劉慶芳,程 楊,高 卿,宋金平

(北京師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)部,北京 100875)

0 引言

優(yōu)化義務(wù)教育資源空間布局是提高區(qū)域公共服務(wù)水平和提升區(qū)域民生福祉的有力舉措[1]。“十四五”規(guī)劃強(qiáng)調(diào),鞏固義務(wù)教育基本均衡成果,完善辦學(xué)標(biāo)準(zhǔn),推動義務(wù)教育優(yōu)質(zhì)均衡發(fā)展和城鄉(xiāng)一體化。青藏高原地區(qū)由于社會經(jīng)濟(jì)落后,其義務(wù)教育起步晚、發(fā)展慢、基礎(chǔ)弱;加之地廣人稀與交通不便的特殊地域特征,其義務(wù)教育資源的空間可達(dá)性往往相對較差且整體空間布局與社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展并不完全相適應(yīng)[2]。因此,如何提升義務(wù)教育資源空間可達(dá)性、優(yōu)化義務(wù)教育資源空間格局、促進(jìn)區(qū)域教育均衡發(fā)展是新時代青藏高原地區(qū)優(yōu)化公共服務(wù)的重要基礎(chǔ)工作之一。作為人口稀少的西部典型地區(qū),林芝市教育設(shè)施交通可達(dá)性差、教育發(fā)展總體水平比較滯后,各級各類教育均衡協(xié)調(diào)發(fā)展任務(wù)艱巨,具體情況千差萬別,城鄉(xiāng)之間、學(xué)校之間在師資力量、辦學(xué)水平、教育質(zhì)量、教學(xué)設(shè)施等方面都存在不同程度上的差距。區(qū)縣間、城鄉(xiāng)間教育資源配置不均問題仍然存在,在實現(xiàn)基礎(chǔ)教育均衡發(fā)展和義務(wù)教育資源空間優(yōu)化方面面臨諸多現(xiàn)實問題。一方面,定量測度林芝市義務(wù)教育學(xué)?？臻g可達(dá)性對于明晰義務(wù)教育學(xué)校的空間配置差距具有摸底作用,另一方面,對義務(wù)教育學(xué)校的空間布局進(jìn)行多情景模擬可為優(yōu)化義務(wù)教育學(xué)校的空間配置格局,緩解義務(wù)教育資源空間配置不均問題提供科學(xué)參考。

空間可達(dá)性即交通網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點相互作用的機(jī)會大小[3],而義務(wù)教育學(xué)校的空間可達(dá)性是地區(qū)居民接受義務(wù)教育服務(wù)或到達(dá)教育設(shè)施的便利性[4]。國外學(xué)者多將空間可達(dá)性概念與思路融入至學(xué)?？臻g規(guī)劃[5-7]和學(xué)校的交通成本分析[8-9]中,其研究內(nèi)容聚焦學(xué)校的空間可達(dá)性與交通設(shè)施規(guī)劃[10]、空間公平性[11]、住房價格[12]等社會經(jīng)濟(jì)要素的關(guān)系。受國家公共教育服務(wù)均等化戰(zhàn)略的影響,國內(nèi)學(xué)者關(guān)于義務(wù)教育學(xué)?？臻g可達(dá)性的研究逐漸增多,在研究方法上,最常見的評價方法為成本加權(quán)法[13-14]、兩步移動搜索法[15-16]和空間潛能模型[1,17]。部分學(xué)者也采用改進(jìn)和創(chuàng)新模型分析教育資源的空間可達(dá)性,如GIS網(wǎng)絡(luò)分析法[18]。在研究尺度上,主要涉及市域[14,19]和縣域[17,20-21]單元。在研究內(nèi)容上,主要聚焦義務(wù)教育學(xué)校如幼兒園[18]、小學(xué)[20]和中學(xué)[22],部分學(xué)者關(guān)注義務(wù)教育學(xué)校的空間布局和可達(dá)性的關(guān)系[23]、義務(wù)教育學(xué)?？臻g可達(dá)性與供需匹配[13]、義務(wù)教育學(xué)?？臻g可達(dá)性的差異與效應(yīng)[24]等。

綜上所述,國內(nèi)外關(guān)于義務(wù)教育學(xué)校的研究方法不斷完善,空間可達(dá)性評價的精度不斷提高;研究對象不斷拓展,從關(guān)注城市義務(wù)教育學(xué)校到聚焦縣域義務(wù)教育學(xué)校的空間可達(dá)性;研究內(nèi)容不斷深化,從單一測度義務(wù)教育學(xué)校空間可達(dá)性到空間可達(dá)性基礎(chǔ)上的多點發(fā)散。然而,已有研究也存在如下不足:在研究對象上,鮮少有學(xué)者探索青藏高原地區(qū)典型城市——林芝市義務(wù)教育學(xué)?？臻g可達(dá)性;在研究內(nèi)容上,學(xué)者多聚焦義務(wù)教育學(xué)?？臻g可達(dá)性評價,對空間可達(dá)性評價基礎(chǔ)上的布局情景模擬仍鮮少見諸文獻(xiàn)。鑒于此,本文以林芝市為例,綜合運用最近距離法、最小化設(shè)施點模型和最大化覆蓋模型,評價義務(wù)教育設(shè)施空間可達(dá)性,并對其布局進(jìn)行多情景模擬,希冀為林芝市乃至青藏高原地區(qū)其它城市義務(wù)教育設(shè)施空間格局優(yōu)化提供可資借鑒的科學(xué)參考。

