城市人居環境評價指標及其多元統計分析

李鵬雁，丁 力

(哈爾濱工業大學人文與社會科學學院，150001哈爾濱)

城市人居環境，是指人類聚居生活的地方，是與人類生存活動密切相關的地表空間，包括自然、人群、社會、居住、支撐五大系統.近些年來，我國在盲目地追求GDP增長的同時，嚴重忽視了對環境的保護，從而導致城市人居環境問題越來越突出.城市人居環境的惡化不僅會帶來潛在的不安因素，也不利于和諧社會的建設，同時在一定程度上還會制約現代經濟的可持續發展［1-4］.

針對城市人居環境問題，國內外許多學者都做過大量的探討.國外方面，P.Geddes［5］，L.Mumfond［6］認為:要把人類聚居作為一個整體，從政治、經濟、社會、文化、技術等方面進行全面地、系統地、綜合地加以研究;國內方面，孫志芬［7］，魯春陽［8］，邢蘭芹［9］等采用主成分分析法分別對呼和浩特市、重慶市、南京市和西安市的人居環境進行了分析.縱觀已有的研究成果，不難發現:雖然根據每個城市的不同特點，學者們建立了不同的人居環境評價體系，但從總體上看，這些評價體系是大同小異的，即存在建立一般性城市人居環境評價體系的可能性.

在借鑒國內外已有的研究成果的基礎上，遵循以人為本等原則，本文構建了具有普遍意義的城市人居環境評價指標體系.以哈爾濱市為例，采用被稱為主成分分析的多元統計方法對其1995-2009年的人居環境狀況進行了分析，以期所得研究結果能夠為城市人居環境的進一步優化奠定基礎.

1 評價指標體系的構建

自20世紀90年代，中國科學院和中國工程院院士吳良鏞［10］提出建立“人居環境科學”起，我國許多學者開始關注和研究人居環境問題，并采用了不同的方法對局部地區的城市人居環境進行評價.在歸納已有研究成果的基礎上，本文遵循以人為本、綜合性、可操作性、區域性、獨立性等原則，以居住條件、環境綠化、基礎設施、教育衛生和社會穩定性等5個方面為分類層，以人均居住面積、建成區綠化覆蓋率、每萬人擁有高等學校在校生數、每萬人擁有醫生數、刑事案件立案數等22個指標作為指標層，構建了具有普遍意義的城市人居環境評價指標體系，如表1所示.

表1 城市人居環境評價指標體系

2 評價方法的選擇及數據來源

2.1 評價方法的選擇

主成分分析［11］也稱主分量分析，是由霍特林于1933年首先提出的.主成分分析是利用降維的思想，在損失很少信息的前提下把多個指標轉化為幾個綜合指標的多元統計方法.通常把轉化生成的綜合指標稱為主成分，其中每個主成分都是原始變量的線性組合，且各個主成分之間互不相關，使得主成分比原始變量具有某些更優越的性能.這樣在研究復雜問題時就可以只考慮少數幾個主成分而不至于損失太多信息，從而更容易抓住主要矛盾，揭示事物內部變量之間的規律性，同時使問題得到簡化.基于對主成分分析方法的認識，結合所要研究問題的具體情況，以哈爾濱市為例，評價城市人居環境時，本文采用主成分分析方法.以下為利用SPSS軟件對哈爾濱市人居環境進行研究的具體步驟.

一般而言，對于度量單位不同的指標或是取值范圍彼此差異非常大的指標，不宜直接用主成分方法來分析，而應考慮將數據標準化.本文采用式(1)對所收集的數據進行標準化處理為

式中:Yij為標準化的數據;Cij為第j個指標歷年的原始數據;Cij為第j個指標在所選時間段的平均值;Sj為第j個指標的標準差，其中

對原始數據進行標準化處理后，就可以得到評價指標系統標準化的系數矩陣.進一步利用SPSS軟件對標準化的系數矩陣進行“因子分析”就可以得到以下幾項數據處理結果:各分量的方差貢獻率、積累方差貢獻率、成分矩陣以及成分得分系數矩陣.由于積累方差貢獻率＞90%的前m個主分量已能夠較好的提取主要信息，因此選取前m個指標作為主成分.結合成分矩陣，將標準化后的指標代入式(2)中，就可以求出各個主成分的因子得分函數為

式中:Y1、Y2、…、Yn分別為標準化的指標;Zm1、Zm2、…、Zmn分別為第m個主成分的因子系數;Fm為第m個主成分的因子得分函數.

然后，結合各分量的方差貢獻率以及各主分量的因子得分函數，利用式(3)便可求出哈爾濱市各年人居環境綜合評價指數為

式中:Wm為第m個主分量方差貢獻率;Fim為第i年的第m個主分量得分函數;Fi為第i個指標綜合評價指數.

2.2 數據來源

本文通過對《哈爾濱市統計年鑒》等有關文獻的查閱，整理出1995-2009年各項指標的數據值，并運用SPSS 17.0軟件中的主成分分析方法對數據進行處理分析.

3 實證分析

運用SPSS 17.0軟件對標準化的系數矩陣進行“因子分析”可得到以下結果:哈爾濱市人居環境系統解釋的總方差和哈爾濱市人居環境成分矩陣(如表2，3所示).

