基于模糊綜合評價的淮海經濟區城市宜居性研究

陳煜， 袁訓鋒

(商洛學院 1. 數學與計算機應用學院； 2. 電子信息與電氣工程學院， 商洛 726000)

基于模糊綜合評價的淮海經濟區城市宜居性研究

陳煜1， 袁訓鋒2

(商洛學院 1. 數學與計算機應用學院； 2. 電子信息與電氣工程學院， 商洛 726000)

城市宜居性是現代化城市建設的重要評價指標。基于“宜居城市科學評價標準”，采用模糊綜合評價和主成分分析法，從經濟、環境、社會、資源、安全、生活6項一級指標對淮海經濟區城市的宜居性進行評價。研究表明：徐州、連云港、宿遷是淮海經濟區城市中較宜居的三大城市，城鎮居民人均可支配收入、空氣質量、人均可用淡水資源總量、人為災害發生率是影響城市宜居性排名的主要因素。淮海經濟區宜居城市建設應以經濟建設為基點，注重資源承載能力，增加生態環境保護投入，加強城市安全建設，滿足居民衣食住行的基礎上安居樂業。

城市宜居性； 模糊綜合評價； 主成分分析； 淮海經濟區

0 引言

隨著社會發展和人民生活水平的提高，城市應在物質豐足、生活便利的基礎上，能夠寄托自己的夢想與希望。為滿足人民多層次、多方面的精神文化需求，建設社會文明、綠色經濟的全面小康社會，2005年國務院首次提出建設 “宜居城市”，從此城市宜居性成為現代化城市建設的重要評價指標。

宜居城市排名結果隨著宜居城市評價指標體系不同而發生變化。國內外學者對宜居城市的評價指標體系進行了廣泛深入的研究，獲得系列豐碩成果。胡伏湘[1]、趙世強[2]在對比依據城市評價方法的基礎上，總結出城市宜居性評價指標體系的設計原則，設計了城市宜居性評價指標體系。張春梅[3]利用SPSS軟件對遼寧省14個城市的宜居環境進行評價和排序，指出經濟發展水平、生態環境是宜居城市評價體系中的重要指標。王丹丹[4]、張孝存[5]采用層次分析法分別對漢中和商洛城市宜居性進行了評價。韓驥[6]以上海市為例，采用指數平滑法和Logistic增長模型預測未來30年宜居性情景，為全球城市宜居性建設提供參考。

基于“宜居城市科學評價標準”，采用模糊綜合評價和主成分分析法，從經濟、環境、社會、資源、安全、生活6項一級指標對淮海經濟區城市的宜居性進行評價，給出城市的宜居性排名，分析了影響宜居的主要二級指標因素。

1 宜居城市的評價指標

依據中國建設部科技司評審驗收并發布的《宜居城市科學評價標準》指出城市宜居性評價標準，結合已有宜居城市指標體系的研究，選取經濟富裕度、環境優美度、社會文明度、資源承載度、公共安全度、生活便宜度6個一級指標體系下權重大且可量化的人均GDP(元)等12個二級指標，如表1所示。

表1 “宜居城市”體系指標

人均GDP，是把握國家或地區的宏觀經濟運行狀況的有效工具，也是衡量城市宏觀經濟發展狀況的重要指標；第三產業在城市相對集中，如果城市的第三產業發達，就能夠創造更多就業的機會，從而推動該地區的經濟增長，第三產業就業人口占就業總人口的比重反映著該地區的經濟發展狀況；城鎮居民可支配收入體現居民的富裕度，反映居民的幸福指數， 選擇人均GDP、第三產業就業人口占就業總人口的比重、城鎮居民人均可支配收入作為城市經濟富裕度的二級指標。人均公共綠地面積與空氣質量大于或等于二級標準的天數，是衡量一個地區環境的基本標準，以此作為城市環境優美度的二級指標。社會保險是人民生命財產安全的保障，人民的防患于未然意識體現著社會的進步；公民素質越高，刑事案件就會相對減少，選擇社會保險覆蓋率、刑事案件立案率作為社會文明程度的二級指標。水是生命之源，無論是人還是動植物都離不開水，而地球上可供人民安全使用的只有淡水，一個城市的人均可用淡水資源總量反映著該地區的資源承載力，以此作為資源承載力的二級指標。生命是生活的前提，人為災害發生率和自然災害發生率反應一個地區的公共安全度，選擇以上2個指標作為公共安全度的二級指標。交通是人們生活的基本需求，人均城市道路面積是反映城市建成區城市道路擁有量的重要經濟指標，體現著地區交通便宜狀況，城市燃氣普及率是惠及民生的基礎設施，選擇人均城市道路交通面積及城市燃氣普及率作為生活便宜度的二級指標。

