基于網(wǎng)絡(luò)分析的城區(qū)中小學(xué)服務(wù)區(qū)劃分方法及其推廣

李明軒 西北大學(xué)附屬中學(xué)

中小學(xué)是滿足居民基本生活需求的重要城市公共服務(wù)設(shè)施。面對中心城區(qū)建設(shè)用地相對緊張的窘境，如何結(jié)合實(shí)際情況合理劃分中小學(xué)的服務(wù)范圍具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和理論價(jià)值。本文現(xiàn)以某市中心城區(qū)為例，對基于網(wǎng)絡(luò)分析的城區(qū)中小學(xué)服務(wù)區(qū)劃分方法進(jìn)行演示。

1 研究區(qū)域情況

圖1 中小學(xué)現(xiàn)狀

研究區(qū)域位于某市市中心城區(qū)，區(qū)域呈長條狀，南北長約2.2公里，東西寬約0.9公里，是該市城市總體規(guī)劃確定的北部商住組團(tuán)。研究區(qū)域內(nèi)現(xiàn)狀用地以居住小區(qū)和商業(yè)設(shè)施為主，其中，居住用地占建設(shè)用地的比例為37.11%，商業(yè)用地占建設(shè)用地的比例為25.93%，公共管理與公共服務(wù)設(shè)施用地占建設(shè)用地的比例為17.48%。研究范圍內(nèi)共有8所中小學(xué)，道路情況和居住情況如下（圖1）。

2 研究方法選擇

第一種方法：傳統(tǒng)緩沖區(qū)法，即單純按照國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的500m服務(wù)半徑劃分學(xué)區(qū)。該方法相對粗糙，會造成學(xué)區(qū)重疊或無法全覆蓋（圖2（1））。老城區(qū)人口密度高，能夠用于建設(shè)中小學(xué)的城市建設(shè)用地十分緊張，因此，傳統(tǒng)緩沖區(qū)法的實(shí)用性不強(qiáng)。

第二種方法：泰森多邊形法，即按照學(xué)生住所到學(xué)校的最短直線距離劃分中小學(xué)的服務(wù)范圍，優(yōu)點(diǎn)是無縫銜接，不會產(chǎn)生重疊或縫隙，能夠避免傳統(tǒng)緩沖區(qū)法的缺陷。該方法的缺點(diǎn)在于計(jì)算依據(jù)是直線距離，與實(shí)際道路存在顯著差異，因此誤差較大（圖2（2））。

第三種方法：網(wǎng)絡(luò)分析法，即基于地理信息系統(tǒng)（GIS）建立實(shí)際道路網(wǎng)絡(luò)模型，按照學(xué)生住所到學(xué)校的最短實(shí)際距離的劃分中小學(xué)的服務(wù)范圍。與泰森多邊形法相比，網(wǎng)絡(luò)分析方法的最大改進(jìn)在于計(jì)算依據(jù)由直線距離變?yōu)閷?shí)際距離，優(yōu)點(diǎn)是更加符合實(shí)際交通出行狀況，精度更高。網(wǎng)絡(luò)分析法的理論探討和實(shí)踐應(yīng)用逐漸增多，技術(shù)路線現(xiàn)在也已經(jīng)相對成熟。本文研究方法采用網(wǎng)絡(luò)分析法。

圖2 學(xué)校服務(wù)區(qū)劃分方法

3 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)處理

3.1 道路網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理

在此，首先應(yīng)該建立網(wǎng)絡(luò)分析法需要的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)。中小學(xué)生從住所到學(xué)校的出行是依托城市道路系統(tǒng)，出行距離長短是本研究分析的重點(diǎn)問題。建立基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)時(shí)應(yīng)當(dāng)以現(xiàn)有城市道路作為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，道路的信息中包含長度屬性。