1 研究設(shè)計

1.1 研究區(qū)概況

林芝市(26°52′N～30°40′N,92°09′E～98°47′E)位于中國西藏自治區(qū)東南部,其市域面積11.7×104km2,東西橫跨646.7 km,南北縱長353.2 km;下轄1區(qū)、6縣、54個鄉(xiāng)(鎮(zhèn))、498個村(居),總?cè)丝?4萬人。在第二次青藏高原綜合科學(xué)實地考察研究中,科考隊從林芝市教育局提供的資料得知,截止2019年末,全市共有各級各類學(xué)校266所,其中:幼兒園192所(含4所民辦幼兒園)、小學(xué)63所、初級中學(xué)8所、高級中學(xué)2所、中等職業(yè)技術(shù)學(xué)校1所;在職教師3 985人,在校學(xué)生44 702人,義務(wù)教育鞏固率達(dá)到90%,實行農(nóng)牧區(qū)寄宿制和鄉(xiāng)鎮(zhèn)中心學(xué)校辦學(xué)機(jī)制,汽車、摩托車、步行是目前林芝市學(xué)生小學(xué)階段從家至學(xué)校的主要交通方式。

1.2 研究方法

1.2.1 最近距離法

最近距離法是可達(dá)性研究中一種常用的方法?？蛇_(dá)性往往被理解為基于一定的道路交通條件和出行方式,從某一地點到達(dá)另一地點的便捷程度[25]。因此,距終點的空間位置和二者的連接形式直接決定著可達(dá)性的高低。就本文而言,采用最近距離法分析可達(dá)性,將到達(dá)學(xué)校所需的最短時間作為評價居民點至學(xué)校的可達(dá)性依據(jù)。

在青藏高原地區(qū),一方面考慮居民點到教育設(shè)施的便捷性;另一方面,考慮教育設(shè)施的建造成本。鑒于此,本文選取最大化覆蓋模型和最小化設(shè)施點數(shù)模型,對林芝市義務(wù)教育學(xué)校布局進(jìn)行多情景模擬優(yōu)化。

1.2.2 最大化覆蓋模型

最大化覆蓋范圍是在候選的設(shè)施選址中選擇給定數(shù)目設(shè)施的空間位置,使得在設(shè)施的最大服務(wù)半徑內(nèi)覆蓋的需求點最多[26]。其模型求解過程如下:

(1)

(2)

式中:xi、yj為決策變量,若xi=1,則義務(wù)教育學(xué)校設(shè)置在需求點i,否則xi=0;若yj=1,則需求點j被覆蓋在某義務(wù)教育學(xué)校的有效服務(wù)半徑之內(nèi),否則yj=0;si為需求點i的義務(wù)教育學(xué)校綜合布局系數(shù);aij為二元值系數(shù),當(dāng)需求點i到義務(wù)教育學(xué)校j的距離dij在其有效服務(wù)半徑r之內(nèi),aij=1,否則aij=0;p為指定的義務(wù)教育學(xué)校布局?jǐn)?shù)量。約束式(2)第一個公式是為了防止某一需求點未被服務(wù)半徑r有效覆蓋而yj取值為1的情況;約束式(2)第二個公式是在預(yù)算約束下的最大義務(wù)教育學(xué)校布局?jǐn)?shù)量;約束式(2)第三個公式表示xi,yj是二元值決策變量;目標(biāo)函數(shù)式(1)使被義務(wù)教育學(xué)校覆蓋需求點的效益總和最大。

1.2.3 最小化設(shè)施點模型

最小化設(shè)施點數(shù)在最大化覆蓋范圍的基礎(chǔ)上考慮了學(xué)校的建設(shè)總成本問題,是在候選設(shè)施選址中挑選出數(shù)目盡量少的設(shè)施,在設(shè)施最大服務(wù)半徑內(nèi)覆蓋的需求點最多[27]。

(3)

(4)

Xi∈{0,1},?i

(5)

式中:目標(biāo)方程(3)求設(shè)施最小建設(shè)費用,cj為設(shè)施建設(shè)成本。限制條件(4)要求所有需求都必須被特定距離內(nèi)的設(shè)施滿足。如果在j點修建設(shè)施,Xj為1,否則為0。

