基于GIS的普通中学选址合理性分析
以福州市仓山区为例
地理科学学院地理信息系统
109042010023 谢进贤指导教师黄万里
【摘要】历年来，国家一直大提倡教育均衡化，推进义务教育学校的科学化、规范化建设，实现高水平、高质量普及义务教育。然而在以往的教育资源规划中，大多只是根据义务教育校舍建设标准中对校舍规模和设施组成的标准来进行规划和评价，却很少深入考虑教育资源在地理空间上的分布，为促进地区教育公平、资源配置均衡，必须清楚了解该地区教育资源的空间分布状况，针对教育资源的分布进行有效地调整和优化，为科学化、规范化、均衡化的高质量教育奠定基础。本文以福州市仓山区中学布局规划为例，通过对仓山中学选址规划相关因素分析，主要考虑人口密度、距现有学校距离和土地利用类型，利用空间分析技术，给出综合评价，确定选址的最佳区位和评价指标。最后从空间分布方面对学校的现状和空间分析得到的规划做出评估，从而提出对仓山区中学规划的改进方案。通过对仓山区中学现状分布、规划和改进方案三者的比较，为未来中学布局规划提供有力的支持，为科学决策提供一个科学合理的辅助参考平台。
【关键词】中学选址仓山区空间分析合理性
1、引言
城市公共设施是满足公共服务功能的载体，是城市的重要组成部分，也是对城市发展目标的重要支撑。随着GIS的发展，基于GIS的公共设施决策支持系统的建立，GIS有效地对公共设施的需求和配置进行决策分析。GIS为人们收集、存储、处理各种与地理空间分布有关的数据提供了技术支撑条件，从而帮助使用者做出正确的预测及制定相关对策。近年来伴随着地理信息系统的应用，其已经成为建立数字城市规划的技术平台，是现代城市规划领域中极为重要的管理和分析手段。[1]
学校作为城市公共设施必不可少的一部分，其区位的选择不仅关系到学生上下学的方便与安全，更影响到教育资源的均衡分布和地区公平教育。传统的中学选址规划方法，就是根据规划标准、规范进行设计，它只能提供校区所需的各种设备数据和规模，而不能确定学校的具体位置，难以寻找校区的最佳选址位置。为了满足城市居民对中学的需求，对教育资源进行合理分配，首先就要清楚教育资源的空间分布状况。在城市中，学校的分布状况决定学生入学的实用性和可达性，在城市范围考虑学校的位置要基于居民的需要。[2]
而用GIS空间分析方法，可以有效、方便地解决这一问题，其基本思路是将空间分析与GIS数据处理、地图显示的功能结合起来，将获取的数据派生处理成可直接分析数据，通过分析叠加让运算结果清晰地在一张图纸上显示出来。[3]本文以福州市仓山区中学为例，利用GIS空间分析方法对仓山区中学选址的适宜性进行研究，为中学的选址规划提供一种科学合理又直观的参考依据，本文中讨论的中学是指普通中学即初中。
福州仓山区是福州最重要的文化区，共有23所中学，其中完全中学5所，初级中学15所，高级中学3所，即其中共有20所中学设有初中部。就仓山区而言，虽然近年来对中学建设的重视程度及资金不断加大，但仍然存在很多问题，如中学规划布局的不平衡，有些地区用地不足，有些地区出现学位过剩现象；学校选址不合理，部分地区学生就学不便；随意占用教学用地的现象仍有出现；部分学校校园建设标准偏低、教学条件差，缺乏足够的教学面积、活动场地和校园绿化，难以提供方便、安静、舒适的空间环境等。
2、福州市仓山区中学布局概况
2.1福州市仓山区基本概况
仓山区位于福建省福州市区南部南台岛上，四面环江，四面以闽江南、北港分别与鼓楼区、台江区、晋安区、马尾区、长乐市、闽侯县为界，区所在地属于典型的河口盆地，总面积约146平方千米。通行闽东方言福州话，是福州的传统上的教育区和外国领事馆聚集区，军用福州义序机场位于辖区中南部，新建的福厦铁路福州南站位于仓山区东南部，海峡国际会展中心位于仓山区东北部。进入21世纪由于仓山区西部的金山开发进入高潮，仓山区已成为福州的重要居住区。
