基于GIS的都勻市幼兒園空間布局及其優(yōu)化研究

楊永青 高長(zhǎng)春

（1.都勻市第二幼兒園，貴州都勻 558000；2.黔南民族師范學(xué)院旅游與資源環(huán)境學(xué)院，貴州都勻 558000）

學(xué)前教育屬于啟蒙教育階段，在我國(guó)教育體系中具有重要作用。幼兒園作為實(shí)施學(xué)前教育的基礎(chǔ)性公共服務(wù)設(shè)施，其空間布局、辦園性質(zhì)、辦園水平以及師資力量等均與學(xué)前教育的普惠性、公平性具有密切聯(lián)系，是辦好人民滿(mǎn)意的學(xué)前教育、實(shí)現(xiàn)公平學(xué)前教育的重要基礎(chǔ)。

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)幼兒園空間分布、規(guī)劃與管理等方面進(jìn)行諸多研究，得到許多有意義的成果。針對(duì)城市[1-3]以及城市的某部分區(qū)域[4-5]，研究主要探究幼兒園及在校幼兒數(shù)量的密度等級(jí)、幼兒園的服務(wù)范圍、不同等級(jí)幼兒園的空間分布特征，分析學(xué)前教育資源分布存在的問(wèn)題，并提出優(yōu)化對(duì)策。研究方法從定性分析[6]或定量分析[7]逐步演變?yōu)槎呦嘟Y(jié)合的分析[8]。隨著地理信息系統(tǒng)（GIS）空間技術(shù)迅速發(fā)展，其在國(guó)土、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、規(guī)劃以及管理領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者將GIS空間分析功能應(yīng)用至教育資源分布、規(guī)劃和管理等方面，并取得豐碩的研究成果。Boussauw等[9]基于中心地理論和GIS空間分析方法發(fā)現(xiàn)，比利時(shí)北部的大部分學(xué)生居住在距離學(xué)校步行或騎自行車(chē)的距離內(nèi)。Hershkovitz[10]基于GIS技術(shù)分析人口與學(xué)校布局間的關(guān)系。蔡少燕等[11]利用GIS中的緩沖區(qū)分析和疊加分析功能對(duì)天河區(qū)幼兒園空間分布進(jìn)行探究，發(fā)現(xiàn)天河區(qū)幼兒園的分布具有明顯的空間差異性。郭靖嫻等[12]基于GIS空間分析技術(shù)發(fā)現(xiàn)杭州市區(qū)存在幼兒園空間分布不均衡、公辦幼兒園以及等級(jí)幼兒園布局不合理等問(wèn)題。高發(fā)文等[13]利用GIS空間分析功能探究蘭州市幼兒園的空間分布特征及其與需求主體的空間匹配性。目前，分析都勻市幼兒園空間布局的研究較少。文章以都勻市人民政府網(wǎng)站公布的106所幼兒園為研究對(duì)象，運(yùn)用核密度分析、緩沖區(qū)分析、標(biāo)準(zhǔn)差橢圓分析等GIS空間分析技術(shù)探究都勻市幼兒園的空間布局，為都勻市政府部門(mén)進(jìn)行幼兒園空間布局優(yōu)化調(diào)整提供參考。

1 研究區(qū)概況、數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

都勻市位于貴州省南部偏東地區(qū)（107°7′～107°46′E，25°51′～26°26′N(xiāo)），是貴州南部政治、經(jīng)濟(jì)、文化中心。都勻市下轄5個(gè)辦事處（綠茵湖街道辦事處、沙包堡街道辦事處、廣惠街道辦事處、文峰街道辦事處和小圍寨街道辦事處）、4個(gè)鎮(zhèn)（墨沖鎮(zhèn)、平浪鎮(zhèn)、勻東鎮(zhèn)和毛尖鎮(zhèn)）。截至2020年末，都勻市常住人口52.99萬(wàn)人，生產(chǎn)總值223.39億元，人均生產(chǎn)總值為42 324元，城鎮(zhèn)常住居民和農(nóng)村常住居民可支配收入分別為38 625元、14 468元。依據(jù)《黔南州統(tǒng)計(jì)年鑒（2021）》，都勻市具有126所幼兒園，但因未公布幼兒園名稱(chēng)，無(wú)法獲取其相關(guān)信息，故本文以都勻市人民政府網(wǎng)站上公布的106所幼兒園為研究對(duì)象。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