表1 最大化覆蓋模型和最小化設(shè)施點模型

1.3 數(shù)據(jù)來源及預(yù)處理

本研究以工布江達(dá)縣、米林縣、朗縣、墨脫縣、察隅縣、波密縣6個縣和巴宜區(qū)為研究單位,包括54個鄉(xiāng)鎮(zhèn),巴依鎮(zhèn)涉及兩條街道。林芝市縣級行政區(qū)和鄉(xiāng)級行政區(qū)以上研究單位平面矢量數(shù)據(jù)均來自林芝市第三次全國土地調(diào)查數(shù)據(jù),由林芝市自然資源局提供。這些平面矢量數(shù)據(jù)的地理坐標(biāo)系為GCS_CGCS 2000,并配置了CGCS 2000_3_Degree_GK_CM_96E作為其投影坐標(biāo)系。林芝市歷年社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)主要來源于《西藏自治區(qū)統(tǒng)計年鑒》《林芝市統(tǒng)計年鑒》以及相關(guān)政府部門官網(wǎng)。在林芝市各類義務(wù)教育學(xué)校的位置和屬性數(shù)據(jù)中,林芝市各類義務(wù)教育學(xué)校的名單、各學(xué)校的教育資源和在校生情況均來自林芝市教育局。此外,本文采用基于Vscode軟件的百度地理逆編碼方法獲取學(xué)校地理位置和坐標(biāo),并進(jìn)一步將其轉(zhuǎn)換為CGCS2000坐標(biāo),建立義務(wù)教育學(xué)?？臻g數(shù)據(jù)庫。村落位置根據(jù)第三次全國土地調(diào)查數(shù)據(jù)確定,村落人口根據(jù)林芝市統(tǒng)計局提供的人口數(shù)據(jù)確定。最終得到與位置和人口相對應(yīng)的491個村落,其中,8個行政村的人口數(shù)據(jù)缺失。該村學(xué)生人數(shù)根據(jù)人口數(shù)據(jù)和各區(qū)縣在校學(xué)生人數(shù),以及各村人口占區(qū)縣人口的比例確定。最后,從開放街道地圖網(wǎng)站(OSM,https://www.openstreetmap.org/)下載了林芝市的路網(wǎng)數(shù)據(jù),并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了路網(wǎng)數(shù)據(jù)集。

采用最近距離法評價義務(wù)教育學(xué)校的時間可達(dá)性,需要對路網(wǎng)的速度進(jìn)行賦值。以從Open Street Map下載的路網(wǎng)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),結(jié)合林芝市的實際情況和主要道路的設(shè)計時速,將原本Open Street Map中的道路重新劃分為5個等級,根據(jù)百度地圖的實際道路出行速度,對各區(qū)縣的道路速度進(jìn)行調(diào)整,不同類型道路的汽車速度賦值情況如表2。摩托車出行速度考慮到出行安全,以汽車速度為基礎(chǔ),最大不超過40 km/h;步行速度則參考文獻(xiàn)[28]中的速度賦值并結(jié)合林芝市道路情況,將步行平均速度設(shè)為3.6 km/h。將Open Street Map下載的數(shù)據(jù)在Arc GIS中處理為具有長度、速度和時間屬性信息的矢量線狀數(shù)據(jù),進(jìn)一步在ArcCatalog中建立路網(wǎng)數(shù)據(jù)集,進(jìn)行拓?fù)錂z查并用于分析。利用網(wǎng)絡(luò)分析模塊下的最鄰近設(shè)施點工具,分別以61個小學(xué)點和10個初中點作為設(shè)施點,以491個居民點作為需求點,圖層屬性中設(shè)置抗阻為時間(h),要查找的設(shè)施點數(shù)量為1,行駛方向為自事件點至設(shè)施點,得到各居民點至最近學(xué)校的路徑及所花費的時間成本。

表2 不同道路類型汽車速度賦值情況

2 結(jié)果與分析

2.1 小學(xué)可達(dá)性分析

2.1.1 居民點尺度

本文將各居民點的小學(xué)可達(dá)性結(jié)果進(jìn)行克里金插值,得到小學(xué)空間可達(dá)性的面狀數(shù)據(jù),圖2顯示:(1)距離小學(xué)較近的區(qū)域或居民點的可達(dá)性水平較高。不論是汽車、摩托車還是步行方式,小學(xué)可達(dá)性水平的高值均分布于小學(xué)附近,隨著距離小學(xué)距離越遠(yuǎn),位于不同空間位置的可達(dá)性水平逐漸下降。(2)可達(dá)性水平相對較低的區(qū)域主要分布于縣域邊緣區(qū)。目前小學(xué)主要位于縣城或鄉(xiāng)鎮(zhèn)中心,對于面積廣闊的區(qū)縣來說,其縣域邊緣區(qū)少有學(xué)校分布,導(dǎo)致那些遠(yuǎn)離城鎮(zhèn)中心、道路交通不便的區(qū)域成為可達(dá)性水平低值區(qū),如察隅縣東南部、波密縣北部、米林縣西北部和西南部以及工布江達(dá)縣北部和南部邊緣區(qū)。(3)機(jī)動車、步行出行方式下的可達(dá)性水平較高區(qū)域分別呈面狀連片分布和點狀集中分布。相比步行,機(jī)動車的出行速度較快,能夠到達(dá)的區(qū)域更遠(yuǎn),尤其在小學(xué)集中分布的市域東部和北部地區(qū),能夠在15 min可達(dá)最近小學(xué)的區(qū)域面積較大且相互連通,可達(dá)性較高區(qū)域連片分布特征明顯。而步行出行方式下,能在15 min內(nèi)到達(dá)小學(xué)的區(qū)域面積較小且僅分布于小學(xué)附近,可達(dá)性水平較高區(qū)域呈明顯的點狀集中分布。

