不同尺度環(huán)境下高校學生空間活動和認知交互影響差異研究

高鵬，陳玲玲，宋朝偉

(1.阜陽職業(yè)技術(shù)學院 生化工程系，安徽 阜陽 236037；2.阜陽師范大學 歷史文化與旅游學院，安徽 阜陽 236037)

0 引言

地理環(huán)境認知和空間行為的交互影響分析是人地關(guān)系研究至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。環(huán)境認知深刻影響著人類空間行為，而空間行為也不斷更新著人們的環(huán)境認知[1-2]。多年來，很多學者致力于空間活動和認知的定量化、空間化的研究，并取得了大量成果。鄭文武、任凱麗通過GIS、RS 技術(shù)模擬了大尺度空間下的人類活動強度，直觀地反映了人類活動強度的空間變化[3-5]。方成利用全空間信息系統(tǒng)成功地構(gòu)建了空間認知模型[6]；申思、李娜、張春暉等以認知地圖為基礎(chǔ)，分析了中小城鎮(zhèn)居民的空間認知特征及變異[7-9]；曾武以認知地圖為基礎(chǔ)，采用空間句法分析了中小城鎮(zhèn)居民的空間認知形態(tài)[10]。在此基礎(chǔ)上，空間認知與活動交互方面的研究逐漸展開，蔣志杰綜合采用多種調(diào)查處理方法對校園游憩環(huán)境認知與活動交互作用進行了研究，認為環(huán)境認知與活動具有明顯的相互交互影響，活動的性質(zhì)、頻率是影響環(huán)境認知的主要因素[11]；張婕采用定性與定量相結(jié)合的方法對地形認知與空間行為的關(guān)系進行了研究，她認為地形認知影響了行為的空間格局，但此影響受行為的動機和效率認知的調(diào)控；反之空間行為是影響地形認知的主要因素，其影響受行為的動機與持續(xù)時間的調(diào)控，宿舍位置是影響地形認知與空間行為交互作用的主要因素[12]。陳玲玲利用GIS 插值技術(shù)模擬了學生校園空間活動強度與認知強度，發(fā)現(xiàn)兩者存著高度的相似性[13]。

本文試圖通過GIS 插值技術(shù)、SPSS 回歸分析技術(shù)對空間活動和認知進行定量測度，進一步探究不同尺度環(huán)境下，居民空間活動與認知內(nèi)在聯(lián)系及交互差異。以期望進一步充實復雜的人地交互機制研究成果，并為中小尺度空間區(qū)域規(guī)劃、優(yōu)化提供理論參考。

1 研究區(qū)概況

阜陽師范大學(以下簡稱阜師大)、阜陽職業(yè)技術(shù)學院(以下簡稱阜職院)是安徽省阜陽市影響較大的兩所高等院校。阜師大西湖校區(qū)占地46 hm2，現(xiàn)有全日制在校學生18 000 余人。阜職院三里橋校區(qū)占地27 hm2，現(xiàn)有全日制在校學生近10 000 人。兩校校區(qū)地理位置相近，校區(qū)內(nèi)各類設(shè)施齊全，學生日常的生活、學習、休閑娛樂基本都在校區(qū)內(nèi)開展。阜師大校區(qū)面積為阜職院校區(qū)面積的1.7 倍，兩校學生開展各類活動的時間成本有明顯差異，故以此兩校區(qū)作為本次研究區(qū)域。

2 數(shù)據(jù)采集與處理

2.1 繪制工作底圖

研究從兩?？倓?wù)處獲取兩校的校區(qū)平面圖，并實地對照，對平面圖缺失的新設(shè)施進行補充測量。利用AUTOCAD 軟件將原校園平面圖與新測圖形進行配準融合。采用ARCGIS 軟件對兩校校園平面圖進行格式轉(zhuǎn)換，并進行分層分類、制圖綜合處理，形成調(diào)查底圖。

