要(2010—2020)》指出，應當把發展學前教育放在更重要的位置。從2015年開始，甘肅省教育廳也先后出臺了一系列文件，并將學前教育列入教育精準脫貧工作，旨在鞏固貧困地區的學前教育結構。合理有效地配置有限的教育資源，最大限度地提高公共資源利用程度，不僅符合我國經濟社會發展需求，也將促進學前教育事業的快速與健康發展。

隨著對教育的重視和基礎教育引申出的相關產業的發展，學術界對于教育的研究日漸深入，國內外學者也在積極引導教育均衡發展、發展趨勢及狀態、優化空間布局等方面做出了一定貢獻[1-3]。但研究內容多集中在義務教育、大學教育等階段[4,5]，學前教育和學前教育機構研究較少，部分研究視角多以考察發達地區教育質量、教育制度與政策、教育不均衡、教育支出與教育資源配置等[6-12]，缺乏對經濟發展欠發達地區的研究。此外，以往研究方法以統計資料、調查問卷、走訪調查描述性或歸納性分析為主。隨著大數據時代的到來，網絡數據挖掘為城市空間研究提供了新的技術手段，跨學科的研究方法也不斷深入[13]。相較于傳統研究，通過Python、信息挖掘等技術手段并結合地理空間統計，從空間格局、形態發展角度分析更加科學可靠。總體而言，現有研究對教育資源配置規劃已有大量研究，但對學前教育資源配置的探索尚顯不足[14,15]。蘭州市作為典型的河谷地區，教育空間發展受限，特別是主城區內教育資源的空間布局已有大量研究，但以往研究多集中于基礎教育資源的空間分布[16]，缺乏學前教育空間分布的研究。蘭州市在城市化發展進程中，學前教育資源與城市發展水平差距較大。同時，受城市自然空間、社會經濟的影響，特別是各區、各街道的資金投入力度差異，蘭州市學前教育資源的空間分布差異較大，學前教育布局成為首要問題。

本文以蘭州市中心城區為例，在識別空間結構和空間布局的基礎上，研究了該市城市學前教育結構園區的集聚特征，不僅彌補了蘭州市學前教育空間布局研究的空缺，也進一步利用多尺度對比分析了蘭州市學前教育集聚效應。同時，本文通過抓取POI地理空間大數據，解決了傳統統計數據研究無法表現地理空間的弊端，研究結果可為蘭州市主城區學前教育空間布局優化提供科學依據。

1 研究區概況

蘭州市作為甘肅省的省會，也是蘭西城市群的核心城市，在“一帶一路”倡議的帶動下，城市逐漸邁向全方位、高水平發展，經濟發展加速轉型?！笆濉逼陂g，蘭州市出臺了《關于學前教育深化改革規范發展的實施意見》[17]。截至2020年，蘭州市將進一步擴充學前教育資源，保證每個街區有1所以上的公辦幼兒園和1所惠普園。本文以蘭州市主城區為研究范圍，包括安寧區、七里河區、西固區、城關區4個片區。截至2018年年底，蘭州市主城區共計有54個街道辦420個社區，主要以城關區為核心點，輻射帶動周邊經濟發展。

2 數據來源與研究方法

2.1 數據來源

研究所用的POI數據主要以百度地圖作為數據源，通過網絡爬蟲得到，截止日期為2018年12月15日。得到蘭州市學前教育機構(學前教育結構、托兒所、早教學校、學前班)POI數據點共641個，數據條目包括機構名稱、地址信息、經緯坐標。數據經過坐標轉換，將百度坐標(BD09)轉為WGS84坐標系。研究區行政邊界數據來源于中國科學院資源環境數據云平臺(http://www.resdc.cn/)，路網數據則來源于北京大學開放數據平臺(https://opendata.pku.edu.cn/)。

