2024年2月24日发(作者:跑步加油稿)
第41卷第4期 2018年4月 测绘与空间地理信息 GEOMATICS&SPATIAL lNFoRMATIoN TECHNOLOGY V01.41.No.4 Apr.,2018 基于GIS的徐州市农村义务教育资源布局优化研究 以丰县为例 潘炎炎,李保杰,陈 茹,刘艳秋 (江苏师范大学地理测绘与城乡规划学院,江苏徐州221116) 摘要:为实现农村基础教育资源的公平供给和合理分布,本文以丰县小学、居民点、交通道路网、行政区划等为 数据源,对学校的空间布局进行可视化表达,采用点密度、最近邻距离指数等指标分析空间分布特征;利用GIS 空间分析功能,使用Voronoi模型、最近距离模型、网络分析工具生成等时区的方法,对丰县义务教育资源空间可 达性进行多角度评价。结果表明:1)丰县小学的最近邻比 值为1.046,居民点的尺值为1.059,居民点与小学都 呈现随机分布的特征;2)38.7%的学校服务范围不够合理,存在过大或过小现象;3)各居民点入学平均距离为 1 890.8 m,总体较为合适;4)学生上学时间成本差异显著,边缘地区可达性相对较差。 关键词:GIS;布局优化;农村义务教育 中图分类号:P208 文献标识码:A 文章编号:1672-5867(2018)04—0025—05 Study on Optimizing the Distribution of Rural Compulsory Education Resources in Xuzhou Based on GIS: Take Fengxian as an Example PAN Yanyan,LI Baojie,CHEN Ru,LIU Yanqiu (School of Geography,Geomatics&Planning,Jingsau Normal University,Xuzhou 221116,China) Abstract:In order to achieve fair supply and reasonable distribution of elementary education resources in rural areas,this paper con- ducts visual expression of school space distribution by utilizing elementary schools in Fengxian,residential pointstrafifc road net- ,work,administrative division as data source and analyzes the space distibutiron characteristics with the index such as dot density and nearest neighbor distance index;then analyzes spatil accessiability of compulsory education resources in Fengxian from many aspects by utilizing GIS space analysis function such as Voronoi model,the nearest distance model,using network analysis tool to generate time zone and SO on.It turns out that:first,the nearest neighbor ratio R value of elementary schools in Fengxia is 1.046,and R value of residential points is 1.059,residentil poiants and elementary schools in Fengxian are randomly distributed;second38.7%school ,service scope is not reasonable enough,and there is the phenomenon of too big or