基于主成分分析法的成都市生態(tài)城市建設(shè)綜合評(píng)價(jià)模型

曹西娟 申停波 謝祥俊

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2016.22.071

摘 要：生態(tài)城市建設(shè)是人類(lèi)文明進(jìn)步的標(biāo)志，是未來(lái)城市發(fā)展的新趨勢(shì)。該文運(yùn)用綜合評(píng)價(jià)的思想以及主成分分析的方法，構(gòu)建了四川省成都市生態(tài)建設(shè)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，分別從經(jīng)濟(jì)、自然和社會(huì)3個(gè)主要方面研究了成都2007—2014年的生態(tài)城市建設(shè)狀況并做了相應(yīng)的分析，通過(guò)R語(yǔ)言繪制的臉譜圖以及EXCEL繪制的折線圖，形象直觀地表明成都市的生態(tài)建設(shè)趨于穩(wěn)定上升狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：生態(tài)城市建設(shè) 主成分分析 SPSS軟件 R語(yǔ)言

中圖分類(lèi)號(hào)：X82 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）08（a）-0071-04

Comprehensive Evaluation Model of Ecological City Construction of ChengduBased on the Principal Component Analysis

Cao Xijuan Shen Tingbo Xie Xiangjun

（School of sciences， Southwest Petroleum University， Chengdu Sichuan， 610500， China）

Abstract：The ecological city construction is a sign of the progress of human civilization and a new trend of future development of the city. Using the thought of comprehensive evaluation and principal component analysis method constructs the comprehensive evaluation index system of ecological construction in Chengdu City， Sichuan Province， respectively from the economy，nature and society are the three main aspects studied Chengdu 2007-2014 ecological urban construction and the corresponding analysis， using the R language draws the facebook and Excel draws the line graph， the image of the intuitive show that Chengdu city ecological construction tends tostable rise

Key Words：The ecological city construction；Principal component analysis；SPSS software；R language

黨的十八大報(bào)告把生態(tài)文明建設(shè)納入“五位一體”總體戰(zhàn)略部署，明確提出了建設(shè)“美麗中國(guó)”的戰(zhàn)略目標(biāo)，生態(tài)建設(shè)在社會(huì)主義偉大事業(yè)建設(shè)的意義和重要性更加突出[1]。由于成都市生態(tài)城市建設(shè)評(píng)價(jià)指標(biāo)繁多、復(fù)雜，所以文章采用主成分分析法對(duì)成都市生態(tài)自然、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，能夠反映個(gè)性指標(biāo)對(duì)生態(tài)城市建設(shè)的突出影響。

1 研究區(qū)范圍和數(shù)據(jù)來(lái)源

文章主要研究的是四川省成都市的生態(tài)城市建設(shè)狀況。選取成都市2007—2014年的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，原始數(shù)據(jù)均來(lái)自《成都市統(tǒng)計(jì)年鑒》《綜合月報(bào)》《統(tǒng)計(jì)公報(bào)》《新聞發(fā)布》《四川省統(tǒng)計(jì)年鑒》《國(guó)家統(tǒng)計(jì)年鑒》、城市環(huán)境質(zhì)量報(bào)告書(shū)以及查閱相關(guān)的調(diào)研數(shù)據(jù)等資料，在搜集數(shù)據(jù)過(guò)程中，遇到了個(gè)別指標(biāo)數(shù)據(jù)缺失的情況，采用了均值填補(bǔ)、回歸填補(bǔ)、抽樣填補(bǔ)的方法來(lái)估計(jì)數(shù)值，使其盡可能精確。