2.2 研究方法

通過對學前教育結構在蘭州市基礎地圖上的空間分布可視化對比，發現其表達不足以說明和揭示在中尺度和微觀尺度的特征與規律，因此本文分別從空間集聚程度、分布形態和空間組織關系等方面展開了測度和分析，并對蘭州市學前教育結構的空間格局和空間關系進行了特征總結。本文采用的研究方法包括：

核密度估計法：核密度估計法是學前教育機構的分布特征提取的主要統計分析方法之一，距離和緊密度成正比[18]，計算公式為：

(1)

式中，K為核函數；(x-xi)+(y-yi)分別為點(xi，yi)和(x，y)之間的距離；h為帶寬。

(2)

式中，Wij(d)為空間權重，距離定義采用歐氏距離。由于本文所分析的要素是由各級路網構成的街區塊，面積范圍較大，滿足以上對固定距離的要求使得部分中心街區的相鄰街區數量較多，不好細分，因此只能從宏觀角度獲得層級分布。本文通過縮小范圍分析小尺度下的熱點區域，研究劃分出1×1km、500×500m的格網，并對兩者結果進行尺度上的比較和研究。

標準差橢圓：作為分析空間分布、方向特征的經典方法之一，標準差橢圓可以通過橢圓的大小確定空間內要素的集中程度[20]，計算公式為：

(3)

式中，xi，yi為地理坐標；X和Y為數學意義的平均中心；SDEx和SDEy分別為橢圓圓心。

3 結果及分析

3.1 蘭州市學前教育的空間分布特征

蘭州市學前教育空間分布的宏觀特征結果見圖1。從圖1可見，蘭州市學前教育結構集中發展，由西向東呈帶狀結構，且主要分布于黃河沿岸。具體來看，標準差橢圓范圍橫跨4個區，面積達到383.59km2，占總城區面積的35.2%。究其原因，主要是由于蘭州市“兩山夾一河”的地理空間限制。從空間發展偏向性來看，黃河南岸由于發展較早，基礎設施配備完善，學前教育機構密集程度高于北岸。特別是學前教育機構的核心城關區，“南密北疏”的空間偏向性尤為明顯，符合城市經濟與人口發展程度，表明城市建成區需要相應的基礎配套設施。城關區作為經濟發展的核心地帶和人口密集區，政府對學前教育發展的投入較大，出現了大量的胎教中心、早教學校等高質量學前機構。其他3個區發展規律也與實際情況一致，但是彼此間集中程度差異明顯，橢圓內的點數量由高到低分別為：西固區(138)、七里河區(101)、安寧區(89)。西固區作為初高中教育的核心區域，豐富的教育資源帶動了一批公辦幼兒園、學前班的發展。

圖1 蘭州市學前教育結構標準差橢圓

蘭州市學前教育空間分布的中微觀特征結果見圖2。總體來看，蘭州市學前教育機構集聚區在空間分布上形成塊狀聚集、多中心發展的格局。從圖2可見，在市城區4區內學前教育結構的集聚特征根據核密度估計結果主要表現在以下兩個方面：一是蘭州市學前教育結構的空間分布呈現中心密集、邊緣分散的發展模式；二是學前教育機構密集區呈“多核”狀態，特別是形成了范圍大小和密集程度不一的多個集聚區域，并呈現出沿城市經濟中心、教育中心分布的態勢。

