基于主成分分析的大同市城市空間形態特征

張 羽，桑子俞

（山西師范大學 地理科學學院，山西 臨汾 041000）

0 引言

在我國迅猛的城市化發展過程中，許多城市經過多番擴建，目前已形成較為穩定的空間布局形態。現已建成的城市空間是城市經過不斷開發與發展所形成的城市基礎結構，由于發展歷史、自然條件等的不同，每一個城市都會形成其獨特的城市空間形態，這一基礎結構作為城市產業發展“植根性”的一部分，是城市制定經濟發展政策、經濟轉型策略所必須要考慮的[1-3]。

目前國內城市空間形態研究的文章有基于空間句法理論的城市空間形態分析研究［4-5］，有基于三維計盒法的城市空間形態分維計算與分析［6-7］；有文章將城市交通與城市網絡結合起來進行城市空間形態的分析研究［8-12］，同時還有文章以產業結構升級優化為背景，將旅游業與城市空間形態的演化發展結合起來對城市空間形態特征、演化趨勢以及影響機制進行綜合分析［13-15］；就影響機制的研究，尚正永等以江蘇省淮安市為例對專門對城市空間形態演變的土地市場機制進行研究［16］，杜曌等以宜都市為例分析了自然地理條件對城市空間形態的影響研究［17］；就典型研究區，陳小斐等研究了武漢城市空間形態演變與標志性城市文化景觀的形成［18］，徐銀鳳等、龔富華等對蘇州市城市空間形態演化及其影響機制進行了分析研究［19-20］，陸小波等對中型平原水網城市空間形態特征進行了研究［21］。

長期以來，大同市作為一個煤炭資源型城市為國家經濟建設做出巨大貢獻的同時，也形成了如今產業結構單一的經濟格局。目前這種格局已經嚴重制約了大同市經濟的快速發展，而且隨著煤炭資源的枯竭，大同市經濟發展的形勢愈加嚴峻。為避免“礦竭城衰”的現象發生，加快大同市經濟轉型已經成為大同市經濟社會發展的重中之重，而要指導大同市經濟社會轉型，首先需要明確其以經濟社會發展速度為基礎的城市空間形態特征，才能有的放矢，找到與經濟發展速度相對應的、較為合適的發展方式，以保證大同市經濟轉型平穩順利。本文以典型資源密集型發展城市大同為研究區，以經濟社會發展速度為判斷基礎，探究大同市城市空間形態特征。

1 研究區概況與數據來源

1.1 研究區概況

表1 大同市經濟社會發展速度指標體系

表2 特征值及主成分貢獻率

大同市位于山西省北部，地處大同盆地中心、晉冀蒙邊緣，為整個山西的屏障以及晉北的門戶，扼晉冀蒙的咽喉要道，是中國晉冀蒙交界地區中心城市之一、重要的綜合能源基地。大同市是中國最大的煤炭能源基地之一，國家重化工能源基地，神府、準格爾新能源區與京津唐發達工業區的中點。全境總面積為14 176 平方千米，總人口333.97 萬人（2017 年），全市GDP 為11 21.80 億元（2017 年）。包括城區、礦區、南郊區、新榮區、陽高縣、天鎮縣、廣靈縣、靈丘縣、渾源縣、左云縣、大同縣共四區七縣，大同市4 個區以及左云縣位于大同盆地附近，其他5 個縣大多位于山地丘陵區。

1.2 數據來源

大同市在2018 年重新進行了行政區劃，但其2019 年經濟社會發展各項指標數據暫未公布，因而無法計算新行政區劃下各區縣2018 年的經濟社會發展速度，同時其原有行政區劃下的城市空間基礎結構依舊存在，且持續影響著大同的經濟社會發展，故本文以大同市原有行政區劃下的四區七縣共11 個區域單元為主要研究對象，使用大同市2017 年經濟社會發展各指標數據，借鑒范宣麗等構建的區域經濟社會發展評價指標體系［22］，以經濟社會發展速度為目標層；以經濟發展、結構優化、社會建設為準則層；同時設置具體指標層，構建大同市各區域單元經濟社會發展速度評價指標體系（見表1），采用主成分分析法與聚類分析法進行分析。數據來自《山西省統計年鑒2018》《山西省統計年鑒2017》。