2.2 開展空間活動與認知調(diào)查

研究采用繪制草圖法、問卷調(diào)查法獲取學生校園空間認知數(shù)據(jù)；采用問卷調(diào)查法獲取學生校園空間活動數(shù)據(jù)。調(diào)查采用隨機調(diào)查方式，分兩個階段開展，第一階段為摸底調(diào)查，主要目的是發(fā)現(xiàn)調(diào)查底圖、調(diào)查問卷中存在的問題。第二階段為正式調(diào)查，先開展認知調(diào)查，引導學生在校園認知調(diào)查底圖上認為正確的位置繪制校園設(shè)施，標記設(shè)施名稱，描述設(shè)施主要功能及主要使用人群、樓層數(shù)、內(nèi)部分布等信息；然后進行活動頻率調(diào)查，獲取學生在校園各設(shè)施上的周平均到訪次數(shù)、時數(shù)。分別對兩校隨機抽選150 位學生開展調(diào)查，經(jīng)過數(shù)據(jù)篩選，獲得阜師大、阜職院有效樣本141、132 份。

2.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與處理

2.3.1 空間活動、空間認知數(shù)據(jù)量化

統(tǒng)計學生校園各設(shè)施周平均訪問次數(shù)、時數(shù)，并進行歸一化處理。采用德爾斐打分法確定周平均訪問次數(shù)、時數(shù)的權(quán)重分別為0.6、0.4，計算出樣本各校園設(shè)施平均活動率。

式中，fi為某設(shè)施的學生周到訪次數(shù)或時數(shù)，fimax為所有設(shè)施中周到訪次數(shù)或時數(shù)最大值，fI為某設(shè)施的周到訪次數(shù)或時數(shù)歸一化值。fr為某設(shè)施周到訪次數(shù)歸一化值，ft為某設(shè)施周到訪時數(shù)歸一化值，fAI∈[0,1]為某設(shè)施的學生活動率。

統(tǒng)計學生各校園設(shè)施上圖數(shù)、名稱正確數(shù)、位置正確數(shù)，計算出學生各校園設(shè)施平均上圖率、名稱正確率、位置正確率。設(shè)施內(nèi)部情況分為樓層數(shù)、使用人群、內(nèi)部功能分布3 個方面，采用德爾菲打分法確定其占比分別為0.2、0.3、0.5，根據(jù)學生描述的設(shè)施內(nèi)部情況，進行定量打分，得到學生對校園各設(shè)施內(nèi)部情況的了解分值，通過樣本匯總統(tǒng)計得到各設(shè)施平均內(nèi)部了解率。采用德爾菲打分法確定上圖率、名稱正確率、位置正確率、內(nèi)部了解率4 因子的權(quán)重分別為0.2、0.2、0.2、0.4，測算出各設(shè)施學生綜合認知水平。

fp= fc×0.2 + fl×0.2 + fn×0.2 + fi×0.4

式中，fp為綜合認知水平，fp∈[0,1]，fc為設(shè)施上圖率，fn為名稱正確率，fl為設(shè)施位置正確率，fi為設(shè)施內(nèi)部了解率。

2.3.2 空間活動、空間認知數(shù)據(jù)空間分布插值模擬

以調(diào)查統(tǒng)計得到的校園各設(shè)施活動率、綜合認知水平為源數(shù)據(jù)，利用ARCGIS 軟件kriging 插值模型，反演得到學生空間活動強度分布柵格圖、空間認知強度分布柵格圖。再使用reclassify 重分類工具將兩圖按照[0，0.34)、[0.34，0.67)、[0.67，1.0]區(qū)間等比例劃分三級，得到不同級別的空間活動、空間認知分布圖。

通過ARCGIS 空間疊加分析技術(shù)將不同尺度環(huán)境下各級空間活動、空間認知分布圖進行疊加，獲取不同尺度環(huán)境下空間活動-空間認知交互影響差異數(shù)據(jù)。