2 宜居城市的評價模型

模糊綜合評價[7-8]是根據模糊數學的隸屬度理論把定性評價轉化為定量評價。在運用12個二級指標研究城市宜居性時，選用以向量組的形式體現結果且系統性強的模糊綜合評價方法進行評價，能夠有效解決模糊的、難以量化的城市宜居性問題。

(1) 建立各級指標層

將一級指標劃分為U={U1,U2,U3,U4,U5,U6}，根據一級指標下所選的二級指標對Ui再做劃分：U1={X1,X2,X3}U2={X4,X5},U3={X6,X7},U4={X8},U5={X9,X10}U6={X11,X12}

(2) 建立權重集

對每一級的評判，各個指標都有相對應的重要性，對其賦予相應的權重，得到權重集W={W1,W2,W3,W4,W5,W6}，W1={w11,w12,w13}，W2={w21,w22}，W3={w31,w32}，W4={w41}，W5={w51,w52}，W6={w61,w62} 其中各權重集和為1。

(3) 建立城市集

V-{1、2、3、4、5、6、7、8}分別代表淮海經濟區中的宿遷、連云港、宿州、商丘、濟寧、棗莊、徐州、淮北。

(4) 建立隸屬函數計算單因素評價矩陣

隸屬函數的確定方法很多，通常采用線性方法建立隸屬函數。根據所選的二級指標數據分布特征建立三角形隸屬函數，求解單因素評價矩陣R。

(5) 建立計算綜合評判值函數，如式(1)。

B=WR

(1)

對二級指標進行模糊綜合評判的評判模型選擇加權平均模型，如式(2)。

(2)

加權平均模型不僅考慮了所有因素的影響，而且還保留了單因素評價的全部信息。

(6) 計算最終評判結果向量組

先計算二級指標的評判結果向量組， 如式(3)。

Bi=Wi·Ri

(3)

得到單因素評價矩陣， 如式(4)。

R=(R1R2R3R4R5R6)T

(4)

根據公式(1)得到評判結果向量組，根據向量組中值的大小排序即為城市的宜居性排序。

3 淮海經濟區城市宜居性的綜合評價

3.1 淮海經濟區城市宜居性數據來源

為了對淮海經濟區城市宿遷、宿州、連云港、商丘、濟寧、棗莊、淮北、徐州的宜居性進行分析，通過查閱相關省2016年統計年鑒及統計網站獲得城市二級指標數據，如表2所示。

3.1 宜居城市綜合評估排名

(1) 求解權重向量

采用文獻[9]中的方法，機那里評價準則值，如表3所示。

將表3中的各級指標進行對比重要度，構造判斷矩陣。利用MATLAB中的[V,D]= eig(x)，分別求得各個判斷矩陣的特征值、特征向量。根據公式求解近似權向量，如式(5)、(6)、(7)。

(5)

(6)

表2 淮海經濟區內8個城市的主要指標數據情況

表3 評價準則值

(7)

一級指標權重結果如式(8)。

W=(0.14 0.31 0.08 0.08 0.08 0.31)

(8)

二級指標權重如式(9)。

W1=(0.30 0.17 0.53)W2=(0.2 0.8)

W3=(0.3 0.7)W4=(1)

W5=(0.3 0.7)W6=(0.34 0.66)

(9)