分別計算3種出行方式的平均可達(dá)性時間,汽車出行下居民點至最近小學(xué)的平均時間約為28 min,有150個居民點至最近小學(xué)的時間成本大于平均值,占總居民點數(shù)的30.55%;摩托車出行下各居民點至最近小學(xué)的平均時間增加至31 min,有156個居民點至最近小學(xué)所需時間大于平均值;步行方式下各居民點至最近小學(xué)的平均時間約為4 h,有173個居民點大于平均值,占總居民點數(shù)的35.23%。對比3種出行方式下不同可達(dá)性水平的居民點占比情況及其所涉及的學(xué)生數(shù)量(圖3)。(1)汽車出行方式下有89%的居民點能夠在1 h以內(nèi)到達(dá)最近的小學(xué),這些居民點處共包含94.99%的小學(xué)生人口,但個別居民點至最近小學(xué)的時間需要4個多小時,如察隅縣竹瓦根鎮(zhèn)知美村,其位于察隅縣東南部,該村與所在鄉(xiāng)鎮(zhèn)小學(xué)的路網(wǎng)距離較遠(yuǎn)且路況條件有限,因此其小學(xué)可達(dá)性條件相對較差。(2)摩托車出行方式下,87.58%的居民點可在1 h內(nèi)到達(dá)最近小學(xué)。其中,0～0.25 h的居民點數(shù)量占比與汽車出行相比有所下降,0.26～0.50 h、0.51～0.75 h、0.76～1.00 h、1.01～2.00 h 4個可達(dá)性區(qū)間的居民點數(shù)量占比均有不同程度的增加。(3)步行方式下,僅有22.61%的居民點至最近小學(xué)的時間在1 h以內(nèi),涉及學(xué)生人口的56%,大多數(shù)居民點以步行方式到達(dá)最近小學(xué)所需時間較長,有26.27%的居民點至最近小學(xué)的時間甚至超過5 h,大大超過了小學(xué)生可接受的步行時間和距離。

不難發(fā)現(xiàn),3種出行方式下,汽車至最近小學(xué)的可達(dá)時間最短,是最為高效省時的就學(xué)方式。以1 h為就學(xué)時間限制,大部分居民點能夠在1 h內(nèi)達(dá)到最近小學(xué),其次為摩托車。由于小學(xué)一般布局于區(qū)縣和鄉(xiāng)鎮(zhèn)的中心地區(qū),而居民點多分布于遠(yuǎn)離中心城區(qū)的位置,使得汽車和摩托車因其時速快、靈活性強(qiáng)、可通達(dá)距離遠(yuǎn)而成為地廣人稀、地形復(fù)雜的青藏高原地區(qū)應(yīng)用較為普遍的就學(xué)交通工具。

2.1.2 鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度

為了解義務(wù)教育學(xué)校對于鄉(xiāng)鎮(zhèn)居民的可達(dá)性水平,本文在居民點可達(dá)性結(jié)果的基礎(chǔ)上,以鄉(xiāng)鎮(zhèn)為單元分別統(tǒng)計3種出行方式下各鄉(xiāng)鎮(zhèn)所轄居民點可達(dá)性的算術(shù)平均值,得到鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度的平均最近小學(xué)就學(xué)時間,分析鄉(xiāng)鎮(zhèn)的小學(xué)可達(dá)性差異,圖4顯示:(1)由于縣城駐地經(jīng)濟(jì)社會相對發(fā)達(dá),因而縣城駐地所在鎮(zhèn)的小學(xué)平均可達(dá)性往往在縣域內(nèi)處于較高水平,僅有察隅縣的縣城駐地竹瓦根鎮(zhèn)平均最近小學(xué)可達(dá)性時間超過1 h。(2)鎮(zhèn)域面積大小、居民點的集中程度會影響鄉(xiāng)鎮(zhèn)的平均小學(xué)可達(dá)性水平。鎮(zhèn)域面積小、居民點集中分布在小學(xué)附近的鄉(xiāng)鎮(zhèn),其平均小學(xué)可達(dá)性水平高于居民點分散分布的鄉(xiāng)鎮(zhèn)。如察隅縣的大部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)鎮(zhèn)域面積廣闊,遠(yuǎn)離鄉(xiāng)鎮(zhèn)中心的居民點至小學(xué)距離較遠(yuǎn),增加了鄉(xiāng)鎮(zhèn)的平均就學(xué)時間,導(dǎo)致整體可達(dá)性水平降低。(3)路網(wǎng)密集、道路交通條件良好區(qū)域的小學(xué)可達(dá)性水平較高。如工布江達(dá)縣、巴宜區(qū)、米林縣境內(nèi)可達(dá)性較高的鄉(xiāng)鎮(zhèn)基本分布在國道318、拉林公路沿線,這些地區(qū)路況相對良好、設(shè)計車速相對較高,大大提升了可達(dá)性水平,而察隅縣部分道路行駛難度高、設(shè)計車速有限,導(dǎo)致有的鄉(xiāng)鎮(zhèn)小學(xué)可達(dá)性水平相對較低。由此可見,在鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度上,一方面,縣城駐地所在鎮(zhèn)的小學(xué)可達(dá)性水平較高,另一方面,鎮(zhèn)域面積小、居民點分布集中以及交通網(wǎng)絡(luò)密集、道路交通條件良好的鎮(zhèn),小學(xué)可達(dá)性水平往往較高。