根据第六次全国人口普查数据，福州市常住人口为7115370人，同第五次全国人口普查2000年11月1日零时的6386013人相比，十年共增加729357人，增长11.42%，年平均增长率为1.09%。在全市的人口构成中，10—19岁年龄段占总人口的10.58%。仓山区总人口约762746人（2010年），占福州总人口的 10.7%，在五区中总人口数仅次于晋安区。
近年来，仓山区经济发展飞速，作为福州市重要的工业区和商业区，是福州市“东扩南进”战略中最重要的战略区域，2013年全区完成生产总值356.6亿元，比增11%，其中第一产业增加值为2.78亿元，比增1.8%；第二产业增加值为203.97亿元，比增13.3%；第三产业增加值为149.85亿元，比增8.2%。
在这些不断增长的经济数值与人口数值，我们可以看出，随着福州市的总体规划及发展战略的制定，福州正高速发展，而这种发展正是依托在科学的战略方针体系上。因此我们必须采用一定的手段来促进这种体系的不断发展。经济的增长依赖于高素质人才的无私奉献，而这种高素质人才是通过一定的教育培育出来的。百年大计，教育为本。教育是立国之本，民族兴旺的标记，一个国家有没有发展潜力看的是教育，这个国家富不富强看的也是教育。
仓山区人口数量的不断增加，也使促进教育发展的这一问题走向白热化，因此需要我们认真贯彻“科教兴市”的战略方针，发挥雄厚的科技优势，调整教育结构，建立功能完善、高质量的教育体系。因此，我们在进行教育体制改革的同时有必要深究仓山区的现状发展情况，从而为以后更好地对仓山区的中学进行规划建设提供一个最为完善的基础资料。
2.2仓山区中学布局现状介绍
本次分析范围为福州市仓山区，分析面积146平方千米，共计分析仓山区20所普通中学（详见表1福州市仓山区中学汇总表）。
表1 福州市仓山区中学汇总表
序号学校性质备注
1 城门中学完中公办
2 红山中学初级中学公办
3 螺洲中学初级中学公办
4 第六中学初级中学公办
5 盖山中学初级中学公办
6 永南中学初级中学公办
7 外国语学校完中公办
8 盘屿中学初级中学公办
9 第十二中学初级中学公办
10 第十六中学初级中学公办
11 第二十一中学初级中学公办
12 第二十九中学初级中学公办
13 第三十中学初级中学公办
14 第三十九中学初级中学公办
15 第四十中学完中公办
16 四中桔园洲初中初级中学公办
17 时代中学完中民办
18 英才中学初级中学民办
19 三中金山校区完中公办
20 江南水都中学初级中学公办
2.2.1 福州市仓山区中学布局不平衡性
福州市仓山区地处南台岛，全区辖8个街道、5个镇，分别为仓前街道、东升街道、对湖街道、临江街道、三叉街街道、上渡街道、下渡街道、金山街道、仓山镇、城门镇、盖山镇、螺洲镇；全区共有普通中学20所，其中公办学校18所，民办学校2所。
随着福州市城市市区的不断拓展，福州市仓山区已经逐步成为了福州重要的人口居住区，城市不断向外扩张，城市人口也逐步向外围疏散。然后由于经济和人口的不断发展，老城区呈现过度集中且规模较小的特点，而周边地区中学配备不足，已不能适应城市发展的需求。
截止2014年，根据统计得福州市仓山区各行政区划中学分布表（表2福州市仓山区各行政区划中学分布表）和福州市仓山区中学分布图（图1 福州市仓山区中学分布图）。
表2 福州市仓山区各行政区划中学分布表
区域面积(平方公里)行政区总人口（人）学校数（个）每平方公里中学数
（个/km2）
每万人中学数
（个/万人）
仓前街道 1.9 303723 1.581
东升街道 1.3 12873 0 0 0