研究使用的都勻市幼兒園數(shù)據(jù)源自都勻市人民政府網(wǎng)站（http：//www.duyun.gov.cn/zwgk/ggqsygk/jy/xqjy/index.html），網(wǎng)站顯示都勻市具有107所幼兒園，剔除重復(fù)幼兒園，得到都勻市幼兒園數(shù)量為106。利用高德地圖坐標(biāo)拾取器獲取都勻市幼兒園的火星坐標(biāo)數(shù)據(jù)，利用QGIS軟件中的GeoHey Toolbox插件將火星坐標(biāo)數(shù)據(jù)（GCJ-02）轉(zhuǎn)換為世界標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)（WGS-84）數(shù)據(jù)，得到都勻市幼兒園的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，建立都勻市幼兒園空間數(shù)據(jù)庫(kù)。

1.3 研究方法

（1）核密度分析。

核密度分析可以計(jì)算地理要素在其鄰域范圍內(nèi)的密度，ArcGIS軟件中核密度分析可以計(jì)算點(diǎn)要素和線要素的密度。針對(duì)點(diǎn)要素，在搜索半徑范圍內(nèi)密度隨距離增大，距離達(dá)到搜索半徑時(shí)密度減少至零。本研究利用核密度分析法[14]將都勻市幼兒園數(shù)量在地理空間上進(jìn)行可視化表達(dá)，探究其空間分布特征。

式中：f(x)——核密度估計(jì)值；k(*)——核函數(shù)；h——帶寬；x-xi——估值點(diǎn)到觀測(cè)點(diǎn)xi處的距離；n——樣本點(diǎn)數(shù)量。

（2）標(biāo)準(zhǔn)差橢圓分析。

標(biāo)準(zhǔn)差橢圓（SDE）通過(guò)中心（重心）、長(zhǎng)軸、短軸、方位角等參數(shù)定量描述研究對(duì)象的整體空間分布特征[15-16]。本研究中，SDE的空間分布范圍表示都勻市幼兒園空間分布的主體區(qū)域，重心表示都勻市幼兒園空間分布的相對(duì)位置，方位角反映都勻市幼兒園分布的主趨勢(shì)方向，都勻市幼兒園在主趨勢(shì)方向和次要方向上的離散程度通過(guò)長(zhǎng)軸和短軸的大小衡量。SDE參數(shù)的表達(dá)式見(jiàn)文獻(xiàn)[15]和文獻(xiàn)[16]。

（3）緩沖區(qū)分析。

緩沖區(qū)分析以地理要素為基礎(chǔ)，以緩沖距離在地理要素周?chē)⒕彌_區(qū)多邊形圖層，獲取地理要素影響范圍。本研究利用緩沖區(qū)分析法對(duì)都勻市幼兒園進(jìn)行緩沖區(qū)分析，探究都勻各幼兒園的服務(wù)范圍。

從數(shù)學(xué)角度分析，緩沖區(qū)被定義為一個(gè)空間對(duì)象或集合，通過(guò)緩沖半徑R確定其鄰域，對(duì)象Oi的緩沖區(qū)被定義為[17]：

式中：R——緩沖半徑；d——距離，可以為歐式距離、網(wǎng)絡(luò)距離、時(shí)間距離等。

2 都勻市幼兒園空間分布格局

2.1 幼兒園的權(quán)屬空間分布特征

都勻市各區(qū)域幼兒園權(quán)屬情況如表1所示。

表1 都勻市各區(qū)域幼兒園權(quán)屬情況

都勻市公辦幼兒園和民辦幼兒園數(shù)量分別為69所和37所。根據(jù)都勻市幼兒園的權(quán)屬信息，利用ArcGIS軟件制作都勻市公辦幼兒園和民辦幼兒園的空間分布。

都勻市不同權(quán)屬幼兒園的空間分布如圖1所示。

圖1 都勻市不同權(quán)屬幼兒園的空間分布

由圖1可知，都勻市民辦幼兒園分布具有較大的空間差異性，民辦幼兒園主要分布在廣惠街道辦事處、文峰街道辦事處、小圍寨街道辦事處的東北部和沙包堡街道辦事處的南部，集中分布區(qū)域地勢(shì)相對(duì)平坦，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平相對(duì)較高，人口分布比較集中，屬于城區(qū)；其他區(qū)域的民辦幼兒園數(shù)量較少。與民辦幼兒園相比，都勻市公辦幼兒園分布比較均衡，但小圍寨街道辦事處數(shù)量較少。公辦幼兒園由政府建設(shè)，需要保證幼兒園空間分布的均衡性，使每個(gè)幼兒均能夠享受相對(duì)公平的幼兒教育資源。都勻市學(xué)前教育資源配置不公平主要由民辦幼兒園的數(shù)量導(dǎo)致，未探究幼兒園等級(jí)不同造成的學(xué)前教育資源配置的不公平問(wèn)題。