3.2 學(xué)生住所數(shù)據(jù)處理

網(wǎng)絡(luò)分析法的數(shù)據(jù)格式必須是點(diǎn)狀要素，但是學(xué)生住所數(shù)據(jù)的格式是面狀要素，因此，必須對學(xué)生住所數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，變?yōu)辄c(diǎn)狀要素。首先，使用柵格方法平均劃分居住用地，對學(xué)生住所進(jìn)行邏輯抽象。理想狀態(tài)下（即在居住密度一定的情況下），學(xué)生數(shù)量和居住面積是成正比的。以50m為邊長把居住用地平均劃分為一定數(shù)量的小柵格（正方形），每個(gè)柵格代表一定數(shù)量的學(xué)生。這樣，學(xué)生住所之間的距離與用地現(xiàn)有住宅之間的距離相近，接近實(shí)際情況。其次，將柵格轉(zhuǎn)化為點(diǎn)。點(diǎn)和柵格之間具有一一對應(yīng)的關(guān)系。經(jīng)過上述兩個(gè)步驟后，共計(jì)產(chǎn)生面狀柵格和點(diǎn)狀要素兩個(gè)圖層，其中，柵格和點(diǎn)的數(shù)量均為829個(gè)，一一對應(yīng)（圖3（1））。

4 計(jì)算住所到學(xué)校的最短距離

使用GIS網(wǎng)絡(luò)分析功能模塊的最近服務(wù)設(shè)施計(jì)算方法，輸入學(xué)生住所數(shù)據(jù)點(diǎn)狀要素和學(xué)校位置點(diǎn)狀要素，分別計(jì)算出每個(gè)學(xué)生住所數(shù)據(jù)點(diǎn)狀要素對應(yīng)的中小學(xué)，兩者之間的出行距離是最短的。具體數(shù)據(jù)格式是路徑，共計(jì)829條，每條路徑包含路徑編號、學(xué)生住所數(shù)據(jù)點(diǎn)狀要素及所屬小學(xué)編號等屬性數(shù)據(jù)。（圖3（2））

圖3 居住區(qū)劃分及最短路徑計(jì)算

5 劃分學(xué)校的服務(wù)范圍

由于住所數(shù)據(jù)點(diǎn)狀要素編號和居住地塊柵格編號具有一一對應(yīng)關(guān)系，同時(shí)，住所數(shù)據(jù)點(diǎn)狀要素編號與路徑數(shù)據(jù)編號（包含所屬中小學(xué)編號）也具有一一對應(yīng)關(guān)系，因此就可以將居住地塊柵格編號與所屬中小學(xué)編號連接起來。

通過屬性查詢計(jì)算可得到每個(gè)學(xué)校服務(wù)的居住地塊柵格數(shù)，乘以每個(gè)柵格的面積2500平方米（50米*50米）。例如，編號為1的學(xué)校對應(yīng)的柵格數(shù)為154個(gè)，服務(wù)的居住用地面積385000平方米。如果能夠獲得單位居住用地面積上的學(xué)生密度，就可以計(jì)算學(xué)校的學(xué)生規(guī)劃，明確學(xué)校的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。

表1 各學(xué)校服務(wù)區(qū)劃分結(jié)果

6 總結(jié)

通過GIS中的網(wǎng)絡(luò)分析法劃分中小學(xué)的學(xué)區(qū)范圍既可以避免傳統(tǒng)緩沖區(qū)法無法無縫銜接的問題，確保所有區(qū)域照顧到位，又可以避免泰森多邊形法的數(shù)據(jù)失真問題，提高計(jì)算精度，具有較強(qiáng)的理論價(jià)值和實(shí)踐作用，是一種重要的空間技術(shù)方法。實(shí)際生活中，商場、醫(yī)院、社區(qū)服務(wù)中心、消防站、公園等公共設(shè)施和中小學(xué)一樣都需要?jiǎng)澐忠欢ǖ姆?wù)范圍，確保使用者與服務(wù)設(shè)施之間的距離能夠保持在合理的范圍內(nèi)，因此，網(wǎng)絡(luò)分析法也可以應(yīng)用到上述設(shè)施的服務(wù)范圍劃分上，具有推廣應(yīng)用的可行性和必要性。