基于主成分聚類耦合模型的生態文明建設空間格局評價分析
——以重慶各區縣為例

岳斯瑋

（重慶商務職業學院 公共管理系，重慶 401331）

隨著經濟的發展，資源約束趨緊，環境污染越發嚴重，生態系統退化形勢嚴峻，區域生態文明的建設變得越來越重要。然而，生態文明建設是一個長遠的過程，并且要與區域經濟、社會發展相適應。因此，在生態文明建設中，有必要對區域生態文明建設進行適時評價。當前，科研工作者也對生態文明建設進行了一些探討。［1-8］可是這些探討中，對區域生態文明建設水平空間格局的探討相對較少，而生態文明建設首要任務就是優化空間格局，只有按照人口資源環境相均衡、經濟社會生態效益相統一的原則，節制開發力度，優化空間結構，才能實現生產空間集約高效、生活空間宜居適度、生態空間山清水秀。因此，很有必要對區域生態文明建設水平的空間格局進行評價分析。

重慶是我國的歷史文化名城，是“巴渝文化”的發祥地，是我國最年輕的直轄市，是“一帶一路”和長江經濟帶的重要結點城市，是長江上游區域的經濟中心、金融中心、科創中心。因此，重慶生態文明建設的水平，不僅關乎重慶的區域發展，而且對整個西部發展，乃至我國發展戰略，都有著重要影響。所以，對重慶生態文明建設水平進行評價，找出重慶區域生態文明建設的空間分布特征，其必要性和重要性尤為明顯。基于此，對重慶各區縣生態文明建設空間均衡性和空間格局演變特征進行評價分析，以期為重慶今后的生態文明建設提供一定的參考依據。

一、評價指標體系的構建

生態文明建設不但要做好其本身的生態建設、環境保護、資源節約等，而且更重要的是明確其突出地位，將生態文明理念滲透到經濟建設、政治建設、文化建設、社會建設的各方面和全過程，構成經濟發展與環境保護相適應的空間格局、產業結構、生產方式及生活方式。［7-13］因此，生態文明建設可以從綠色經濟、社會發展、資源節約、環境承壓、生態文化等幾個方面來刻畫。基于此，根據區域特點、指標數據易收集等原則，構建生態文明建設評價指標體系，具體見表1。

表1 生態文明建設水平評價指標體系

二、構建主成分聚類分析耦合模型

（一）評價方法的選擇

聚類分析是一種研究多要素事物問題的數量方法，其原理是根據樣本自身的特性，用數學方法按照樣本之間某種相似性或差異性指標，定量地找到樣本之間的遠近關系，并在此基礎上按照樣本之間的遠近關系對樣本進行歸類。［14，15］但是，在樣本量較大時，傳統聚類方法要獲得聚類結論有一定困難，存在失效性。而生態文明建設的評價是一個復雜系統，涉及樣本容量相對較大，指標維度相對較高。如果直接用聚類分析來對區域生態文明建設的空間分布進行評價，容易失效，造成聚類誤差。而主成分分析是一種把多個指標變量歸納為少數幾個綜合指標的一種降維統計分析方法。［14，15］基于此，結合主成分分析和聚類分析，構建主成分聚類耦合評價模型。

（二）主成分聚類耦合模型的步驟

假如一個評價系統有n個評價對象，每個評價對象有評價指標m個，其中第i個評價對象在第j個評價指標上的值表示為aij，從而構成原始評價矩陣An×m。根據主成分分析和聚類分析的原理，對主成分聚類耦合模型的步驟進行歸納。［14，15］

（1）對各指標進行標準化處理，記準化值為aij*，標準化的公式如下：

正向指標為

負向指標為

（2）建立變量的相關系數陣An×m；

（3）求An×n的特征根λ1≥λ2≥…≥λn＞0及相應的單位特征向量ei（i=1，2，…，n）；

（4）計算主成分：根據（3）的計算結果，一般選取特征值大于1的前p個主成分，然后計算得出主成分為

（5）構建距離矩陣：根據（4）得出的主成分，計算主成分Fi與Fj之間的歐式距離dij（i，j=1，2，…，p），其計算公式為

其中，fik為第i個主成分在第k項指標上的值。從而得到距離矩陣D=（dij）p×p。

（6）最短距離聚類：用L1，L2，…表示類，用Dpq表示類Lp與類Lq之間最近樣本距離，計算公式為

根據兩類之間距離，合并最近或最相似的兩項，重復上述步驟直到所有元素并為一類。在此基礎上，結合研究對象的背景知識，按照一定分類標準或原則，得出分類結果，一般用譜系圖表示。