汽車出行模式下,至最近小學(xué)的平均時間最短、可達(dá)性水平相對較高的鄉(xiāng)鎮(zhèn)主要位于市域中部的巴宜區(qū)和米林縣境內(nèi),可達(dá)性水平相對較低的鄉(xiāng)鎮(zhèn)主要位于市域東部的察隅縣和工布江達(dá)縣北部,最高的為米林縣米林鎮(zhèn),這可能主要與該鎮(zhèn)域內(nèi)道路網(wǎng)絡(luò)相對密集,交通條件較好,且居民點較為集中地分布在距離小學(xué)較近的區(qū)域相關(guān);小學(xué)可達(dá)性水平最低的為察隅縣竹瓦根鎮(zhèn),至最近小學(xué)的平均時間約為100 min。該鎮(zhèn)居民點相對分散,學(xué)校位于鎮(zhèn)域西部,導(dǎo)致東部居民點至最近小學(xué)的時間較長,且察隅縣道路交通條件較差,車行速度有限,與其他區(qū)縣相比加大了平均至最近小學(xué)的所需時間。

摩托車出行模式下,雖然各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的平均最近小學(xué)就學(xué)時間與汽車出行相比均有不同程度的增加,但大部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)的小學(xué)可達(dá)性水平保持在與汽車出行相同的區(qū)間,部分位于縣域邊緣的鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)間有所下降。此時朗縣、墨脫縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的小學(xué)平均最近就學(xué)時間均在30 min和45 min以內(nèi)。朱拉鄉(xiāng)、竹瓦根鎮(zhèn)和察瓦龍鄉(xiāng)還是可達(dá)性水平相對最低的鄉(xiāng)鎮(zhèn)。

步行出行模式下,鎮(zhèn)域?qū)用娴男W(xué)可達(dá)性水平均明顯下降,市域內(nèi)大部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)的平均最近小學(xué)就學(xué)時間超過2 h。僅有墨脫縣格當(dāng)鄉(xiāng)、米林縣南伊珞巴民族鄉(xiāng)和米林鎮(zhèn)的平均最近小學(xué)就學(xué)時間小于1 h。察隅縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)至最近小學(xué)的時間均增加至3 h以上。

2.2 初中可達(dá)性分析

2.2.1 居民點尺度

將汽車、摩托車、步行的居民點初中可達(dá)性結(jié)果進(jìn)行克里金插值所得圖5顯示:(1)與小學(xué)相比,初中的可達(dá)性水平顯著降低。在相同出行模式下,原本1 h內(nèi)可達(dá)至最近小學(xué)的區(qū)域變?yōu)橹磷罱踔? h不可達(dá)的區(qū)域,就學(xué)時間明顯增加。(2)以初中為中心,可達(dá)性的圈層特征明顯。靠近初中的地方是可達(dá)性的高值區(qū)域,以初中為中心,由內(nèi)到外可達(dá)性逐步降低,可達(dá)性降低的程度受到與初中的距離和交通條件的多重影響。(3)城鄉(xiāng)初中可達(dá)性水平存在差距。不論是汽車、摩托車還是步行出行,可達(dá)性水平較高的居民點均主要分布在中心城區(qū)、縣城或其邊緣城鄉(xiāng)結(jié)合區(qū)。尤其在步行模式下,農(nóng)村地區(qū)的居民點至最近初中的時間普遍大于5 h,可達(dá)性水平大幅降低,城鄉(xiāng)可達(dá)性差異較大。在青藏高原廣大地區(qū),中學(xué)往往布局在縣城駐地,使得靠近縣城,特別是靠近中學(xué)的居民點中學(xué)可達(dá)性水平高,而廣大邊遠(yuǎn)的區(qū)縣農(nóng)村居民點中學(xué)就學(xué)可達(dá)性程度較小學(xué)遠(yuǎn)遠(yuǎn)降低,學(xué)生往往選擇寄宿制就學(xué)。邊緣區(qū)縣的居民點初中可達(dá)性水平往往處于劣勢地位。

對比3種出行方式下居民點至初中的平均可達(dá)時間。汽車出行方式下,居民點至最近初中的平均時間為1.67 h,164個居民點至最近初中的時間成本大于平均值。摩托車出行方式下,各居民點的平均出行時間增加至2 h,有183個居民點至最近初中的時間成本大于平均值。當(dāng)步行出行時,各居民點至初中的平均時間約為18 h,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了學(xué)生可接受的時間閾值。需要關(guān)注的是就學(xué)時間較長的居民點,如時間成本大于4 h的居民點基本均位于墨脫縣和察隅縣境內(nèi),主要位于墨脫縣加熱薩鄉(xiāng)和察隅縣察瓦龍鄉(xiāng)和古拉鄉(xiāng)。圖6顯示:摩托車出行方式下,2 h內(nèi)能到達(dá)最近初中的居民點占比由汽車出行模式下的73.93%下降至62.73%,涵蓋初中生的數(shù)量占比也下降至78.73%。大于5 h的區(qū)間中,除墨脫縣、察隅縣的居民點外,波密縣八蓋鄉(xiāng)的日卡村、龍普村也包含在內(nèi)。步行出行方式下,2 h內(nèi)能到達(dá)最近初中的居民點占總數(shù)的6.52%,學(xué)生數(shù)量占總數(shù)的45.87%;5 h以內(nèi)不可達(dá)的居民點占85.74%,學(xué)生數(shù)量占比為49.59%。因此,由于家校距離過遠(yuǎn)和出行時間過長,位于偏遠(yuǎn)地區(qū)居民點的學(xué)生以步行模式就學(xué)的可能性較低。

