基于GIS的都匀市幼儿园空间布局及其优化研究

杨永青 高长春

（1.都匀市第二幼儿园，贵州都匀 558000；2.黔南民族师范学院旅游与资源环境学院，贵州都匀 558000）

学前教育属于启蒙教育阶段，在我国教育体系中具有重要作用。幼儿园作为实施学前教育的基础性公共服务设施，其空间布局、办园性质、办园水平以及师资力量等均与学前教育的普惠性、公平性具有密切联系，是办好人民满意的学前教育、实现公平学前教育的重要基础。

目前，国内外学者对幼儿园空间分布、规划与管理等方面进行诸多研究，得到许多有意义的成果。针对城市[1-3]以及城市的某部分区域[4-5]，研究主要探究幼儿园及在校幼儿数量的密度等级、幼儿园的服务范围、不同等级幼儿园的空间分布特征，分析学前教育资源分布存在的问题，并提出优化对策。研究方法从定性分析[6]或定量分析[7]逐步演变为二者相结合的分析[8]。随着地理信息系统（GIS）空间技术迅速发展，其在国土、农业、林业、规划以及管理领域得到广泛应用。目前，国内外学者将GIS空间分析功能应用至教育资源分布、规划和管理等方面，并取得丰硕的研究成果。Boussauw等[9]基于中心地理论和GIS空间分析方法发现，比利时北部的大部分学生居住在距离学校步行或骑自行车的距离内。Hershkovitz[10]基于GIS技术分析人口与学校布局间的关系。蔡少燕等[11]利用GIS中的缓冲区分析和叠加分析功能对天河区幼儿园空间分布进行探究，发现天河区幼儿园的分布具有明显的空间差异性。郭靖娴等[12]基于GIS空间分析技术发现杭州市区存在幼儿园空间分布不均衡、公办幼儿园以及等级幼儿园布局不合理等问题。高发文等[13]利用GIS空间分析功能探究兰州市幼儿园的空间分布特征及其与需求主体的空间匹配性。目前，分析都匀市幼儿园空间布局的研究较少。文章以都匀市人民政府网站公布的106所幼儿园为研究对象，运用核密度分析、缓冲区分析、标准差椭圆分析等GIS空间分析技术探究都匀市幼儿园的空间布局，为都匀市政府部门进行幼儿园空间布局优化调整提供参考。

1 研究区概况、数据来源与研究方法

1.1 研究区概况

都匀市位于贵州省南部偏东地区（107°7′～107°46′E，25°51′～26°26′N），是贵州南部政治、经济、文化中心。都匀市下辖5个办事处（绿茵湖街道办事处、沙包堡街道办事处、广惠街道办事处、文峰街道办事处和小围寨街道办事处）、4个镇（墨冲镇、平浪镇、匀东镇和毛尖镇）。截至2020年末，都匀市常住人口52.99万人，生产总值223.39亿元，人均生产总值为42 324元，城镇常住居民和农村常住居民可支配收入分别为38 625元、14 468元。依据《黔南州统计年鉴（2021）》，都匀市具有126所幼儿园，但因未公布幼儿园名称，无法获取其相关信息，故本文以都匀市人民政府网站上公布的106所幼儿园为研究对象。

1.2 数据来源与处理

研究使用的都匀市幼儿园数据源自都匀市人民政府网站（http：//www.duyun.gov.cn/zwgk/ggqsygk/jy/xqjy/index.html），网站显示都匀市具有107所幼儿园，剔除重复幼儿园，得到都匀市幼儿园数量为106。利用高德地图坐标拾取器获取都匀市幼儿园的火星坐标数据，利用QGIS软件中的GeoHey Toolbox插件将火星坐标数据（GCJ-02）转换为世界标准坐标（WGS-84）数据，得到都匀市幼儿园的坐标数据，建立都匀市幼儿园空间数据库。

1.3 研究方法

（1）核密度分析。

核密度分析可以计算地理要素在其邻域范围内的密度，ArcGIS软件中核密度分析可以计算点要素和线要素的密度。针对点要素，在搜索半径范围内密度随距离增大，距离达到搜索半径时密度减少至零。本研究利用核密度分析法[14]将都匀市幼儿园数量在地理空间上进行可视化表达，探究其空间分布特征。

