基于POI数据的学前教育空间分布与集聚特征分析以兰州市主城区为例

(西北师范大学 地理与环境科学学院，甘肃 兰州 730070)

学前教育是教育和社会发展的出发点，随着我国各地教师队伍薄弱、学前教育机构布局不当等问题普遍凸显，学前教育受到了社会的广泛关注。全国教育工作会议和《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010—2020)》指出，应当把发展学前教育放在更重要的位置。从2015年开始，甘肃省教育厅也先后出台了一系列文件，并将学前教育列入教育精准脱贫工作，旨在巩固贫困地区的学前教育结构。合理有效地配置有限的教育资源，最大限度地提高公共资源利用程度，不仅符合我国经济社会发展需求，也将促进学前教育事业的快速与健康发展。

随着对教育的重视和基础教育引申出的相关产业的发展，学术界对于教育的研究日渐深入，国内外学者也在积极引导教育均衡发展、发展趋势及状态、优化空间布局等方面做出了一定贡献[1-3]。但研究内容多集中在义务教育、大学教育等阶段[4,5]，学前教育和学前教育机构研究较少，部分研究视角多以考察发达地区教育质量、教育制度与政策、教育不均衡、教育支出与教育资源配置等[6-12]，缺乏对经济发展欠发达地区的研究。此外，以往研究方法以统计资料、调查问卷、走访调查描述性或归纳性分析为主。随着大数据时代的到来，网络数据挖掘为城市空间研究提供了新的技术手段，跨学科的研究方法也不断深入[13]。相较于传统研究，通过Python、信息挖掘等技术手段并结合地理空间统计，从空间格局、形态发展角度分析更加科学可靠。总体而言，现有研究对教育资源配置规划已有大量研究，但对学前教育资源配置的探索尚显不足[14,15]。兰州市作为典型的河谷地区，教育空间发展受限，特别是主城区内教育资源的空间布局已有大量研究，但以往研究多集中于基础教育资源的空间分布[16]，缺乏学前教育空间分布的研究。兰州市在城市化发展进程中，学前教育资源与城市发展水平差距较大。同时，受城市自然空间、社会经济的影响，特别是各区、各街道的资金投入力度差异，兰州市学前教育资源的空间分布差异较大，学前教育布局成为首要问题。

本文以兰州市中心城区为例，在识别空间结构和空间布局的基础上，研究了该市城市学前教育结构园区的集聚特征，不仅弥补了兰州市学前教育空间布局研究的空缺，也进一步利用多尺度对比分析了兰州市学前教育集聚效应。同时，本文通过抓取POI地理空间大数据，解决了传统统计数据研究无法表现地理空间的弊端，研究结果可为兰州市主城区学前教育空间布局优化提供科学依据。

1 研究区概况

兰州市作为甘肃省的省会，也是兰西城市群的核心城市，在“一带一路”倡议的带动下，城市逐渐迈向全方位、高水平发展，经济发展加速转型。“十三五”期间，兰州市出台了《关于学前教育深化改革规范发展的实施意见》[17]。截至2020年，兰州市将进一步扩充学前教育资源，保证每个街区有1所以上的公办幼儿园和1所惠普园。本文以兰州市主城区为研究范围，包括安宁区、七里河区、西固区、城关区4个片区。截至2018年年底，兰州市主城区共计有54个街道办420个社区，主要以城关区为核心点，辐射带动周边经济发展。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源

研究所用的POI数据主要以百度地图作为数据源，通过网络爬虫得到，截止日期为2018年12月15日。得到兰州市学前教育机构(学前教育结构、托儿所、早教学校、学前班)POI数据点共641个，数据条目包括机构名称、地址信息、经纬坐标。数据经过坐标转换，将百度坐标(BD09)转为WGS84坐标系。研究区行政边界数据来源于中国科学院资源环境数据云平台(http://www.resdc.cn/)，路网数据则来源于北京大学开放数据平台(https://opendata.pku.edu.cn/)。

2.2 研究方法

通过对学前教育结构在兰州市基础地图上的空间分布可视化对比，发现其表达不足以说明和揭示在中尺度和微观尺度的特征与规律，因此本文分别从空间集聚程度、分布形态和空间组织关系等方面展开了测度和分析，并对兰州市学前教育结构的空间格局和空间关系进行了特征总结。本文采用的研究方法包括：

核密度估计法：核密度估计法是学前教育机构的分布特征提取的主要统计分析方法之一，距离和紧密度成正比[18]，计算公式为：

(1)

式中，K为核函数；(x-xi)+(y-yi)分别为点(xi，yi)和(x，y)之间的距离；h为带宽。

(2)

式中，Wij(d)为空间权重，距离定义采用欧氏距离。由于本文所分析的要素是由各级路网构成的街区块，面积范围较大，满足以上对固定距离的要求使得部分中心街区的相邻街区数量较多，不好细分，因此只能从宏观角度获得层级分布。本文通过缩小范围分析小尺度下的热点区域，研究划分出1×1km、500×500m的格网，并对两者结果进行尺度上的比较和研究。