表2 哈爾濱市人居環境系統解釋的總方差

3.1 主成分的提取

從表2中可知，在特征根＞1的情況下，哈爾濱市人居環境系統的第1主分量、第2主分量、第3主分量和第4主分量的累積方差率分別為53.95%、74.56%、84.11%和90.54%，說明這4個主分量能夠充分反映哈爾濱市人居環境狀況.因此可以基于已有的分析結果對該問題進行深入研究.

3.2 主成分結構分析

在確定了主成分的數量及各個主成分所占的比重之后，進一步考察各主成分的構成情況.從表3可知，在哈爾濱市人居環境第1主成分的構成要素中，廢水排放達標率(A7)、固體廢物綜合利用率(A8)、每萬人擁有高等學校在校生數(A17)和每萬人擁有專人教師數(A16)等指標所占比重較大.廢水排放達標率(A7)和固體廢物綜合利用率(A8)可以綜合為綠化環境因素，而每萬人擁有高等學校在校生數(A17)和每萬人擁有專人教師數(A16)則可以看成是對教育條件的綜合反映.這樣如果把哈爾濱市人居環境第1主成分設為變量F1，則F1代表哈爾濱市的綠化及教育條件.同樣，可以把哈爾濱市人居環境的第2主成分、第3主成分和第4主成分分別視為變量F2、變量F3和變量F4.在變量F2的構成要素中，火災事故起數(A21)和交通事故起數(A20)兩個指標所占的比重較大且集中，因此可以令變量F2代表哈爾濱市的社會治安情況.同理，在變量F3的構成要素中，每萬人擁有醫療床位數(A19)和每萬人擁有醫生數(A18)兩個指標所占的比重較大;在變量F4的構成要素中，人均蔬菜產量(A4)指標所占比重較大，因此可以認為F3代表哈爾濱市的醫療衛生狀況、變量F4代表哈爾濱市的食品供應狀況.綜上所述，構成哈爾濱市人居環境的成分主要有:綠化及教育水平(F1)、社會治安(F2)、醫療衛生條件(F3)以及食品供應(F4).

表3 哈爾濱市人居環境成分矩陣

3.3 各主成分及綜合指數的測量

根據上述分析結果，利用式(2)、式(3)可以計算出哈爾濱市人居環境各主成分的取值以及綜合評價指標，計算結果如圖1所示.從圖1可知，綠化與教育水平作為第1主成分，是影響哈爾濱市人居環境的主要因素.1995-2009年15年間，哈爾濱市綠化與教育水平大致經歷了兩個發展階段，即快速提升階段和平穩發展階段.1995-2003年為快速提升階段，在這一時期哈爾濱市的綠化與教育水平指數由-21.13增加到9.63.哈爾濱市的綠化情況得到了明顯的改善:建成區綠化覆蓋率從27.6%增加到32%，人居占有公共綠地面積從4%增加到5.85%;對廢水、固體廢物的處理技術的改進，促進了哈爾濱市處理廢棄物水平的提升，其中，廢水排放達標率由45.23%增加到91.2%、固體廢物綜合利用率從37.6%增加到78.5%.同時，哈爾濱市的教育水平也得到了長足的發展:1995-2003年，哈爾濱市每萬人擁有專任教師數從97.52人增至113人，每萬人擁有高等學校在校生數由72.51人增加到270人.教育水平的提高，為哈爾濱市的人居環境改善提供了智力支持.2003-2009年為平穩發展階段，在這一時期哈爾濱市的綠化與教育水平指數由8.14增加至12.23.其中發展較快的兩項指標為人均占有公共綠地面積和每萬人擁有高等學校在校生數，前者由4.8 m2增至9.4 m2，后者由313人增加到了413人.

1995-2009 年，哈爾濱市的社會治安狀況經歷了先惡化后改善的過程.其中1995-2002年期間，哈爾濱市的社會治安狀況有所惡化，社會治安指數由-3.28增至7.27;哈爾濱市的交通事故數量由535起增至2 785起，火災事故數量由251起增至4 861起.2002年以后，哈爾濱市社會治安得到很大改善.2009年，哈爾濱市的交通事故數量減至257起、火災事故數量減至479起.良好的社會治安有效地改善了城市的居住環境.哈爾濱市的醫療衛生水平在1995-2006年期間總體發展平穩，2007-2009年有著明顯的改善，醫療衛生指數由-1.2增至5.7.1995-2009年哈爾濱市的食品供應穩定，人均豬牛羊肉產量保持在35 kg左右、人均蔬菜產量保持在165 kg左右.在以上4個主分量的綜合作用下，1995-2009年哈爾濱市人居環境發展也大致經歷了兩個階段:1995-2003年，哈爾濱市人居環境得到明顯改善，綜合評價指數由-12增加到6.21;2003-2009年哈爾濱市人居環境平穩發展，綜合評價指數平均保持在4.5以上.

圖1 哈爾濱市人居環境評價指標測量結果

4 結論

1)構建了具有普遍意義的城市人居環境評價指標體系，并以哈爾濱市為例對其評價效果進行了檢驗，分析結果符合現實情況.

2)通過對1995-2009年哈爾濱市人居環境進行主成分分析，發現:受綠化及教育水平、社會治安、醫療衛生和食品供應等主分量的影響，1995-2003年，哈爾濱市人居環境明顯改善，綜合評價指數由-12增加到6.21;2003-2009年哈爾濱市人居環境發展平穩，綜合評價指數平均保持在4.5以上.

3)為改善城市人居環境，哈爾濱市應當不斷加強綠化環境建設，提高教育、醫療水平以及加大治安管理力度，從而促進人居環境與經濟的協調可持續發展.

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