徐州市義務(wù)教育資源布局優(yōu)化研究

李保杰 ， 顧和和 ， 紀(jì)亞洲

（1.江蘇師范大學(xué) 地理測繪與城鄉(xiāng)規(guī)劃學(xué)院，江蘇 徐州 221116；2.中國礦業(yè)大學(xué) 環(huán)境與測繪學(xué)院，江蘇 徐州 221116）

由于我國長期 “城鄉(xiāng)二元結(jié)構(gòu)”發(fā)展模式，使得區(qū)域公共服務(wù)存在著供給與需求的結(jié)構(gòu)性失衡，嚴(yán)重制約了城鄉(xiāng)基本公共服務(wù)均等化的實現(xiàn)[1]。而義務(wù)教育資源作為公共服務(wù)設(shè)施的重要組成部分，其配置是否合理對區(qū)域教育公平性與合理性具有重要意義。黨的十八屆三中全會明確指出：要大力促進(jìn)教育公平，統(tǒng)籌城鄉(xiāng)義務(wù)教育資源均衡配置，破解擇校難題。因此，研究區(qū)域義務(wù)教育資源的均衡發(fā)展與合理配置具有重要意義。然而現(xiàn)有的研究大都從定性和定量的角度進(jìn)行分析，定性分析主要借助教育資源規(guī)模和結(jié)構(gòu)等構(gòu)建評價指標(biāo)體系進(jìn)行分析；而定量分析則利用基尼系數(shù)和財政支出等進(jìn)行定量分析[2-3]。雖然國內(nèi)外學(xué)者從義務(wù)教育資源的相關(guān)屬性特征（規(guī)模、結(jié)構(gòu)等）對其布局合理性進(jìn)行了分析，但是忽略了區(qū)域義務(wù)教育資源空間配置等方面的研究[4]。

國內(nèi)公共服務(wù)設(shè)施布局優(yōu)化的相關(guān)研究雖然起步較晚，但公共服務(wù)設(shè)施優(yōu)化配置是目前研究的熱點之一，形成了多尺度、多對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]、縣域尺度[7]、鎮(zhèn)域尺度[8]等各級行政尺度；研究對象主要包括消防機構(gòu)點[9]、城市綠地[10]、應(yīng)急避難場所[11]、體育服務(wù)設(shè)施[12]、金融機構(gòu)[13]等公共服務(wù)設(shè)施；研究方法主要包括移動搜索法[14]、可達(dá)性模型[15]、Voronoi圖[16]、供需模型[17]、網(wǎng)絡(luò)分析模型[18]等。綜上所述，對于公共服務(wù)設(shè)施的布局優(yōu)化的相關(guān)研究從研究方法和尺度上均取得了一定的研究進(jìn)展，從尺度上看，大多數(shù)研究主要集中在行政區(qū)劃單元等層面上，對于城市區(qū)域義務(wù)教育資源布局優(yōu)化的研究相對較少；從方法上看，對公共服務(wù)設(shè)施布局優(yōu)化的研究主要采用單一的模型對區(qū)域公共服務(wù)設(shè)施的布局優(yōu)化進(jìn)行定量評價，從而使得評價結(jié)果具有一定的片面性。鑒于此，文章以徐州市義務(wù)教育資源為例，基于緩沖區(qū)分析模型、可達(dá)性模型和Voronoi圖等模型對徐州市義務(wù)教育資源的布局優(yōu)化進(jìn)行分析，以期為徐州市義務(wù)教育中資源的優(yōu)化布局提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

徐州市下轄豐縣、沛縣、睢寧縣三縣，邳州市、新沂市兩市，以及鼓樓區(qū)、云龍區(qū)、賈汪區(qū)、泉山區(qū)、銅山區(qū)五區(qū)，共設(shè)鎮(zhèn)、街道169個。2015年末全市戶籍人口1 028.70萬人，同年，全市GDP達(dá)到5 319.88億元，主要經(jīng)濟指標(biāo)增幅持續(xù)高于全國平均水平。城市化率達(dá)到57.5%，非農(nóng)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值占GDP的比重高達(dá)90%，處于工業(yè)化、城市化加速發(fā)展時期。近年來，徐州市基礎(chǔ)教育事業(yè)全面推進(jìn)，教育質(zhì)量與效益不斷提高，教育的服務(wù)功能得到進(jìn)一步加強，基本構(gòu)建了適應(yīng)徐州經(jīng)濟社會發(fā)展需要的教育格局，為徐州經(jīng)濟、社會發(fā)展提供了人才保障和智力支撐。

