基于主成分分析法的成都市生態城市建設綜合評價模型

曹西娟 申停波 謝祥俊

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

摘 要：生態城市建設是人類文明進步的標志，是未來城市發展的新趨勢。該文運用綜合評價的思想以及主成分分析的方法，構建了四川省成都市生態建設綜合評價指標體系，分別從經濟、自然和社會3個主要方面研究了成都2007—2014年的生態城市建設狀況并做了相應的分析，通過R語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建設趨于穩定上升狀態。

關鍵詞：生態城市建設 主成分分析 SPSS軟件 R語言

中圖分類號：X82 文獻標識碼：A 文章編號：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

黨的十八大報告把生態文明建設納入“五位一體”總體戰略部署，明確提出了建設“美麗中國”的戰略目標，生態建設在社會主義偉大事業建設的意義和重要性更加突出[1]。由于成都市生態城市建設評價指標繁多、復雜，所以文章采用主成分分析法對成都市生態自然、經濟、社會進行綜合評價，能夠反映個性指標對生態城市建設的突出影響。

1 研究區范圍和數據來源

文章主要研究的是四川省成都市的生態城市建設狀況。選取成都市2007—2014年的數據進行綜合分析，原始數據均來自《成都市統計年鑒》《綜合月報》《統計公報》《新聞發布》《四川省統計年鑒》《國家統計年鑒》、城市環境質量報告書以及查閱相關的調研數據等資料，在搜集數據過程中，遇到了個別指標數據缺失的情況，采用了均值填補、回歸填補、抽樣填補的方法來估計數值，使其盡可能精確。

2 建立生態城市綜合評價指標體系

建立生態城市綜合評價指標體系能夠揭示生態城市發展過程的經濟、社會及生態環境各環節中的主要矛盾，闡明生態城市健康發展與社會、自然、經濟環境的相互關系等，從而為人類城市可持續發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資料，將生態城市這一復雜系統視為自然、社會、經濟3個子系統，建立相應的指標體系。文章遵循系統性與科學性原則、主成分與獨立性原則[3]、定性與定量相結合的原則，從經濟、自然和社會3個方面，把成都生態城市建設評價指標分為3個系統，每個系統又包涵了幾個二級指標，構建了成都生態城市建設的指標體系（見表1）。

3 基于主成分分析法建立評價模型

主成分分析（PCA）是將多指標化為少數幾個綜合指標的一種統計分析方法，是由Pearson（1901年）提出，后來被Hotelling（1933年）發展起來的，通過降維技術把多個變量化為少數幾個主成分。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筆者選取的3個一級指標所對應的二級指標進行降維，得到若干主成分變量，最終將其歸為一個綜合的評價指標，即生態城市建設綜合評價。

由于評價指標比較多，在這里對自然系統、經濟系統和社會的數據分別進行處理。用SPSS 19.0軟件對數據進行主成分分析。

（1）用Z-score法對原始數據進行標準化，消除變量間在數量級和量綱上的不同，公式如下：

4 綜合評價模型求解及分析

通過SPSS 19.0軟件進行主成分分析，運行結果如表2所示。

4.1 生態自然一級指標綜合評價

從表2可以看出：第一主成分與市區污水處理率、天然氣供氣量、集中式飲用水源地質水達標率、園林綠地面積、年末市轄區建成面積、城市氣化率等指標的相關程度都達到了80%以上，幾乎涵蓋了所有生態自然的二級指標，第一主成分就代表了59.401%的信息；第二主成分與城區區域環境噪聲平均值相關性很高，主要代表了噪聲環境質量，在以后的生態城市建設中，應加大力度減少噪聲污染；第三主成分與水利環境公共設施管理業完成增長率相關程度很高，可將其視為水利環境因子。第一、二、三主成分代表了88.326%的信息，可以說基本表征了生態自然全部的指標，所以可以用提取的成分進行成都市2007—2014年生態自然的綜合分析。

