1、 本科毕业论文（20 届）龙岩市教育设施布局分析及设计优化所在学院专业班级 测绘工程学生姓名指导教师完成日期龙岩市教育设施布局分析及设计优化【摘要】21 世纪在中国快速城市化过程中，城市的形成与发展日益完善，成为区域经济发展的重要支撑点。区域空间结构布局的优化问题是区域开发规划的重要中心，它严重制约着区域的发展。为统筹安排教育设施的布局，优化教育设施资源配置供给，落实龙岩市政府“五大战役”的部署，加快建立覆盖城市中心区域的多层次的教育服务体系，完善中心城市的综合服务功能，本文以龙岩市为研究对象，对龙岩市教育设施布局进行系统的诊断，阐明教育设施分布特点及形成原因，根据其现状和特征提出龙岩市教育设
2、施布局的原则及优化对策。使教育设施空间分布达到合理配置，实现龙岩市可持续发展。【关键字】教育设施；优化设计；空间分析；龙岩市目 录第一章 绪论 .11.1 研究背景 .11.2 研究目的与意义 .11.3 研究内容 .11.4 研究区概述 .1第二章 教育设施布局分析的相关研究方法 .12.1 文献综述法 .12.2 GIS 空间分析法 .2第三章龙岩市中心城区教育资源设施的分布现状与空间格局 .23.1 空间分析概述 .23.1.1 叠加分析 .33.1.2 网络分析 .43.1.3 泰森多边形分析 .53.2 空间分布影响因素 .63.2.1 自然地形地貌因素 .63.2.2 人口因素 .
3、63.2.3 社会经济因素 .6第四章龙岩市教育设施空间分布存在的问题与设计优化 .64.1 教育设施布局分布存在的问题 .64.1.1 中心城区分布过于集聚，外散城区分布明显不足 .64.1.2 民办中学设施在各城区的分布上存在差异 .74.1.3 重点中学教育设施的数量在城区的分布上存在不均衡 .84.2 设计优化策略 .84.2.1 中学学区的调整 .84.2.2 完善中小学布局结构 .84.2.3 加快义务教育学校标准化建设 .8第五章结论与展望 .85.1 论文的研究成果与不足之处 .85.2 论文工作的展望 .8参考文献 .9致谢语 .111第一章 绪论1.1 研究背景2010 年
4、，为统筹安排教育设施的布局，优化教育设施资源配置供给，落实龙岩市政府“五大战役”的部署，加快建立覆盖城市中心区域的多层次的教育服务体系，由龙岩市城乡规划局委托龙岩市城乡规划设计院编制了龙岩中心城市教育设施布局规划（2010-2020），并于 2010 年 10 月评审通过 1。但随着城市化进程的快速推进以及城市人口规模的扩大所带来的就学供需矛盾问题逐渐凸现出来，教育设施分布规划是我国城乡规划编制体系中的尤为重要的组成部分，其规划编制思路的合理性、教育设施布局的科学性是每一位社会成员享受平等化教育服务的最基本的前提 2。1.2 研究目的与意义基本公共教育设施布局分析与设计优化在一定程度上为龙岩市
5、区域空间格局的开发奠定了一定的基础，也是每一位社会成员能够享受均等化，优质化的教育服务的前提。此外，将教育事业摆在优先发展的战略位置，调动社会学习的积极性，是龙岩市现如今最重要的任务。推动教育事业的科学发展、逾越发展、持续发展，为龙岩发展、海峡西岸经济区主要增长及建设提供坚强的人才支持和智力保障。1.3 研究内容本文以现有龙岩市基础公共教育设施分布为研究对象，通过运用 GIS 空间分析，构建评价布局的空间模型，对研究区内的基本公共教育设施布局分析。通过对龙岩市教育设施分布的空间结构，开发优势和开发模式的分析，利用数字化分布地图来表达优化设计理论与现有城市教育设施分布格局的区别和优势。1.4 研