对湖街道 2.7 33000 1 0.37 0.3 临江街道 1.58 11326 1 0.63 0.89 三叉街街道 1.5 23000 1 0.67 0.43 上渡街道 2.415 27038 3 1.24 1.1 下渡街道 1.76 23823 1 0.57 0.42 金山街道13.09 9336 2 0.15 2.14 仓山镇 5.6 14000 0 0 0
城门镇54.74 70188 3 0.05 0.43 盖山镇36 74596 3 0.08 0.4 螺洲镇 6.4 19236 1 0.16 0.52
图1 福州市仓山区中学现状分布图
由表2和图1显而易见，仓山区中学布局严重失衡。从面积角度而言，每平方公里学校数的大小一定程度上表示该地区学生上学便捷性和可达性，仓山区十三个行政区划中，低于0.01的分别是东升街道、仓山镇、城门镇、盖山镇和建新镇，除东升街道外，都在二环以外，属于城市外围，而东升街道刚好处于旧城区与城市外围的过渡区，可见以上几个区域的中学生上学都在交通便利程度上都存在一定的困难，而在以仓前、三叉街、对湖、上渡等为主的仓山区老城区，每平米中学数都较多，存在过度密集问题。
每万人中学数，一定程度上反映一个地区学校资源分配的饱和程度。由表知，仓前、上渡和金山等区域较为饱和，而二环以外的城镇仓山镇、城门镇、盖山镇、螺洲镇和建新镇以及老城区的东升街道、对湖、下渡等都存在学校数量过少等问题。
2.2.2 福州市仓山区中学校舍面积波动范围较大
根据福《福建省义务教育校舍建设标准》，校舍建筑面积办学规模标准，初中12班、18班、24班、30班分别生均占地面积不低于7.3平方米、6.4平方米、5.9平方米、5.7平方米，详见表3 福州市义务教育标准化学校普通初中建设基本标准。
表3 福州市义务教育标准化学校普通初中建设基本标准
学校类型班级数校舍面积
基本指标(km2)
生均面积
基本指标(km2/人)
校舍面积
规划指标(km2)
生均面积
规划指标(km2/人)
普通初中12班4352 7.3 617210.3
普通初中18班5748 6.4 8138 9.0
普通初中24班7132 5.9 10473 8.7
注：以上建筑面积以墙厚240mm计算；不含学生宿舍及学生食堂面积；如有寄宿学生，另增加相应的面积。
资料来源：《福建省义务教育校舍建设标准（试行）》(闽教发〔2007〕113号)
根据表4福州可见，福州市仓山区中学建筑面积波动范围较大，最小的校舍面积（螺洲中学）只有1850平方米，最大的（三中金山校区）达到50000平方米，建筑面积波动范围达到48150，为最大校舍面积的96.3%，最大校舍面积是最小校舍面积的27倍之多。
表4 福州市仓山区各中学建筑与学生数相关信息
学校名称学校性质校舍面积
（平方米）
班级
数
学生人
数（人）
生均占地（平
方米/人）
标准备注
城门中学完中18874.454221898.6合格
红山中学初级中学3845938510合格
螺洲中学初级中学185012416 4.4不合格
第六中学初级中学5500024179730.6合格职专合办盖山中学初级中学223512541 4.13不合格
永南中学初级中学2066722103320.0合格
外国语学校完中3112456271011.5合格
盘屿中学初级中学251031564239.1合格
第十二中学初级中学175184620578.5合格职专合办第十六中学初级中学3490033179119.5合格
第二十一中学初级中学334661457058.7合格
第二十九中学初级中学191002198819.3合格
第三十中学初级中学120001889313.4合格
第三十九中学初级中学7400157509.9合格
第四十中学完中209374521989.5合格
四中桔园洲初中初级中学3497724135315.9合格
时代中学完中2300037203611.3合格
英才中学初级中学320015735 4.4不合格
