基于POI數(shù)據(jù)的西安市幼兒園空間分布格局研究

高峙南，王 芳

(1.隴東學(xué)院 土木工程學(xué)院，甘肅 慶陽 745000；2.甘肅省高校黃土工程性質(zhì)及工程應(yīng)用省級重點實驗室，甘肅 慶陽 745000)

人生百年，立于幼學(xué)。學(xué)前教育是學(xué)習(xí)生涯的開始，也是國民教育的重要組成部分。作為終身學(xué)習(xí)的開始，幼兒園教育在國民教育體系中占據(jù)著重要地位，而且與人們的利益直接相關(guān)。近年來，政府致力于學(xué)前教育項目優(yōu)化，通過購買市場上學(xué)前教育服務(wù)，加強民辦幼兒園建設(shè)等措施，使學(xué)前教育在教育行業(yè)內(nèi)不斷正規(guī)化。隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，生活質(zhì)量的逐步提高，以及“二孩政策”在全國范圍內(nèi)相繼實施，人們對學(xué)前教育的需求逐步擴大，幼兒園空間分布不合理，“入園難”問題成為社會難題之一。

目前學(xué)前教育事業(yè)迅速發(fā)展，國內(nèi)外研究者對幼兒園空間分布的研究也已經(jīng)趨于成熟。在研究尺度上，主要集中在對某一城市[1-2]或城市某一區(qū)域[3-4]，這些研究旨在分析行政區(qū)內(nèi)部幼兒園密度等級、服務(wù)覆蓋度、優(yōu)質(zhì)幼兒園等空間分布特征，明確存在的問題，提出優(yōu)化對策。在研究方法上，從單純定性分析[5]或定量分析[6-7]逐漸發(fā)展為定性與定量分析相結(jié)合[8]。進入21世紀，隨著信息技術(shù)軟件及空間計量方法在地理學(xué)中的應(yīng)用，以GIS技術(shù)為支撐，運用數(shù)理統(tǒng)計方法對幼兒園分布進行量化計算與分析，促使研究結(jié)果更趨精確和合理[9-11]?？傮w而言，上述研究成果豐富了幼兒園空間分布方面的研究，但受限于樣本數(shù)量少、動態(tài)更新緩慢等原因，在城市快速發(fā)展的現(xiàn)階段，難以對城市建設(shè)及空間規(guī)劃提供及時、有效的依據(jù)。POI作為一種真實地理實體的點狀數(shù)據(jù)，具有樣本量大，空間粒度精細、動態(tài)更新、可以支持人們活動的具體場所等特點，是時空大數(shù)據(jù)在研究人類移動規(guī)律等研究中的重要數(shù)據(jù)源[12]，為研究城市內(nèi)部結(jié)構(gòu)和空間布局提供了良好的平臺，對于研究城市基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃以及城市內(nèi)部空間布局分析具有重要意義。

本文迎合大數(shù)據(jù)時代潮流，將POI與GIS強大的空間分析功能相結(jié)合，通過研究西安市幼兒園空間分布特點、城市教育設(shè)施的空間分布和發(fā)展?fàn)顩r，分析目前教育資源空間布局存在的問題和成因，為西安市未來學(xué)前教育設(shè)施規(guī)劃建設(shè)提供理論參考。

1 研究區(qū)域、數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 研究范圍

基于西安市城區(qū)與周邊區(qū)縣的經(jīng)濟發(fā)展和設(shè)施資源現(xiàn)存差異等因素，本文將研究范圍聚焦于西安市核心六區(qū)——碑林區(qū)、雁塔區(qū)、新城區(qū)、蓮湖區(qū)、未央?yún)^(qū)和灞橋區(qū)(圖1)。此次研究范圍面積832.71平方公里，截至2017年研究區(qū)內(nèi)共有常住人口460.63萬人。

圖1 研究區(qū)示意圖

1.2 數(shù)據(jù)來源

數(shù)據(jù)一：西安市六城區(qū)2012～2017年人口數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)來源于《西安市統(tǒng)計年鑒(2012—2017)》。受收集數(shù)據(jù)難度限制，研究收集了2012～2017年出生率，以出生率為基點，推算近幾年的適齡入園幼兒人數(shù)，使用0—7歲幼兒人口數(shù)據(jù)代替適齡入園的幼兒人口數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)二：2017年西安市六個城區(qū)的幼兒園數(shù)據(jù)。本文POI(興趣點)數(shù)據(jù)來源于脈策數(shù)據(jù)網(wǎng)站，共獲取到636個興趣點，即636個幼兒園。

