不同尺度环境下高校学生空间活动和认知交互影响差异研究

高鹏，陈玲玲，宋朝伟

(1.阜阳职业技术学院 生化工程系，安徽 阜阳 236037；2.阜阳师范大学 历史文化与旅游学院，安徽 阜阳 236037)

0 引言

地理环境认知和空间行为的交互影响分析是人地关系研究至关重要的环节。环境认知深刻影响着人类空间行为，而空间行为也不断更新着人们的环境认知[1-2]。多年来，很多学者致力于空间活动和认知的定量化、空间化的研究，并取得了大量成果。郑文武、任凯丽通过GIS、RS 技术模拟了大尺度空间下的人类活动强度，直观地反映了人类活动强度的空间变化[3-5]。方成利用全空间信息系统成功地构建了空间认知模型[6]；申思、李娜、张春晖等以认知地图为基础，分析了中小城镇居民的空间认知特征及变异[7-9]；曾武以认知地图为基础，采用空间句法分析了中小城镇居民的空间认知形态[10]。在此基础上，空间认知与活动交互方面的研究逐渐展开，蒋志杰综合采用多种调查处理方法对校园游憩环境认知与活动交互作用进行了研究，认为环境认知与活动具有明显的相互交互影响，活动的性质、频率是影响环境认知的主要因素[11]；张婕采用定性与定量相结合的方法对地形认知与空间行为的关系进行了研究，她认为地形认知影响了行为的空间格局，但此影响受行为的动机和效率认知的调控；反之空间行为是影响地形认知的主要因素，其影响受行为的动机与持续时间的调控，宿舍位置是影响地形认知与空间行为交互作用的主要因素[12]。陈玲玲利用GIS 插值技术模拟了学生校园空间活动强度与认知强度，发现两者存着高度的相似性[13]。

本文试图通过GIS 插值技术、SPSS 回归分析技术对空间活动和认知进行定量测度，进一步探究不同尺度环境下，居民空间活动与认知内在联系及交互差异。以期望进一步充实复杂的人地交互机制研究成果，并为中小尺度空间区域规划、优化提供理论参考。

1 研究区概况

阜阳师范大学(以下简称阜师大)、阜阳职业技术学院(以下简称阜职院)是安徽省阜阳市影响较大的两所高等院校。阜师大西湖校区占地46 hm2，现有全日制在校学生18 000 余人。阜职院三里桥校区占地27 hm2，现有全日制在校学生近10 000 人。两校校区地理位置相近，校区内各类设施齐全，学生日常的生活、学习、休闲娱乐基本都在校区内开展。阜师大校区面积为阜职院校区面积的1.7 倍，两校学生开展各类活动的时间成本有明显差异，故以此两校区作为本次研究区域。

2 数据采集与处理

2.1 绘制工作底图

研究从两校总务处获取两校的校区平面图，并实地对照，对平面图缺失的新设施进行补充测量。利用AUTOCAD 软件将原校园平面图与新测图形进行配准融合。采用ARCGIS 软件对两校校园平面图进行格式转换，并进行分层分类、制图综合处理，形成调查底图。

2.2 开展空间活动与认知调查

研究采用绘制草图法、问卷调查法获取学生校园空间认知数据；采用问卷调查法获取学生校园空间活动数据。调查采用随机调查方式，分两个阶段开展，第一阶段为摸底调查，主要目的是发现调查底图、调查问卷中存在的问题。第二阶段为正式调查，先开展认知调查，引导学生在校园认知调查底图上认为正确的位置绘制校园设施，标记设施名称，描述设施主要功能及主要使用人群、楼层数、内部分布等信息；然后进行活动频率调查，获取学生在校园各设施上的周平均到访次数、时数。分别对两校随机抽选150 位学生开展调查，经过数据筛选，获得阜师大、阜职院有效样本141、132 份。