2.2 都勻市幼兒園密度分析

為進(jìn)一步探究都勻市幼兒園的空間分布格局特征，采用ArcGIS軟件中的Kernel Denisty工具對(duì)都勻市幼兒園進(jìn)行核密度分析，處理范圍與都勻市行政區(qū)劃數(shù)據(jù)一致，輸出柵格像元為30 m，搜索半徑為1 000 m，結(jié)果表示每平方千米內(nèi)的幼兒園數(shù)量。采用自然斷點(diǎn)法將核密度分析結(jié)果劃分為一級(jí)密度區(qū)、二級(jí)密度區(qū)、三級(jí)密度區(qū)和四級(jí)密度區(qū)4個(gè)密度區(qū)。其中，一級(jí)密度區(qū)的幼兒園數(shù)量為0～0.31個(gè)/km2；二級(jí)密度區(qū)的幼兒園數(shù)量為0.32～1.19個(gè)/km2；三級(jí)密度區(qū)的幼兒園數(shù)量為1.20～3.06個(gè)/km2；四級(jí)密度區(qū)的幼兒園數(shù)量為3.07～6.21個(gè)/km2。

都勻市幼兒園密度分布如圖2所示。

圖2 都勻市幼兒園密度分布

由圖2可知，四級(jí)密度區(qū)主要分布在廣惠街道辦事處、小圍寨街道辦事處、文峰街道辦事處和沙包堡街道辦事處的交界處，廣惠街道辦事處的四級(jí)密度區(qū)面積最大，因?yàn)閺V惠街道辦事處位于都勻市城市中心區(qū)域，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平相對(duì)較高，人口密集，民辦幼兒園數(shù)量較多。沙包堡街道辦事處、墨沖鎮(zhèn)、平浪鎮(zhèn)、勻東鎮(zhèn)和歸蘭水族鄉(xiāng)的幼兒園數(shù)量高于廣惠街道辦事處，但區(qū)域面積較大，且幼兒園分布較分散，導(dǎo)致幼兒園密度較低。三級(jí)密度區(qū)主要分布在廣惠街道辦事處、文峰街道辦事處和沙包堡街道辦事處的交界處。都勻市一級(jí)密度區(qū)面積最大，表明都勻市幼兒園分布存在不均衡現(xiàn)象，需要調(diào)整幼兒園數(shù)量，保證幼兒園的空間布局合理性。

2.3 都勻市幼兒園標(biāo)準(zhǔn)差橢圓分析

利用標(biāo)準(zhǔn)差橢圓對(duì)都勻市幼兒園的空間分布重心及主要分布方向進(jìn)行量化。基于ArcGIS軟件中的Directional Distribution工具對(duì)都勻市幼兒園進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)差橢圓分析，制作其空間分布圖。

都勻市幼兒園標(biāo)準(zhǔn)差橢圓分布如圖3所示。

圖3 都勻市幼兒園標(biāo)準(zhǔn)差橢圓分布

由圖3可知，橢圓中心（即幼兒園重心）位于小圍寨街道辦事處境內(nèi)，坐標(biāo)為（107.49°E，26.17°N），長(zhǎng)半軸為17.00 km，短半軸為19.96 km，旋轉(zhuǎn)角為30.05°。都勻市幼兒園分布總體表現(xiàn)為“東北-西南”的空間分布格局，標(biāo)準(zhǔn)差橢圓覆蓋面積1 066.49 km2，占都勻市總面積的46.67%，表明標(biāo)準(zhǔn)差橢圓覆蓋的區(qū)域面積較小，幼兒園數(shù)量占比較高。都勻市城區(qū)呈東北-西南走向，人口分布較集中，對(duì)幼兒園的需求量較大，因此民辦幼兒園較多，導(dǎo)致都勻市幼兒園主趨勢(shì)方向呈“東北-西南”方向。