2.3.3 建立不同尺度空間活動-空間認知數(shù)據(jù)回歸分析模型

采用柵格數(shù)值查詢工具，按照每公頃5 對象元，均勻選取不同尺度環(huán)境下空間活動-空間認知柵格象元對，利用SPSS 軟件對象元值進行匯總統(tǒng)計，建立不同尺度環(huán)境下學生空間活動-認知強度回歸分析模型。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同尺度環(huán)境下學生空間活動各級別分布對比分析

對比不同尺度環(huán)境下學生空間活動級別圖(如圖1)，發(fā)現(xiàn)兩校學生校園空間活動高強度區(qū)域都包含宿舍區(qū)、食堂、主教學樓區(qū)域，這些區(qū)域是學生們主要的學習生活區(qū)，承載了學生大部分活動，使用率最高。西湖廣場、籃球場-網(wǎng)球場分別是阜師大、阜職院學生高強度活動區(qū)有差異的場所，西湖廣場是學生出入學校的必經(jīng)之地，距離主教學樓較近，學生活動強度高；籃球場緊鄰學生宿舍，且位于學生往返教學樓的路途中，故活動強度也高。中等強度活動區(qū)域方面，阜師大學生在操場、籃球場、圖書館、辦公區(qū)、文科實驗樓區(qū)活動強度中等，阜職院學生在操場、部分實驗樓區(qū)活動強度中等。兩校相比，阜師大學生比阜職院學生在校辦公區(qū)、圖書館的活動強度更高。低等強度活動區(qū)域方面，兩校都包含未開發(fā)區(qū)域、偏僻園林、部分實驗樓，區(qū)別是阜職院學生在校辦公區(qū)、圖書館的活動強度低。

阜師大學生高、中、低空間活動強度區(qū)域占比分別為25.9%、41.6%、32.5%，阜職院學生高、中、低空間活動強度區(qū)域占比分別為28.0%、40.9%、31.1%。兩校學生三級空間活動強度區(qū)域面積占比結(jié)構(gòu)相似，都呈橄欖樹形態(tài)分布。

圖1 不同尺度環(huán)境下學生空間活動級別圖對比

3.2 不同尺度環(huán)境下學生空間認知各級別分布對比分析

對比不同尺度環(huán)境下學生空間認知級別圖(如圖2)?？臻g認知高強度區(qū)域方面，共性是兩校都包含宿舍區(qū)、教學區(qū)、運動區(qū)，差異是阜師大學生對圖書館和辦公樓的認知更高、阜職院學生對綜合實訓樓的認知更高，這種差異現(xiàn)象同兩校學生中等活動區(qū)域差異相似?？臻g認知中等強度區(qū)域方面，兩校學生對實驗樓的認知都是中等強度，阜職院中等認知區(qū)還包括圖書館、辦公樓，這種差異現(xiàn)象同兩校學生低等活動區(qū)域差異相似?？臻g認知低強度區(qū)域方面，阜師大有偏僻園林、未開發(fā)區(qū)域組成，阜職院由偏僻園林、教工宿舍、生化樓組成。

兩種尺度環(huán)境下學生空間認知各級漸變分布規(guī)律同空間活動相似，都呈現(xiàn)由宿舍區(qū)-主教學樓區(qū)域向外逐漸擴散、強度級別逐漸降低的現(xiàn)象。兩?？臻g認知各級別差異區(qū)域和空間活動各級別差異區(qū)域雖有很大差異，卻存在隔級相似現(xiàn)象，即兩種尺度環(huán)境下學生空間活動中等強度差異區(qū)域和空間認知高等差異區(qū)域高度相似、空間活動低等強度差異區(qū)域和空間認知中等差異區(qū)域高度相似。

阜師大學生空間認知高、中、低空間認知強度區(qū)域占比分別為43.5%、37.0%、19.5%，阜職院學生高、中、低空間認知強度區(qū)域占比分別為56.1%、30.3%、13.6%。兩校學生三級空間認知強度區(qū)域占比結(jié)構(gòu)都呈倒金字塔形分布。阜職院的這種結(jié)構(gòu)特征比阜師大的更加凸顯，這說明環(huán)境尺度越小，學生各級空間認知強度區(qū)域占比形成的倒金字塔越明顯。

