互联网地图教育设施可达性评价方法

摘要：教育设施是城市公共服务设施的重要组成部分，可达性是衡量教育设施空间布局是否合理的重要手段。研究基于互联网地图，在多源数据的支持下，利用路线规划算法、时空网络分析和空间密度分析等方法，构建了教育设施可达性评价模型，并以重庆渝中区为例，量化评价了区域内32所小学的空间可达性，绘制了真实路径下的小学服务区域覆盖图，以此提出优化建议，以期为教育设施规划提供科学的分析方法和技术支撑。

关键词：互联网地图；教育设施；小学；可达性；重庆渝中区

随着城镇化高速的推进和城市规模的快速扩大，大规模的城乡人口流动和聚集成为城市发展的重要标志，公共服务设施作为城市服务的重要载体，其服务供给、布局分布、规模质量是否满足城市居民差异化的需求对城市发展质量起着重要作用。而教育设施作为城市公共服务设施的重要组成部分，在城镇化进程中除了能够提供基础教育服务功能外，还往往扮演着促进城市土地开发、引导人口合理分布、链接其他空间和社会资源合理分布的重要角色。城市建成区开发建设较为成熟，用地趋于饱和，但仍然源源不断地吸引着大量人口的聚集，教育设施面临着供给不足和空间分布不均衡的问题，城市的高质量发展和公平受到挑战，而可达性评价是分析、解决该问题的重要手段和科学依据。教育设施可达性是指城市居民获取教育服务或到达教育设施的便利程度[1]，一般重点关注其空间可达性，研究居民与设施之间的空间分布关系及空间匹配程度[2]，包括距离、路径、时间等指标，忽略个人喜好、经济收入、阶层差异等非空间因素。空间可达性研究目前有服务半径法[3]、最短距离法[4]、平均距离法[5]、累积机会法[6-8]、引力模型发[9-11]、两步移动搜索法[12-14]等方法，多运用GIS作为分析平台和工具。杨钦宇等基于引力可达性构建了公共服务设施公平性评价模型[9]；岑君毅等通过两步移动搜索法分析了广州市中小学设施可达性[12]；韩增林等利用城市空间网络分析方法分析了大连沙口河区基础教育设施的空间可达性，并提出布局优化方案[15]；蔡爱玲等基于两步移动搜索法提出了迫切度优化的分析模型，分析了深证坪山区教育设施可达性，提出了城市新区教育设施布局的优化方案和原则[13]。这些可达性评价方法多为理论架构推演，简化了空间的复杂性，忽略了空间的三维特征——时间不同。具体而言，这些评价方法简化了城市路网，忽略了不同交通方式带来的可达性差异；无法准确反应空间三维特征，山地城市中直线距离很短的两点，可能由于地形高差的影响导致实际路程消耗很长的时间；未考虑城市交通的潮汐特征，忽略了不同时间段空间可达性的差异。随着移动互联网和ICT技术的发展，越来越多的新数据、新技术被应用到城市问题分析与研究中，互联网地图作为最为常见的电子导航服务供应商，提供了大量城市路网、实时路况、路径规划等交通服务，具有数据全、覆盖广、更新快、实时性等重要特征[16]，为城市研究提供了全新的手段和方法，为可达性分析方法革新提供了可能。本研究选择互联网地图作为教育设施可达性分析的主要方法，其优势在于真实城市路网的模拟、多类型交通方式的融合、精细出行时间的刻画，基于此做出的可达性评价更为准确和科学。

1研究范围和数据来源

1.1研究范围

本研究选择重庆市渝中区作为研究范围。渝中区位于重庆主城的中心，作为重庆市政治、经济、文化以及商贸流通中心，是重庆的母城，辖区总面积23.24平方千米，下辖七星岗、解放碑、两路口、上清寺、菜园坝、南纪门、朝天门、大溪沟、大坪、化龙桥、石油路11个街道，2019年末常住人口66.20万人。随着城市的快速发展与扩张，渝中区是重庆城镇化率最高的城区，相对高差227米，山地地形特征明显，面临着土地开发强高、人口密度大、基础设施老化、城市品质下降等挑战，对其宏观规划与调整能力提出了挑战，其中，教育设施的公平性和均等性是新时代中国社会特别是已建成区亟待解决和优化的难题。

