基于聚類分析的生態型城市建設集群及實證研究

摘要：打破地域界限或經濟發展水平的常規參考標準，引入聚類分析的方法，選取了若干已建或在建試點生態型城市進行集群，得出了合理的集群數量和集群特征。為后續城市抓住集群特征這一實質，高效地選取同類別城市群作為參考對象提供了依據。

關鍵詞：生態型城市；聚類分析；集群特征；實證分析

中圖分類號：F205 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）13-3189-03

生態型城市是1971年聯合國教科文組織在第16屆會議上“關于人類聚居地的生態綜合研究”中提出的。1990-2002年，分別在伯利克、阿德萊德、約夫、庫里蒂巴和深圳共召開了5次生態城市國際會議，使生態城市規劃設計與建設的理念得到了更為廣泛的普及。在人們對環境、資源日益關注的前提下，生態型城市建設必然會得到國家和公眾的重視。我國也在如火如荼地開展生態型城市建設，自2002年啟動我國首個生態城市貴陽試點后，天津、廣州、上海、寧波、昆明、成都、長沙、揚州、威海、深圳、廈門、銅川、十堰等20多座城市都先后提出建設生態城市的奮斗目標，后續跟進城市也不在少數。隨著生態型城市建設工作的普及，相互借鑒與比較[1]是必不可少的，尤其對后續城市來說，已建或在建試點城市的評價、規范等經驗與教訓更是寶貴的財富。

1 生態型城市建設研究現狀

目前，對于參考城市或參考標準的選取還處于初始階段，我國在生態城市建設方面還沒有形成一套公認的較為權威的生態城市標準[2]。后續城市在借鑒試點生態城市的經驗時，要么主觀性地從地理位置相近性角度出發選取相鄰城市的發展情況作為參考標準，或者簡單地從經濟發達、一般、落后[3]這一傳統角度出發選取相同經濟發展水平的城市作為參考標準。這種簡單地以地域或經濟發展水平標準來選取參考城市的方式并不完全合適，有時甚至會造成誤解。本研究創新性地引入聚類分析方法，將代表性城市進行集群，分析各個群體的特征和標準，使得后續城市可結合自身的全方位條件，選取特征更為接近的城市群作為參考標準，以便其更加高效地建設生態型城市。

2 指標體系的構建

指標體系的選取是評價的基礎。需要從反映生態型城市建設發展水平的眾多指標中選取一系列主要指標。目前，各生態城市的基礎指標往往較多，不同城市間的差異較大[4]。為了便于比較，采用主成分分析，在眾多指標中選取包含原有指標大部分信息（80%～85%以上）的主成分作為各生態城市的指標[5，6]進行分析（表1），通過計算篩選出經濟、政治、文化、社會、生態文明5個主成分作為二級指標，29個指標作為三級指標，既比較科學地篩選了嚴格獨立意義的幾個主成分，具有比較好的代表性，又減少了工作量。

3 對代表性生態城市集群聚類分析

聚類分析法[7]是研究“物以類聚”的一種方法，它根據一批樣本（或變量）數據本身的特性，按照一定的類定義準則，對所研究的事物進行歸類，最終繪成一幅系統聚類的譜系圖，再根據一定的原則確定最終分類結果。在這里就是分別對各代表性城市的主要因子數據作為觀測指標進行分析，進而將代表性城市劃分成不同群的過程。可科學地了解哪些城市狀況相類似，以便于其他同類城市開展生態型城市建設時方便快捷地找到歸屬城市群，在此基礎上總結出不同集群城市的特征，從而為后續跟進城市進行生態型城市建設時提供借鑒和評價的基礎。

詳細聚類分析過程如下：

3.1 數據標準化

對初始數據來說，不同指標有不同的量綱，為了便于比較，對數據進行無量綱化處理。在此，采用平移·極差變化，即

x′ik=■ （k=1，2，…，m）

3.2 建立模糊相似矩陣

按照傳統聚類方法確定相似系數，建立模糊相似矩陣，xi與xj的相似程度rij即可得到模糊矩陣R=（rij），在此，采用數量積法，即

rij=1，i=j■■xik·xjk，i≠j

3.3 聚類

因模糊關系R必須是模糊等價關系才能聚類，而一般R只滿足自反性（r=1）與對稱性（rij=rji），不滿足傳遞性。所以，采用“傳遞閉包法”將R改造成模糊等價矩陣R*，即t（R）=R*。對R*根據不同的λ∈[0，1]截水平分類，并畫出動態聚類圖。

4 實證分析

4.1 12個代表性城市的集群

選取天津、上海、廈門、長沙、廣州、大連、貴陽、杭州、成都、深圳、綿陽、寧波等12個已建或在建城市作為代表性城市進行研究。從各省統計年鑒中查詢相關數據，得到每個城市的29個指標的具體數值（鑒于篇幅所限，在此略去原始指標取值表），即為原始數據矩陣，為29×12矩陣。運用SPSS統計軟件[8]得出層次聚類分析的樹狀圖（圖1）。圖形左邊代表進行聚類的對象，線條連接表示類別的合并過程。