數(shù)據(jù)三：西安市路網(wǎng)數(shù)據(jù)。此次數(shù)據(jù)采集使用火車頭采集器，爬取得到西安市六個城區(qū)的2017年P(guān)OI的道路數(shù)據(jù)。

1.3 研究方法

研究主要采用標(biāo)準離差橢圓法、核密度分析法、緩沖區(qū)分析法等3種空間分析方法。

(1)標(biāo)準離差橢圓法(Standard Deviational Ellipse)是對分布重心和主要分布方向進行定量化表達，用于觀察整體發(fā)展的方向。

標(biāo)準離差橢圓的形式為：

(1)

(2)

式中xi和yi為要素i的坐標(biāo)，{X,Y}表示要素的平均中心，n為要素和。

(2)核密度分析法(Kernel Density Estimation)比較準確地反映空間位點分布的空間相對聚集程度，用于觀察研究范圍內(nèi)研究目標(biāo)的密度分布。

核密度函數(shù)表達式如下：

(3)

式中：Pj為j處的核密度估計值；r為核密度函數(shù)的搜索半徑；n為樣本的總數(shù)；dls為POI點1與s間的距離；Φ中為距離的權(quán)重。

(3)緩沖區(qū)分析是對某一半徑范圍內(nèi)所能到達的服務(wù)設(shè)施點的數(shù)目量化，用于觀察研究目標(biāo)在研究范圍內(nèi)的覆蓋度。

利用數(shù)學(xué)知識解釋緩沖區(qū)獲得相鄰地域的條件是，在集合已經(jīng)給定的情況下，假設(shè)為B，它的緩沖區(qū)定義為:

(p=x|d(x,B)≤r)

(4)

公式中，r為相鄰地域的半徑，d為歐式時間或距離等因子。

2 幼兒園空間分布格局

2.1 幼兒園空間分布重心及其主要分布方向

采用Spatial Analyst工具中的Measure geographic distribution，使用Arc GIS10.5默認的Standard dispersion ellipse，不考慮幼兒園在園的幼兒數(shù)量，將橢圓大小默認為1，輸出結(jié)果。

西安市六城區(qū)幼兒園空間分布重心位于新城區(qū)北部，“東北—西南”向是幼兒園分布的主要方向(圖2)，68%的幼兒園分布于城市中心。此結(jié)果主要是由于西安市六城區(qū)中部區(qū)域、東北區(qū)域及東部區(qū)域居住用地比重較高(圖3)，幼兒園需求較大；橢圓外圍居住用地分布相對較少，幼兒園數(shù)量較少，研究區(qū)內(nèi)幼兒園空間布局與居住用地布局基本吻合。

圖2 空間分布重心及主要方向

圖3 2008-2020年西安市主城區(qū)土地利用規(guī)劃圖

2.2 幼兒園密度分布

采用核密度分析法中的Kernel Density工具，核函數(shù)使用Arc GIS10.5默認的西爾弗曼的quadratic kernel function[13]，不考慮幼兒園在園的幼兒數(shù)量，僅從幼兒園個數(shù)方面分析幼兒園分布的密度。輸出柵格大小為30m，搜索半徑為2000m，并按照計算結(jié)果將西安市幼兒園核密度劃分為四個等級，一級為最低密度等級，四級為最高密度等級[14]。密度等級最高的區(qū)域，2000m領(lǐng)域內(nèi)至少有2所幼兒園；密度等級最低的區(qū)域每2000m的領(lǐng)域內(nèi)不足1所幼兒園，見圖4。

圖4 核密度分析

西安市六城區(qū)的幼兒園整體上呈現(xiàn)分散的空間分布態(tài)勢，可以清楚地看到四級密度共6個區(qū)域，4個位于未央?yún)^(qū)，其余2個分別在灞橋區(qū)和雁塔區(qū)。11個三級密度區(qū)分散分布于六個城區(qū)，灞橋區(qū)、未央?yún)^(qū)各3個，蓮湖區(qū)2個，雁塔區(qū)、碑林區(qū)、新城區(qū)各1個。其原因歸于以下兩點：一是西安市近年來積極調(diào)整城市空間結(jié)構(gòu)和發(fā)展方向，將未央?yún)^(qū)和灞橋區(qū)作為重點區(qū)域進行建設(shè)，居住用地外遷引起幼兒園空間布局調(diào)整；二是考慮未來城市發(fā)展和教育對居民日常生活的重要性，政府管理者將教育設(shè)施分布范圍逐漸擴大。