(2) 基于因子數據分布特征、參考相關文獻，建立三角分布函數，求解單因素評價值，如表4所示。

表4 根據隸屬度函數得到8個城市的單因素評價值

(3) 模糊綜合評判

根據式(3)求得二級指標評判向量式(10)。

B1=(0.34 0.36 0.38 0.25 0.72 0.33 0.89 0.40)

B2=(0.80 0.82 0.59 0.30 0.37 0.02 0.69 0.19)

B3=(0.46 0.29 0.48 0.82 0.38 0.56 0.29 0.38)

B4=(0.75 0.50 1.00 0.10 0.14 0.50 0.44 0.48)

B5=(0.68 0.59 0.87 0.46 0.35 0.21 0.33 0.79)

B6=(0.55 0.74 0.59 0.71 0.26 0.01 0.92 0.62)

(10)

從二級指標評判向量可以看出，在經濟富裕度指標上，徐州為0.89最高占據優勢，是由于徐州人均GDP收入、第三產業人口比重、居民可支配收入較高，而商丘3個二級指標均較低導致此項一級指標為0.33最低；在環境優美度指標上，連云港屬于沿海城市空氣質量最好且人均綠地面積充足為0.82最高，而棗莊空氣質量差且人均綠地面積不充足僅為0.02最低；在資源承載度指標上，宿州人均淡水資源充裕，商丘人均淡水資源較缺乏；在公共安全度指標上，商丘自然災害發生率低，棗莊人為災害發生率低。

根據公式(1)(4)得一級指標評判向量式(11)。

B=(0.62 0.64 0.61 0.46 0.36 0.16 0.71 0.44)

(11)

從式(11)可以得到淮海經濟區8個城市宜居性排名為：徐州、連云港、宿遷、宿州、商丘、淮北、濟寧、棗莊。

3.2 影響城市宜居性排名的主要指標

3.2.1 主成分分析法

(1) 數據標準化并計算相關系數矩陣R

由于選取指標數據的量綱不同，使用MATLAB中的函數:x=zxcore(x)對指標進行標準化，消除變量的量綱影響。

計算原變量xi和xj之間的相關系數rij(i,j=1,2…p)，求得相關系數及矩陣R為式(12)、(13)。

(12)

(13)

(2) 計算主成分貢獻率并累計其貢獻率

主成分zi貢獻率為式(14)。

(14)

累計貢獻率為式(15)。

(15)

選取累計貢獻率達85%-95%的特征值所對應的主成分。

(3) 計算其主成分載荷，如式(16)。

(16)

得到各主成分的載荷矩陣A=(aij)

(4) 主成分載荷的歸一化處理，如式(17)。

(17)

歸一化得到式(18)。

(18)

(5) 得到主成分表達式式(19)。

(19)

3.2.2 數據分析結果

基于主成分分析法算法步驟編寫MATLAB程序計算各主成分表達式系數，得到宜居城市排名的第一、二、三、四主成分表達式分別為式(20)。

F1=0.185 8X1+0.255 9X2+0.001 8X3+0.019 5X4+0.446 8X5+0.416 5X6-0.394 1X7+0.103 6X8+0.390 8X9-0.050 4X10+0.390 3X11+0.219 4X12

F2=-0.436 5X1-0.374 9X2-0.267 9X3-0.377 3X4+0.152 1X5+0.113 1X6+0.101 5X7+0.357 4X8+0.161 3X9+0.490 0X10+0.020 6X11+

0.119 8X12

F3=-0.190 4X1+0.002 9X2+0.581 6X3+0.414 1X4+0.046 5X5-0.251 6X6-0.064 5X7+0.113 7X8+0.142 0X9+0.286 5X10-0.188 4X11+

0.483 3X12

F4=0.209 6X1+0.253 2X2-0.026 8X3+0.110 5X4+0.009 9X5-0.136 9X6-0.326 1X7+0.680 0X8-0.271 1X9+0.231 1X10-0.170 8X11-0.400 6X12