4.2 合理集群數量及集群特征分析

根據聚類圖，并結合生態城市的實際情況，可把12個代表性生態城市分為若干個群（表2）。相應的集群數量劃分為相應的群，分群間能體現出不同的特征[9]。

分析12個城市的集群情況，將城市劃分成11組的時候，貴陽和綿陽首先被歸為一類，定義為A組，可見貴陽和綿陽最為相近；同樣，將城市劃分成10組的時候，長沙和寧波又被單獨劃出，組成B組；繼續分成9組的話，廣州和杭州又成為最接近的一組，令其為C組。繼續再往下集群的話，天津（8組時）被歸到B組；大連（7組時）、深圳（6組時）被歸到C組；當劃分為5組的時候，B、C兩組合并為一組（稱其為Z組）；當劃分為4組的時候，成都被劃分到A組；當劃分成3組的時候，廈門加入Z組；當最后劃分成2組的時候，上海也加入到Z組。至此，A組成員有貴陽、綿陽和成都；其余9個城市全部為Z組成員。

由12個試點城市的歸屬過程可以看出，A、B、C 3個組最早出現，且在繼續集群的過程中，使得其他城市紛紛加入，即數據證明這些城市大致可分為A、B、C 3個基礎組。所以，在進行生態型城市集群時，A、B、C 3個集群的劃分比較合理。當然，B、C組更為接近，在劃分粗略的情況下會歸屬到一組，即合并為Z組。總結各組的特征見表3。

總的看來，以貴陽、綿陽為代表的A組，位于我國西部地區，有著天然的環境資源優勢，對生態城市建設來說，其環境基礎其它城市難以媲美。當然，同樣由于處于西部欠發達地區，經濟、文化、社會、政治等各方面，又有著較大的差距。后來歸入到同組的成都也有著類似情況，只是它經濟基礎相對較好。

長沙作為內陸城市，既不占據天然的地理資源優勢，也不具備高速發展的經濟能力。但由于長久的歷史積淀，使得經濟、文化、社會、政治、生態文明等各指標均得到一定程度的發展。

以廣州、杭州，尤其是隨后加入的以上海為代表的C組城市，作為我國經濟發達地區，經濟、文化等方面發展迅速，但高速發展帶來的社會、環境壓力造成發展瓶頸，使生態城市建設面臨著生活、自然環境的挑戰。

4.3 參考城市及標準選擇的實質分析

從上述生態型城市集群結果來看，地理與經濟因素所占比重較大。這與傳統的要么從臨近城市，要么從相同經濟發展水平選擇參考對象的狀況也是吻合的[10]。但從12個城市聚類的過程中仍可看出，僅從地理或經濟兩角度選取參考城市是不妥當的。

比如對綿陽來說，作為四川省第二大城市，于2006年啟動生態型城市建設時，若直覺地從地理角度出發選取參考城市，則會傾向于選取臨近的成都來建立參考標準。但從本集群過程來看，綿陽與成都確實具有相似性，但它在第一時間與貴陽劃分到同一組。也就是說與成都相比，它跟貴陽有著更相近的基礎條件。對綿陽來說，若選擇貴陽作為參考城市進行生態城市建設更有實效性。

同樣的廣東省的廣州和深圳也是如此。對廣州來說，與深圳經濟水平相當、地理位置相近，但生態型城市建設卻與杭州最接近。對后續生態城市建設來說要特別注意進入直覺地以地理或經濟水平作為選擇標準這一誤區。

因此，本研究認為參考城市選擇的實質是目標群的群集特征，地理或經濟發展水平只是其中的片面表現。即當包括地理、經濟發展水平在內的綜合群集特征相似時，才能作為理想的參考對象。確切地說，群集特征包括文中表1提出的經濟、政治、文化、社會、生態文明五大主成分的主要指標。

5 結論

生態型城市建設過程中選擇參考城市很重要，本研究運用科學的方法選擇了生態型城市參考對象。后續跟進城市在選取目標參考群時，更須關注相關群的綜合集群特征，再結合其歷史條件、自然條件和經濟發展狀況，而后參照選定的目標城市群的經濟、社會、文化、政治、生態文明指標進行生態型城市建設，必會達到有的放矢、事半功倍的效果。

參考文獻：

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[6] 王 艷，曹俊茹，孟慶娟.河北省人口、資源環境與經濟協調發展評價研究[J].湖北農業科學，2011，50（21）：4524-4527.

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[9] 鄧德勝，李懷龍，陳德良.湖南旅游地的模糊聚類分析[J].系統工程，2010，29（6）：119-121.

[10] 李育冬.基于循環經濟的生態型城市發展理論與應用研究——以庫爾勒生態城市建設為例[D].烏魯木齊：新疆大學，2006.