三、重慶生態文明建設水平的空間格局評價分析

根據重慶各區縣統計數據完備性及區域實際情況，在重慶各區縣中選擇除潼南、榮昌、梁平、武隆、開州等區縣外的其他33個區縣作為評價對象，并且為了衡量各區縣生態文明建設水平在重慶整體水平中的位置，將重慶全域生態文明建設水平也作為評價對象；由于統計數據的延遲性，以及各區縣統計數據實際情況，選擇2017年作為評價年份。

（一）重慶生態文明建設的空間均衡性評價

根據“重慶數據”網站收集到各區縣生態文明建設水平評價指標體系中各指標2017年的數據，利用SPSS22.0對重慶及各區縣的生態文明建設水平進行主成分分析，得到方差分解圖及主成分系數矩陣，具體見表2。

根據表2可知，前5個主成分特征值都大于1。因此，根據主成分分析，選取5個主成分來刻畫生態文明建設水平。利用SPSS22.0得到5個主成分的系數矩陣，然后根據主成分計算公式及綜合得分評價函數，得到重慶及各區縣生態文明建設水平主成分得分及綜合得分，具體見表3。

表2 主成分分析方差分解圖

表3 重慶各區縣生態文明建設水平主成分得分及綜合得分

由表3可知，從總體來看，重慶各區縣中生態文明建設水平最好的是渝中區，綜合得分為3.683，最差的為合川區，綜合得分僅為0.716，方差波動明顯，具體見表5。而且在評價的33個區縣中，生態文明建設綜合水平高于重慶全域水平的區縣只有渝中區、江北區、沙坪壩區、南岸區、九龍坡區、大渡口區、渝北區、黔江區8個區縣，76%的區縣生態文明建設水平都在重慶全域生態文明建設水平之下，表明重慶各區域生態文明建設水平存在明顯的不均衡性，區域之間差異明顯。

具體來看，根據表3中各主成分得分，進行方差分析，具體見表4。可知第一主成分得分方差波動最為明顯，其次是第二主成分，表明第一主成分和第二主成分所代表指標對區域生態文明建設水平影響較大，即重慶當前生態文明建設中各區域經濟建設、社會保障、生態文明、教育支出等方法存在明顯差異；而第三、四、五主成分得分波動不明顯，表明重慶各區域生態文明建設中，醫療保障、產業結構、教育水平等方面差異不明顯，都還有待提高。

表4 生態文明建設水平得分差異分析

（二）重慶生態文明建設的空間格局演變特征

根據前文分析可知，重慶各區縣生態文明建設水平存在明顯不均衡性，因此為了研究重慶各區縣生態文明建設水平在空間格局上特征，利用所構建的主成分聚類耦合模型及表3中各區縣生態文明建設主成分得分進行主成分聚類分析，根據SPSS22.0得到聚類譜系圖，具體見圖1。

圖1 重慶各區縣生態文明建設主成分聚類譜系圖

根據圖1，從空間格局上，將重慶各區縣的生態文明建設水平分為4類。根據各區縣生態文明建設水平的綜合得分，可以將當前重慶生態文明建設水平分為4個等級，具體見表6。渝中區、大渡口區、沙坪壩區、江北區、九龍坡區、南岸區等重慶主城6區生態文明建設水平為“優秀”；大多數區縣生態文明建設水平為“中等”，基本達到重慶市的平均水平；而長壽區、豐都區、合川區、綦江等4個區縣生態文明建設水平為“差”，遠低于重慶市的平均水平。

表6 重慶生態文明建設水平空間格局分類

四、結論

根據評價結果可以看出，重慶各區縣中生態文明建設水平最好的是渝中區，綜合得分為3.683；最差的為合川區，綜合得分僅為0.716，方差波動明顯。而且在評價的33個區縣中，生態文明建設綜合水平高于重慶全域水平的區縣只有渝中區、江北區、沙坪壩區、南岸區、九龍坡區、大渡口區、渝北區、黔江區8個區縣，76%的區縣生態文明建設水平都在重慶全域生態文明建設水平之下，表明重慶各區域生態文明建設水平存在明顯的不均衡性，區域之間差異明顯。具體來說，重慶當前生態文明建設中各區域經濟建設、社會保障、生態文明、教育支出等方面存在明顯差異；醫療保障、產業結構、教育水平等方面差異不明顯，都還有待提高。從空間格局來看，重慶生態文明建設水平可以分為4個等級，渝中區、大渡口區、沙坪壩區、江北區、九龍坡區、南岸區等重慶主城6區生態文明建設水平為“優秀”；大多數區縣生態文明建設水平為“中等”，基本達到重慶市平均水平；而長壽區、豐都區、合川區、綦江4個區縣生態文明建設水平為“差”，遠低于重慶市平均水平。