從上述4個主成分表達式中可看出X5，X10，X3，X8系數最大。二級指標X3，X5，X8，X10是影響宜居城市排名的主要指標，即城鎮居民人均可支配收入、空氣質量、人均可用淡水資源總量、人為災害發生率。淮海經濟區位于江蘇、河南、山東、安徽四省邊緣地區，需要實施區域的一體化和協調發展。在宜居城市建設應以經濟建設為基點，注重資源承載能力，增加生態環境保護投入，加強城市安全建設，滿足居民衣食住行的基礎上安居樂業。

4 總結

基于“宜居城市科學評價標準”，采用模糊綜合評價和主成分分析法，從經濟、環境、社會、資源、安全、生活6項一級指標對其淮海經濟區城市的宜居性進行評價。結果表明，徐州、連云港、宿遷是淮海經濟區城市中較宜居的三大城市，而淮北、濟寧、棗莊排名靠后。宜居城市評價二級指標體系中，城鎮居民人均可支配收入、空氣質量、人均可用淡水資源總量、人為災害發生率是影響城市宜居性排名的主要因素。淮海經濟區宜居城市建設應以經濟建設為基點，注重資源承載能力，增加生態環境保護投入，加強城市安全建設，滿足居民衣食住行的基礎上安居樂業。

[1] 胡伏湘, 胡希軍. 城市宜居性評價指標體系構建[J].生態經濟,2014,30(8):42-44.

[2] 趙世強, 劉晨星. 宜居城市評價指標體系研究與重構[J].價值工程,2016(21):14-17.

[3] 張春梅, 趙東霞. 基于主成分分析的遼寧省宜居城市評價研究[J].生產力研究,2016(1):64-67.

[4] 王丹丹, 邢海虹. 基于滿意度的漢中城市宜居性評價[J].改革與開放,2016(18):73-76.

[5] 張孝存. 基于層次分析法的商洛市城市宜居性滿意度評價[J].微型電腦應用,2016,32(11):26-29.

[6] 韓驥, 袁坤, 黃魯霞, 孟醒. 全球城市宜居性評價及發展趨勢—以上海市為例[J].華東師范大學學報, 2017(1):80-89.

[7] 王汝發.基于模糊分析“宜居城市”評估模型[J] 湖南城市學院學報(自然科學版),2008, 17(3):35-37.

[8] 劉文斌.模糊綜合評價的系統研究與實現[D].石家莊：河北工業大學, 2003:10-13.

[9] 趙靜，但琦. 數學建模與數學實驗[M]. 北京：高等教育出版社，2014:261-281.

ResearchonCityLivabilityinHuaihaiEconomicZoneBasedontheFuzzySyntheticEvaluation

Chen Yu1, Yuan Xunfeng2

(1. School of Mathematics and Computer Application; 2. School of Electronic Information and Electrical Engineering, Shangluo University, Shangluo 726000, China)

City livability is an important evaluation index for the construction of modern cities. Based on "livable city science evaluation standard", using fuzzy comprehensive evaluation and principal component analysis method, the livability of the Huaihai economic zone cities is evaluated from six first-grade indexes i.e., economy, environment, society, resources, security, life. The study shows that Xuzhou, Lianyungang, Suqian are three more livable major cities in Huaihai economic zone, the capita disposable income of every people, air quality, the total available water resources of eveng people, incidence of man-made disasters are the main factors influencing the city livability rankings. Huaihai economic zone livable city construction should be taking economic construction as the basis, pay attention to the resource carrying capacity, increase ecological environmental protection investment, strengthen the construction of city security, seek to live and work in peace and contentment based on satisfying the residents to eat and live.

City livability; Fuzzy synthetic evaluation; Principal component analysis; Huaihai economic zone

1007-757X(2017)12-0025-04

陜西省教育學學會項目(SJHYBKT2016204)；商洛學院教育教學改革項目(16jyjx106)。

陳煜(1995-)，女，陜西西安人，本科生，研究方向：應用數學。

袁訓鋒(1984-)，男，湖北神農架人，副教授，博士，研究方向：物理課程教學改革與實踐。

TP391

A

2017.08.05)