徐州市义务教育资源布局优化研究

李保杰 ， 顾和和 ， 纪亚洲

（1.江苏师范大学 地理测绘与城乡规划学院，江苏 徐州 221116；2.中国矿业大学 环境与测绘学院，江苏 徐州 221116）

由于我国长期 “城乡二元结构”发展模式，使得区域公共服务存在着供给与需求的结构性失衡，严重制约了城乡基本公共服务均等化的实现[1]。而义务教育资源作为公共服务设施的重要组成部分，其配置是否合理对区域教育公平性与合理性具有重要意义。党的十八届三中全会明确指出：要大力促进教育公平，统筹城乡义务教育资源均衡配置，破解择校难题。因此，研究区域义务教育资源的均衡发展与合理配置具有重要意义。然而现有的研究大都从定性和定量的角度进行分析，定性分析主要借助教育资源规模和结构等构建评价指标体系进行分析；而定量分析则利用基尼系数和财政支出等进行定量分析[2-3]。虽然国内外学者从义务教育资源的相关属性特征（规模、结构等）对其布局合理性进行了分析，但是忽略了区域义务教育资源空间配置等方面的研究[4]。

国内公共服务设施布局优化的相关研究虽然起步较晚，但公共服务设施优化配置是目前研究的热点之一，形成了多尺度、多对象和多方法的研究格局。研究尺度主要包括省域尺度[5]、市域尺度[6]、县域尺度[7]、镇域尺度[8]等各级行政尺度；研究对象主要包括消防机构点[9]、城市绿地[10]、应急避难场所[11]、体育服务设施[12]、金融机构[13]等公共服务设施；研究方法主要包括移动搜索法[14]、可达性模型[15]、Voronoi图[16]、供需模型[17]、网络分析模型[18]等。综上所述，对于公共服务设施的布局优化的相关研究从研究方法和尺度上均取得了一定的研究进展，从尺度上看，大多数研究主要集中在行政区划单元等层面上，对于城市区域义务教育资源布局优化的研究相对较少；从方法上看，对公共服务设施布局优化的研究主要采用单一的模型对区域公共服务设施的布局优化进行定量评价，从而使得评价结果具有一定的片面性。鉴于此，文章以徐州市义务教育资源为例，基于缓冲区分析模型、可达性模型和Voronoi图等模型对徐州市义务教育资源的布局优化进行分析，以期为徐州市义务教育中资源的优化布局提供理论依据。

1 研究区概况

徐州市下辖丰县、沛县、睢宁县三县，邳州市、新沂市两市，以及鼓楼区、云龙区、贾汪区、泉山区、铜山区五区，共设镇、街道169个。2015年末全市户籍人口1 028.70万人，同年，全市GDP达到5 319.88亿元，主要经济指标增幅持续高于全国平均水平。城市化率达到57.5%，非农产业产值占GDP的比重高达90%，处于工业化、城市化加速发展时期。近年来，徐州市基础教育事业全面推进，教育质量与效益不断提高，教育的服务功能得到进一步加强，基本构建了适应徐州经济社会发展需要的教育格局，为徐州经济、社会发展提供了人才保障和智力支撑。

2 数据与研究方法

2.1 数据来源与处理

在ArcGIS环境下，运用影像配准工具对2016年徐州市交通旅游图进行数字化，参照徐州市交通网络规划图，获取徐州市国道、省道、县道、一般道路、居民点等基础地理数据，利用天地图并结合各区教育局网站（数据截至2016年9月）发布的学校信息，获得徐州市义务教育机构数据。以2016年徐州市统计年鉴为基础，获取徐州市各街道的人口数据。利用ArcGIS10.3软件平台，将上述数据统一到西安80坐标系（中央经线117°），分层矢量化后保存至地理数据库中。

2.2 研究方法

2.2.1 缓冲区分析

缓冲区分析是对选中的要素（点、线或面）按设定的距离条件，围绕其要素形成一定缓冲区多边形实体，从而实现数据在二维空间得以扩展的信息分析方法。从数学的角度来看，缓冲区是给定空间对象或集合后获得的它们的邻域，而邻域的大小由邻域的半径或缓冲区建立条件来决定，因此对于一个给定的对象A，它的缓冲区可以定义为P={x|d（x，A）≤r}，d一般是指欧式距离，也可以是其他的距离，其中r为邻域半径或缓冲区建立的条件。

2.2.3 可达性模型

义务教育资源可达性即在特定时间段内，从该义务教育资源向其周边出发，计算出行距离的平均值。由于基于GIS的栅格耗费距离算法不仅能够考虑水域、山体等的阻隔作用，而且能够较精确地拟合出研究区任意点的可达性。以栅格数据为基础，结合最短路径算法计算各网格单元与指定目的网格单元的最短加权距离，即为累积耗费距离算法。计算公式如下：