too small;third,the average distnce faor each rest- dentil pointa to school is 1,890.8 meters,which is appropriate overall;fourthschool time cost of students has signiifcant difference ,and accessibility of marginal area is relatively bad. Key words:GIS;layout optimization;rural compulsory education 0 引 言 教育公平是社会公平的基础和客观要求,农村学校 收稿日期:2017—05—09 基础设施薄弱、规模小、布点分散等问题一直存在。义务 教育的均衡发展是社会热点问题,也是当前面临的一项 重要任务。随着城市化进程中人口向城镇集中的速度加 基金项目:江苏高校哲学社会科学研究项目(2016SJB630082);江苏省教育科学“十二五”规划高教重点资助课题(B—a/2015/01/ 014);江苏省社科应用研究精品工程(14SWC一117);徐州市哲学社会科学研究课题(14XSZ-053);江苏省大学生创新创业 训练计划项目(201610320079Y)资助 作者简介:潘炎炎(1996一),女,江苏盐城人,地理信息科学专业在读本科生。 通讯作者:李保杰(1979一),男,江苏丰县人,讲师,博士,2013年毕业于中国矿业大学地图制图学与地理信息工程专业,主要从事GIS 应用与公共服务设施布局优化方面的应用研究工作。
测绘与空间地理信息 2018聋 快和计划生育政策的推行,各地对农村义务教育学校进 行了相应的撤并和布局调整。但在学校撤并过程中,有 的地区规划方案不完善,保障措施不到位,导致部分学生 上学路程变远,加重了学生家庭经济负担,交通安全隐患 随之增加。此外,农村教师队伍不尽合理,一些学校班额 过大、学校安全隐患因素多等问题依旧存在,导致农村教 育水平普遍不高,因此需要对现有中小学进行科学合理 的布局调整,以进一步深化农村义务教育改革,促进农村 义务教育发展u 。 我国在中小学布局优化方面的研究起步较晚,而结 合了信息技术进行的定量分析和科学布局,由于数据获 得与经济导向,大多集中在城市地区。最近几年相关研 究逐渐增多,并应用GIS技术进行教育资源均衡性研 究 、空间布局研究 ,以空间可达性为研究视角,提出 了引力模型、Huff模型 、最近距离模型、机会累积模 型 一 等,都已成为教育资源合理配置、学校空间结构优 化的重要手段。然而我国在教育资源布局优化方面的研 究,一般局限于宏观探讨、定性分析,具体详细的规划标 准或可操作性强的优化选址方案很少。本文在综合大量 文献的分析手段和研究方法基础上,选取苏北徐州市丰 县农村小学为研究对象,利用GIS空间分析技术,进行空 间分布特征分析,并运用多种方法从不同视角进行可达 性评价,希望对大多数县域尺度及农村地区义务教育资 源布局优化具有借鉴意义与参考价值。 1研究区域概况 丰县,又名凤城,徐州市下辖县,位于江苏省西北部, 坐标为东经1 16。21 15”一ll6。52 03”,北纬34。24 25”一34。 56 27 ,地处江苏、山东、河南、安徽四省七县交界处。东 与本省铜山、沛县相连,西与山东省单县相接,南部毗邻 安徽省砀山、萧县,北部接壤山东省的金乡、鱼台县。南 北长约59.2 km,东西宽约46.6 km,全县总面积1 449.7 km 。处于淮海经济区中心地带和华北平原的东南边缘。 丰县下辖凤城镇、首羡镇、欢口镇、顺河镇、师寨镇、常店 镇、赵庄镇、王沟镇、孙楼镇、华山镇、宋楼镇、范楼镇、梁 寨镇、大沙河镇14个建制镇。丰县共有定点小学111所, 居民点1 916个,小学生85 150人 。近年来,丰县努力 提升教育服务,大力实施义务教育均衡发展工程,进一步 挖潜提升,加大对薄弱学校的扶持力度。但学校的基础 设施、办学条件仍存在不足,校际之间、镇域之间、城乡之 间的不平衡性依然存在,使得现有教育资源使用效率不 高或不能满足生源的需求,对现有的学校进行科学合理 的布局优化显得十分重要。 