基于主成分及聚類方法的成熟型煤炭資源城市發展評價

時慧琨

摘要：成熟型煤炭資源城市在為國家提供能源資源保證的同時，也面臨著城市轉型發展的問題。對城市轉型發展效果的客觀評價能夠為城市轉型措施的制定提供一定的科學依據。本文以國務院發布的13個地級成熟型煤炭資源城市為研究對象，綜合利用主成分分析和聚類技術對各城市2018年的發展數據進行了分析。在此基礎上，重點以淮南市為例，分析評價了淮南城市轉型發展中的現狀和不足，并提出了對策建議。

Abstract： Mature coal resource cities are facing the problems of transformation and development while providing energy resources guarantee for the country. The objective evaluation of transformation and development effects can provide a scientific basis for the formulation of ?transformation measures. In this paper， 13 mature coal resource cities issued by the State Council of PRC are taken as the study object， the development data of each city in 2018 are analyzed by principal component analysis（PCA） and clustering technology. On this basis， taking Huainan City as an example， this paper analyses and evaluates the current situation and shortcomings in the transformation and development， and puts forward some countermeasures and suggestions.

關鍵詞：成熟型煤炭資源城市;轉型發展;評價;主成分;聚類

Key words： mature coal resource city;transformation and development;evaluation;PCA;clustering

中圖分類號：F299.27 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）20-0105-04

0 ?引言

資源型城市是以本地礦產、森林等自然資源開采、加工為主導產業的城市，是國民經濟持續健康發展的重要支撐。常見的資源包括煤炭、石油、金屬及非金屬礦藏等，煤炭作為“工業的糧食”，在我國能源提供及工業發展中占據重要的地位，對煤炭資源型城市的發展現狀進行分析評價能夠客觀衡量自身狀況，及時發現問題并加以調整，具有較高的應用意義。

1 ?煤炭資源型城市簡介

煤炭是重要的一次能源來源，在我國的能源結構中占據重要地位。我國是世界最大的煤炭生產國和消費國，2018年全國煤炭產量36.8億噸，消費量39億噸，消費量約占全球煤炭消耗總量的一半。近年來，國家大力發展節能減排和清潔能源政策，煤炭在我國的能源消費結構中持續下降，但仍然占據了59%的比重。據推算，到2030年，煤炭能源消耗比重仍然在50%以上。廣大煤炭資源型城市為全國工業生產和居民生活提供了重要的能源保證。

煤炭資源型城市作為煤炭資源的重要提供單位，其發展現狀、前景和資源開采情況密切相關、互相影響。煤炭城市在依靠能源開采而迅速發展的同時也面臨經濟結構單一、對煤炭產業依賴嚴重、環境污染嚴重等問題，當煤炭需求下降或者資源枯竭時，更會暴露出經濟發展停滯、社會矛盾突出等問題，資源型城市的轉型發展迫在眉睫。

為了促進資源型城市可持續發展、加快轉變經濟發展方式，促進區域協調發展，維護社會和諧穩定，建設生態文明，2013年11月，國務院制定并發布了《全國資源型城市可持續發展規劃（2013-2020年）[1]》（以下簡稱規劃），指導全國各類資源型城市可持續發展。在規劃中，按照不同資源型城市資源保障能力和可持續發展能力差異，將城市劃分為成長型、成熟型、衰退型和再生型四種類型。不同類型的城市發展方向和重點任務各有不同。其中成熟型城市是指資源開發處于穩定階段，資源保障能力強，經濟社會發展水平較高，屬于我國能源資源安全保障的核心區的城市。在規劃中，屬于成熟型煤炭資源城市（地級市）有邢臺、邯鄲、大同、陽泉、長冶、晉城、赤峰、雞西、鶴壁、平頂山、廣元、達州和淮南市。

淮南市位于安徽省中北部，下轄五區兩縣，面積5571平方公里，是一個完全依靠煤炭發展起來的城市，其成立的基礎是1949年3月中共中央華東局設立的淮南煤礦特別行政區，1952年建市。煤炭探秘儲量180億噸，占安徽省總儲量的70%，年開采量在1億噸左右，是全國13個億噸煤炭基地之一，為華東地區提供了大量的煤炭及電力資源。2015年以來，國家提出了供給側改革“三去一降一補”，通過去產能、去庫存、去杠桿、降成本、補短板調整經濟結構，淮南的煤炭生產能力和產量有一定程度的下降，對經濟的發展造成了一定的困難。本文立足于淮南市，結合其它成熟型煤炭資源城市，對淮南及其它同類型城市采用主成分分析及聚類技術進行橫向的分析比較，綜合分析研判淮南所處地位、存在問題，并提出發展的建議。