三中金山校区完中5000048264318.9合格
资料来源：仓山区教育局（2012）
2.2.3教育资源分布不均
目前，就福州市仓山区中学分布发展状况来看，由于收到经济发展和人口增长以及人口迁移等因素的影响，造成许多学校尤其是老城区学校学生过度集中，部分学校班级数量不断膨胀、不堪重负。从表2.3福州市仓山区各中学建筑与学生数相关信息的生均占地面积可见，学校资源分布极度不均，其中生均校舍面积不合格的学校有三家，分别是螺洲中学、盖山中学和英才中学。生均占地最小的英才中学只有4.4平方米/人，而最大的第二十一中却达到了58.7平方米/人，而其他学校的生均面积也在这个区间随机分布。因此，在进行有关中学规划，必须充分考虑教育资源的分布情况，考虑实际所需。
3、中学选址规划方法介绍
3.1中学布局规划的传统方法
全国许多城市都开展了中学布局规划，在规划中, 学校用地规模和位置的确定成为其中的一个难点。在传统的中学规划中，第一步要明确到底需要建中学的数量，这必须根据预测的学龄人占总人口的比率来确定，预测人口又根据今年人口增长率来测算。第二步，计算学校的规模，用规范规定的生均用地乘学生数量来确定。学校与学校之间的间距根据学校所在的区域的位置来确定，一般经常用的一个方法是以一个学校为圆心，规范规定的一个固定距离画圆，这样可以大概确定服务区域和非服务区域。[4] 3.2对传统布局规划方法的思考
传统的中学选址规划，一般都是根据标准、规范中的技术指标来确定设施的数量和规模。这些标准只能给出所需学校的数量、规模、面积和服务半径等要求，同时服务半径只考虑学校本身的状况，而对于需求方（学生）的具体情况和其他相关影响因素，如人口空间分布密度、土地的适宜性、距离现有中学的距离等，未作深入的考虑。不能具体确定这些学校在空间上的最佳位置。
传统规划方法中学校的空间位置与其属性数据不能紧密结合，虽然在选址前规划部门可以获取各样独立的数据，但是独立的表格数据，在分析上造成困难，使得在分析的过程中带来极大的困难，难以综合各方面因素进行综合评价，使得数据没有合理和有效利用。如：规划部门获取土地类型数据、道路分布数据、人口统计数据和街区空间数据等数据，但对于求解学校周围一定距离内人口数量和土地类型统计这样简单的数据分析，传统方法解决起来就非常困难。
在制定方案之前要做大量的背景研究，重要的项目做详细的选址比较，用地评价要同时考虑自然、社会、经济、交通环境等因素，就会发现空间查询、空间分析就大有用武之地。地理信息系统的核心就是把对象的空间位置以及有关的文字属性信息存入数据库，建立相互联系，提供查询、分析工具，并以专题地图的方式表达出来，通过空间位置可以建立不同属性之间的联系，使空间分析变得更加高效[5]。
3.3 GIS在中学选址规划中带来的机遇和优势
随着地理信息系统的发展，GIS在城市的规划中得到广泛应用，GIS在城市规划中的主要优势①规划设计科学合理化；②规划布局的可视化；③实现数据的动态显示；④有利于资源共享和成果发布。
在国内外的许多城市规划中，GIS空间分析技术得到广泛的应用，如国外的T.de Jong 1991年发表的论文主要是研究公共服务设施选址方面，例如医院，学校和私营商店[6]以及Ritsemavan Eck所论述的停车场选址中[7]都运用了GIS空间分析技术，同样的，在国内的余明2009年运用了GIS空间分析技术来研究水利工程选址的适宜性分析[8]以及汤国安2006年深入研究基于GIS的学校选址规划[9]，由此可见，GIS空间分析技术的城市公共设施的规划已经得到广泛应用。
本文所借鉴的基于GIS的中学选址规划方法并非否定传统的中学规划方法，只是利用GIS的技术特点，应用于中学选址布局规划中，发挥其优点，为规划服务。GIS分析方法只是中学选址规划中的一个