2 建立生態(tài)城市綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

建立生態(tài)城市綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系能夠揭示生態(tài)城市發(fā)展過(guò)程的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)及生態(tài)環(huán)境各環(huán)節(jié)中的主要矛盾，闡明生態(tài)城市健康發(fā)展與社會(huì)、自然、經(jīng)濟(jì)環(huán)境的相互關(guān)系等，從而為人類(lèi)城市可持續(xù)發(fā)展提供探索性的方法[2]。文章借鑒前人的文章以及查閱相關(guān)資料，將生態(tài)城市這一復(fù)雜系統(tǒng)視為自然、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)3個(gè)子系統(tǒng)，建立相應(yīng)的指標(biāo)體系。文章遵循系統(tǒng)性與科學(xué)性原則、主成分與獨(dú)立性原則[3]、定性與定量相結(jié)合的原則，從經(jīng)濟(jì)、自然和社會(huì)3個(gè)方面，把成都生態(tài)城市建設(shè)評(píng)價(jià)指標(biāo)分為3個(gè)系統(tǒng)，每個(gè)系統(tǒng)又包涵了幾個(gè)二級(jí)指標(biāo)，構(gòu)建了成都生態(tài)城市建設(shè)的指標(biāo)體系（見(jiàn)表1）。

3 基于主成分分析法建立評(píng)價(jià)模型

主成分分析（PCA）是將多指標(biāo)化為少數(shù)幾個(gè)綜合指標(biāo)的一種統(tǒng)計(jì)分析方法，是由Pearson（1901年）提出，后來(lái)被Hotelling（1933年）發(fā)展起來(lái)的，通過(guò)降維技術(shù)把多個(gè)變量化為少數(shù)幾個(gè)主成分。這些主成分保留原始變量的大部分信息，通常表示為原始變量的線性組合[4]。使用主成分分析方法對(duì)筆者選取的3個(gè)一級(jí)指標(biāo)所對(duì)應(yīng)的二級(jí)指標(biāo)進(jìn)行降維，得到若干主成分變量，最終將其歸為一個(gè)綜合的評(píng)價(jià)指標(biāo)，即生態(tài)城市建設(shè)綜合評(píng)價(jià)。

由于評(píng)價(jià)指標(biāo)比較多，在這里對(duì)自然系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)和社會(huì)的數(shù)據(jù)分別進(jìn)行處理。用SPSS 19.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析。

（1）用Z-score法對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，消除變量間在數(shù)量級(jí)和量綱上的不同，公式如下：

4 綜合評(píng)價(jià)模型求解及分析

通過(guò)SPSS 19.0軟件進(jìn)行主成分分析，運(yùn)行結(jié)果如表2所示。

4.1 生態(tài)自然一級(jí)指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)

從表2可以看出：第一主成分與市區(qū)污水處理率、天然氣供氣量、集中式飲用水源地質(zhì)水達(dá)標(biāo)率、園林綠地面積、年末市轄區(qū)建成面積、城市氣化率等指標(biāo)的相關(guān)程度都達(dá)到了80%以上，幾乎涵蓋了所有生態(tài)自然的二級(jí)指標(biāo)，第一主成分就代表了59.401%的信息；第二主成分與城區(qū)區(qū)域環(huán)境噪聲平均值相關(guān)性很高，主要代表了噪聲環(huán)境質(zhì)量，在以后的生態(tài)城市建設(shè)中，應(yīng)加大力度減少噪聲污染；第三主成分與水利環(huán)境公共設(shè)施管理業(yè)完成增長(zhǎng)率相關(guān)程度很高，可將其視為水利環(huán)境因子。第一、二、三主成分代表了88.326%的信息，可以說(shuō)基本表征了生態(tài)自然全部的指標(biāo)，所以可以用提取的成分進(jìn)行成都市2007—2014年生態(tài)自然的綜合分析。

用3個(gè)主成分的方差貢獻(xiàn)率為權(quán)，計(jì)算生態(tài)自然的綜合評(píng)價(jià)函數(shù)為：

××

4.2 生態(tài)經(jīng)濟(jì)一級(jí)指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)

從表3可以看出：與第一主成分相關(guān)程度較高的指標(biāo)按照相關(guān)程度由高到低分別為城市居民人均可支配收入、人均GDP、農(nóng)民人均純收入、高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)區(qū)收入、地區(qū)生產(chǎn)總值、GDP增長(zhǎng)率、第三產(chǎn)業(yè)占GDP比重、進(jìn)出口增長(zhǎng)率、工業(yè)企業(yè)產(chǎn)品產(chǎn)銷(xiāo)率等指標(biāo)，且相關(guān)程度達(dá)到73%以上，涵蓋的信息達(dá)到了73.182%，反映了經(jīng)濟(jì)發(fā)展的整體水平。第二主成分與居民消費(fèi)價(jià)格指數(shù)相關(guān)程度很高，反映了居民的消費(fèi)水平。第一、二主成分代表了86.042%的信息，提取的成分可用于成都市2007—2014年生態(tài)經(jīng)濟(jì)的綜合分析。