2.4 都勻市幼兒園緩沖區(qū)分析

住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布的《城市居住區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50180—2018）規(guī)定幼兒園的服務(wù)半徑不宜大于300 m[18]。教育部主編的《幼兒園建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》（建標(biāo)175—2016）規(guī)定幼兒園服務(wù)半徑為300～500 m[19]。隨著私家車(chē)和校車(chē)快速發(fā)展，有學(xué)者調(diào)查發(fā)現(xiàn)，家長(zhǎng)能夠接受的幼兒園最大服務(wù)半徑為1 000 m[5]。因此，以300、500和1 000 m為緩沖半徑，利用ArcGIS軟件對(duì)都勻市幼兒園進(jìn)行緩沖區(qū)分析。

都勻市幼兒園各級(jí)緩沖區(qū)如圖4所示。

圖4 都勻市幼兒園各級(jí)緩沖區(qū)

由圖4可知，以300 m為緩沖半徑對(duì)都勻市幼兒園進(jìn)行緩沖區(qū)分析發(fā)現(xiàn)，幼兒園服務(wù)區(qū)域的覆蓋度相對(duì)較低，城區(qū)具有服務(wù)盲點(diǎn)；以500 m為緩沖半徑進(jìn)行緩沖區(qū)分析時(shí)，幼兒園服務(wù)區(qū)域的覆蓋度有所增加，部分幼兒園的服務(wù)范圍存在重疊，但仍存在服務(wù)盲點(diǎn)；以1 000 m為緩沖半徑進(jìn)行緩沖區(qū)分析時(shí)，城區(qū)幼兒園的服務(wù)范圍存在較嚴(yán)重的重疊，鄉(xiāng)鎮(zhèn)和農(nóng)村的幼兒園存在服務(wù)盲點(diǎn)。需要從空間整體上對(duì)幼兒園數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)一配置。

3 優(yōu)化建議

3.1 增加公辦幼兒園或普惠性幼兒園比重

沙包堡街道辦事處、廣惠街道辦事處和文峰街道辦事處的民辦幼兒園數(shù)量比例較高，應(yīng)規(guī)劃在上述區(qū)域增加公辦幼兒園數(shù)量，或通過(guò)租賃服務(wù)的方式引導(dǎo)辦學(xué)質(zhì)量較好的民辦幼兒園向區(qū)域提供更多的普惠性服務(wù)。

3.2 加大幼兒園服務(wù)半徑

都勻市廣惠街道辦事處、文峰街道辦事處和沙包堡街道辦事處交界區(qū)域幼兒園的配置能夠達(dá)到《城市居住區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》和《幼兒園建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》中的幼兒園服務(wù)半徑要求，其他區(qū)域均未達(dá)到相關(guān)要求。目前，隨著私家車(chē)和校車(chē)發(fā)展，幼兒園的服務(wù)半徑可以根據(jù)實(shí)際情況延伸，但不應(yīng)超過(guò)1 000 m的心理承受距離；鄉(xiāng)鎮(zhèn)或農(nóng)村可能出現(xiàn)多個(gè)區(qū)域共用一個(gè)幼兒園的情況，服務(wù)半徑可能會(huì)繼續(xù)增加。

3.3 因地制宜制定幼兒園建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)

針對(duì)人口相對(duì)集中，用地相對(duì)緊張的老城區(qū)，幼兒園辦學(xué)規(guī)模需增大，服務(wù)半徑相對(duì)較小；針對(duì)人口相對(duì)較少的新城區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)以及農(nóng)村地區(qū)，幼兒園的服務(wù)半徑應(yīng)相對(duì)增大。

4 結(jié)語(yǔ)

本研究利用核密度分析、SDE和緩沖區(qū)分析等GIS空間分析方法分析都勻市幼兒園的空間分布格局。民辦幼兒園的空間分布具有較大的不均衡性，公辦幼兒園的空間分布相對(duì)均衡；廣惠街道辦事處、文峰街道辦事處和沙包堡街道辦事處的交界處幼兒園的密度較高；幼兒園重心坐標(biāo)為（107.49°E，26.17°N），呈“東北-西南”方向的空間分布格局；都勻市幼兒園仍存在服務(wù)盲點(diǎn)。未來(lái)可以增加公辦幼兒園或普惠性幼兒園比重，加大幼兒園服務(wù)半徑，因地制宜制定幼兒園建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。