6、究区概述龙岩市地处福建西部，通称闽西，地理位置为东经 1155l至 11745，北纬 2423至 2621。下有新罗区、永定区、漳平市，还有长汀、上杭、武平、连城四个下属县，全市总面积约有 1.9 万平方公里，人口总数约 286.51 万(2001 年) 3。山地与较大盆地相间分布，海拔低于闽西北，多风景名山，构景地貌以岩溶为主，西部有丹霞分布，气候以中亚热带气候为主，适合全年出游，山地气候垂直变化，反季节气候资源丰富。到 2016 年 3 月，龙岩市高等教育学校 3 所，合计 21600 人；中等职业教育 6 所，合计 26100 人；基础教育合计 210 所，覆盖大约 130 万人。第二章
7、 教育设施布局分析的相关研究方法2.1 文献综述法文献综述是针对一个探究主题，对与探究主题相关联的各种文献资料进行分类，收集整理，对所获取的信息进行归纳鉴别,并对所探究的问题在一定时期内所取得的研究状况，成果以及发展趋势进行全面而系统的叙述，评论和总结 4。本论文前期研究工作主要采用的就是这种方法。在互联网和当地规划局查阅并收集了相关学校地址的资料、文献，通过对比大致了解到了龙岩市教育设施格局的历史变迁。结合研究区域现有的教育设施分布格局，针对龙岩市新罗区的地理位置，人文景观以及人口居民分布的特点对龙岩市教育设施分布格局进行综合性较强的基本阐述。龙岩市属山城，平原较少，中心主城区被山包围。因为
8、其特殊的地理位置，大部分房屋，学校都是依山而建。22.2 GIS 空间分析法空间分析法是从空间数据中获取有关地理对象的空间位置、分布、形态、形成和演变等信息的分析技术，是地理信息系统的核心功能之一，它特有的对地理信息的提取、表达、和传输的功能，是地理信息系统区别于一般管理信息系统的主要功能特征。空间分析功能，在很多研究领域中都能够起到极其重要的作用，将 GIS 的空间分析特性与区域格局分布的差异研究相结合，可以实现一些传统的研究方法难以达到的成果 5。本论文在研究中将会综合运用到 GIS 中常用的网络分析，叠置分析，泰森多边形分析等空间分析方法的特点以及功能，对研究区域的教育设施分布区位及生源
9、区位的空间分布关系及联系进行分析，并运用网络分析等功能来确定教育设施的服务范围以及空间利用的效率，为学校学区划分和布局调整提供依据。第三章龙岩市中心城区教育资源设施的分布现状与空间格局3.1 空间分析概述本文研究对象选取龙岩市中心城区新罗区布局的政府、事业单位和社会公益组织举办的各级教育设施空间分布状况。论文前期准备工作，采用网络、实地调查双轨并行的方式对设施分布现状进行调查。通过网络及相关文献资料的渠道核实研究区域的教育设施的目录内容，并对每个学校选址的具体位置进行核实后将位置标注在龙岩市地图上，再将位置点标记在龙岩市最新出版的行政区划地图上。ArcGIS 软件可以利用空间数据和非空间数据共
10、同分析的特点，将资源供需是否平衡用直观的图表形式展现 6。而对于龙岩市教育设施布局的主体分析则运用 GIS 空间分析法。从叠置分析、网络分析、泰森多边形分析三个角度来分析龙岩市城区教育资源现状与空间格局。教育设施空间布局分析的具体过程如下：图 3-1 空间布局分析计算路线图 7数据处理计算人口数据提取居民点计算道路选择教育资源数据准备空间数据非空间数据居民用地学校点层道路数据学校属性数据人口数据学校服务范围计算 可获取教育资源便捷度计算计算模块以专题图形式输出结果33.1.1 叠加分析根据对龙岩市新罗区教育设施的实地调查和分析，基础教育设施分布如下图：图 3-2 基础教育设施（幼儿园）分布图提
11、取各级幼儿园空间分布重心主要分为三步：第一步，通过 ArcGIS 软件的分离处理技术，分离出城镇居民用地。第二步，应用叠加分析技术，将带有人口总量数据的街道边界图层与幼儿园分布图层叠加，并将得到的图层叠加到半径各不相同的六边形网格中，得到幼儿园空间分布单元图层。第三步，计算每个幼儿园空间分布单元的人口数，提取每个幼儿园空间分布单元的质心，将其作为重心点。图 3-3 居住用地与综合设施及学区叠加图4利用对龙岩市中心城区幼儿园空间分布重心和主要分布方向进行定量化表达。如图 3-2，图 3-3 所示，标准圆圆心为新罗区幼儿园空间分布中心，它标示出了空间分布的平衡点；每个标准圆覆盖的范围都揭示了幼儿园