由此可見,相比居民點層面的小學(xué)可達(dá)性,初中可達(dá)性水平大大降低,可達(dá)時間延長,3種出行方式下,2 h可達(dá)的學(xué)生占比也大幅降低。墨脫縣和察隅縣因其地理位置偏遠(yuǎn),幅員遼闊,加之復(fù)雜的地形地勢和較為分散的農(nóng)村居民點布局,前往中心城區(qū)中學(xué)就學(xué)的條件較差,就學(xué)可達(dá)水平處于末端地位,實際調(diào)研過程中發(fā)現(xiàn),這些居民點多數(shù)學(xué)生選擇寄宿制就學(xué),甚至有的學(xué)生半年才能回家一次。

2.2.2 鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度

同樣地,計算鄉(xiāng)鎮(zhèn)所轄居民點至最近初中所需時間的算術(shù)平均值,得到3種出行方式下初中各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的平均最近時間,圖7顯示:(1)縣城駐地所在鎮(zhèn)的初中可達(dá)性在縣域中水平最高。各區(qū)縣的初中均分布于縣城駐地所在鎮(zhèn),農(nóng)村地區(qū)缺少初中,其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)的學(xué)生不得不前往中心城區(qū)或縣城就學(xué),增加了就學(xué)時間,這使得縣城或中心城區(qū)所在鎮(zhèn)成為初中可達(dá)性水平相對較高的區(qū)域。(2)鄉(xiāng)鎮(zhèn)初中可達(dá)性水平的高低與距離中心城鎮(zhèn)的距離遠(yuǎn)近有關(guān)。如察隅縣察瓦龍鄉(xiāng)、墨脫縣甘登鄉(xiāng)、波密縣八蓋鄉(xiāng)和米林縣派鎮(zhèn)均是縣域內(nèi)距離中心城鎮(zhèn)較遠(yuǎn)的鄉(xiāng)鎮(zhèn),其初中平均可達(dá)性在縣域各鄉(xiāng)鎮(zhèn)中也處于最低水平。因此,鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度上初中可達(dá)性與居民點尺度的初中可達(dá)性具有類似的空間特征,初中多分布在縣城駐地,縣城的初中可達(dá)性水平最高。伴隨著距離中心城鎮(zhèn)距離的增加,初中可達(dá)性逐漸減弱。

汽車出行方式下可達(dá)性水平較高的區(qū)域主要分布于察隅縣中心城鎮(zhèn)及其周邊地區(qū),可達(dá)性水平相對最差的鄉(xiāng)鎮(zhèn)位于市域東部察隅縣境內(nèi),且察隅縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)至初中平均所需時間均超過1 h。初中最近就學(xué)時間相對最少的鄉(xiāng)鎮(zhèn)為米林縣米林鎮(zhèn),其次為巴宜區(qū)八一鎮(zhèn),所需時間均在10 min左右;所需時間相對最多的鄉(xiāng)鎮(zhèn)為察隅縣察瓦龍鄉(xiāng),為6.9 h,鄉(xiāng)鎮(zhèn)之間的可達(dá)性水平差異較大。

摩托車出行模式下,部分距離中心城鎮(zhèn)較遠(yuǎn)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)其時間成本所在區(qū)間發(fā)生變化,如察隅縣西部的上察隅鎮(zhèn)、米林縣西部的臥龍鎮(zhèn)、工布江達(dá)縣北部的錯高鄉(xiāng)、波密縣西部的八蓋鄉(xiāng)等。其中,相比汽車出行方式下的平均初中最近可達(dá)時間,汽車出行下時間成本增加最多的鄉(xiāng)鎮(zhèn)為波密縣八蓋鄉(xiāng),由3.28 h增加至4.78 h。

步行出行模式下,僅有米林縣米林鎮(zhèn)、南伊珞巴民族鄉(xiāng)、巴宜區(qū)八一鎮(zhèn)、墨脫縣墨脫鎮(zhèn)、波密縣扎木鎮(zhèn)和朗縣朗鎮(zhèn)的平均初中最近就學(xué)時間在5 h以內(nèi),其余鄉(xiāng)鎮(zhèn)均超過5 h。其中,米林鎮(zhèn)、八一鎮(zhèn)和南伊珞巴民族鄉(xiāng)仍能滿足2 h可達(dá)最近初中,前述3個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的初中可達(dá)性不論在汽車、摩托車還是步行方式下均保持在相對較高水平。但考慮到初中就學(xué)距離仍相對較遠(yuǎn),加之初中課程安排時間較為緊湊,除分布于初中學(xué)校附近的城鎮(zhèn)居民點,多數(shù)學(xué)生通常不會選擇步行就學(xué)。