2数据源与研究方法 2.1 数据来源 确定丰县为研究区后,进行相关专题属性数据和空 间数据的获取,以丰县的影像图为基础,借助ArcGIS 10.3 将图形数据配准到WGS-84坐标系中,分层矢量化得到 小学空间位置点图层、农村地区交通道路网图层和居民 点图层等,建立丰县基础教育资源地理数据库。研究中 所采用的小学学校名称来自丰县政府网站,居民点及人 口数据来自丰县地名网。 2.2研究方法 2.2.1 学校空间分布特征分析 1)点密度分析 点密度分析是计算每个输出栅格像元周围的点要素 密度,根据落入每个单元周围邻域内的点要素计算每单 位面积的量级。由定义而言,每个栅格像元中心的周围 都定义了一个邻域(邻域可用圆形、矩形、环形、楔形的形 状来定义),相加计算出邻域内点的总数量,再除以邻域 面积,即得出点要素的密度 。 2)最近邻距离指数 最近邻距离指数ⅣⅣ,是通过比较计算最近邻点对的 平均距离和随机分布模式中的平均距离之比,来比较与 随机分布的偏离程度 : :——_二 ——一0.487 /0/n+0.127a/n (1) (2) 式中:R为最近邻比,是点状事物的空间分布特性的 反映,。为研究区域的面积;/Z为点状事物的数量; min(d )是任一点与其最近邻点间的距离;d。表示每一 点与其最近邻点之间的距离相加后除以n的值,即点状事 物之间的平均距离。R<1表明点状事物具有集中分布的 趋势,R=0代表完全集中,即所有点集聚起来成为 一点㈨。 2.2.2可达性评价 可达性是指从空间中任意一点到达另一地点的便捷 程度,它影响着人们对目的地的选择情况,反映了人们到 达目的地过程中所克服的空间阻力(spatial resistance),阻 力大小可用多种指标衡量,如距离、时间和费用等 。 1)学校教育服务区的分析——Voronoi模型 Voronoi图定义如下:设平面上的一个离散发生点集 P={P ,P ,…,P },(3≤IZ≤∞),(X ≠墨,i≠ , ∈ L),由V(p。)={P l d(p ,P )≤d(p。,p ),i≠ , ∈ }给出 的区域成为生长点P。,P:,…,P 的Voronoi多边形集合 ={V(p ),V(p ),…,V(p )}构成了P的Voronoi图,d为 两点间的距离 。 Voronoi图结构不复杂且具有局部动态特征,其复杂 度随空间生长点个数成线性比例增加,Voronoi图的修改 只影响局部范围,因而对规划学校进行新建和撤并时,计 算量变化不大。以小学质心为发生点构造Voronoi图,将 多余的线裁剪掉,根据行政界线对其调整,使丰县小学教 育服务区的划分更加可靠合理。利用GIS的空间链接功 能,将教育服务区数据与学校数据、居民点人121数据相链 接,为进一步的空间分析统计提供数据基础。 2)教育资源空间可达性分析——最近距离模型
第4期 潘炎炎等:毖于GIS的徐州『f 农村义务敦育资源 局优化研究 27 行进成本是使川公J 廿l正务资源最堪本的阻抗 索 近距离模型住分析时认为删边的使用对象会选取 离 l j已距离最近的服务没施,它 考虑学校的规模和敦 : 质艟的影响,仪号虑Hf连务没施 使川对象之 的距离,J_乏 R 为1.059.总体l 也‘t 脱 随机分布的特点。 3.2 Voronoi模型分析结果 堪于缓州,区的学校服务 叮以大敛反映f¨学校服务 的役盖情况,但足这样没 的学佼服务区划分既不能糙 映J,I二学的便捷 瞍..坡近埘 离模型是最基本、直观的 一整个一f1 地区,也不能解决 硷的『.口J题。 凭借规划 标准的服务半径划出来的学校廿f芝务 足 令面的,因 奉义将进一步研究 予Voronoi 的学饺眼务 划分( 种可达性度量方法,测 子为交通网络距离、欧儿 德“线距离以搜路氍 {|{ 牦的u、fn1I或费m等。 3)网络分析法——利川等fl,fIK进行等级划分 2所示),泰森多边形的特 足:1)f吐个多边形内仪含仃 一建立f“J络数据集,没 17点 力他和网络连通 然后 网络数据集F11缱、r时M~ 段,计算各道路线段 个离敞点数掘;2)位于多边肜边I 的点到其两边离敞 点的距离卞f{等;3)落 多边肜内的点到相应离散点fl"J ̄I( 的 力即住道路上移动所化赞的时『f{】:利川问络分析l: 具, 成没施点沿道路 进一段iI、f间 而形成的范 ,也就是一定时间成小内lJJ’达的池 将矢量化的等 时线进,亍插值,转化为栅格化丧爪.