圖2 不同尺度環(huán)境下學生空間認知級別圖對比

3.3 兩種尺度環(huán)境下學生校園空間活動-認知分布空間疊加對比差異分析

利用ARCGIS 空間疊加分析技術(shù)將兩種尺度環(huán)境下學生空間活動與空間認知分布級別圖進行疊加對比，發(fā)現(xiàn)學生各級空間認知區(qū)相對各級空間活動區(qū)，都呈現(xiàn)高強度區(qū)域外擴、中等強度區(qū)向低頻率活動區(qū)移動、低強度區(qū)域收縮的共性特征。研究利用ARCGIS 地統(tǒng)計工具，測量出阜師大、阜職院各級空間認知、空間活動及兩者重疊區(qū)域面積，得到表1。阜師大、阜職院學生高等認知強度區(qū)域相對于高等活動區(qū)域，面積都有大幅度增長，分別增長了8.1 hm2、7.6 hm2，增幅分別為68%、100%，且兩校的高強度活動區(qū)都是高強度認知區(qū)。阜師大、阜職院學生中等認知強度區(qū)域相對于中等活動強度區(qū)域，面積略有減少，分別減少了2.1 hm2、3.1 hm2，降幅分別為11%、27%；雖然兩校學生中等認知強度區(qū)域面積變幅相對較小，但中等認知強度與中等活動強度重疊區(qū)域面積小，分別為11.0 hm2、3.7 hm2，僅占，57.6%、32.7%。阜師大、阜職院學生低等認知強度區(qū)相對低等活動強度區(qū)域，面積都有明顯的萎縮，分別減少了6.0 hm2、4.5 hm2，減少幅度分別為40%、55%。

表1 兩校學生空間活動、認知各級區(qū)域面積對比(hm2)

總的來說，兩種尺度環(huán)境下學生各級別空間認知分布相對于各級別空間活動分布，變化特征相似，阜職院校園環(huán)境尺度較小，變化幅度更加突出。阜師大校園面積比阜職院大18.8 hm2，學生校園認知難度更大，但中高等活動強度區(qū)、中高等認知強度區(qū)絕對面積都大于阜職院學生，這說明阜師大學生校園活動總量要大于阜職院學生。

3.4 兩校學生校園空間活動-認知回歸模型分析

研究應(yīng)用SPSS 軟件對兩種尺度環(huán)境下學生空間活動-認知象元對數(shù)值進行回歸分析，建分析模型(如圖3)。阜師大學生空間活動-空間認知函數(shù)為二元一次函數(shù)，相關(guān)系數(shù)R2達0.9224，阜職院學生空間活動-空間認知函數(shù)為三元一次函數(shù)，相關(guān)系數(shù)R2達0.9633。兩校學生空間活動與空間認知函數(shù)關(guān)系曲線走勢相近，都是凸性曲線。

阜職院學生相對阜師大學生，函數(shù)曲線在中、低活動強度區(qū)間凸性更明顯，說明阜職院學生在中、低等活動強度下，產(chǎn)生的認知強度更高。阜師大學生在活動強度值大于80 時，認知強度值雖仍在增加，但已經(jīng)低于y=x 線。阜職院學生活動強度則一直高于y=x 線。這說明，環(huán)境尺度越小，學生獲取的空間認知更容易，其空間活動效力也越高。

通過對兩校學生空間活動-認知函數(shù)曲線進行斜率計算，得到圖4。兩校學生空間活動-認知交互曲線斜率在有效區(qū)間內(nèi)都大于0，說明隨著活動頻率的增加，學生的認知強度相應(yīng)增加。阜師大、阜職院斜率區(qū)間分別為[0.2658，1.4736]、[0.2762，2.2661]，環(huán)境尺度空間越大，斜率變化幅度越小。