具體來看，蘭州市學前教育結構形成了三大片區，分別是：城關—七里河核心區、西固次核心區、安寧區次核心區。但由于蘭州市中心城區位于河谷地帶，受地形影響較大，無法形成連片發展。核密度最大的區域是位于城關區的城關中心片區，它是蘭州市的文化與政治中心，依托轄區內的蘭州大學、中科院科研所等高校與科研機構，以發展文化創意產業為主要目的之一。同時，城關區形成了多核發展的態勢。蘭州高新區作為核心之一，是國務院批準的全國首批27家國家級高新技術產業開發區之一，核密度也較高。由于直接引進或聯合高校與科研院所組建功能教育中心，共同構成了城關區乃至蘭州市學前教育結構的主體集聚區，數量和規模均占有絕對的優勢。城關區以西的西關/南關十字作為經濟發展的重心，人口密度較大，學前教育密度相對減小，可視為城關區次級連片集聚區。由于黃河的阻隔，城關區以北的廟灘子街區周邊形成密度較低和范圍較小的集聚區。七里河區則呈雙核發展，分別為蘭州西站—小西湖、龔家灣，其中蘭州西站—小西湖片區聚集密度較大、輻射范圍較廣。蘭州西站—小西湖作為七里河的教育中心，由于中小學集聚，帶動周圍的學前教育機構快速發展。安寧區學前教育機構呈單一密集發展，從東培黎廣場到西費家營十字條狀發展?？梢钥闯?，安寧區集聚趨勢的交通導向性明顯，沿安寧路、建寧路一線集聚分布；西固集聚區分布于人口密集的西固城與先鋒路，已有的學前教育機構多為滿足蘭煉、蘭化兩廠職工所需，所以核心區的輻射范圍較小。

圖2 蘭州市學前教育機構核密度分析

3.2 蘭州市學前教育的空間集聚特征

首先，從蘭州市學前教育空間集聚的宏觀特征來看。學前教育聚集是經濟發展和基礎設施完善度綜合作用的結果，結合對各個城區的分析來看，城區綜合發展水平越高，地區集聚性越強。分區來看，蘭州市內4區以街道為單元的學前教育結構熱點分布明顯(圖3)，僅城關區雁北街道一個熱點區域。雁北街道作為城關區人口密集、基礎服務設施較完善的區域，路網密度較高，且轄區內包含雁灘路小學、雁南路小學、外國語高級中學、天慶實驗中學等37所中小學，教育體系較完善。因此，與其連接的東崗街道與雁南街道成為次熱點區域，面積較大。七里河區雖然無熱點區域，但是次熱點區域面積最大。七里河區人口密集程度低于城關區，但由于區內包含汽車南站、火車西站、地鐵1號線等重要交通站點，交通可達性較好，并帶動了周邊經濟發展。區內次熱點區域主要以西津西路街道為主，其次是西湖街道和西園街道兩個街道連接形成的區域，與七里河區交通道路規劃相匹配。相反地，安寧區冷點區域成為最集中和最大的地區，主要沿北濱河路街道呈帶狀分布。北濱河路作為安寧區重點生態文化產業發展區域，從“黃河風情線”到“生態文化廣場”都是蘭州市內主要生態游憩中心，人為擾動較少，整體發展較慢。西固區冷點區域和次冷點區域分布相對分散，但兩個次熱點街道(陳坪街道和西固城街道)分布較集中，主要源于西固區依托蘭煉、蘭化興起了一批基礎設施相對完善、人口較密集的街區，除此之外的街區人口較為分散。

圖3 蘭州市學前教育機構街道尺度下分布

其次，從蘭州市學前教育空間集聚的中微觀特征來看，由于大尺度(街道尺度)的冷熱點分析無法準確描述蘭州市學前教育結構的集聚情況，為了更好地對學前教育結構分布進行分析比較，本文分別選擇500m和1000m作為固定范圍并劃分出單元格，按照每個單元格學前教育結構密集程度，得出冷熱點(圖4)，并對二者進行了比較。以1000m為固定距離時，蘭州市中心城區學前教育結構熱點區域較少，大部分區域都是冷點區域。冷點區域分布在中心城區邊緣，道路密度較低，交通便捷程度較差；熱點區域分布在中心城區中心，且分布有省級示范和市級示范學前教育結構，主要是因為主城區中心人口密集，需上學前教育結構的兒童數量多，因此學前教育結構分布較密集。尤其以城關區最為典型，作為蘭州市的交通、人口與經濟中心，其學前教育結構總數量最多，多處于交通較為便利且人口密集的街區。以500m為固定距離時，蘭州市主城區學前教育結構熱點區域有了顯著提高，熱點區域和次熱點區域成片分布，冷點區域學前教育結構分布呈現出明顯的規律性。西固區最為明顯，學前教育結構主要服務于蘭煉、蘭化廠區員工，熱點和次熱點集中成團狀分布，冷點區域多交通不便，人口密度低。衡量尺度變化后，主城區中心學前教育結構分布特征明顯：500m的尺度上，熱點中心區域集聚和冷點呈邊緣分布趨勢更明顯。小尺度、中尺度用來探討聯系程度的增強或變弱，并根據不同尺度來探討和歸納其形成機制?？梢钥闯?，蘭州市學前教育多分布于資金投入較大、路網密集的轄區，500m的區域是學前教育機構分布的熱點區域，隨著距離增大，學前教育機構分布的累計頻率減小。這一分布規律反映了各街區對基礎設施、交通可達性對蘭州市中心城區學前教育機構分布的決定性作用。