当运动方向为水平方向或垂直方向时

当运动方向沿对角线方向时

式中Di为研究区第i个栅格像元的义务教育资源可达性；Gi为第i个像元的耗费值；Gi+1为沿水平或对角线运动方向上第i+1个栅格像元的耗费值；n为栅格像元总数。

该研究以平均出行1 km所需要的分钟数为时间成本，对不同的交通网络赋以不同的速度，参照《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）规定的公路速度，结合实际情况设定各类公路平均行车速度并在其属性表中将不同等级的道路赋以不同的速度。不同等级道路的平均速度如下：一级公路80 km/h，二级公路60 km/h，三级公路40 km/h，其他无等级乡镇乡村公路30 km/h。然后将矢量数据转换为栅格数据。在ArcGIS环境下，将义务教育设施转换为栅格数据，利用Cost Weighted模块，计算各义务教育设施的成本加权距离，最后计算出各栅格像元距最近义务教育设施的时间，进而计算出研究区各义务教育资源的可达性。

2.2.4 泰森多边形

泰森多边形可用于定性分析、统计分析、邻近分析等。例如，可以用离散点的性质来描述泰森多边形区域的性质；可用离散点的数据来计算泰森多边形区域的数据；判断一个离散点与其他哪些离散点相邻时，可根据泰森多边形直接得出，且若泰森多边形是n边形，则就与n个离散点相邻；当某一数据点落入某一泰森多边形中时，它与相应的离散点最邻近，无需计算距离。

3 结果与分析

3.1 基于缓冲区的义务教育资源服务范围

该研究参照《江苏省义务教育学校办学标准》（试行），结合徐州市的实际情况，将研究区小学服务半径间隔设定为500 m，以义务教育资源为中心，分别以0.5、1、1.5、2和2.5 km为半径，采用直径距离方法计算其服务范围（见表1、图1）。由缓冲区分析结果可知：徐州市义务教育资源整体分布较好，178.51 km2（占比为54.72%）的区域位于小学1 km范围内，288.86 km2（占比为65.91%）的区域位于小学1.5 km范围内，而当缓冲区半径为2.5 km时，仅有7.59%的区域位于缓冲区之外。

表1 徐州市小学缓冲区的面积与占比

图1 徐州市义务教育资源缓冲区分布图

从徐州市义务教育资源缓冲区的空间分布来看，义务教育资源的缓冲区呈现明显的空间差异，义务教育资源的各级缓冲区大都集中在以泉山区、鼓楼区和云龙区交汇处，如：光荣巷小学、淮海西路小学、风华街小学、青年路小学、少华街小学和公园巷小学等10余所小学，上述区域人口密集，经济繁荣，交通发达，故公共服务设施较为完善。仅当缓冲半径为0.5 km时，约25所小学的缓冲区存在重复，由此可以看出，上述区域义务教育资源过于密集，可适当的进行撤并与搬迁。而当缓冲区半径为1 km时，约有15所义务教育资源的缓冲区与其他学校的缓冲区相重叠。而当缓冲为2.5 km时，缓冲区没有覆盖的区域主要分布在泉山区中南部、鼓楼区西北部和中东部协鑫大道与绕城高速交汇处。上述区域由于缺少义务教育资源，故上述区域需到2.5 km之外的区域求学，建议在上述区域规划建设小学。

3.2 基于可达性模型的义务教育资源服务范围分析

图2 徐州市义务教育资源时间可达性分布图

以各义务教育机构作为耗费距离源点，计算各学校通过交通网络到研究区内任意栅格像元所花费的时间，利用交通线路通行的可逆性的特点，即可得到各小学通过交通网络到研究区任意栅格像元的时间可达性。计算结果如图2所示。为了直观地表达研究区各义务教育机构的时间可达性，该研究采用等距分类方法，将区域义务教育资源时间可达性分为5个等级，最短时间可达性区域（时间可达性＜10 min）、较短时间可达性区域（10 min≤时间可达性＜20 min）、一般时间可达性区域（20 min≤时间可达性＜30 min）、较高时间可达性区域（30 min≤时间可达性＜40 min）、高时间可达性区域（时间可达性≥50 min）。由表2可知，研究区义务教育资源的整体可达性较好，73.26%的区域能够在30 min内到达就近的小学。其中时间可达性小于10 min的区域占比为18.26%；时间可达性介于10～20 min之间的区域占比为28.96%；时间可达性介于20～30 min之间的区域占比为26.04%；时间可达性介于30～40 min之间的区域占比为19.12%；义务教育资源可达性相对较差的地区分布较少，时间可达性大于40 min的区域占比为7.62%。