并 分类为7个l1『达 性等级 3 分析与评价 3.1 学校空间分布特征分析结果 深入分析一个地I x=的琏础教育资源的空间分 状 .并^脱地以【j『}见化 ‘ 丧达fII来,才能针对其分 特 点进行有效的资源州 fJ亡化,为下一步的均衡化嗅定 础 选取1 km:作为栅格 几,对分层矢 化的小 、膳民点 以及仃政 划【皋】 进行筏加分析,通过 连接(Spatial Join)、卡¨交([ntel’sec1)、以别(htentity),将 晴比点数 空问化划恪 tfiI他f}】点密度分析t县 需求点的分 状况及衔策 度,进行插值后生成居 * 求 密度 ,从而为小 :的优化选址提供一定的参孑 r县总体l:北半部分地I x=人f1桁发大,而实际这些人¨ 分布集中地区的小学分印结构却较为松散 【jj图l IIf , 阜县膳民点密度较尚的地方为风城镇大部分地 , 菠 镇【f1部以及_F沟镇 南角、孙楼镇两部。 图1 丰县居民点密度图 Fig.1 Density map of residential areas in Fengxian 一般认为,M,≤0.5为聚集分 ;0.5<NNI< ̄0.8为聚 集一随机分布;0.8<NNI<1.2为随机分 ;1.2≤ⅣⅣ,<1.5 为随机一离散分布;NNII>1.5为均匀分布。经计算卜县 的小学 为1.046,J 分竹 格局为随机分布;丰县的 。 . ★ ★ 慧誊 tt ;★★ ★. ★’- 。 -t 毒 。 ★ ★★ . · ★ ·.‘.+★ ★ ★ ★★★★★★ t峨 :’:÷ :一 图2丰县小学Voronoi分析结果图 Fig.2 Fengxian primary school Voronoi analysis results 这止 特性与“就近入 ”的原则一致、、按照泰森多边 形划分的小学眼驽区内的所有 氏点仃FI_.只有到达该小 学足距离最近的,且整个 域【人j每个学 埘应.一个学校, 小仃任服务卤区,也不仃 一个辑民点地被划人多个 卜(的情况 堪于欧氏直线距离 的Voronoi模 划分方法将 每一个生成厄鄙视作按照¨样的权重进行,上长平1】扩张, 分析空 视为均质空fnj,忽视rlf】心影响(如设施规卡I1) 和辐射所依赖的传导 ‘式(女¨交通网络),凶而会导致划 分小准确或难以客观反映 实情形 弩虑班级数、占地【fIf积、师资索质等关键L大j素的 响,汁算每所学校服务能力的总分值,并 -jI矧J:学校值 建 连接 通过Voronoi 分析功能,依据小Ii_i=】学校的 服务能力总分值自动生成 M势力影响范 图。 此外,呵往ArcGIS【}I运川Python语吉编写程序,进一 步将路网加权Voronoi J小学JJu权Voronoi 卡H乘,得 到最终的加权Voronoi I到 分析Voronoi【冬{和统计 卡}}( 1芟1)町得:①38.7% 的教育资源无法实现利』fJ效益的充分发挥,最小影响范 【 为2.62 km ,最大影响范…为46.73 km ,将近一半的小 学服务影响范围过大或过小 、 一 服务质量和服务能 力比较强的学校,本应仃翅大的服务范 ,事实上却卡}1埘 较小,如一r县梁寨镇小 察小学、风城镇东关小学和王沟 镇铭圳希望小学。③学校伞川分布失衡,集中 丰县北
28 测绘与空间地理信息 201 8皋 邴和西南部的 校服务区面积比较大,而北邸的欢f1镇 较为单一,应着力完善教育资源、提I 学校服务能力,优 人r1密度却 大 、 学校服务 过大时,腑民点选择则 化选址时则在其周围增设设施点 表1 丰县Voronoi分析小学服务区面积统计表 Tab.1 Statistical table of Fengxian Voronoi analyzing primary school service area 注:服务、 径l km,而积为3.14 km ;fj砭务半径1.5 km,面积为7.065 km ;服务半径2 kn , 手J{为12 56 km:;服务、卜径2.5 km, { 为19.625 km: 3.3最近距离模型分析结果 表2丰县各居民点入学距离统计表 最近计i离仪 指采厢学生刮丛最近学校的 离(空 Tab.2 Statistical table of distance for each residential 线 离或 际交通距离)、时川或费用米反映 :'t-获 area of Fengxian to school 取教育没拖他川机会的难易程发.I 为农卡、』地 学校相 埘稀疏,人【】崭 也较小,交通 距离是村 的 ,I 获 得教育的主要例l力,敝本文采川交j【立距离作为衡艟标准。 