2.3 数据统计与处理

2.3.1 空间活动、空间认知数据量化

统计学生校园各设施周平均访问次数、时数，并进行归一化处理。采用德尔斐打分法确定周平均访问次数、时数的权重分别为0.6、0.4，计算出样本各校园设施平均活动率。

式中，fi为某设施的学生周到访次数或时数，fimax为所有设施中周到访次数或时数最大值，fI为某设施的周到访次数或时数归一化值。fr为某设施周到访次数归一化值，ft为某设施周到访时数归一化值，fAI∈[0,1]为某设施的学生活动率。

统计学生各校园设施上图数、名称正确数、位置正确数，计算出学生各校园设施平均上图率、名称正确率、位置正确率。设施内部情况分为楼层数、使用人群、内部功能分布3 个方面，采用德尔菲打分法确定其占比分别为0.2、0.3、0.5，根据学生描述的设施内部情况，进行定量打分，得到学生对校园各设施内部情况的了解分值，通过样本汇总统计得到各设施平均内部了解率。采用德尔菲打分法确定上图率、名称正确率、位置正确率、内部了解率4 因子的权重分别为0.2、0.2、0.2、0.4，测算出各设施学生综合认知水平。

fp= fc×0.2 + fl×0.2 + fn×0.2 + fi×0.4

式中，fp为综合认知水平，fp∈[0,1]，fc为设施上图率，fn为名称正确率，fl为设施位置正确率，fi为设施内部了解率。

2.3.2 空间活动、空间认知数据空间分布插值模拟

以调查统计得到的校园各设施活动率、综合认知水平为源数据，利用ARCGIS 软件kriging 插值模型，反演得到学生空间活动强度分布栅格图、空间认知强度分布栅格图。再使用reclassify 重分类工具将两图按照[0，0.34)、[0.34，0.67)、[0.67，1.0]区间等比例划分三级，得到不同级别的空间活动、空间认知分布图。

通过ARCGIS 空间叠加分析技术将不同尺度环境下各级空间活动、空间认知分布图进行叠加，获取不同尺度环境下空间活动-空间认知交互影响差异数据。

2.3.3 建立不同尺度空间活动-空间认知数据回归分析模型

采用栅格数值查询工具，按照每公顷5 对象元，均匀选取不同尺度环境下空间活动-空间认知栅格象元对，利用SPSS 软件对象元值进行汇总统计，建立不同尺度环境下学生空间活动-认知强度回归分析模型。

3 结果与分析

3.1 不同尺度环境下学生空间活动各级别分布对比分析

对比不同尺度环境下学生空间活动级别图(如图1)，发现两校学生校园空间活动高强度区域都包含宿舍区、食堂、主教学楼区域，这些区域是学生们主要的学习生活区，承载了学生大部分活动，使用率最高。西湖广场、篮球场-网球场分别是阜师大、阜职院学生高强度活动区有差异的场所，西湖广场是学生出入学校的必经之地，距离主教学楼较近，学生活动强度高；篮球场紧邻学生宿舍，且位于学生往返教学楼的路途中，故活动强度也高。中等强度活动区域方面，阜师大学生在操场、篮球场、图书馆、办公区、文科实验楼区活动强度中等，阜职院学生在操场、部分实验楼区活动强度中等。两校相比，阜师大学生比阜职院学生在校办公区、图书馆的活动强度更高。低等强度活动区域方面，两校都包含未开发区域、偏僻园林、部分实验楼，区别是阜职院学生在校办公区、图书馆的活动强度低。

阜师大学生高、中、低空间活动强度区域占比分别为25.9%、41.6%、32.5%，阜职院学生高、中、低空间活动强度区域占比分别为28.0%、40.9%、31.1%。两校学生三级空间活动强度区域面积占比结构相似，都呈橄榄树形态分布。