阜師大斜率曲線為下降直線，斜率逐漸減小，說明隨著學生活動頻率的增加，空間認知強度的增加速率逐漸減緩。阜職院學生斜率曲線為凹性下降曲線，當活動強度小于84 時，斜率一直下降，隨著學生活動強度的增加，認知強度的增速逐漸減緩；當活動強度大于84 時，斜率有小幅度的上升，這說明隨著阜職院學生活動強度的繼續(xù)增加，認知強度增速會有小幅度的上升。當阜師大、阜職院學生活動強度分別小于40、33 時，兩校斜率大于1，學生的空間認知增長速度要大于空間活動增速，尺度大的環(huán)境此區(qū)間跨度反而更大。

圖3 阜職院學生空間活動與空間認知函數(shù)關(guān)系圖

圖4 阜職院學生空間活動-空間認知斜率曲線

4 結(jié)論

通過對不同尺度環(huán)境下的高校學生空間認知與空間活動交互影響進行對比研究，得到結(jié)論如下：

(1)不同尺度環(huán)境下的高校學生校園活動強度空間分布整體特征相似，在宿舍生活區(qū)、主教學樓區(qū)，學生活動強度都是最高；在運動休閑區(qū)、部分實驗樓區(qū)，兩校學生活動強度次之；在未利用區(qū)、個別實驗樓區(qū)，學生活動強度最低。學生校園活動強度都呈現(xiàn)明顯的漸變規(guī)律，即以宿舍生活區(qū)、主教學樓區(qū)為中心向外發(fā)散，活動強度依次遞減。不同尺度環(huán)境下學生校園活動強度空間分布也有明顯的差異，較大尺度環(huán)境下學生的高強度活動區(qū)域更廣泛，但是占整個環(huán)境區(qū)域的比重卻反而更低。

(2)不同尺度環(huán)境下的高校學生校園認知強度空間分布整體特征也存在明顯的相似性，并且和學生的空間活動強度存在緊密聯(lián)系。學生的空間認知同級別差異區(qū)域和空間活動同級別差異區(qū)域存在隔級相似現(xiàn)象，空間認知高級別差異區(qū)域與低一級別空間活動差異區(qū)域較為相近。

(3)不同尺度環(huán)境下學生各級空間活動區(qū)域面積占比都呈橄欖形態(tài)分布、學生各級空間認知區(qū)域面積占比都呈倒金字塔形態(tài)分布。不論環(huán)境尺度大小差異，各級空間認知區(qū)相對于空間活動區(qū)，都呈現(xiàn)高強度區(qū)域向外擴張，中強度區(qū)域整體向低頻率活動區(qū)移動，低強度區(qū)域明顯收縮的特征。但校園環(huán)境尺度越小，這種特征的變化幅度更加明顯，導致學生各級空間認知強度區(qū)域占比形成的金字塔形態(tài)更加明顯。

(4)不同尺度環(huán)境下學生空間認知與空間活動都存在相關(guān)系數(shù)較高的函數(shù)關(guān)系，大、小尺度環(huán)境分別為二元一次函數(shù)、三元一次函數(shù)，相關(guān)系數(shù)R2高達0.9224、0.9633。兩校函數(shù)曲線都為凸性曲線。校園尺度越小，曲線凸性更明顯，在中低活動強度區(qū)間，學生的校園整體空間認知強度增長速度更快。校園尺度越大，學生校園整體空間認知強度增長相對較慢，且當活動強度大于80 時，空間認知強度開始低于活動強度。

(5)不同尺度環(huán)境下學生空間活動-認知交互曲線斜率變化差異較大。大尺度環(huán)境校園曲線斜率呈直線下降；小尺度環(huán)境校園曲線斜率呈凹型曲線下降，且在活動強度大于84 時，斜率有小幅度上升現(xiàn)象。環(huán)境尺度越大，曲線斜率變化區(qū)間幅度越小，空間認知增長也更平緩。兩校學生活動區(qū)間分別在[0，33]、[0，40]時，學生的空間認知增速大于活動強度增速。