建 『姒J络数抓集,居比点平1 l:饺构成网络 点, 校 ‘ 居比 t之 1的道路线段组成网 的边, 点 边』 同 形成网络 利JtJ ArcGIS的网络分fJ 功能模块 找…距离 缚个聘民点最近的学校,并讣算 l 点与最近学校问的 交通距离。1 符居民点上学由支小『jf【抗示意如图3所示。 3.4网络分析结果 在农村地区,小学 卜I 学以家长接送为主,家长的… 行方式一般为电动 i,时速为20 knv'h左“、、f‘字路¨· 般需婴一定的时间等待,假定平均fJl【为l5 以乡村道路 网为培础,利用网络分析,建j :拓扑关系 统 记求每条 交通线路的长度,以便计算道路 力flI【 f1『{ 寸 M 分 如 4所示 图3 丰县各居民点上学最小阻抗示意图 Fig.3 Minimum impedance diagram for each residential area of Fengxian to school 统汁表}1JJ, 所有小学中, F均距离小于1 000 m 柯4所,【 3.6%;l 000—2 000 Ill仃83所,f 74.7%; 2 000—3 000 Ill j‘23所,占20.7%;3 000 I11以I 1所,占 0.9%。学校卡lI埘均匀分 的乡镇.f 学平均距离比较小, 如梁寨镇、工沟镇;而学校分布卡fI对集中、剩余部分学校 图4 出行时间空间分布图 稀少或学校总 过少的的乡镇,入学距离相对来说较大。 Fig.4 Spatial distribution of travel time 丰县各J 民点学生上学距离 丧2,丰县各 【 点与 最近学校的交通距离平均为l 890.8 111,总体较为合适 蓖分类的7个【】J达性等级分)jI】为:0—5 miI1、5~ 在实际情况巾,2 000 nl左右的J二 :路程,对于步行 的 10 min、l0—15 min、15—20 min、20—40 rain、40—50 lllin、 农村小学, 仪不会造成太雨的J}i力与负担,而f1.仃利 >50 rain,汁算出各类等级所r 比例及 汁 积比例(盘l 1于学生身心的健康发展。 5所乐)。分析表明:…行时间为20 nlill内 域II 卜县
第4期 潘炎炎等:琏_r GIs的徐州lli农村义务敦 资源 优化研究 29 总面积的72.1%,l0—15 rain所占比例最高为28.2% 30 nlill的等时 覆盖丰县大部分地 ,但存 叫 边缘化 现象,仍有13.02%的区域I 学时 超过50 mill。乡镇l}J 央地 可达性较好.镇与镇邻接处及边缘地【)(nr达性_十IJ 时较差 j中心 民卞口比 ^‘,地处边界的 民必须 花费更多的时 或 用/j 能访问相应的教育没施点,扶 取设施的使 饥会 风城镇为丰县q 心城镇,令镇村村 资源使川边际效益降低 、 5)夺文仍衙提 数 的 潞性,』JIJ强村级道路数据 及学龄人【1数据的收集。 校总体服务能力的评价指标 还行待进一步改进 、影响就 的 索还心综合考虑地 的 济条件、地肜环境以及择佼"为等 我们需更深入 地探究、}lf论 总结农村义驽教育资源的 局调整与优 化力‘案, 给 {奉合并力‘式或新增学校选址 法。 通柏油路,交通十分便利,经济较为发达,并辐射 边 常店镇、孙偻镇,这3个乡镇小学牛上学时Ih】成本较低 而欢口镇北部、范楼镇尔部、宋偻镇 南部『太l学校布局稀 参考文献: [1] 务院办公厅. j}院办公厅火 姚范农村义务教育 疏,赵庄镇西部、 沟镇西部囚交通便捷度差,学,1i上学 时问成本较高 图5各类可达性等级面积比与累计面积比 Fig.5 Area ratio and cumulative area ratio of various accessibility levels 4结束语 本文以卜县小学为例,埘学佼的服务 进行划分,利 ,IJ多种分忻方法,对资源空I.UJ可达性进行实行评价,以交 通距离替代直线距离,以胼 点代特行政村,对学校 硒 特征及合理性进行了定性定/‘I= L村1结合的探讨,汁算结果 付一定的客观性,选择0,3模 具有参弩价值, 仪 J『Ⅲ丁 评估教育资源分布现状,也 为 校 硒洲整提供 ’案。 