2 ?成熟型煤炭資源城市轉型發展評價體系構建

對城市的發展現狀進行分析，首先要建立合理的分析指標體系。資源型城市轉型發展指標體系的研究目前已經取得了大量成果，出現了許多比較成熟的指標體系。李虹[2]等提出了中國資源型城市轉型指數體系，提出了“經濟轉型”、“社會轉型”、“環境轉型”、“制度轉型”4個一級指標，10個二級指標，46個三級指標，構建起立體化的中國資源型城市轉型綜合評價指標體系。張久銘[3]等提出了指標體系的構建需遵循系統性、可行性、可比性、精簡性、科學性、目標導向性、前瞻性等原則，并提出了包含經濟轉型、社會轉型、創新能力、生態環境四個1級指標，12個二級指標、55個三級指標的體系結構。杜春麗[4]等提出了包含經濟轉型、民生改善、資源節約、環境友好的4個一級指標和23個二級指標體系，并以此對黃石市的轉型政策績效進行了評價。王如琦等提出了包含經濟發展、社會民生和生態環境的準則層，包含經濟發展規模、經濟發展潛力、產業結構優化和勞動力結構、城市建設、人民生活、綠化水平、環境治理、資源利用在內的指標層體系結構，并對煤炭枯竭型城市的轉型效果進行了評價[5]。

對成熟型資源城市的發展效果評價，以以上研究的成果作為參考，也需要結合成熟型資源城市的社會責任和發展需要來綜合設置。成熟型資源城市作為國家能源供給的核心組成，除了城市轉型發展的自身需求外，對國家經濟發展和人民生活還負有資源提供和保障責任。因此，結合已有研究以及《規劃》中提出的成熟型城市發展方向和重點任務，建立如表1所示指標體系。

指標數量越多，越能夠反映一個城市在發展過程中特定時期的綜合情況，對其進行分析的結果也就越全面，但是指標數量的增多，指標之間存在著各種聯系，對其進行分析的難度也就越大，直接對指標進行分析很難發現本質。采用主成分分析方法能夠對數據進行“降維”，從而降低了數據維度和分析困難程度。因此，我們用主成分分析（PCA）的方法對獲得的評價數據進行變換，并對變換的結果進行分析評價。

3 ?基于主成分及聚類分析的成熟型煤炭資源城市發展評價

主成分分析[6]（PCA）是一種常見的無監督學習方法，其基本思想是利用正交變換將線性相關變量表示的樣本數據轉換成少數幾個線性無關變量（主成分）表示的數據，從而減少了分析數據的維度。聚類是指針對給定的樣本，按照數據其內在屬性上的近似程度，將其歸并到少數幾個類別，從而發現數據之間存在的共性，并利用共性對數據進行后續的分析。聚類方法在數據樣本少、數據維度高的情況下，存在著“維度災難”的問題，主成分分析方法在較少丟失信息的前提下可以降低分析數據的維度，將PCA和聚類結合起來，既能夠保證分析數據的全面性，同時也降低了數據的復雜程度和分析難度，更能夠找出樣本數據中的主要差異，提高分析結果的可信度和準確率。

由于所有的指標在處理后均為正向指標，也就是說值越大，其代表的結果也好，所以通常認為對各個主成分按照特征值作為權重綜合得分值越大，其在所有樣本中也相對較優。

②由于各主成分是正交的，因子綜合得分的計算是將正交方向上的數據進行線性混合，只是一種處理上的方便，反映的是處理對象在指標總體上的優劣，并沒有反映出處理對象發展是否均衡，有沒有“偏科”的問題[7]。所以另一種處理的方式是直接將因子得分向量看成原始樣本的簡化，對其使用聚類方法將原始樣本聚類到不同類別，用類別分析補充樣本分析，達到簡化分析過程，提高分析精度的目的。

4 ?計算結果及分析

按照如上方法，基于各大城市發布的2018年國民經濟和社會發展統計公報及互聯網等途徑搜集了成熟型煤炭資源城市的相關指標，按照上述方法利用SPSS軟件展開分析，計算得到的結果如下：

①在相關性矩陣R中，有48.35%的相關系數絕對值>=0.3，有40.3%的相關系數絕對值>=0.4，所以各個變量間具有較強的相關關系，適合用來做因子分析。

②計算R的特征值及各成份的貢獻率及累計貢獻率，結果如表2所示。

按特征值大于1提取前五個特征值及相應的特征向量作為主成分，累計方差貢獻率為85.88%，符合因子分析要求。在特征值和特征向量的基礎上利用公式（4）計算因子載荷矩陣，利用回歸法計算各因子得分系數矩陣，利用公式（5）計算因子得分矩陣，利用公式（6）計算各樣本綜合得分并排序，結果如表3所示。

