基于主成分分析法的山東省土地城市化測算

李祥成

(西華師范大學管理學院，四川 南充 637000)

造成了我國城市化水平落后于工業化水平的事實，因此，單純的用農業人口向城市遷移的水平以及城市人口占總人口的比例來衡量城市化的水平有一定的缺陷。為了彌補這個缺陷，一些學者提出了土地城市化的概念，土地城市化是指，某一區域城市化過程中土地條件由農村形態到城市形態的程度，是衡量該區域城市化水平高低的重要指標。土地城市化相比較單純的依據人口來衡量城市化的標準有兩大優勢:城市化必須以土地為依托，城市化與土地利用的方向與水平息息相關，而相較于其他指標，土地相關的指標獲取更為容易、客觀;土地城市化相較于人口城市，在微觀研究中更為方便。專家學者對城市化的研究已經取得很多成果，但對于城市化與土地城市化的關系研究方面關注較少，因此，本文期望從土地城市化的角度出發，建立合理的土地城市化的指標體系，通過對山東省不同市的測量，為科學的的研究土地城市和城市化之間的關系提供一些建議。

一、土地城市化指標的構建

1、評價指標體系構建的原則

1)評價指標完整性的原則

土地城市化是一個綜合的過程，涉及到許多土地利用類型、自然景觀、社會經濟等方面的因素指標體系作為一個有機整體，要較全面的反應土地城市化的狀況。

2)評價指標系統性的原則

有些指標具有二重性，甚至多重性，及影響土地景觀，有影響土地經濟效益的變化。因此，在制定評價指標時要盡量避免指標的相互重疊，確定合適的指標體系。

3)評價指標的科學性與可操作性并重的原則

指標的選擇應該以科學理論為依據，切勿隨意增設，各指標要充分反應土地城市化的內在機制，同時還要確保數據來源的準確性，數據處理必須規范。

2、評價指標體系構建的內容

本文在對相關文獻的整理分析歸納的基礎上，結合土地城市化過程中土地屬性的土地變化，將評價指標分為以下幾個方面:

1)土地利用結構變化指標

土地利用結構是指整個土地面積中各類用地所占的比重，它反映了社會經濟活動的主次關系的的構建情況。而城市化的一個重要特征為第二第三產業的發展及非農用地所占的比重。因此，可以用建設用地比重這個指標衡量城市化區域土地變化。

建設用地比重，是以某一區域的建設用地所占區域總面積的比重來反映當下城市化的水平，它反映了城市化進程中各評價單元在地里景觀上的差異。計算公式為:

建設用地比重=建設用地面積/區域總面積

2)土地利用程度變化指標

土地利用程度能夠反應區域土地利用類型和利用分級的變化，可以用土地利用程度綜合指標來表示，其計算公式為:

式中，La為土地利用綜合指數，La越大，反應土地利用從自然狀況到人工狀況的變化速度越快，表明土地利用程度的加深;Ai為i級土地利用程度分級指數，分機賦值見表1－1;Ci為第i級程度分級面積百分比。

表1－1 土地利用程度分級賦值表

資料來源:慶大方、劉紀遠:《中國土地利用程度的區域分異模型研究》，載《自然資源學報》，1997(12)，105－111頁

3)人均道路交通用地

交通狀況是反應一個區域城市化發展狀況的重要指標，城市人口密度大，相因的城市交通用地更多，人均交通用地是反應一個區域城市化的重要指標。

人均道路交通用地的計算公式為:

人均道路交通用地=區域道路交通面積/區域總人口

4)地均收入變化指標

隨著人類生產生活的不斷進步，人們對土地的利用程度和效率也不斷加深和提高。城市在生產力生產效率的優勢，會使土地經營者把人力物力財力從農業利用轉為非農業利用，以提高土地收益。因此，土地利用效益水平的變化反映了土地利用方式轉變。地均收入作為考核土地利用收益的主要指標，具有可考核和數據易獲取的優勢［2］。地均收入的計算公式為:

地均收入=區域總收入/區域土地總面積

綜上所述，本文構建的土地城市化評價體系可以匯總為表1－2

?

二、評價標準的選擇與分析

多元指標評價的方法有多種，常用的有模糊綜合評判方法、常規多指標綜合評價法和多元統計法。模糊綜合評判法是用單因素隸屬函數來表示某個因素對評判對象的影響，然后用加權法綜合各因素對評判對象的的影響，最終得到對該評判對象的綜合評判。該方法由于最終結果得到的是一組向量，而不是我們土地評價所需要的點值，不適用于土地評價。而常規多指標綜合評價的指標權數大多采用人為定權的方法，主觀性大，可能會影響結果的準確性。與此相比，多元統計法的指標權數由信息決定，主觀性小，更為理性客觀，最重要的是他消除了評價指標相互影響重疊帶來的影響。