表2 徐州市小学服务面积分类统计

由图2可知，义务教育资源时间可达性＜10 min的区域主要分布在西北和东南连线的轴线上及其两侧，在老城区尤为集中，主要分布在三个区的交汇处；时间可达性介于10～20 min之间的区域主要分布在最短时间可达性区域外围，呈环状分布；义务教育资源时间可达性＞40 min的区域主要分布在研究区的外围。由于上述区域为行政区边界，义务教育资源分布较少，从而导致上述区域义务教育资源的时间可达性较差。分布在泉山区中南部云龙湖及其周边区域，以及分布在鼓楼区东北部区域为徐州市经济开发区，多为工矿企业等驻地，使得上述区域的时间可达性较差。

3.3 基于Voronoi模型的义务教育资源布局优化

由于Voronoi模型所表达公共服务设施的影响范围与城市规划中公共服务设施的有效服务半径较接近，故采用Voronoi模型对徐州市义务教育资源的服务范围进行分析。义务教育资源的服务半径不仅要考虑居民使用便利的需要，也需考虑义务教育资源经营管理的合理性与经济性。为了对徐州市义务教育资源的服务范围进行比较，根据《中小学校建筑设计规范GBJ 99—86》中规定结合徐州市目前的实际情况，将小学的服务范围分为如下等级：过小服务范围（服务范围＜0.79 km2，服务半径＜0.5 km）；适中服务范围（0.79 km2≤服务范围＜3.14 km2，0.5 km≤服务半径＜1 km）；较大服务范围（3.14 km2≤服务范围＜7.07 km2，1 km≤服务半径＜1.5 km）；过大服务范围（服务范围≥7.07 km2，服务半径＞1.5 km）。

表3 徐州市小学服务面积分类统计

由图3可知，徐州市义务教育机构呈老城区中心集聚、外围分散的格局，导致义务教育资源分布不均，不能满足城市快速扩张和城市化进程不断加快的趋势。近60%的义务教育机构服务范围的面积能够满足义务教育资源布局的需要，其中18.28%的义务教育资源服务面积适宜度过小，最小为0.24 km2，不能够充分发挥上述义务教育机构的社会效益；37.96%的义务教育资源的服务面积适宜度适中，基本上位于市中心外围，能够满足上述区域居民点的求学需要；18.66%的义务教育的服务面积适宜度过大，最大服务面积为19.46 km2，位于鼓楼区北部，表明该区域义务教育资源分布较为稀疏，即上述区域的居民的求学距离过大，严重影响到义务教育的公平性。

图3 徐州市义务教育资源分布Voronoi图

4 结语

义务教育资源的分布是居民点空间分布、交通网络、学校规模和政策等因素综合作用的结果。而义务教育资源的师资、规模和区位是导致区域义务教育资源配置不合理的重要原因。因此，该研究以GIS空间分析技术为基础，利用缓冲区分、可达性模型和Voronoi模型对徐州市义务教育资源的布局优化进行分析。形成结论如下：（1）徐州市义务教育资源呈现由周边向市中心明显集聚的趋势，导致空间布局存在差异，义务教育资源主要集中在三个区的交汇处，从基于缓冲区的义务教育资源空间分布来看，40.73%的区域位于小学1 km范围内，仅有7.59%的区域位于各小学2.5 km缓冲区之外，表明徐州市义务教育资源分布整体较好。（2）由各义务教育资源的时间可达性来看，研究区义务教育资源的整体可达性较好，73.26%的区域能够在30 min内到达就近的小学，义务教育资源可达性相对较差的地区分布较少，区域占比为7.62%。从义务教育资源时间可达性的空间分异来看，可达性＜10 min的区域主要分布在老城区；时间可达性＞40 min的区域主要分布在研究区的外围。由徐州市义务教育资源的Voronoi图可知，近60%的义务教育机构服务范围的面积能够满足义务教育资源布局的需要，仅有18.66%的义务教育的服务面积适宜度过大，严重影响到义务教育的公平性。（3）针对义务教育资源布局存在的问题，可将研究区由内而外分为核心区、过渡区和外围区。针对核心区义务教育资源密集区，服务范围相互重叠，可以考虑撤并办学不佳的学校，对于办学较好的学校可以在城市外围设立分校；过渡区的义务教育资源虽然基本上能够满足应用需要，但应作适当规模调整、适当增加学校等措施以满足实际需要；外围区是未来城市发展的方向，应增加新校的建设力度，实现规模与数量的增加。该研究仅从空间分布的角度对徐州市义务教育资源的分布是否合理进行探讨，没有考虑到学校的规模、等级和人口的空间分布等因素，上述因素对义务教育资源布局的影响仍需进一步研究。

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