2.3 基于位置分配模型的多情景新增學(xué)校布局方案

結(jié)合最大化覆蓋模型和最小化設(shè)施點模型可以對一定條件下林芝市中小學(xué)的優(yōu)化方向及分階段目標(biāo)提出具體建議。首先基于最大化覆蓋模型,求解不同情境下新增不同數(shù)量設(shè)施點時,滿足最大服務(wù)半徑內(nèi)覆蓋最多需求點數(shù)量的候選點位置。再考慮現(xiàn)實中由于資金、土地、技術(shù)等方面的限制,根據(jù)最小化設(shè)施點模型確定服務(wù)范圍覆蓋需求點數(shù)量最多時所需新增的最少設(shè)施點數(shù)量(記為N)。

在位置分配模型中,需要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要有設(shè)施點位置、需求點位置以及路網(wǎng)數(shù)據(jù),其中,模型中的抗阻一般設(shè)置為設(shè)施點與需求點之間的距離或時間成本。本研究在設(shè)置抗阻時,將其定義為時間成本,抗阻的閾值主要參考問卷調(diào)研中學(xué)生對可接受的最長就學(xué)時間調(diào)查結(jié)果,將小學(xué)的抗阻設(shè)置為0.75 h,初中的抗阻設(shè)置為2 h,以讓更多的居民點滿足小學(xué)或初中可達(dá)性在閾值范圍內(nèi),作為探索新增學(xué)校最優(yōu)位置的標(biāo)準(zhǔn)。

由于只考慮新增學(xué)校的布局位置,因此本文將原本的學(xué)校點作為必選設(shè)施點,將新增學(xué)?？蛇x的位置作為候選設(shè)施點。為提升學(xué)校可達(dá)性較差地區(qū)的可達(dá)性水平,達(dá)到教育均衡發(fā)展的目的,分別將汽車出行方式下小學(xué)可達(dá)性大于0.75 h,初中可達(dá)性大于2 h的居民點所作為新增候選小學(xué)和初中的位置。同時,居民點所在地一般是具有一定交通通達(dá)性、地勢相對平坦的區(qū)域,因此將其作為候選點位置具有可操作性。基于以上條件,共確定小學(xué)必選設(shè)施點61個,候選設(shè)施點90個;初中必選設(shè)施點10個,候選設(shè)施點128個。

2.3.1 新增小學(xué)布局方案

基于最大化覆蓋模型,當(dāng)抗阻中斷為0.75時,需要新增53個設(shè)施點才能使當(dāng)前所有居民點滿足在汽車出行方式下小學(xué)45 min可達(dá),即約需要新增當(dāng)前小學(xué)數(shù)量1倍的設(shè)施點才能使可達(dá)性水平更加均衡,保證底線公平(圖8)。在實際建設(shè)過程中,在考慮均衡布局設(shè)施點的同時也要考慮學(xué)校效益,根據(jù)不同區(qū)位的具體情況選擇將其建設(shè)為小學(xué)學(xué)?；蚪虒W(xué)點,避免教育資源浪費。

為了進(jìn)一步了解新增不同數(shù)量設(shè)施點時帶來的居民點可達(dá)性的提升程度,基于最大化覆蓋模型的優(yōu)化結(jié)果,分別統(tǒng)計多情境下新增不同數(shù)量設(shè)施點時,到達(dá)最近小學(xué)的時間在45 min以內(nèi)的居民點數(shù)量占比情況(表3)。當(dāng)新增5個設(shè)施點時,能夠使得20個居民點至最近小學(xué)的時間縮減至45 min以內(nèi),在此基礎(chǔ)上每新增5個設(shè)施點均能不同程度地提升45 min可達(dá)最近小學(xué)的居民點數(shù)量占總居民點數(shù)量的比重。但當(dāng)累計新增設(shè)施點數(shù)量為25時,后新增的設(shè)施點主要對改善該設(shè)施點所在位置的居民點可達(dá)性起到較大作用。

表3 不同情景下居民點45 min小學(xué)可達(dá)性情況

2.3.2 新增初中布局方案

基于最大化覆蓋模型,當(dāng)最大服務(wù)半徑為2 h,需要新增23個設(shè)施點才能覆蓋當(dāng)前所有居民點(圖9),除朗縣外的其余區(qū)縣均需新增初中設(shè)施點。但從林芝市當(dāng)前的實際情況來看,林芝市人口較少,初中學(xué)齡人口和財政資源有限,完全按照最大化覆蓋模型的結(jié)果布局初中設(shè)施點不具備現(xiàn)實性。