用2個(gè)主成分的方差貢獻(xiàn)率為權(quán)，計(jì)算生態(tài)經(jīng)濟(jì)的綜合評(píng)價(jià)函數(shù)為：

×

4.3 生態(tài)社會(huì)一級(jí)指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)

從表4可以看出：第一主成分與萬(wàn)人發(fā)生交通事故數(shù)、人口密度、專(zhuān)利授權(quán)數(shù)、每萬(wàn)人高等學(xué)校在校大學(xué)生數(shù)、農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化經(jīng)營(yíng)帶動(dòng)面、每萬(wàn)人擁有醫(yī)生數(shù)、社會(huì)保障和就業(yè)率、人均生活用水量等指標(biāo)相關(guān)性在85%以上，代表了66.787%的信息，反映了生態(tài)社會(huì)整體發(fā)展水平，所以?xún)?yōu)化這些指標(biāo)將會(huì)給成都市的生態(tài)社會(huì)發(fā)展提供有力保障；第一、二、三主成分代表了93.641%的信息，可以說(shuō)基本代表了生態(tài)社會(huì)全部的指標(biāo)，所以可以用提取的成分進(jìn)行成都市2007— 2014年生態(tài)社會(huì)的綜合分析。

用3個(gè)主成分的方差貢獻(xiàn)率為權(quán)，計(jì)算生態(tài)社會(huì)的綜合評(píng)價(jià)函數(shù)為：

××

4.4 成都市生態(tài)城市建設(shè)發(fā)展水平的綜合評(píng)價(jià)與分析

根據(jù)生態(tài)自然、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)綜合評(píng)價(jià)函數(shù)以及（3）式生態(tài)城市建設(shè)的綜合得分得到表5。

為了更形象直觀地看到成都市2007—2014年生態(tài)自然、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)三方面的發(fā)展?fàn)顩r，筆者運(yùn)用R語(yǔ)言繪制了臉譜圖，能夠生動(dòng)、直觀、非常形象地表達(dá)指標(biāo)之間的差異，但臉譜圖在現(xiàn)實(shí)生活中并未得到廣泛應(yīng)用，在文中最終的衡量指標(biāo)很少，恰恰克服了臉譜圖不能描述多樣本的缺點(diǎn)。1973年，ChernooffH[4]提出了將每個(gè)指標(biāo)（文章中是指自然、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)3個(gè)指標(biāo)）用人的臉的某一部位的形狀或大小來(lái)表達(dá)，直觀地展示了成都市綜合發(fā)展?fàn)顩r。臉各部位代表的意義如表6所示。

表6 臉譜部位示意

生態(tài)自然 臉，嘴，眼的高度；頭發(fā)，鼻子的寬度

生態(tài)經(jīng)濟(jì) 臉，嘴，眼，耳朵的寬度；發(fā)型

生態(tài)社會(huì) 頭發(fā)，嘴，耳朵的高度；臉的結(jié)構(gòu)；微笑程度

成都市2007年至2014年的生態(tài)指標(biāo)得分從臉譜圖（見(jiàn)圖1）可以看出：成都市2007—2014年生態(tài)自然、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)三方面的建設(shè)呈現(xiàn)逐年良性發(fā)展模式。每個(gè)部位所代表的衡量指標(biāo)隨著年份的變化也在發(fā)生改變，并且各方面都在逐年增長(zhǎng)，各個(gè)一級(jí)指標(biāo)的增長(zhǎng)對(duì)成都生態(tài)建設(shè)的整體發(fā)展水平都很有利。