2 數(shù)據(jù)與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源與處理

在ArcGIS環(huán)境下，運用影像配準(zhǔn)工具對2016年徐州市交通旅游圖進(jìn)行數(shù)字化，參照徐州市交通網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃圖，獲取徐州市國道、省道、縣道、一般道路、居民點等基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)，利用天地圖并結(jié)合各區(qū)教育局網(wǎng)站（數(shù)據(jù)截至2016年9月）發(fā)布的學(xué)校信息，獲得徐州市義務(wù)教育機構(gòu)數(shù)據(jù)。以2016年徐州市統(tǒng)計年鑒為基礎(chǔ)，獲取徐州市各街道的人口數(shù)據(jù)。利用ArcGIS10.3軟件平臺，將上述數(shù)據(jù)統(tǒng)一到西安80坐標(biāo)系（中央經(jīng)線117°），分層矢量化后保存至地理數(shù)據(jù)庫中。

2.2 研究方法

2.2.1 緩沖區(qū)分析

緩沖區(qū)分析是對選中的要素（點、線或面）按設(shè)定的距離條件，圍繞其要素形成一定緩沖區(qū)多邊形實體，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)在二維空間得以擴展的信息分析方法。從數(shù)學(xué)的角度來看，緩沖區(qū)是給定空間對象或集合后獲得的它們的鄰域，而鄰域的大小由鄰域的半徑或緩沖區(qū)建立條件來決定，因此對于一個給定的對象A，它的緩沖區(qū)可以定義為P={x|d（x，A）≤r}，d一般是指歐式距離，也可以是其他的距離，其中r為鄰域半徑或緩沖區(qū)建立的條件。

2.2.3 可達(dá)性模型

義務(wù)教育資源可達(dá)性即在特定時間段內(nèi)，從該義務(wù)教育資源向其周邊出發(fā)，計算出行距離的平均值。由于基于GIS的柵格耗費距離算法不僅能夠考慮水域、山體等的阻隔作用，而且能夠較精確地擬合出研究區(qū)任意點的可達(dá)性。以柵格數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合最短路徑算法計算各網(wǎng)格單元與指定目的網(wǎng)格單元的最短加權(quán)距離，即為累積耗費距離算法。計算公式如下：

當(dāng)運動方向為水平方向或垂直方向時

當(dāng)運動方向沿對角線方向時

式中Di為研究區(qū)第i個柵格像元的義務(wù)教育資源可達(dá)性；Gi為第i個像元的耗費值；Gi+1為沿水平或?qū)蔷€運動方向上第i+1個柵格像元的耗費值；n為柵格像元總數(shù)。

該研究以平均出行1 km所需要的分鐘數(shù)為時間成本，對不同的交通網(wǎng)絡(luò)賦以不同的速度，參照《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTGB01-2003）規(guī)定的公路速度，結(jié)合實際情況設(shè)定各類公路平均行車速度并在其屬性表中將不同等級的道路賦以不同的速度。不同等級道路的平均速度如下：一級公路80 km/h，二級公路60 km/h，三級公路40 km/h，其他無等級鄉(xiāng)鎮(zhèn)鄉(xiāng)村公路30 km/h。然后將矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為柵格數(shù)據(jù)。在ArcGIS環(huán)境下，將義務(wù)教育設(shè)施轉(zhuǎn)換為柵格數(shù)據(jù)，利用Cost Weighted模塊，計算各義務(wù)教育設(shè)施的成本加權(quán)距離，最后計算出各柵格像元距最近義務(wù)教育設(shè)施的時間，進(jìn)而計算出研究區(qū)各義務(wù)教育資源的可達(dá)性。