式中：f(x)——核密度估计值；k(*)——核函数；h——带宽；x-xi——估值点到观测点xi处的距离；n——样本点数量。

（2）标准差椭圆分析。

标准差椭圆（SDE）通过中心（重心）、长轴、短轴、方位角等参数定量描述研究对象的整体空间分布特征[15-16]。本研究中，SDE的空间分布范围表示都匀市幼儿园空间分布的主体区域，重心表示都匀市幼儿园空间分布的相对位置，方位角反映都匀市幼儿园分布的主趋势方向，都匀市幼儿园在主趋势方向和次要方向上的离散程度通过长轴和短轴的大小衡量。SDE参数的表达式见文献[15]和文献[16]。

（3）缓冲区分析。

缓冲区分析以地理要素为基础，以缓冲距离在地理要素周围建立缓冲区多边形图层，获取地理要素影响范围。本研究利用缓冲区分析法对都匀市幼儿园进行缓冲区分析，探究都匀各幼儿园的服务范围。

从数学角度分析，缓冲区被定义为一个空间对象或集合，通过缓冲半径R确定其邻域，对象Oi的缓冲区被定义为[17]：

式中：R——缓冲半径；d——距离，可以为欧式距离、网络距离、时间距离等。

2 都匀市幼儿园空间分布格局

2.1 幼儿园的权属空间分布特征

都匀市各区域幼儿园权属情况如表1所示。

表1 都匀市各区域幼儿园权属情况

都匀市公办幼儿园和民办幼儿园数量分别为69所和37所。根据都匀市幼儿园的权属信息，利用ArcGIS软件制作都匀市公办幼儿园和民办幼儿园的空间分布。

都匀市不同权属幼儿园的空间分布如图1所示。

图1 都匀市不同权属幼儿园的空间分布

由图1可知，都匀市民办幼儿园分布具有较大的空间差异性，民办幼儿园主要分布在广惠街道办事处、文峰街道办事处、小围寨街道办事处的东北部和沙包堡街道办事处的南部，集中分布区域地势相对平坦，经济发展水平相对较高，人口分布比较集中，属于城区；其他区域的民办幼儿园数量较少。与民办幼儿园相比，都匀市公办幼儿园分布比较均衡，但小围寨街道办事处数量较少。公办幼儿园由政府建设，需要保证幼儿园空间分布的均衡性，使每个幼儿均能够享受相对公平的幼儿教育资源。都匀市学前教育资源配置不公平主要由民办幼儿园的数量导致，未探究幼儿园等级不同造成的学前教育资源配置的不公平问题。

2.2 都匀市幼儿园密度分析

为进一步探究都匀市幼儿园的空间分布格局特征，采用ArcGIS软件中的Kernel Denisty工具对都匀市幼儿园进行核密度分析，处理范围与都匀市行政区划数据一致，输出栅格像元为30 m，搜索半径为1 000 m，结果表示每平方千米内的幼儿园数量。采用自然断点法将核密度分析结果划分为一级密度区、二级密度区、三级密度区和四级密度区4个密度区。其中，一级密度区的幼儿园数量为0～0.31个/km2；二级密度区的幼儿园数量为0.32～1.19个/km2；三级密度区的幼儿园数量为1.20～3.06个/km2；四级密度区的幼儿园数量为3.07～6.21个/km2。

都匀市幼儿园密度分布如图2所示。

图2 都匀市幼儿园密度分布

由图2可知，四级密度区主要分布在广惠街道办事处、小围寨街道办事处、文峰街道办事处和沙包堡街道办事处的交界处，广惠街道办事处的四级密度区面积最大，因为广惠街道办事处位于都匀市城市中心区域，经济发展水平相对较高，人口密集，民办幼儿园数量较多。沙包堡街道办事处、墨冲镇、平浪镇、匀东镇和归兰水族乡的幼儿园数量高于广惠街道办事处，但区域面积较大，且幼儿园分布较分散，导致幼儿园密度较低。三级密度区主要分布在广惠街道办事处、文峰街道办事处和沙包堡街道办事处的交界处。都匀市一级密度区面积最大，表明都匀市幼儿园分布存在不均衡现象，需要调整幼儿园数量，保证幼儿园的空间布局合理性。