标准差椭圆：作为分析空间分布、方向特征的经典方法之一，标准差椭圆可以通过椭圆的大小确定空间内要素的集中程度[20]，计算公式为：

(3)

式中，xi，yi为地理坐标；X和Y为数学意义的平均中心；SDEx和SDEy分别为椭圆圆心。

3 结果及分析

3.1 兰州市学前教育的空间分布特征

兰州市学前教育空间分布的宏观特征结果见图1。从图1可见，兰州市学前教育结构集中发展，由西向东呈带状结构，且主要分布于黄河沿岸。具体来看，标准差椭圆范围横跨4个区，面积达到383.59km2，占总城区面积的35.2%。究其原因，主要是由于兰州市“两山夹一河”的地理空间限制。从空间发展偏向性来看，黄河南岸由于发展较早，基础设施配备完善，学前教育机构密集程度高于北岸。特别是学前教育机构的核心城关区，“南密北疏”的空间偏向性尤为明显，符合城市经济与人口发展程度，表明城市建成区需要相应的基础配套设施。城关区作为经济发展的核心地带和人口密集区，政府对学前教育发展的投入较大，出现了大量的胎教中心、早教学校等高质量学前机构。其他3个区发展规律也与实际情况一致，但是彼此间集中程度差异明显，椭圆内的点数量由高到低分别为：西固区(138)、七里河区(101)、安宁区(89)。西固区作为初高中教育的核心区域，丰富的教育资源带动了一批公办幼儿园、学前班的发展。

图1 兰州市学前教育结构标准差椭圆

兰州市学前教育空间分布的中微观特征结果见图2。总体来看，兰州市学前教育机构集聚区在空间分布上形成块状聚集、多中心发展的格局。从图2可见，在市城区4区内学前教育结构的集聚特征根据核密度估计结果主要表现在以下两个方面：一是兰州市学前教育结构的空间分布呈现中心密集、边缘分散的发展模式；二是学前教育机构密集区呈“多核”状态，特别是形成了范围大小和密集程度不一的多个集聚区域，并呈现出沿城市经济中心、教育中心分布的态势。

具体来看，兰州市学前教育结构形成了三大片区，分别是：城关—七里河核心区、西固次核心区、安宁区次核心区。但由于兰州市中心城区位于河谷地带，受地形影响较大，无法形成连片发展。核密度最大的区域是位于城关区的城关中心片区，它是兰州市的文化与政治中心，依托辖区内的兰州大学、中科院科研所等高校与科研机构，以发展文化创意产业为主要目的之一。同时，城关区形成了多核发展的态势。兰州高新区作为核心之一，是国务院批准的全国首批27家国家级高新技术产业开发区之一，核密度也较高。由于直接引进或联合高校与科研院所组建功能教育中心，共同构成了城关区乃至兰州市学前教育结构的主体集聚区，数量和规模均占有绝对的优势。城关区以西的西关/南关十字作为经济发展的重心，人口密度较大，学前教育密度相对减小，可视为城关区次级连片集聚区。由于黄河的阻隔，城关区以北的庙滩子街区周边形成密度较低和范围较小的集聚区。七里河区则呈双核发展，分别为兰州西站—小西湖、龚家湾，其中兰州西站—小西湖片区聚集密度较大、辐射范围较广。兰州西站—小西湖作为七里河的教育中心，由于中小学集聚，带动周围的学前教育机构快速发展。安宁区学前教育机构呈单一密集发展，从东培黎广场到西费家营十字条状发展。可以看出，安宁区集聚趋势的交通导向性明显，沿安宁路、建宁路一线集聚分布；西固集聚区分布于人口密集的西固城与先锋路，已有的学前教育机构多为满足兰炼、兰化两厂职工所需，所以核心区的辐射范围较小。

图2 兰州市学前教育机构核密度分析

3.2 兰州市学前教育的空间集聚特征

首先，从兰州市学前教育空间集聚的宏观特征来看。学前教育聚集是经济发展和基础设施完善度综合作用的结果，结合对各个城区的分析来看，城区综合发展水平越高，地区集聚性越强。分区来看，兰州市内4区以街道为单元的学前教育结构热点分布明显(图3)，仅城关区雁北街道一个热点区域。雁北街道作为城关区人口密集、基础服务设施较完善的区域，路网密度较高，且辖区内包含雁滩路小学、雁南路小学、外国语高级中学、天庆实验中学等37所中小学，教育体系较完善。因此，与其连接的东岗街道与雁南街道成为次热点区域，面积较大。七里河区虽然无热点区域，但是次热点区域面积最大。七里河区人口密集程度低于城关区，但由于区内包含汽车南站、火车西站、地铁1号线等重要交通站点，交通可达性较好，并带动了周边经济发展。区内次热点区域主要以西津西路街道为主，其次是西湖街道和西园街道两个街道连接形成的区域，与七里河区交通道路规划相匹配。相反地，安宁区冷点区域成为最集中和最大的地区，主要沿北滨河路街道呈带状分布。北滨河路作为安宁区重点生态文化产业发展区域，从“黄河风情线”到“生态文化广场”都是兰州市内主要生态游憩中心，人为扰动较少，整体发展较慢。西固区冷点区域和次冷点区域分布相对分散，但两个次热点街道(陈坪街道和西固城街道)分布较集中，主要源于西固区依托兰炼、兰化兴起了一批基础设施相对完善、人口较密集的街区，除此之外的街区人口较为分散。