從表3可以看出，晉城市各項因子均高于平均值（正值），排名第一，淮南在13個成熟型煤炭資源城市中，其前3個因子指標均低于平均值（負值），后2個指標雖然高于平均值，但因為得分權重較低，綜合排在11名的位置，顯示淮南在所有城市中，排名靠后，城市發展不盡如人意。

對以上因子得分向量進行k-means聚類，將聚類的類別數設為3，聚類結果如表4。

從聚類結果可以看出，晉城市、大同市、陽泉市、長治市、鶴壁市、平頂山市、廣元市、達州市為第1類，邯鄲市、邢臺市為第2類，赤峰市、淮南市和雞西市為第3類。

結合聚類結果及因子綜合得分可以看出，第1類城市各項因子得分要么高于平均值，要么雖然有因子低于平均值，但是有其它因子加以彌補，綜合得分較高，屬于各方面發展均衡的城市。第2類城市雖然很多項得分較低，但是在第一個因子值上具有較大的值，從而“拔高”了綜合得分，屬于部分方面發展突出，但是在其它方面仍有差距的城市。第3類城市，各項得分均較低，在所有城市中，處于落后位置。

對淮南市而言，因子得分矩陣前3個指標均低于平均值，尤其第3個因子，落后差距較大。結合原始指標對比可以看出其在環境改善、民生進步方面的指標可圈可點，但是在資源保障及經濟發展方面，尤其是在規模以上工業增加值增長率、GDP增長率（%）、第二產業增長率（%）、固定投資增長率（%）、第三產業增長率（%）、旅游人次等方面，均大大落后于平均值。

綜合以上分析的結果，結合對比同類型城市的發展現狀，對淮南今后的發展提出個人建議如下：

①加快煤炭產業升級。煤炭開采作為淮南的支柱型產業，其產業發展對淮南經濟有直接重要的影響。節能減排及供給側改革造成煤炭需求和產量下滑，GDP增長率僅為4.3%。應把握淮南作為全國13個、華東唯一的億噸煤炭煤炭基地的區位優勢，結合安徽理工大學等高校的科研優勢，全力推動產業升級，做大做強做深煤電產業，推動煤化工、煤制氣等項目建設及煤礦開發伴生資源綜合利用。

②積極招商引資，推動項目引進和項目建設。依照淮南的地理區位，應深度融入長三角區域一體化發展戰略，落實長三角地區一體化發展三年行動計劃，在空間規劃、科技創新、產業布局、市場要素、生態環保、基礎設施和公共服務等領域開展全方位合作，打造承接產業轉移示范基地，打造長三角能源原材料和數據資源的重要保障基地。

③做好旅游產業。旅游業綜合性強、和各行各業關聯度高、對經濟發展的拉動作用突出。作為淮南王劉安的故鄉，淝水之戰的發生地以及戰國時楚國都城所在地，淮南具有豐富的旅游風景文化資源。但在比較的13個城市中，淮南的旅游現狀處于第10的位置，對旅游資源的利用及產業化程度還遠遠不足。應以山水生態文化為文章，強化旅游資源開發和區域合作，推動八公山、壽春古城、焦崗湖等國家5A級旅游景區申報及建設工作，爭取旅游人數和旅游收入更上一個臺階。

5 ?總結

本文以國務院發布的13個成熟型煤炭資源城市為研究對象，結合已有研究成果和國務院《全國資源型城市可持續發展規劃（2013-2020年）》，建立起針對成熟型煤炭資源城市的轉型發展綜合評價體系，并使用主成分分析和聚類方法對各個城市尤其是淮南市的發展現狀進行了綜合評價。研究結果表明，在環境及民生方面，淮南的發展相對較好，但是在能源產業及經濟發展方面存在不足，從能源產業、招商引資、旅游產業三個方面提出了自己的建議，為城市發展提供依據和參考。

參考文獻：

[1]國務院辦公廳.國務院關于印發全國資源型城市可持續發展規劃（2013-2020年）的通知[EB/OL].2013-12-03.

[2]李虹.中國資源型城市轉型指數：各地級市轉型評價[M].北京：商務印書館，2016.

[3]張久銘，李加加，魯迪.資源型城市轉型績效評價指標體系構建[J].平頂山學院學報，2018，33（2）：85-90.

[4]杜春麗，洪詩佳.資源枯竭型城市轉型政策的績效評價[J].統計與決策，2018，18：70-73.

[5]王如琦，高紅貴.煤炭資源枯竭型城市轉型效果研究[J].湖北師范大學學報（哲學社會科學版），2019，39（1）：77-85.

[6]李航.統計學習方法[M].二版.北京：清華大學出版社，2019.

[7]李育安.關于主成分分析“綜合得分”錯誤的論證[J].統計與管理，2014，8：15-16.