1.2数据来源

本研究的基础数据由渝中区行政区划数据、学校数据、居住小区数据和交通路网数据四种类型组成。行政区划数据由互联网公开数据源获取，并在GIS中矢量化生成行政区划面要素；学校数据在渝中区教育局官方网站上查询获取，本研究主要关注义务教育阶段的小学教育设施；居住小区数据通过链家网获取，包括了小区名称、位置、价格等数据；交通路网数据包括城市路网、交通距离、交通时间等，均通过调用互联网地图API计算得到。从获取的数据可以发现，截止2020年底，渝中区共计开设小学32所，751个班，在校小学生约3万人；渝中区共有居住小区353个，主要分布在东部和中部区域（图1）。虽然渝中区凭借区位经济、发展历史等优势，小学数量和质量居全市前列，但其教育设施仍然存在着空间分布不均衡、学校用地面积不足、城市建设与教育用地矛盾日益突出等问题。其中，渝中区东部和中部片区小学教育设施分布较密集，西部区域分布较稀疏，保障全区常住人口子女就读存在一定压力，渝中区无拓展空间，建设用地紧张，现状中小学用地与控规要求存在一定差距，教育设施未匹配城市建设规模，造成入学矛盾较大。

2研究方法和模型构建

2.1互联网地图算法

互联网地图算法是通过python编写程序调用地图开放API接口，提供起止点坐标，通过路线规划算法，计算得到在指定时间或当下时刻，不同交通方式的出行路径和消耗时间等信息。互联网地图路线规划算法其本质是基于交通网络分析的数学算法，其优势在于拥有高度精细化的城市路网模型，同时叠加了道路类型、实时路况、交通方式、交通设施、城市地形等各类机会成本因素，能够得到最接近真实情况的出行路径和时间，而非仅考虑二维空间的直线距离，也无需额外考虑传统可达性评估模型中的摩擦系数、阻力系数等不确定因子。该算法符合人们出行的一般规律，也为可达性评估提供了科学、准确的判断依据。本研究采用高德地图作为计算平台，高德地图是国内领先的互联网地图服务商，也是优秀的人地关系大数据平台，拥有大量的用户群体、广泛的城市覆盖、精细的交通数据。高德地图在其开放平台提供了大量的交通算法支持，包括路线规划、位置搜索、地理定位、坐标转换、交通态势等，本研究主要使用其路线规划算法。针对步行路线规划，该算法可提供100公里以内的步行通勤方案，并综合考虑了人行横道、过街天桥、地下通道、广场等步行独有交通设施，而并非简单基于车行交通路网。

2.2可达性评价模型

利用上述获取的多源数据，本研究基于互联网地图算法构建小学教育设施的可达性评价模型（图2），具体步骤如下：第一步，通过互联网地图API，在任意普通上学日早晨7:30，遍历计算从渝中区353个小区通过步行方式抵达32所小学的路线和时间，得到353×32条路线规划数据L，共计11296条结果。任意路线规划数据可以表达如下：式中，　　　表示从居住小区i通过交通方式k抵达小学j的路线规划数据，其中包含常数时间T、距离S以及矢量路径R三种数据。064第二步，参照《重庆市城乡公共服务设施规划标准》（DB50/T543-2014）将小学服务半径设定为1000米，然后以任意小学j作为中心、居住小区i为空间点、抵达小学距离作为数值，利用ArcGIS中的克里金法建立空间距离插值图，并从插值图中筛选距离小于1000米的范围构建小学j的标准服务区域。按上述方法，得到渝中区32所小学的服务区域，并将其拼接融合得到渝中区整体小学服务区域。第三步，小学按照其服务区域与该范围内的居住小区组成服务供需组合，以居住小区抵达该小学的时间作为可达性评价指标，若一个小区存在与多个小学的对应关系，则取最小值。由于居住小区空间分布存在不连续性，故将渝中区按照100×100米的尺度进行空间网格化，以同一网格内居住小区平均距离与时间为可达性评价指标，以此避免原始数据评价带来的偏差。