图3 兰州市学前教育机构街道尺度下分布

其次，从兰州市学前教育空间集聚的中微观特征来看，由于大尺度(街道尺度)的冷热点分析无法准确描述兰州市学前教育结构的集聚情况，为了更好地对学前教育结构分布进行分析比较，本文分别选择500m和1000m作为固定范围并划分出单元格，按照每个单元格学前教育结构密集程度，得出冷热点(图4)，并对二者进行了比较。以1000m为固定距离时，兰州市中心城区学前教育结构热点区域较少，大部分区域都是冷点区域。冷点区域分布在中心城区边缘，道路密度较低，交通便捷程度较差；热点区域分布在中心城区中心，且分布有省级示范和市级示范学前教育结构，主要是因为主城区中心人口密集，需上学前教育结构的儿童数量多，因此学前教育结构分布较密集。尤其以城关区最为典型，作为兰州市的交通、人口与经济中心，其学前教育结构总数量最多，多处于交通较为便利且人口密集的街区。以500m为固定距离时，兰州市主城区学前教育结构热点区域有了显著提高，热点区域和次热点区域成片分布，冷点区域学前教育结构分布呈现出明显的规律性。西固区最为明显，学前教育结构主要服务于兰炼、兰化厂区员工，热点和次热点集中成团状分布，冷点区域多交通不便，人口密度低。衡量尺度变化后，主城区中心学前教育结构分布特征明显：500m的尺度上，热点中心区域集聚和冷点呈边缘分布趋势更明显。小尺度、中尺度用来探讨联系程度的增强或变弱，并根据不同尺度来探讨和归纳其形成机制。可以看出，兰州市学前教育多分布于资金投入较大、路网密集的辖区，500m的区域是学前教育机构分布的热点区域，随着距离增大，学前教育机构分布的累计频率减小。这一分布规律反映了各街区对基础设施、交通可达性对兰州市中心城区学前教育机构分布的决定性作用。

图4 兰州市学前教育机构500m和1000m尺度分布对比

4 结论与建议

4.1 结论与讨论

学前教育的发展是城市教育和社会公共服务发展的重要支撑。本文借助POI地理空间大数据，通过核密度、冷热点分析了不同尺度下兰州市学前教育机构的空间分布与密集度，得出以下主要结论：①空间分布来看，兰州市学前教育结构中心在市内4区连片分布，学前教育结构中心密集程度与其交通便利程度、人口密集程度均有密切关系，学前教育结构密集区域紧密环绕在道路交汇中心，成团状发展辐射带动周边。分布较疏散地区主要围绕中心城区边缘地区分布，其次分布在路网稀疏的区域。②不同空间尺度下，从宏观、中观、微观尺度度量兰州市学前教育结构密集程度发现空间分布模式特征越来越清晰。街道尺度下兰州市中心城区学前教育结构热点区域空间分布模式均表现出向中心集聚特征，随着研究尺度不断变小，1000m的固定距离尺度下兰州市中心城区学前教育结构热点区域空间分散特征更加明显，并呈现出多中心空间分布格局，而冷点区域依然表现出和街道尺度下一样的集聚特征：分布在城区边缘，在500m固定距离尺度时兰州市中心城区学前教育结构分布多核心空间格局特征更加清晰，冷点区域更加明显地呈条带状聚集分布在城区边缘地带。

由于POI数据的属性特征，难以对所有数据进行分级研究，因此未来应结合传统统计数据，深入探讨学前教育结构分布特征形成的驱动机制。此外，本文虽然对比分析了不同尺度下的集聚效应，但其是否真的是学前教育机构建设的最佳范围，路网和经济发展对学前教育的影响程度的定量分析，将在未来研究中深入探索。

总体来看，本文通过POI数据研究了兰州市中心城区的学前教育结构分布，比较研究了不同尺度效应，明确了城市学前机构发展规划布局和学前教育结构的分布特征。同时，通过不同尺度下集聚程度的对比分析，可以准确识别“热点”区块，有助于加强学前教育专业化发展。兰州市现已形成学前教育结构热点区域的体系格局，但安宁区、西固区部分街道学前教育机构未形成热点区域，说明这些地区学前教育的发展还不成熟。

4.2 建议

基于上述分析结果，本文提出以下建议：①将惠普性学前教育纳入基本公共服务，加强政府促进惠普性学前教育发展和供给的责任，为学前教育的发展提供制度保障。②针对热点街区“入园难”等问题，采取分区分片的划分制度，以保障各个街道、社区的居民享有公平的入园条件。③对部分教育资源不成熟地区，如大学城、大型厂区等建立附属学前教育机构，分散教育资源压力。通过多渠道、多方向的规划，提高政府规划部门对学前教育机构、园区的科学规划和发展。