图1 不同尺度环境下学生空间活动级别图对比

3.2 不同尺度环境下学生空间认知各级别分布对比分析

对比不同尺度环境下学生空间认知级别图(如图2)。空间认知高强度区域方面，共性是两校都包含宿舍区、教学区、运动区，差异是阜师大学生对图书馆和办公楼的认知更高、阜职院学生对综合实训楼的认知更高，这种差异现象同两校学生中等活动区域差异相似。空间认知中等强度区域方面，两校学生对实验楼的认知都是中等强度，阜职院中等认知区还包括图书馆、办公楼，这种差异现象同两校学生低等活动区域差异相似。空间认知低强度区域方面，阜师大有偏僻园林、未开发区域组成，阜职院由偏僻园林、教工宿舍、生化楼组成。

两种尺度环境下学生空间认知各级渐变分布规律同空间活动相似，都呈现由宿舍区-主教学楼区域向外逐渐扩散、强度级别逐渐降低的现象。两校空间认知各级别差异区域和空间活动各级别差异区域虽有很大差异，却存在隔级相似现象，即两种尺度环境下学生空间活动中等强度差异区域和空间认知高等差异区域高度相似、空间活动低等强度差异区域和空间认知中等差异区域高度相似。

阜师大学生空间认知高、中、低空间认知强度区域占比分别为43.5%、37.0%、19.5%，阜职院学生高、中、低空间认知强度区域占比分别为56.1%、30.3%、13.6%。两校学生三级空间认知强度区域占比结构都呈倒金字塔形分布。阜职院的这种结构特征比阜师大的更加凸显，这说明环境尺度越小，学生各级空间认知强度区域占比形成的倒金字塔越明显。

图2 不同尺度环境下学生空间认知级别图对比

3.3 两种尺度环境下学生校园空间活动-认知分布空间叠加对比差异分析

利用ARCGIS 空间叠加分析技术将两种尺度环境下学生空间活动与空间认知分布级别图进行叠加对比，发现学生各级空间认知区相对各级空间活动区，都呈现高强度区域外扩、中等强度区向低频率活动区移动、低强度区域收缩的共性特征。研究利用ARCGIS 地统计工具，测量出阜师大、阜职院各级空间认知、空间活动及两者重叠区域面积，得到表1。阜师大、阜职院学生高等认知强度区域相对于高等活动区域，面积都有大幅度增长，分别增长了8.1 hm2、7.6 hm2，增幅分别为68%、100%，且两校的高强度活动区都是高强度认知区。阜师大、阜职院学生中等认知强度区域相对于中等活动强度区域，面积略有减少，分别减少了2.1 hm2、3.1 hm2，降幅分别为11%、27%；虽然两校学生中等认知强度区域面积变幅相对较小，但中等认知强度与中等活动强度重叠区域面积小，分别为11.0 hm2、3.7 hm2，仅占，57.6%、32.7%。阜师大、阜职院学生低等认知强度区相对低等活动强度区域，面积都有明显的萎缩，分别减少了6.0 hm2、4.5 hm2，减少幅度分别为40%、55%。

表1 两校学生空间活动、认知各级区域面积对比(hm2)

总的来说，两种尺度环境下学生各级别空间认知分布相对于各级别空间活动分布，变化特征相似，阜职院校园环境尺度较小，变化幅度更加突出。阜师大校园面积比阜职院大18.8 hm2，学生校园认知难度更大，但中高等活动强度区、中高等认知强度区绝对面积都大于阜职院学生，这说明阜师大学生校园活动总量要大于阜职院学生。

3.4 两校学生校园空间活动-认知回归模型分析

研究应用SPSS 软件对两种尺度环境下学生空间活动-认知象元对数值进行回归分析，建分析模型(如图3)。阜师大学生空间活动-空间认知函数为二元一次函数，相关系数R2达0.9224，阜职院学生空间活动-空间认知函数为三元一次函数，相关系数R2达0.9633。两校学生空间活动与空间认知函数关系曲线走势相近，都是凸性曲线。