1)下县农村小学的总体分布琏小合理, 小M 问 单几学饺分 的均衡性 异显荠,出现 部地 资源过 剩或者 足脱象,上 、 时叫超过40 min的HJ.达 较苍I 域达2I.20%,难以较好地满足服务需求,影响教育资源供 给的公平 ,仍需进一步凋 。耍¨rf 心城填风城镇的小 学集中在经济发达、交通 集的西南部, 镇的4(Jl:邓仪 瓴 既小 2)肼 需求与设施 局仔在小 脱象人1 j惭度 大、膳民需求点密 大的区域,小学分 i却较为稀疏, i t县北半部分地 丧肌得较为突 3)交通便键程发限制学牛入学饥会。小学牛f{主侈 动性 ,以家k接送为 ,交通 便使 , I:学安伞隐患 增加,家赶经济负 加 [人J此,亢辫{ 县外沿偏远地 交通体系十分承要,人I 1分布稀少地 f¨边远地【)(还要 完善饺车的配给与学牛奇宿条件 4)学校目6{务范 仔在 合理,38.7%的教育资源无法 充分合理利用,各小学服务能力篪异很大 学校 IhJ分 佰失衡导敛部分学校服务范同过大或过小,导致教育资 源的 置或稀缺资源的闲 产,卜浪赞,过度利川1使僻 校布局 的意 [( ].北 :tll华人民共和国国务 院公报.2012. [2] 彭菁. 于GtS的教育均等化分析[D .武汉:华中师范 人学.20I3. [3] 陈 . :( Is的J,L.: ̄III敦行资源 nJJ J10研究[D].北 京: ‘邯帅范大 :,2008 [4] 赵慧Il1.农村公 务没施 0优化研究[D].焦作: 河南州 人 、 :,201 1. [5] lK静华.ft椭,刘汀涛, .Huff模制支持下的基础教育 资源分 分析[J].地 俯息lff=界,2015,22(2): 44—50. [6] 孔 峰,挛小迎,张 峰.农村Ift小一 : 局调整之空问 uf达性分析——以河南竹巩义f 卡JJ纵巾学为例[J]. 遥感学报,2008,12(5):800—809. [7] 划安,l ,赵义 .琏 【I『达一rl-h析f10常州市乡村地区基 本公』 6{务没施 均等化研究——以教育设施为例 l J].汀t)j:城『Ir规划.20l0(6):6-8. 1 8] {i县地名 .地 湖:』 峙 点[E1)/0I ].[2016.11. 10j.http://www.fxdmw.cn/t'haxun一(1o.asp. [9] 似坩,川爱 ,孙朕,等.北 城区I也影院宅间布局及优 化研究l J].北京联合人 学报,2016,30(4):8—16. [10] 淌赶晚. 俊峰. … A纵旅游 点 M结构的计量地 分fJ [J].经济地 ,2013,33(9):154—160. 【1 1] 林巧博.壤j:【 Is的 州Ifi0;敦旅游资源空间结构及 成l土4分析『J].1ll II l1j范人 ’ 报:自然科学版, 20l6,42(4):89—93. [12 1)alvi M Q,Mmlin K M. llae meastlrenl{ nl of accessibility: SOIII(!I)rt liminar3.I'PSIIr[S l J. . rransp|wtation 1976(5): l7—42 [13j I iu S.ZluI x. An 1ntegralett( Is Approach to A ssil)ilitv Analvsis】J . rrallsaclio|ls in GIS,2004,8 (1):45—62. 14] 陈 .Voro!iol功念 nl】数抛棋} [Mj.北京:测绘出版 社,2002. 15j rE,/, ‘.贫 l≮J 础教育资源 m 埂可达性研究 [D].成荇 :成抒【5 曜l‘人 :,20I4. [16 fi涛,陈 荣,卜少帅,等.蛙r VO!’OImi的海洋底质区 域划 ‘法研究f J].洲绘 j M地 信息,2011,34 (I):242—243. [17] 薛姣.坫t JJI】仪Vo|‘onoi I冬J的小学优化配置模型[D]. 家 :;【I『北0ili池人学,2013. [编辑:张曦]
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