圖4 蘭州市學前教育機構500m和1000m尺度分布對比

4 結論與建議

4.1 結論與討論

學前教育的發展是城市教育和社會公共服務發展的重要支撐。本文借助POI地理空間大數據，通過核密度、冷熱點分析了不同尺度下蘭州市學前教育機構的空間分布與密集度，得出以下主要結論：①空間分布來看，蘭州市學前教育結構中心在市內4區連片分布，學前教育結構中心密集程度與其交通便利程度、人口密集程度均有密切關系，學前教育結構密集區域緊密環繞在道路交匯中心，成團狀發展輻射帶動周邊。分布較疏散地區主要圍繞中心城區邊緣地區分布，其次分布在路網稀疏的區域。②不同空間尺度下，從宏觀、中觀、微觀尺度度量蘭州市學前教育結構密集程度發現空間分布模式特征越來越清晰。街道尺度下蘭州市中心城區學前教育結構熱點區域空間分布模式均表現出向中心集聚特征，隨著研究尺度不斷變小，1000m的固定距離尺度下蘭州市中心城區學前教育結構熱點區域空間分散特征更加明顯，并呈現出多中心空間分布格局，而冷點區域依然表現出和街道尺度下一樣的集聚特征：分布在城區邊緣，在500m固定距離尺度時蘭州市中心城區學前教育結構分布多核心空間格局特征更加清晰，冷點區域更加明顯地呈條帶狀聚集分布在城區邊緣地帶。

由于POI數據的屬性特征，難以對所有數據進行分級研究，因此未來應結合傳統統計數據，深入探討學前教育結構分布特征形成的驅動機制。此外，本文雖然對比分析了不同尺度下的集聚效應，但其是否真的是學前教育機構建設的最佳范圍，路網和經濟發展對學前教育的影響程度的定量分析，將在未來研究中深入探索。

總體來看，本文通過POI數據研究了蘭州市中心城區的學前教育結構分布，比較研究了不同尺度效應，明確了城市學前機構發展規劃布局和學前教育結構的分布特征。同時，通過不同尺度下集聚程度的對比分析，可以準確識別“熱點”區塊，有助于加強學前教育專業化發展。蘭州市現已形成學前教育結構熱點區域的體系格局，但安寧區、西固區部分街道學前教育機構未形成熱點區域，說明這些地區學前教育的發展還不成熟。

4.2 建議

基于上述分析結果，本文提出以下建議：①將惠普性學前教育納入基本公共服務，加強政府促進惠普性學前教育發展和供給的責任，為學前教育的發展提供制度保障。②針對熱點街區“入園難”等問題，采取分區分片的劃分制度，以保障各個街道、社區的居民享有公平的入園條件。③對部分教育資源不成熟地區，如大學城、大型廠區等建立附屬學前教育機構，分散教育資源壓力。通過多渠道、多方向的規劃，提高政府規劃部門對學前教育機構、園區的科學規劃和發展。