3可达性评价

3.1计算结果

通过互联网地图计算得到11296条从353个居住小区至32所小学教育设施的步行路线数据。从研究范围来看，最短步行线路为1米；最长步行线路为12429米，需耗时166分钟，即从位于渝中区西部的揽江雅苑小区至东部的东水门小学；平均步行线路长度4035米，平均耗时54分钟；其中有1051条步行线路长度小于1000米，占比9.30%。其中，研究范围353个居住小区至各自最近的小学平均步行距离为532米，平均耗时7分钟，整体上渝中区小学教育设施覆盖达到较好水平，平均上看实现了1000米服务范围覆盖；有308个居住小区在步行1000米范围内至少有一所小学，占比87.25%；有45个居住小区在步行1000米范围内没有小学，占比12.75%，该45个居住小区中，距离最近的小学步行距离最长的为2531米，耗时34分钟，即从位于渝中区西部的揽江雅苑小区至中部的石油路小学。按照1000米步行半径的标准，筛选每个居住小区步行距离小于等于1000米的小学（图3）。从结果可以发现，整体上每个居住小区在该步行半径内拥有小学覆盖的平均数为3.4所；从数据分布情况来看，居住小区以拥有1至3所小学覆盖为主，拥有1所小学的居住小区共有61个，2所的有89个，3所的有45个，合计195个，占比63.31%；拥有4至8所小学覆盖的居住小区共有105个居住小区，占比34.09%；拥有9至11所小学覆盖的居住区均小于10个，合计共有8个，占比2.60%。其中，渝中区拥有小学覆盖最多的居住小区是位于北部的金桂园和东部的民安园，均有11所小学覆盖。同样按照1000米步行半径的标准，对每个小学筛选步行距离小于等于1000米的居住小区作为服务覆盖对象（表1）。从整体上看，小学覆盖居住小区数量差异较大，在32所小学中，每所小学平均覆盖33个居住小区；其中，邹容小学覆盖居住小区最多，达64个，平均步行路线距离为586米，平均耗时8分钟；中华路小学黄沙溪分部覆盖居住小区最少，仅3个，平均步行路线距离为691米，平均耗时9分钟。从空间分布上看，渝中区东部和中部的小学覆盖小区较多，例如中山小学、巴蜀小学等；西部小学覆盖小区较少，例如重庆天地人和小学、红岩小学；同时受地形条件影响较大，位于渝中区中部山地的小学整体覆盖小区较少，例如鹅岭小学。

3.2可达性评价

利用ArcGIS的克里金法空间插值法，以小学为中心，以每个居住小区抵达各自小学的最小路线距离为数值，建立渝中区全域的居住小区至小学步行距离分布图，按照500米、1000米、1500米、2000米、2500米划分可达性评估等级，分别对应优秀、良好、一般、较差、差五类等级，得到渝中区小学可达性评估图（图4）。小学教育设施空间可达性优秀的区域，即步行距离500米以内的区域主要分布在渝中区的东部片区和中部片区东侧，呈连片聚集特征；西部片区化龙桥街道和大坪街道部分区域可达性也为优秀，呈组团式分布特征；这些区域教育设施的数量、规模、资源都较为充足，且分布较为集中，步行路网发达完善，能够充分满足甚至超过居民的需求量。可达性良好的区域主要分布在中部片区和西部片区，在东部片区解放碑街道、南纪门街道的滨江区域零星分散；这些区域多为教育设施集中区之间的过渡地带或边缘地带，虽在核心区域，但仍能通过完善的步行网络享受便捷的教育服务。可达性一般、较差和差的区域均分布在渝中区的西部片区，主要分布在李子坝、黄沙溪、歇台子和平顶山区域；这部分区域居民无法获得充足的小学教育资源，造成居民到小学的可达性偏低的原因包括山地地形影响交通路网、小学教育设施布点有缺失、人口结构变化等因素。总体而言，渝中区小学教育设施的空间可达性整体较好，有308个居住小区在步行1000米范围内至少有一所小学，占比87.25%；步行距离在1000米以内的范围覆盖了绝大部分区域，占全域面积的89.30%；东部片区和中部片区教育资源有较多富裕，有接近40%的居住小区能同时享受4所及以上小学的覆盖；该区域应在已有的资源优势情况下，巩固优化教育设施布局与规模，完善学区的划分，保证教育服务能力提升。与此同时，渝中区小学教育设施仍然存在可达性区域空间差异的问题，在渝中区的西部片区的山体、滨江、桥隧互通等区域，由于山地陡坎较多、居住小区较为分散、步行网络不够完善、历史发展落后等原因，导致仍有部分市民无法享受良好的小学教育服务；该区域需要相关部门重点关注、统筹建设，合理增加小学教育设施空间布点，扩大现有小学的规模条件，完善区域步行交通网络，以保障教育设施的公平性。

4核心问题与规划响应

4.1核心问题

通过空间可达性评价，结合渝中区综合现状，可以发现其小学教育设施存在校点空间分布不合理、学校用地面积不足、建设时序安排不合理、城市建设与教育用地矛盾日益突出等问题。在城市发展过程中，部分办学规模小、质量差、效益低的学校撤并后，学生上放学路程变远、时间增加，就近入学得不到保障；现状东、中部地区校点相对集中，校点数量占全区总数的42.6%和38.2%；西部地区校点相对欠缺，校点数量占全区总数的19.2%，保障该地区常住人口子女就读存在一定压力。同时，渝中区无拓展空间，建设用地紧张，现状中小学用地与控规要求存在一定差距；尤其是东部半岛区域，部分校点面积较小，生均校舍面积达不到标准，并且运动场、实验室、器材室、图书室、阅览室等功能场地较少，尚未达到标准化校园建设要求。校点撤除比较容易，但新建校园的建设相对困难，存在撤校快、建校慢的情况，使部分校园常年在外过渡，办学条件差，影响了学校的办学与发展。已编规划在实施过程中根据建设要求，局部用地发生变化，带来了居住量及人口的增加，但在建设过程中，教育设施未匹配城市建设规模，造成入学矛盾较大。