12、空间分布的范围以及影响区域。龙岩市幼儿园的空间分布重心位于城市南北轴线，“城市中心”是幼儿园空间分布的主要方向。从区域整体分析来看，龙岩市幼儿园的空间布局与居民住宅用地布局基本上是吻合的。学前教育(幼儿园)应以居民区为单元建设。幼儿园教育设施因为其自身的特殊性，应在地理空间位置、人口密度密集的地方相对平均布局。应在保留现有幼儿园的基础上，完善布置幼儿园，从图中可看出，中心城区（新罗区）幼儿园分布较为均匀和全面，共计 126 所幼儿园，可覆盖服务近 130 万人。3.1.2 网络分析网络分析(Analytic Network Process ANP)是 1966 年来自于美国匹兹堡大学的著名教授
13、 Thomas L. Saaty 层次分析法 (Analytic Network Process ANP )的基础上提出来的 8。网络分析是 GIS 空间分析的重要组成部分，在网络分析中用到的网络模型是数学模型中离散模型的一部分 9。诸多常见的生活问题在网络分析下可得到良好解决，例如：1. 查询并择优选取最近的上学路线。通过空间分析法中的网络分析可以寻找到达目标点（学校）的最优最快捷的路径，同样也可以查询到最短步行的路线或是最方便乘车的最近点。如图 3-4 (a)。2.查找最近的基础设施。在突发紧急情况下需要及时寻找附近医院、距离现场最近的巡逻车或是寻找周边就餐购物的商场等情况，可通过网络分析
14、获取需要的路线。如图 3-4 (b)。3.服务区域的计算。选定某学校作为研究中心，搜索并记录在要求距离范围内的所有居民点的信息，从而根据搜索半径划分不同的服务区域范围。如图 3-4 (c,d)。图 3-4 网络分析的应用本次研究通过采用网络分析法中的最小生成树，计算居民生活区到学校的实际路程和最短路径，进而得出距离选定居民点最近的学校，并对距离范围接近的几所学校做进一步的比较筛选。同时，借鉴网络分析计算所得的每个学校的教育服务区以及区域辐射范围，为家长和学生更好的选择就读的学校提供参考意见。53.1.3 泰森多边形分析泰森多边形的几何定义是设空间上有一离散点集 P=P1, P2,，P n ，其
15、中任意二点不存在重叠，且任意四点都不共圆，P 中任意两点 Pi 和 Pj 之间的直线距离记作 d( Pi ,Pj )，则任意点 Pi 对应的泰森多边形的数学表达 10为：3-1:(,)(,)/ixdidxjijR基于泰森多边形的定义，对于基础教育设施的分布情况我们可以利用泰森多边形进行分析，第一步是先将所有相邻的学校中心点连成三角形，然后分别作这些三角形各边的垂直平分线，在这两步操作后，每个学校中心点周围的若干垂直平分线便会分别围成一个多边形。用这个多边形内的中心点也就是所包含的惟一学校的辐射范围来表示这个多边形区域内的教育设施覆盖范围。运用泰森多边形对教学区域进行分析，可以得到距离区域内每一
16、个中心点最近的学校 11。利用以上的方法可以对某一区域进行学区的划分，但是利用泰森多边形分析处理得到的教学设施分布区域的划分缺乏明确的地域边界，可操作性会较差。所以在研究处理中，通常要使用叠加分析技术对泰森多边形进行进一步的修正，从而获得更为合理的教学设施分布区域。此外，学龄人口数对每个教育服务区也尤为重要。所以，可以依赖表连接将属性信息加入空间数据中，计算出每个服务区的学龄人口数，得到教育服务区。技术路线图如图 3-5 所示：图 3-5 技术路线图 12学校点数据数据土地利用图街道行政区划图含人口信息土地利用图图提取重心点叠加分析住宅用地含（街道人口数据）计算每个街区的住宅用地总面积根据住宅