2.2.4 泰森多邊形

泰森多邊形可用于定性分析、統(tǒng)計分析、鄰近分析等。例如，可以用離散點的性質(zhì)來描述泰森多邊形區(qū)域的性質(zhì)；可用離散點的數(shù)據(jù)來計算泰森多邊形區(qū)域的數(shù)據(jù)；判斷一個離散點與其他哪些離散點相鄰時，可根據(jù)泰森多邊形直接得出，且若泰森多邊形是n邊形，則就與n個離散點相鄰；當(dāng)某一數(shù)據(jù)點落入某一泰森多邊形中時，它與相應(yīng)的離散點最鄰近，無需計算距離。

3 結(jié)果與分析

3.1 基于緩沖區(qū)的義務(wù)教育資源服務(wù)范圍

該研究參照《江蘇省義務(wù)教育學(xué)校辦學(xué)標(biāo)準(zhǔn)》（試行），結(jié)合徐州市的實際情況，將研究區(qū)小學(xué)服務(wù)半徑間隔設(shè)定為500 m，以義務(wù)教育資源為中心，分別以0.5、1、1.5、2和2.5 km為半徑，采用直徑距離方法計算其服務(wù)范圍（見表1、圖1）。由緩沖區(qū)分析結(jié)果可知：徐州市義務(wù)教育資源整體分布較好，178.51 km2（占比為54.72%）的區(qū)域位于小學(xué)1 km范圍內(nèi)，288.86 km2（占比為65.91%）的區(qū)域位于小學(xué)1.5 km范圍內(nèi)，而當(dāng)緩沖區(qū)半徑為2.5 km時，僅有7.59%的區(qū)域位于緩沖區(qū)之外。

表1 徐州市小學(xué)緩沖區(qū)的面積與占比

圖1 徐州市義務(wù)教育資源緩沖區(qū)分布圖

從徐州市義務(wù)教育資源緩沖區(qū)的空間分布來看，義務(wù)教育資源的緩沖區(qū)呈現(xiàn)明顯的空間差異，義務(wù)教育資源的各級緩沖區(qū)大都集中在以泉山區(qū)、鼓樓區(qū)和云龍區(qū)交匯處，如：光榮巷小學(xué)、淮海西路小學(xué)、風(fēng)華街小學(xué)、青年路小學(xué)、少華街小學(xué)和公園巷小學(xué)等10余所小學(xué)，上述區(qū)域人口密集，經(jīng)濟繁榮，交通發(fā)達(dá)，故公共服務(wù)設(shè)施較為完善。僅當(dāng)緩沖半徑為0.5 km時，約25所小學(xué)的緩沖區(qū)存在重復(fù)，由此可以看出，上述區(qū)域義務(wù)教育資源過于密集，可適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行撤并與搬遷。而當(dāng)緩沖區(qū)半徑為1 km時，約有15所義務(wù)教育資源的緩沖區(qū)與其他學(xué)校的緩沖區(qū)相重疊。而當(dāng)緩沖為2.5 km時，緩沖區(qū)沒有覆蓋的區(qū)域主要分布在泉山區(qū)中南部、鼓樓區(qū)西北部和中東部協(xié)鑫大道與繞城高速交匯處。上述區(qū)域由于缺少義務(wù)教育資源，故上述區(qū)域需到2.5 km之外的區(qū)域求學(xué)，建議在上述區(qū)域規(guī)劃建設(shè)小學(xué)。