用3個主成分的方差貢獻率為權，計算生態自然的綜合評價函數為：

××

4.2 生態經濟一級指標綜合評價

從表3可以看出：與第一主成分相關程度較高的指標按照相關程度由高到低分別為城市居民人均可支配收入、人均GDP、農民人均純收入、高新技術產業開發區收入、地區生產總值、GDP增長率、第三產業占GDP比重、進出口增長率、工業企業產品產銷率等指標，且相關程度達到73%以上，涵蓋的信息達到了73.182%，反映了經濟發展的整體水平。第二主成分與居民消費價格指數相關程度很高，反映了居民的消費水平。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年生態經濟的綜合分析。

用2個主成分的方差貢獻率為權，計算生態經濟的綜合評價函數為：

×

4.3 生態社會一級指標綜合評價

從表4可以看出：第一主成分與萬人發生交通事故數、人口密度、專利授權數、每萬人高等學校在校大學生數、農業產業化經營帶動面、每萬人擁有醫生數、社會保障和就業率、人均生活用水量等指標相關性在85%以上，代表了66.787%的信息，反映了生態社會整體發展水平，所以優化這些指標將會給成都市的生態社會發展提供有力保障；第一、二、三主成分代表了93.641%的信息，可以說基本代表了生態社會全部的指標，所以可以用提取的成分進行成都市2007— 2014年生態社會的綜合分析。

用3個主成分的方差貢獻率為權，計算生態社會的綜合評價函數為：

××

4.4 成都市生態城市建設發展水平的綜合評價與分析

根據生態自然、經濟、社會綜合評價函數以及（3）式生態城市建設的綜合得分得到表5。

為了更形象直觀地看到成都市2007—2014年生態自然、經濟、社會三方面的發展狀況，筆者運用R語言繪制了臉譜圖，能夠生動、直觀、非常形象地表達指標之間的差異，但臉譜圖在現實生活中并未得到廣泛應用，在文中最終的衡量指標很少，恰恰克服了臉譜圖不能描述多樣本的缺點。1973年，ChernooffH[4]提出了將每個指標（文章中是指自然、經濟和社會3個指標）用人的臉的某一部位的形狀或大小來表達，直觀地展示了成都市綜合發展狀況。臉各部位代表的意義如表6所示。

表6 臉譜部位示意

生態自然 臉，嘴，眼的高度；頭發，鼻子的寬度

生態經濟 臉，嘴，眼，耳朵的寬度；發型

生態社會 頭發，嘴，耳朵的高度；臉的結構；微笑程度

成都市2007年至2014年的生態指標得分從臉譜圖（見圖1）可以看出：成都市2007—2014年生態自然、經濟、社會三方面的建設呈現逐年良性發展模式。每個部位所代表的衡量指標隨著年份的變化也在發生改變，并且各方面都在逐年增長，各個一級指標的增長對成都生態建設的整體發展水平都很有利。

繪制折線圖來反映成都市2007—2014年生態城市建設綜合發展水平，綜合得分越高，說明城市生態建設水平越好。由圖2可以看出，成都生態城市建設綜合得分呈現逐年穩步上升的趨勢。但就成都市2007—2014年綜合得分可以看出，在2011年以前，雖然得分為負數，但這并不代表成都生態建設發展不好，正負僅僅代表的是一種位置關系而已。2007年，成都市在全省率先啟動了國家生態城市建設工作，通過各項任務扎實推進生態城市建設。在全市的不懈努力下，成都市生態建設得到明顯提升，隨后2008年發生了汶川地震，但對成都并沒有帶來什么大的影響。隨著各項指標的發展，成都市的生態建設進入了緩慢增長階段，2010—2014年穩定上升，2012—2014年全市對各環境污染進行了及時有效的處理，辦結率100%，生態環境質量總體穩定，2012年全市人均地區生產總值達到57 624元，經濟增速比全國副省級城市平均增幅領先2.5個百分點，經濟總量在副省級城市中排名第3位，以及后期對成都生態建設采取的相關措施都有利于其穩定發展。

5 結語

成都市生態城市建設評價是一個相當復雜的系統，單一指標并不能代表成都市的生態建設情況，該文章從多指標出發，遵循一定的原則，綜合自然、經濟、社會3個一級指標來衡量成都的生態發展水平，選取能充分代表各個二級指標的量來作為主成分，計算出綜合得分。結果顯示，選取的二級評價指標能夠反映成都市生態城市建設水平。

參考文獻

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