辅助工具，而不是替代，通过GIS分析方法可以使得规划更加合理，同时基于GIS的中学选址分析，也可以作为分析中学布局规划的合理性的工具。
3.4基于GIS的中学选址分析中运用的GIS技术
GIS中通常包括矢量数据和栅格数据两种表达方式。矢量数据模型用点及其X、Y坐标来构建点、线和多边形的空间特征。而栅格数据则是基于单元格和格网，其数据结构相对简单，有较强的空间耦合性，故宜采用栅格数据对学校选址的适宜性进行空间分析。目前，GIS技术作为一种交互式的、可视化的决策支持工具，与传统分析方法、分析系统一样在分析与决策中发挥着重要的作用。GIS技术在城市区域规划中的应用特别强调对城市区域规划中的空间分析，通过空间分析确定适合区域规划发展的最佳区位，进行最优选址分析比较。[10]
本文中，基于GIS的福州市仓山区中学选址适宜性分析中，主要运用的重分类、缓冲区分析和叠加分析等GIS空间分析方法。
3.4.1对中学选址分析的主要影响因素
（1）人口密度
一般来说，一个地区人口密度越高，则学校的规模可相应扩大。
（2）土地利用类型
在学校的选址规划中，应该根据土地的性质进行分析，选择适合建学校的土地类型。如多数的工业用地是不适合建校，而居民区则比较合适。
（3）距离现有学校距离
在学校的选址规划中，应该根据学校的服务区域进行分析，一般来说城市普通中学的服务半径以大于1500为佳。
3.4.2基于GIS对福州市仓山区中学选址规划的选址准则
分别对人口密度、土地利用类型和距离现有中学的距离根据各因素的适应性程度进行重分类，分为四大类最适宜、比较适宜、一般适宜和不适宜四大类，并分别赋值3,2,1,0作为评价指标，综合以上的三个指标，根据三个指标之和做为评定标准，即评价值=缓冲区赋值+地类赋值+人口赋值，取值越高，越适合作为中学的选址。
表5 中学选址规划的选址准则
适宜程度赋值人口密度（人/万平方米）土地利用类型距离现有中学距离（m）最适宜 3 大于150 城市、建制镇大于1500
1000—1500
比较适宜 2 80-150 其他园地、其他林地、其他草地、旱地、林地、
村庄、果园、水浇地、灌木林地、茶园、裸地
一般适宜 1 30-80 坑塘水面、水田、设施农用地500—1000
0—500
不适宜0 0-30 公路用地、内陆滩涂、农村道路、水工建筑用
地、沟渠、河流水面、港口码头用地、采矿用
地、铁路用地、风景名胜及特殊用地
3.5技术路线
3.5.1数据介绍
数据收集阶段主要需要收集的数据：仓山区土地利用图、仓山区行政区划图、仓山区各社区和自然村人口统计数据、仓山区中学现状位置分布图。
3.5.2数据预处理
上述的数据概括为两类：空间数据和非空间数据。空间数据包括仓山区土地利用类型图、行政区划图（图2）和仓山区中学位置分布图（图1），非空间数据是仓山区各社区和自然村人口统计数据。
空间数据中，土地类型重分类图的获取要对土地利用类型进行重分类，而现有中学位置分布图可以从Google earth下载图层后在ArcGIS上进行处理可以获取，人口密度图的获取要通过将各人口统计数据。
图2 仓山区行政区划图
最后得到下面使用的数据：
1）土地利用类型重分类图。数据来源是依据福州市规划设计院，并做相应的合并简化，根据用地类型是否适合建校分为最合适、比较合适、一般合适和不合适四类用地。
2）学校位置现状分布图。仓山区现有的学校的数量、规模、位置等。
3）人口密度重分类图。依据2010年第六次人口普查数据和2013统计年检中仓山区各行政区划的总面积之比获取人口密度，在进行重分类获取。
3.6分析方法
3.6.1建立人口密度分布专题图
首先加载仓山区行政区划图，再假定在一个社区或自然村内的人口是均匀分布的，进行栅格计算得到人口密度，再根据人口密度的对于建校的适宜性进行重分类，并建立评价指标，得到仓山区人口密度分布专题地图（图3）[5]。
图3 仓山区人口密度分布图