阜职院学生相对阜师大学生，函数曲线在中、低活动强度区间凸性更明显，说明阜职院学生在中、低等活动强度下，产生的认知强度更高。阜师大学生在活动强度值大于80 时，认知强度值虽仍在增加，但已经低于y=x 线。阜职院学生活动强度则一直高于y=x 线。这说明，环境尺度越小，学生获取的空间认知更容易，其空间活动效力也越高。

通过对两校学生空间活动-认知函数曲线进行斜率计算，得到图4。两校学生空间活动-认知交互曲线斜率在有效区间内都大于0，说明随着活动频率的增加，学生的认知强度相应增加。阜师大、阜职院斜率区间分别为[0.2658，1.4736]、[0.2762，2.2661]，环境尺度空间越大，斜率变化幅度越小。

阜师大斜率曲线为下降直线，斜率逐渐减小，说明随着学生活动频率的增加，空间认知强度的增加速率逐渐减缓。阜职院学生斜率曲线为凹性下降曲线，当活动强度小于84 时，斜率一直下降，随着学生活动强度的增加，认知强度的增速逐渐减缓；当活动强度大于84 时，斜率有小幅度的上升，这说明随着阜职院学生活动强度的继续增加，认知强度增速会有小幅度的上升。当阜师大、阜职院学生活动强度分别小于40、33 时，两校斜率大于1，学生的空间认知增长速度要大于空间活动增速，尺度大的环境此区间跨度反而更大。

图3 阜职院学生空间活动与空间认知函数关系图

图4 阜职院学生空间活动-空间认知斜率曲线

4 结论

通过对不同尺度环境下的高校学生空间认知与空间活动交互影响进行对比研究，得到结论如下：

(1)不同尺度环境下的高校学生校园活动强度空间分布整体特征相似，在宿舍生活区、主教学楼区，学生活动强度都是最高；在运动休闲区、部分实验楼区，两校学生活动强度次之；在未利用区、个别实验楼区，学生活动强度最低。学生校园活动强度都呈现明显的渐变规律，即以宿舍生活区、主教学楼区为中心向外发散，活动强度依次递减。不同尺度环境下学生校园活动强度空间分布也有明显的差异，较大尺度环境下学生的高强度活动区域更广泛，但是占整个环境区域的比重却反而更低。

(2)不同尺度环境下的高校学生校园认知强度空间分布整体特征也存在明显的相似性，并且和学生的空间活动强度存在紧密联系。学生的空间认知同级别差异区域和空间活动同级别差异区域存在隔级相似现象，空间认知高级别差异区域与低一级别空间活动差异区域较为相近。

(3)不同尺度环境下学生各级空间活动区域面积占比都呈橄榄形态分布、学生各级空间认知区域面积占比都呈倒金字塔形态分布。不论环境尺度大小差异，各级空间认知区相对于空间活动区，都呈现高强度区域向外扩张，中强度区域整体向低频率活动区移动，低强度区域明显收缩的特征。但校园环境尺度越小，这种特征的变化幅度更加明显，导致学生各级空间认知强度区域占比形成的金字塔形态更加明显。

(4)不同尺度环境下学生空间认知与空间活动都存在相关系数较高的函数关系，大、小尺度环境分别为二元一次函数、三元一次函数，相关系数R2高达0.9224、0.9633。两校函数曲线都为凸性曲线。校园尺度越小，曲线凸性更明显，在中低活动强度区间，学生的校园整体空间认知强度增长速度更快。校园尺度越大，学生校园整体空间认知强度增长相对较慢，且当活动强度大于80 时，空间认知强度开始低于活动强度。

(5)不同尺度环境下学生空间活动-认知交互曲线斜率变化差异较大。大尺度环境校园曲线斜率呈直线下降；小尺度环境校园曲线斜率呈凹型曲线下降，且在活动强度大于84 时，斜率有小幅度上升现象。环境尺度越大，曲线斜率变化区间幅度越小，空间认知增长也更平缓。两校学生活动区间分别在[0，33]、[0，40]时，学生的空间认知增速大于活动强度增速。