17、用地面积比计算每个住宅用地要素的所含人口数住宅用地（含人口数）生成 Voronoi图提取重心点叠加分析土地利用点图层含所属学校信息）空间联结，合并输出原土地利用教育服务区图层叠加分析计算每个教育服务区内人口数根据学龄人口占人口总数的比例，计算学龄人口教育服务区的划分人口计算6本模型主要由两大部分组成，第一部分是基于土地利用图与学校点数据对教育服务区进行划分，另一部分是人口计算。划分教育服务区：利用学校图层中的点数据图层，生成泰森多边形，并将其叠加到在土地利用图中得到的提取得到的重心点图层，在得出的数据中，我们能明显看出每个版块都被划分到距离其最近的学校服务区域内，即相应的学校信息会出现在经叠加
18、得到的土地利用点图层中。将土地利用点图层与原土地利用图进行空间连接，最后根据所属的区域学校完全合并每个板块，通过以上操作就可以顺利划分教育服务区。计算人口：将含有人口信息的街道行政区划图与由土地利用图中提取出的住宅用地图层相叠加，通过提取居民用地板块，得到含有所属街道和人口数据的住宅用地图。可以根据住宅用地面积比来计算人口，这样计算出来的数据也将更为精确。具体操作流程如下：第一，运用 Arc GIS 中的 Model Build 工具，以学校为中心点建立泰森多边形模型。在该模型中，使用工具 ESRLArcGIS.Analysis Tools 中的 Create Thiessen Polygon
19、s，根据中心点生成相应的泰森多边形，再与学校所在的区域边界叠加，最后得到该区域的学校泰森多边形。第二，由于很多泰森多边形和实际的地类板块边界往往存在不符甚至会超出，造成实际操作性不强。本次研究中采用重心法，将重心放在同一个泰森多边形中并和地类板块合并。具体的步骤是将提取到的板块重心图层和泰森多边形进行叠加。最后，将每个属于同一泰森多边形的地类板块进行合并。3.2 空间分布影响因素3.2.1 自然地形地貌因素龙岩市中心区域地处盆地内，山岭与盆地呈带状分布，形成“三峡二谷”的地形。大部分地区被 800米以上的山峦阻隔，其中平地仅占全市总面积的 5.17%。由于特殊的地理位置，平原较少，大多为山区。
20、因为龙岩市以山岭盆地为主的自然地貌导致教育设施在空间分布上存在较为严重的分散情况，平原较少导致不能聚集。3.2.2 人口因素基础教育设施作为公共服务设施，人口因素对其空间分布格局的影响是非常大的。据统计部门最新的数据显示，2013 年末龙岩市新罗区人口总数约为 69.2 万人。其中，中心城区的东城、南城、中城、东肖、铁山等 9 个街道人口总数为 50.29 万人，在 2010 年时龙岩市已经进入了中等城市的行列。人口的迁移以及集聚都是一个地区一个城市的发展变迁，也决定了这个城市的中心地区。作为公共服务的教育设施也会随着人口迁移和集聚而发生数量上的变化和空间上的位移。3.2.3 社会经济因素社会
21、经济因素对教育设施空间分布的影响表现在每一个发展阶段当中 13。无论是社会经济发展阶段还是稳定阶段。公共事业的发展取决于社会发展环境的良好和优质的经济运行环境。而社会环境和经济环境则更加会影响到作为公共服务设施之一的教育设施的分布。第四章龙岩市教育设施空间分布存在的问题与设计优化4.1 教育设施布局分布存在的问题4.1.1 中心城区分布过于集聚，外散城区分布明显不足本文的研究范围是由内城的东城、南城、西城、中城、西陂和外散的东肖、龙门、铁山、曹溪等街道组成。从图 4-1 可以看出，从面积来看，铁山街道面积比东城，西城和西陂三个街道的面积加起来都要大，但是从教育设施的数量来看，东城，西城和西陂所拥有的教学设施数目要远大于铁山街道。由此可以明显看出，外城区教育设施的分布明显不足。北城和东城则形成了明显的“中学教育设施集聚区”，而西陂街道的设施相对分布不足。龙岩市中心城区呈条带状形，外散城区之间也存在一定的分布差异，7有些地方出现了明显的中学教育设施“真空地带”。图 4-1 中学设施的不足和服务盲区分布图4.1.2 民办中学设施在各城区的分布上存在差异图 4-2 中小学教育设施分布图从图 4-2 可以看出，龙岩市中心城区仅有两所民办学校（亮黄色地块为民办学校区域）。我国义务教育系统的重要补充是民办教育，相对于公办学校来说学费负担偏高，而且民办中学缺乏稳定的学区和生