2.3 幼兒園服務(wù)范圍覆蓋

根據(jù)教育部主編的《幼兒園建設(shè)標(biāo)準》(JB175-2016)[15]，其中規(guī)定幼兒園的服務(wù)半徑原則上不超過500m。本文使用Arcgis10.5工具，以POI數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，使路網(wǎng)和POI數(shù)據(jù)疊加，設(shè)置300m和500m的緩沖區(qū)，分析幼兒園的密集程度；以西安市中心做緩沖區(qū)，分析幼兒園與西安市的整體空間布局的關(guān)系。

圖5 300米緩沖區(qū)分析圖

圖6 500米緩沖區(qū)分析圖

分析結(jié)果顯示，以300m為幼兒園服務(wù)半徑時，覆蓋度較低，存在大面積服務(wù)盲點(圖5)；當(dāng)以500m為半徑做緩沖區(qū)分析時，覆蓋度有所增加，但仍然存在服務(wù)盲點(圖6)。

本文分析形成以上結(jié)果的原因是：(1)基于現(xiàn)存數(shù)據(jù)，幼兒園規(guī)劃中，政府部門未將數(shù)據(jù)最大化，形成了部分服務(wù)范圍重合，部分地區(qū)未在服務(wù)范圍內(nèi)；(2)幼兒教育正規(guī)化進程較為緩慢，建立理想化模型還需時間打磨；(3)教育公平觀念只停留在表層，還未深入居民和政府規(guī)劃人員心中，對整體規(guī)劃和質(zhì)量管理存在一定疏忽。

2.4 幼兒園空間分布與需求耦合

幼兒園數(shù)量、空間分布與人的需求息息相關(guān)，通過人口密度和適齡幼兒人口分析，能夠得到需求與空間分布的耦合關(guān)系。

由圖7知，碑林區(qū)(1)數(shù)據(jù)來源：2012—2017年西安市統(tǒng)計年鑒。人口密度最高，但幼兒園空間呈南北兩條線性分布，不能滿足現(xiàn)有居民對幼兒園的需求；蓮湖區(qū)和新城區(qū)人口密度次之，新城區(qū)幼兒園分布相對均勻，中部分布較少，蓮湖區(qū)北部幼兒園密度較低，不能滿足供需；雁塔區(qū)的人口密度再次之，但幼兒園不均勻分布，為實現(xiàn)教育公平制造了障礙；未央?yún)^(qū)的人口密度相對較小，幼兒園集中分布于東部，未能實現(xiàn)教育均等化；人口密度最低的灞橋區(qū)，幼兒園集中分布于中部，大部分地區(qū)，幼兒教育未能涉及。

圖7 人口密度分布圖

圖8 人口出生率分布圖

表1 2012-2017年西安市各區(qū)人口出生率統(tǒng)計表

新城區(qū)蓮湖區(qū)未央?yún)^(qū)雁塔區(qū)碑林區(qū)灞橋區(qū)20126.228.6110.887.548.6210.7420136.356.9110.439.076.689.9620146.927.2210.649.578.9710.2620156.947.310.749.577.6510.2620168.149.4111.3911.159.8112.07201710.0211.0312.7211.8111.7112.9平均值7.438.4111.139.788.9011.03

由表1和圖8知，未央?yún)^(qū)(2)數(shù)據(jù)來源：2012—2017年西安市統(tǒng)計年鑒。出生率最高，灞橋區(qū)和碑林區(qū)次之，新城區(qū)和蓮湖區(qū)最低，即老城區(qū)發(fā)展相對飽和，出生率較低，新發(fā)展城區(qū)出生率迅速增長。在人口出生率較高的未央、灞橋、雁塔三區(qū)，隨著學(xué)齡前兒童數(shù)量的增加，現(xiàn)有幼兒園數(shù)量和分布將難以滿足未來需求。

西安市六城區(qū)人口密度與出生率分布呈反向趨勢。這可能是由于，隨著城市發(fā)展，核心區(qū)域地價和物價相對較高，該區(qū)域的市民為了追求高質(zhì)量的生活，更加注重優(yōu)生優(yōu)育。而重點開發(fā)的未央?yún)^(qū)，相對于核心區(qū)域，開發(fā)強度較弱、地價和物價相對較低，機械增長和年輕夫婦數(shù)量偏多，出生率相對較高。人口密度分布、出生率分布與幼兒園密度分布不符，致使部分區(qū)域幼兒園供需不均衡，準確把握學(xué)前適齡人口的變動趨勢應(yīng)作為幼兒園布局調(diào)整的必要前提，更是學(xué)前教育發(fā)展規(guī)劃的基礎(chǔ)。