多元統計法又可以細分為主成分分析法，因子分析法等等。采用主成分分析法消除了人為定權的因素，克服變量之間的信息重復。通俗地講，主成分分析就是將復雜的多元數據進行簡化，把多個相互關聯的指標化簡成少數幾個相互獨立的綜合指標，而且，這些綜合指標最大程度地保留了原來數據的信息。一個變量的信息量常用其方差表示，全部變量的方差總和就是多元數據的信息總量。用最簡單的統計語言描述基本原理就是，首先尋找變量的線性組合中最大方差的那一個，稱為第一主成分;接著，在剩余信息中尋找方差最大的、并且與第一主成分獨立的變量線性組合，稱為第二主成分;如此反復，直到剩余信息等于零為止。可以使用協方差矩陣或者相關系數矩陣計算主成分，這兩種計算方法獲得的結果并不相同。使用協方差矩陣意味著變量的信息量大小完全取決于其方差大小，而且，當變量量綱不同時，產生分析結果不易解釋問題;使用相關系數矩陣則意味著不同變量的信息量相同，并且消除了量綱不同的干擾。主成分的主要用途如下:作為一種化簡即所謂降維技術，構造綜合指標;在二維或者三維空間中實現多元數據的可視化;作為其它多元統計分析的數據源，例如主成分回歸、主成分聚類、主成分判別等。

三、案例研究

1.山東省概況

山東省位于中國東部沿海，地處黃河下游，介于東經114°36'—122°43'，北緯 34°25'—38°23'之間，省會城市濟南市。轄濟南、青島、淄博、棗莊、東營、煙臺、濰坊、濟寧、泰安、威海、日照、萊蕪、臨沂、德州、聊城、濱州、菏澤17個地級市。

2、數據的搜集與整理

本文采用的數據主要來源于山東省2013年土地利用現狀圖、2013年統計年鑒。采用表1－2所選取的評價指標，對山東省17地市進行土地城市化評價，其數據如表3－1

表3－1

在主成分分析法中，計算結果受變量的計量尺度影響較大，比如在本案例中，土地利用綜合指數的較大數量級會帶來較大的方差，而其他因素的方差較小。其次，為消除計量數量級帶來的影響，更客觀說明主成分的內涵，就必須要對原始數據進行標準化處理。為此，筆者采取Z－Score法對數據進行無量綱處理。Z－Score標注計算公式［3］

(xj為x平均數Sj為x方差

各指標標準化后數據如表3－2

?

將標準化后的數據進行SPSS1分析，將數據導入spss系統后，選擇因子分析對數據進行處理。具體操作步驟為:將指標X1設置為變量1，指標X2設置為變量2，以此類推產生變量3、4;選取分析變量，在提取對話框中將方法改為主成分分析法。輸出結果如表3－3

表3－3

由表3－3可知，第一主成分的特征根植為3.885，方差貢獻率為99.117，因此僅采用主成分析1來對山東17地市的城市化進行衡量。

?

由表的 y=0.62x1+0.39x2－1.61x3+0.6x4

X1、X2、X3、X4分別為標準化后變量1、2、3、4的數據，具體計算結果如表3－5

表3－5

?

表3－5表明了山東省17地市的土地城市化水平評值，通過這些對這些值進行排序，可以對山東省的17地市的土地城市化做一個初步評價。青島市的土地城市化0.921589579，為所有評價值中最大的，因此土地城市化水平最高，反之菏澤市土地城市化水平只有－0.889484555，為區域內最低，表明其土地城市化水平為全省最低。另外，表中數據有正有負，負值并不代表對象城市的土地城市化為負，這表示該市處于山東省土地城市化平均水平以下。

四、原因探究

通過對表3－5的分析，土地城市化相對較高的市有青島、濰坊、煙臺、濟南、淄博等地，土地城市化水平相對較低的城市有濟寧、菏澤、聊城、萊蕪等。通過前邊結論可以看出，土地城市化水平相對較高的地方，具有明顯的區位和交通優勢。這與山東省的總體經濟狀況基本上相吻合，目前山東省經濟呈現出一體兩翼的經濟格局［4］， “一體”，是指以青島為龍頭，以青島、濟南兩大中心城市為支撐，主要由半島城市群和省會城市群經濟圈兩大板塊組成的區域。它以膠濟鐵路和兩條濟青高速公路為軸線，“一體”是引領和帶動山東發展的主要發動機和增長極;“兩翼”分別指北臨渤海灣的黃河三角洲和南接蘇豫皖的魯南經濟帶，相較于前者有較大差異。山東省作為中國東部的經濟大省，近些年來經濟總量實現了跨越式發展，然而，伴隨著經濟綜合實力的顯著提升，區域經濟發展的不平衡性愈加明顯，區域經濟差異在不斷擴大，城市化水平也有所差異。

［1］謝文慧，鄧衛:《城市經濟學》，28頁，北京，清華大學出版社，2006

［2］張鳳榮，王靜，陳百明，等.土地持續利用評價指標體系與方法［M］.北京:中國農業出版社，2003

［3］呂萍，周濤等:《土地城市化與價格機制研究》，23頁，北京，中國人民大學出版社，2008

［4］徐瑞華，杜德斌，《山東區域經濟差異及發展對策研究》，35頁，山東經濟，2009