繪制折線圖來(lái)反映成都市2007—2014年生態(tài)城市建設(shè)綜合發(fā)展水平，綜合得分越高，說(shuō)明城市生態(tài)建設(shè)水平越好。由圖2可以看出，成都生態(tài)城市建設(shè)綜合得分呈現(xiàn)逐年穩(wěn)步上升的趨勢(shì)。但就成都市2007—2014年綜合得分可以看出，在2011年以前，雖然得分為負(fù)數(shù)，但這并不代表成都生態(tài)建設(shè)發(fā)展不好，正負(fù)僅僅代表的是一種位置關(guān)系而已。2007年，成都市在全省率先啟動(dòng)了國(guó)家生態(tài)城市建設(shè)工作，通過(guò)各項(xiàng)任務(wù)扎實(shí)推進(jìn)生態(tài)城市建設(shè)。在全市的不懈努力下，成都市生態(tài)建設(shè)得到明顯提升，隨后2008年發(fā)生了汶川地震，但對(duì)成都并沒(méi)有帶來(lái)什么大的影響。隨著各項(xiàng)指標(biāo)的發(fā)展，成都市的生態(tài)建設(shè)進(jìn)入了緩慢增長(zhǎng)階段，2010—2014年穩(wěn)定上升，2012—2014年全市對(duì)各環(huán)境污染進(jìn)行了及時(shí)有效的處理，辦結(jié)率100%，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量總體穩(wěn)定，2012年全市人均地區(qū)生產(chǎn)總值達(dá)到57 624元，經(jīng)濟(jì)增速比全國(guó)副省級(jí)城市平均增幅領(lǐng)先2.5個(gè)百分點(diǎn)，經(jīng)濟(jì)總量在副省級(jí)城市中排名第3位，以及后期對(duì)成都生態(tài)建設(shè)采取的相關(guān)措施都有利于其穩(wěn)定發(fā)展。

5 結(jié)語(yǔ)

成都市生態(tài)城市建設(shè)評(píng)價(jià)是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的系統(tǒng)，單一指標(biāo)并不能代表成都市的生態(tài)建設(shè)情況，該文章從多指標(biāo)出發(fā)，遵循一定的原則，綜合自然、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)3個(gè)一級(jí)指標(biāo)來(lái)衡量成都的生態(tài)發(fā)展水平，選取能充分代表各個(gè)二級(jí)指標(biāo)的量來(lái)作為主成分，計(jì)算出綜合得分。結(jié)果顯示，選取的二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)能夠反映成都市生態(tài)城市建設(shè)水平。

參考文獻(xiàn)

[1] 周靈.以生態(tài)城市建設(shè)推動(dòng)成都城市轉(zhuǎn)型升級(jí)[J].晉中學(xué)院學(xué)報(bào)，2014（1）：15-17.

[2] 增嶸，魏一鳴，范英，等.北京市人口、資源、環(huán)境與經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展分析與評(píng)價(jià)指標(biāo)體系[J].中國(guó)管理科學(xué)，2000（8）：

310-317.

[3] 盛學(xué)良，彭補(bǔ)拙，王華，等.生態(tài)城市指標(biāo)體系研究[J].環(huán)境導(dǎo)報(bào)，2000，17（5）：6-7.

[4] 王斌會(huì).多元統(tǒng)計(jì)分析及R語(yǔ)言建模[M].暨南大學(xué)出版社，2016：157-162.

[5] 湯銀才.R語(yǔ)言與統(tǒng)計(jì)分析[M].北京高等教育出版社，2008：278-279.

[6] 劉雪麗.生態(tài)城市建設(shè)與評(píng)價(jià)體系研究——以青島市為例[D].中國(guó)海洋大學(xué)，2014.

[7] 馮瀚文.創(chuàng)新視角下重慶生態(tài)城市建設(shè)研究[D].重慶工商大學(xué)，2010.

[8] 范海燕，呂信紅，劉臣輝.基于主成分分析法的揚(yáng)州城市生態(tài)系統(tǒng)評(píng)價(jià)[J].超星期刊，2010，17（3）：47-50.

[9] 劉愛(ài)蘭，劉振忠.基于主成分分析的江蘇省城市生態(tài)發(fā)展水平分析[J].四川文理學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，20（2）：70-72.

[10] 李文君，田巧娣.基于主成分分析法的生態(tài)城市建設(shè)綜合評(píng)價(jià)——以陜西省西安市為例[J].經(jīng)濟(jì)視角：上旬刊，2015（1）：11-15.