3 存在問題

3.1 幼兒園服務(wù)范圍明顯重復(fù)，部分地區(qū)服務(wù)存在盲點

以西安市六城區(qū)幼兒園空間點位為中心，分別以居住街坊和五分鐘生活圈居住區(qū)服務(wù)范圍為半徑(300m和500m)分析，未央?yún)^(qū)東部、灞橋區(qū)中部和雁塔區(qū)南部等區(qū)域幼兒園服務(wù)范圍疊加，未央?yún)^(qū)西部、灞橋區(qū)北部和南部、雁塔區(qū)東部和西部、蓮湖區(qū)西部等區(qū)域卻存在服務(wù)盲點

3.2 空間分布不合理

通過對六城區(qū)幼兒園在西安市基礎(chǔ)地圖上的空間分布可視化對比，發(fā)現(xiàn)幼兒園空間分布不合理，此一現(xiàn)象揭示了幼兒園在研究范圍內(nèi)宏觀尺度及中微觀尺度中的特征及規(guī)律。研究范圍內(nèi)幼兒園的空間分布比例失調(diào)，不足以滿足每個城區(qū)內(nèi)居民對孩子的就學(xué)需求，供需比失衡，如雁塔區(qū)的東南部居住用地較多，但是幼兒園的數(shù)量卻較少，此一現(xiàn)象可能造成社會的幸福感下降。

3.3 幼兒園數(shù)量與人口增長速度不符

隨著社會經(jīng)濟的高速發(fā)展，居民對生活質(zhì)量的要求也在逐步提高，城市規(guī)模逐漸擴大，城市常住人口的增加使得學(xué)齡人口急速增長，進一步使城市教育資源的分配壓力增加。一些外來人口對于入園的需求多變而且不穩(wěn)定，進一步增加了政府對人口預(yù)測的難度。此外，2015年10月中國各地開始實施全面二孩政策，政府鼓勵居民生二胎，進一步導(dǎo)致了學(xué)齡人口的增長，給幼兒就學(xué)帶來一定的壓力。行政范圍較廣且地理位置偏外的未央、灞橋、雁塔三區(qū)未來學(xué)前教育資源需求較大，當(dāng)前現(xiàn)狀下，在教育公平和資源使用效率上將難以求得動態(tài)的平衡。

4 優(yōu)化措施

4.1 酌情加大幼兒園服務(wù)覆蓋半徑

研究的六個城區(qū)發(fā)展相對較快，部分居住區(qū)修建時間相對較早，基礎(chǔ)服務(wù)設(shè)施配置不齊全，幼兒園的配置未能達到《城市居住區(qū)規(guī)劃設(shè)計標(biāo)準GB50180-2018》中“幼兒園(包含托兒所)服務(wù)半徑不宜大于300m的規(guī)定”[16]。幼兒園是五分鐘生活圈居住區(qū)必須配備的社區(qū)服務(wù)設(shè)施，主要服務(wù)對象為居住區(qū)內(nèi)學(xué)齡前兒童，但是如果居住區(qū)內(nèi)的人口結(jié)構(gòu)與服務(wù)對象的數(shù)量不相符合時，應(yīng)該考慮兩個或者以上居住區(qū)共設(shè)一個幼兒園，因地制宜地布置。隨著私家車和幼兒園校車的發(fā)展，幼兒園服務(wù)范圍可酌情擴大，但不能超過1000m(步行15min)的心理承受距離。目前西安市六城區(qū)的幼兒園空間布局在時間半徑、服務(wù)半徑和空間服務(wù)半徑上大部分都沒有達到標(biāo)準，在以后的規(guī)劃中政府可通過劃撥用地的方式新建幼兒園。新建幼兒園建設(shè)規(guī)模應(yīng)結(jié)合服務(wù)人口，在6班-12班(180人-360人)內(nèi)合理確定。

4.2 優(yōu)化六城區(qū)幼兒園空間分布模式

(1)新城區(qū)：建議保留現(xiàn)有幼兒園，抑制其規(guī)模的無序擴大。

新城區(qū)內(nèi)的幼兒園辦學(xué)時間長、學(xué)校規(guī)模大，而且多為公辦的優(yōu)質(zhì)幼兒園，已經(jīng)形成了一定的教學(xué)基礎(chǔ)和規(guī)模，有良好的發(fā)展態(tài)勢，考慮到居民讓孩子就近上學(xué)習(xí)慣，建議近期保留。隨著新城區(qū)的人口逐漸流動到其他城區(qū)，一方面居民對新城區(qū)的幼兒園需求量減少，另一方面新城區(qū)在保護策略層面，必須要求嚴格控制幼兒園規(guī)模，嚴禁擴建幼兒園；如需擴大幼兒園的規(guī)模，需到新區(qū)另行選址，但不應(yīng)選址在高層建筑或多層公共建筑內(nèi)。