2.3 都匀市幼儿园标准差椭圆分析

利用标准差椭圆对都匀市幼儿园的空间分布重心及主要分布方向进行量化。基于ArcGIS软件中的Directional Distribution工具对都匀市幼儿园进行标准差椭圆分析，制作其空间分布图。

都匀市幼儿园标准差椭圆分布如图3所示。

图3 都匀市幼儿园标准差椭圆分布

由图3可知，椭圆中心（即幼儿园重心）位于小围寨街道办事处境内，坐标为（107.49°E，26.17°N），长半轴为17.00 km，短半轴为19.96 km，旋转角为30.05°。都匀市幼儿园分布总体表现为“东北-西南”的空间分布格局，标准差椭圆覆盖面积1 066.49 km2，占都匀市总面积的46.67%，表明标准差椭圆覆盖的区域面积较小，幼儿园数量占比较高。都匀市城区呈东北-西南走向，人口分布较集中，对幼儿园的需求量较大，因此民办幼儿园较多，导致都匀市幼儿园主趋势方向呈“东北-西南”方向。

2.4 都匀市幼儿园缓冲区分析

住房和城乡建设部发布的《城市居住区规划设计标准》（GB 50180—2018）规定幼儿园的服务半径不宜大于300 m[18]。教育部主编的《幼儿园建设标准》（建标175—2016）规定幼儿园服务半径为300～500 m[19]。随着私家车和校车快速发展，有学者调查发现，家长能够接受的幼儿园最大服务半径为1 000 m[5]。因此，以300、500和1 000 m为缓冲半径，利用ArcGIS软件对都匀市幼儿园进行缓冲区分析。

都匀市幼儿园各级缓冲区如图4所示。

图4 都匀市幼儿园各级缓冲区

由图4可知，以300 m为缓冲半径对都匀市幼儿园进行缓冲区分析发现，幼儿园服务区域的覆盖度相对较低，城区具有服务盲点；以500 m为缓冲半径进行缓冲区分析时，幼儿园服务区域的覆盖度有所增加，部分幼儿园的服务范围存在重叠，但仍存在服务盲点；以1 000 m为缓冲半径进行缓冲区分析时，城区幼儿园的服务范围存在较严重的重叠，乡镇和农村的幼儿园存在服务盲点。需要从空间整体上对幼儿园数量进行统一配置。

3 优化建议

3.1 增加公办幼儿园或普惠性幼儿园比重

沙包堡街道办事处、广惠街道办事处和文峰街道办事处的民办幼儿园数量比例较高，应规划在上述区域增加公办幼儿园数量，或通过租赁服务的方式引导办学质量较好的民办幼儿园向区域提供更多的普惠性服务。

3.2 加大幼儿园服务半径

都匀市广惠街道办事处、文峰街道办事处和沙包堡街道办事处交界区域幼儿园的配置能够达到《城市居住区规划设计标准》和《幼儿园建设标准》中的幼儿园服务半径要求，其他区域均未达到相关要求。目前，随着私家车和校车发展，幼儿园的服务半径可以根据实际情况延伸，但不应超过1 000 m的心理承受距离；乡镇或农村可能出现多个区域共用一个幼儿园的情况，服务半径可能会继续增加。

3.3 因地制宜制定幼儿园建设标准

针对人口相对集中，用地相对紧张的老城区，幼儿园办学规模需增大，服务半径相对较小；针对人口相对较少的新城区、乡镇以及农村地区，幼儿园的服务半径应相对增大。

4 结语

本研究利用核密度分析、SDE和缓冲区分析等GIS空间分析方法分析都匀市幼儿园的空间分布格局。民办幼儿园的空间分布具有较大的不均衡性，公办幼儿园的空间分布相对均衡；广惠街道办事处、文峰街道办事处和沙包堡街道办事处的交界处幼儿园的密度较高；幼儿园重心坐标为（107.49°E，26.17°N），呈“东北-西南”方向的空间分布格局；都匀市幼儿园仍存在服务盲点。未来可以增加公办幼儿园或普惠性幼儿园比重，加大幼儿园服务半径，因地制宜制定幼儿园建设标准。