3.2 基于可達(dá)性模型的義務(wù)教育資源服務(wù)范圍分析

圖2 徐州市義務(wù)教育資源時間可達(dá)性分布圖

以各義務(wù)教育機構(gòu)作為耗費距離源點，計算各學(xué)校通過交通網(wǎng)絡(luò)到研究區(qū)內(nèi)任意柵格像元所花費的時間，利用交通線路通行的可逆性的特點，即可得到各小學(xué)通過交通網(wǎng)絡(luò)到研究區(qū)任意柵格像元的時間可達(dá)性。計算結(jié)果如圖2所示。為了直觀地表達(dá)研究區(qū)各義務(wù)教育機構(gòu)的時間可達(dá)性，該研究采用等距分類方法，將區(qū)域義務(wù)教育資源時間可達(dá)性分為5個等級，最短時間可達(dá)性區(qū)域（時間可達(dá)性＜10 min）、較短時間可達(dá)性區(qū)域（10 min≤時間可達(dá)性＜20 min）、一般時間可達(dá)性區(qū)域（20 min≤時間可達(dá)性＜30 min）、較高時間可達(dá)性區(qū)域（30 min≤時間可達(dá)性＜40 min）、高時間可達(dá)性區(qū)域（時間可達(dá)性≥50 min）。由表2可知，研究區(qū)義務(wù)教育資源的整體可達(dá)性較好，73.26%的區(qū)域能夠在30 min內(nèi)到達(dá)就近的小學(xué)。其中時間可達(dá)性小于10 min的區(qū)域占比為18.26%；時間可達(dá)性介于10～20 min之間的區(qū)域占比為28.96%；時間可達(dá)性介于20～30 min之間的區(qū)域占比為26.04%；時間可達(dá)性介于30～40 min之間的區(qū)域占比為19.12%；義務(wù)教育資源可達(dá)性相對較差的地區(qū)分布較少，時間可達(dá)性大于40 min的區(qū)域占比為7.62%。

表2 徐州市小學(xué)服務(wù)面積分類統(tǒng)計

由圖2可知，義務(wù)教育資源時間可達(dá)性＜10 min的區(qū)域主要分布在西北和東南連線的軸線上及其兩側(cè)，在老城區(qū)尤為集中，主要分布在三個區(qū)的交匯處；時間可達(dá)性介于10～20 min之間的區(qū)域主要分布在最短時間可達(dá)性區(qū)域外圍，呈環(huán)狀分布；義務(wù)教育資源時間可達(dá)性＞40 min的區(qū)域主要分布在研究區(qū)的外圍。由于上述區(qū)域為行政區(qū)邊界，義務(wù)教育資源分布較少，從而導(dǎo)致上述區(qū)域義務(wù)教育資源的時間可達(dá)性較差。分布在泉山區(qū)中南部云龍湖及其周邊區(qū)域，以及分布在鼓樓區(qū)東北部區(qū)域為徐州市經(jīng)濟開發(fā)區(qū)，多為工礦企業(yè)等駐地，使得上述區(qū)域的時間可達(dá)性較差。

3.3 基于Voronoi模型的義務(wù)教育資源布局優(yōu)化

由于Voronoi模型所表達(dá)公共服務(wù)設(shè)施的影響范圍與城市規(guī)劃中公共服務(wù)設(shè)施的有效服務(wù)半徑較接近，故采用Voronoi模型對徐州市義務(wù)教育資源的服務(wù)范圍進(jìn)行分析。義務(wù)教育資源的服務(wù)半徑不僅要考慮居民使用便利的需要，也需考慮義務(wù)教育資源經(jīng)營管理的合理性與經(jīng)濟性。為了對徐州市義務(wù)教育資源的服務(wù)范圍進(jìn)行比較，根據(jù)《中小學(xué)校建筑設(shè)計規(guī)范GBJ 99—86》中規(guī)定結(jié)合徐州市目前的實際情況，將小學(xué)的服務(wù)范圍分為如下等級：過小服務(wù)范圍（服務(wù)范圍＜0.79 km2，服務(wù)半徑＜0.5 km）；適中服務(wù)范圍（0.79 km2≤服務(wù)范圍＜3.14 km2，0.5 km≤服務(wù)半徑＜1 km）；較大服務(wù)范圍（3.14 km2≤服務(wù)范圍＜7.07 km2，1 km≤服務(wù)半徑＜1.5 km）；過大服務(wù)范圍（服務(wù)范圍≥7.07 km2，服務(wù)半徑＞1.5 km）。