(2)雁塔區(qū)、未央?yún)^(qū)：幼兒園適當(dāng)外遷，逐步實現(xiàn)幼教資源空間分配的均衡性。

未央?yún)^(qū)近年來出生率較高，未來學(xué)前教育需求較高，現(xiàn)狀供應(yīng)難以滿足未來需求，且現(xiàn)狀集中于中部區(qū)域；雁塔區(qū)的人口密度與出生率變動幅度不明顯，幼兒園集中分布于中部，空間分布不均勻。對于雁塔區(qū)和未央?yún)^(qū)局部幼兒園過于集聚和供需不平衡的現(xiàn)象，建議政府部門加強對幼兒園空間分布調(diào)控，結(jié)合居住區(qū)規(guī)劃適當(dāng)增加幼兒園，改善盲點區(qū)域?qū)W前教育；將拆遷安置小區(qū)內(nèi)的民營幼兒園改為公辦幼兒園，移交給當(dāng)?shù)氐慕逃鞴懿块T管理；對于其他民營幼兒園，政府不應(yīng)干預(yù)，使其遵從市場規(guī)律——優(yōu)勝劣汰。

(3)灞橋區(qū)、碑林區(qū)、蓮湖區(qū)：結(jié)合當(dāng)下的人口空間分布結(jié)構(gòu)，打破刻板的組合方案。

隨著城市化的發(fā)展，城區(qū)內(nèi)部人口空間結(jié)構(gòu)也在發(fā)生變化，如城區(qū)中老年人口比重較高，外來人口的大量涌入，部分新婚育齡夫婦更傾向于選擇競爭壓力相對較小，房價相對較低的城區(qū)發(fā)展。在這三個城區(qū)中，灞橋區(qū)和碑林區(qū)的出生率低于未央?yún)^(qū)，灞橋區(qū)的中部幼兒園的分布相對較為密集，但是此區(qū)內(nèi)面積較大，綜合考慮出生率和人口密度，幼兒園數(shù)量不能滿足學(xué)齡前兒童上學(xué)的需求；碑林區(qū)人口密度最大，出生率相對較高，但是幼兒園的數(shù)量較少，與人們的需求不相符合。蓮湖區(qū)人口密度相對較高，但出生率最低，結(jié)合幼兒園的密度分布，空間分布較為均勻而且數(shù)量基本滿足學(xué)齡前兒童。目前幼兒園在空間格局上呈現(xiàn)局部集聚，存在大量的服務(wù)盲點。結(jié)合表1，這三個區(qū)的出生率相對較高，大部分社區(qū)為年輕人的集聚地，正處于生育高峰期，幼兒園配備數(shù)量明顯不足。因此，應(yīng)按城市總體規(guī)劃進一步確定居住用地的布局，結(jié)合人口空間分布特點，按城市居住區(qū)規(guī)劃設(shè)計標(biāo)準在這三個城區(qū)新建公辦幼兒園，防止出現(xiàn)幼兒園數(shù)量少、公辦幼兒園少等問題。

5 結(jié)論

本文選取西安市六城區(qū)636處幼兒園作為研究對象，運用空間計量法分析西安市六城區(qū)幼兒園的空間分布，通過街道地址文本分析探討幼兒園的選址布局及服務(wù)對象，結(jié)合人口密度和出生率，分析幼兒園與服務(wù)對象的空間關(guān)系，結(jié)論如下：

(1)選址布局合理性及服務(wù)對象。西安市六城區(qū)幼兒園的選址大部分分布于居住區(qū)周圍，主要是考慮到家長接送小孩的便捷程度和幼兒園合理的服務(wù)半徑。

(2)供需平衡特征。由于幼兒園的數(shù)量與周邊居民實際需要不相符合，致使供需平衡失調(diào)。

(3)空間分布格局特征?？臻g分布呈“中心城區(qū)多，周邊地區(qū)少”的特點。城區(qū)內(nèi)部分空間的集聚程度比較高，但城區(qū)內(nèi)部的幼兒園分布存在較大差異，空間不均衡性突出，研究區(qū)內(nèi)的幼兒園空間分布方向為“東北-西南”，與城區(qū)輪廓、地理條件和各區(qū)空間規(guī)劃發(fā)展格局相關(guān)。