4.2规划响应

在方便学生就近入学的前提下，因地制宜。首先规划应对学校的潜在服务人数进行预测，即了解未来的学位需求，然后参照可达性评估结果，适当采取撤、联、并、建等方法，对现有小学布局逐步进行调整，布局不合理且无发展潜力的学校逐步取消。整体上采用“居住建筑总量-居住人口总量-入学人口总量-学校规模预测-小学布局调整-服务区域划分”的技术路线，预测小学入学数量，确定学校规模及服务范围，为保障校点空间落地，结合区内实际情况梳理近中远期实施计划，指导校点建设。调整后保留的学校，规划预留好其发展空间，并努力提高薄弱学校的办学质量。首先，按照建筑类型可以将居住建筑规模分为现状居住用地住宅量、在建拟建项目住宅量、现状绿地内住宅量、现状单位家属区住宅量，其中现状居住用地包括净居住用地、商住用地和住商用地（住宅规模分别乘以0.9、0.4、0.6的系数），测算研究范围内居住建筑规模共计约2446万平方米。然后，通过人居居住建筑标注测算居住总人口，现状居住建筑按所在街道现状人均标准计算，数值分布于25～40平方米/人，新建、拟建项目按40平方米/人计算，安置房项目按25平方米/人计算，测算研究范围内总人口规模约70万人，其中东部片区19万人，中部片区人口24万人，西部片区人口27万人。按照重庆都市功能核心区千人指标小学48生/千人，小学用地不低于16平方米/生，办学规模宜为24～36班，不超过48班，可以计算得到渝中区小学生数量控制在3.4万人左右，较现状增加4千人，小学用地面积需达到32.6公顷才能满足上述学位需求。根据学位预测和空间可达性评价的整体需求，规划仍保持32所小学数量不变，但对小学进行撤、联、并、建等规划，其中东部12所、中部10所、西部10所。东部片区规划12所小学，撤销精一民族小学新民街校点、民生路小学、解放西路小学，鼓楼学校（初中）改办为小学，改扩建精一民族小学本部、中华路小学；中部片区规划10所小学，将30中办为两路口地区小学，撤销两路口小学、肖家沟小学、中华路小学黄沙溪校点，新建复旦小学、菜园坝小学，改扩建人和街小学；西部片区规划10所小学，新建六店子小学、马家堡小学二区，改扩建大坪小学、马家堡小学、红岩小学、天地人和小学。然后根据可达性评价划分的服务区域，综合考虑居住人口、学生规模、学校规模三者之间的匹配关系，充分尊重自然地形，避免跨越交通干道，划定每个小学教育设施的服务范围（图5），解决西部片区可达性一般、较差和差区域的服务覆盖问题。

结语

对于小学教育设施，可达性既是其规划布局的重要依据，也表征了市民使用教育设施的时间成本，更是城市公平性的重要评价指标。本文以重庆市渝中区作为研究对象，借助互联网地图和GIS平台，在多种数据源的支持下，利用路线规划算法、时空网络分析和空间密度分析等方法，构建了教育设施可达性评价模型，量化分析了渝中区32所小学步行可达性，绘制了真实路径下的服务半径覆盖图。研究结果表明，渝中区小学教育设施的空间可达性整体较好，但在西部片区仍然存在部分小学服务范围无法覆盖的区域。研究总结了渝中区小学教育设施存在校点空间分布不合理、学校用地面积不足、建设时序安排不合理、城市建设与教育用地矛盾日益突出等核心问题；提出了“居住建筑总量-居住人口总量-入学人口总量-学校规模预测-小学布局调整-服务区域划分”的技术路线，对渝中区未来一段时间的学位需求量进行了预测，从而推导出小学的需求量和规模量，再依据可达性评价结果，综合考虑现实情况，对小学进行空间调整，通过撤、联、并、建等策略，实现渝中区小学教育设施的均等覆盖。

作者：朱涛 高淑敏 何奥 单位：中国城市规划设计研究院西部分院 中国城市规划设计研究院 中国城市规划设计研究院西部分院