表3 徐州市小學(xué)服務(wù)面積分類統(tǒng)計

由圖3可知，徐州市義務(wù)教育機構(gòu)呈老城區(qū)中心集聚、外圍分散的格局，導(dǎo)致義務(wù)教育資源分布不均，不能滿足城市快速擴張和城市化進(jìn)程不斷加快的趨勢。近60%的義務(wù)教育機構(gòu)服務(wù)范圍的面積能夠滿足義務(wù)教育資源布局的需要，其中18.28%的義務(wù)教育資源服務(wù)面積適宜度過小，最小為0.24 km2，不能夠充分發(fā)揮上述義務(wù)教育機構(gòu)的社會效益；37.96%的義務(wù)教育資源的服務(wù)面積適宜度適中，基本上位于市中心外圍，能夠滿足上述區(qū)域居民點的求學(xué)需要；18.66%的義務(wù)教育的服務(wù)面積適宜度過大，最大服務(wù)面積為19.46 km2，位于鼓樓區(qū)北部，表明該區(qū)域義務(wù)教育資源分布較為稀疏，即上述區(qū)域的居民的求學(xué)距離過大，嚴(yán)重影響到義務(wù)教育的公平性。

圖3 徐州市義務(wù)教育資源分布Voronoi圖

4 結(jié)語

義務(wù)教育資源的分布是居民點空間分布、交通網(wǎng)絡(luò)、學(xué)校規(guī)模和政策等因素綜合作用的結(jié)果。而義務(wù)教育資源的師資、規(guī)模和區(qū)位是導(dǎo)致區(qū)域義務(wù)教育資源配置不合理的重要原因。因此，該研究以GIS空間分析技術(shù)為基礎(chǔ)，利用緩沖區(qū)分、可達(dá)性模型和Voronoi模型對徐州市義務(wù)教育資源的布局優(yōu)化進(jìn)行分析。形成結(jié)論如下：（1）徐州市義務(wù)教育資源呈現(xiàn)由周邊向市中心明顯集聚的趨勢，導(dǎo)致空間布局存在差異，義務(wù)教育資源主要集中在三個區(qū)的交匯處，從基于緩沖區(qū)的義務(wù)教育資源空間分布來看，40.73%的區(qū)域位于小學(xué)1 km范圍內(nèi)，僅有7.59%的區(qū)域位于各小學(xué)2.5 km緩沖區(qū)之外，表明徐州市義務(wù)教育資源分布整體較好。（2）由各義務(wù)教育資源的時間可達(dá)性來看，研究區(qū)義務(wù)教育資源的整體可達(dá)性較好，73.26%的區(qū)域能夠在30 min內(nèi)到達(dá)就近的小學(xué)，義務(wù)教育資源可達(dá)性相對較差的地區(qū)分布較少，區(qū)域占比為7.62%。從義務(wù)教育資源時間可達(dá)性的空間分異來看，可達(dá)性＜10 min的區(qū)域主要分布在老城區(qū)；時間可達(dá)性＞40 min的區(qū)域主要分布在研究區(qū)的外圍。由徐州市義務(wù)教育資源的Voronoi圖可知，近60%的義務(wù)教育機構(gòu)服務(wù)范圍的面積能夠滿足義務(wù)教育資源布局的需要，僅有18.66%的義務(wù)教育的服務(wù)面積適宜度過大，嚴(yán)重影響到義務(wù)教育的公平性。（3）針對義務(wù)教育資源布局存在的問題，可將研究區(qū)由內(nèi)而外分為核心區(qū)、過渡區(qū)和外圍區(qū)。針對核心區(qū)義務(wù)教育資源密集區(qū)，服務(wù)范圍相互重疊，可以考慮撤并辦學(xué)不佳的學(xué)校，對于辦學(xué)較好的學(xué)?？梢栽诔鞘型鈬O(shè)立分校；過渡區(qū)的義務(wù)教育資源雖然基本上能夠滿足應(yīng)用需要，但應(yīng)作適當(dāng)規(guī)模調(diào)整、適當(dāng)增加學(xué)校等措施以滿足實際需要；外圍區(qū)是未來城市發(fā)展的方向，應(yīng)增加新校的建設(shè)力度，實現(xiàn)規(guī)模與數(shù)量的增加。該研究僅從空間分布的角度對徐州市義務(wù)教育資源的分布是否合理進(jìn)行探討，沒有考慮到學(xué)校的規(guī)模、等級和人口的空間分布等因素，上述因素對義務(wù)教育資源布局的影響仍需進(jìn)一步研究。

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