目前,林芝市除巴宜區(qū)外各縣域內(nèi)均只有1所初中,導(dǎo)致部分縣域內(nèi)農(nóng)村居民點至初中距離過遠(yuǎn),可達(dá)性水平較低。因此,結(jié)合林芝市當(dāng)前初中教育設(shè)施布局現(xiàn)狀,并考慮各區(qū)縣初中布局的均衡性,假設(shè)未來新增的學(xué)校均位于不同區(qū)縣,采用最大化覆蓋模型求解學(xué)校建設(shè)的先后順序及其位置。其中,由于朗縣目前初中的布局以及能滿足縣域內(nèi)所有居民點在2 h內(nèi)可達(dá)。因此,不考慮在朗縣新增初中的情況。分別統(tǒng)計多情境下新增不同數(shù)量初中設(shè)施點時,到達(dá)最近初中的時間在2 h以內(nèi)的居民點數(shù)量占比情況及新增學(xué)校建設(shè)順序(表4)。未來新增初中時,應(yīng)首先考慮布局在察隅縣境內(nèi),由此最多可以使22個居民點至最近初中的時間縮短至2 h以內(nèi),2 h內(nèi)可達(dá)最近初中的居民點數(shù)量可以由當(dāng)前的73.93%提升至78.41%,根據(jù)最大化覆蓋模型的結(jié)果,各區(qū)縣新增初中的順序應(yīng)為察隅縣、墨脫縣、波密縣、工布江達(dá)縣、米林縣、巴宜區(qū)。

表4 不同情景下居民點2 h初中可達(dá)性情況

最小化設(shè)施點模型下,新增初中在各區(qū)縣中的具體布局位置如圖10,分別布局在察隅縣東部的察瓦龍鄉(xiāng)、墨脫縣北部的加熱薩鄉(xiāng)、波密縣西部的八蓋鄉(xiāng)、工布江達(dá)縣中部的朱拉鄉(xiāng)、米林縣東北部的派鎮(zhèn)和巴宜區(qū)東北部的魯朗鎮(zhèn)。

圖1 研究區(qū)行政區(qū)劃

圖3 不同小學(xué)時間距離區(qū)間覆蓋居民點(左)與學(xué)生比例(右)

圖5 居民點初中可達(dá)性克里金插值

圖6 不同初中時間距離區(qū)間覆蓋居民點(左)與學(xué)生比例(右)

圖8 基于最大化覆蓋模型的新增小學(xué)位置空間優(yōu)化

圖9 基于最大化覆蓋模型的新增初中空間優(yōu)化

圖10 基于最小化設(shè)施點模型的新增初中空間優(yōu)化

3 結(jié)論

本文結(jié)合實地調(diào)研和實證研究,以林芝市為案例地,采用最近距離法,從居民點和鄉(xiāng)鎮(zhèn)兩個層面出發(fā),分別探究了汽車、摩托車和步行3種出行方式的可達(dá)性;并利用最大化覆蓋模型和最小化設(shè)施點模型對林芝市義務(wù)教育學(xué)校空間布局進(jìn)行多情景模擬,主要結(jié)論如下:

(1)從小學(xué)可達(dá)性來看,距離小學(xué)較近的區(qū)域或居民點可達(dá)性水平較高,縣域邊緣區(qū)的可達(dá)性水平相對較低?？h城駐地所在鎮(zhèn)的小學(xué)平均可達(dá)性往往處于較高水平,鎮(zhèn)域面積大小、居民點的集中程度會影響鄉(xiāng)鎮(zhèn)的平均小學(xué)可達(dá)性水平。與小學(xué)相比,初中可達(dá)性水平顯著降低,可達(dá)性的圈層特征明顯,靠近初中的區(qū)域是可達(dá)性的高值區(qū)域,以初中為中心,由內(nèi)到外可達(dá)性逐步降低?？h城駐地所在鎮(zhèn)的平均可達(dá)性在縣域中水平最高,鄉(xiāng)鎮(zhèn)平均初中可達(dá)性水平高低與距離中心城鎮(zhèn)的距離遠(yuǎn)近有關(guān)。

(2)為使當(dāng)前所有居民點滿足在汽車出行方式下小學(xué)45 min可達(dá),約需要新增當(dāng)前小學(xué)數(shù)量1倍的設(shè)施點才能讓可達(dá)性水平更加均衡。當(dāng)新增5個設(shè)施點時,能夠使20個居民點至最近小學(xué)的時間縮減至45 min以內(nèi),在此基礎(chǔ)上每新增5個設(shè)施點均能不同程度地提升45 min可達(dá)最近小學(xué)的居民點數(shù)量占總居民點數(shù)量的比重。但當(dāng)累計新增設(shè)施點數(shù)量為25時,后來新增的設(shè)施點主要對改善該設(shè)施點所在位置的居民點可達(dá)性起到較大作用。

(3)理論上需要新增23個設(shè)施點才能使前所有居民點滿足初中在汽車出行方式下2 h內(nèi)可達(dá)。除朗縣外,林芝市其余區(qū)縣均需新增初中設(shè)施點。未來新增初中時,應(yīng)首先考慮布局在察隅縣境內(nèi),最多可以使22個居民點至最近初中的時間縮短至2 h以內(nèi),2 h內(nèi)可達(dá)最近初中的居民點數(shù)量可以由當(dāng)前的73.93%提升至78.41%。各區(qū)縣新增初中應(yīng)分別布局在察隅縣東部的察瓦龍鄉(xiāng)、墨脫縣北部的加熱薩鄉(xiāng)、波密縣西部的八蓋鄉(xiāng)、工布江達(dá)縣中部的朱拉鄉(xiāng)、米林縣東北部的派鎮(zhèn)和巴宜區(qū)東北部的魯朗鎮(zhèn)。