2 研究方法

2.1 多變量降維處理

主成分分析法是一種通過降維，用相對少的新的變量表示原來的相對多的變量，并且可以盡量多的反應原來變量所反應的信息的地理學經典統計分析方法［23］。其具體步驟為：

1）通過計算各指標具體增長率數值對原始數據標進行準化處理；

2）計算相關系數矩陣；

3）計算各成分的特征值、貢獻率以及累計貢獻率（見表2）以確定主成分；

根據主成分累積貢獻率達到85%為宜的原則，選取前4 個主成分；

1）計算特征向量與主成分載荷；

2）計算各區縣經濟社會發展速度綜合得分F（F=F1+F2+F3+F4），并進行排名（見表3）。

表3 大同市4 區7 縣經濟社會發展速度綜合得分

2.2 多要素事物分類

聚類分析的基本原理是根據樣本自身的屬性，用數學方法按照某種相似性或差異性指標定量地確定樣本之間的親疏關系，并按這種親疏關系程度進行對樣本進行聚類［24］，本文采用最短距離聚類法。

以各區縣的經濟社會發展速度綜合得分為依據，在SPSS21.0 中對大同市11 個區域單元進行聚類分析。當選取5 為聚類標準時，大同市11 個區域單元按照綜合得分高低可分為四類。以經濟社會發展速度為基礎，將四類區域單元依次命名為：高速發展區（左云縣）；中高速發展區（大同縣、新榮區、廣靈縣）；中速發展區（靈丘縣、天鎮縣、渾源縣、城區、陽高縣、礦區）以及低速發展區（南郊區）。具體分布情況見圖1 。

圖1 大同市四類發展區分布圖

3 基于主成分分析的大同市城市空間形態特征

3.1 城市空間形態扁平化特征明顯

以經濟社會發展速度為依據，四區七縣中高速發展區只有左云縣1 個，低速發展區只有南郊區1個，其余9 個區域單元均位于中高速發展區與中速發展區之列，城市空間的扁平化特征明顯。南郊區2017 年經濟社會發展水平居全市前列，經濟增長或已進入瓶頸，故而增速緩慢；左云縣是大同市內唯一地處大同盆地的縣，加之近年來積極進行產業結構調整，整個縣正在加速發展。大同市四區七縣中，高速發展區數量過少，大同市目前的經濟社會發展過程中起示范帶動作用的增長極數量不足，大同市尚處于區域發展的極核式增長初級階段。

3.2 中高速發展區與中速發展區呈團塊狀集聚分布

屬于中高速發展區的大同縣、新榮區、廣靈縣與屬于中速發展區的靈丘縣、天鎮縣、渾源縣、陽高縣7 個縣區以大同縣為中心形成一個團塊狀集聚區，成為經濟社會發展的潛力地區。在這一地區中，大同縣在地理位置上處于中心，且臨近各區，若考慮到產業發展的距離成本，各區在產業結構優化過程中更易將夕陽產業轉移到大同縣，使得大同縣能比其他中高速發展區獲得更多地發展機會，其經濟社會發展速度相應較快；新榮區是發展速度最快的區，這與其積極進行經濟轉型是分不開的；靈丘縣與天鎮縣位于山西、河北交界地帶，能夠獲得更多的外部機會，對加快經濟社會發展具有一定的積極作用。

3.3 形成了經濟社會發展速度西-東向遞減帶

大同市11 個區域單元由西向東經濟社會發展速度逐漸降低，最西為高速發展區的左云縣；向東依次為中高速發展區的大同縣、新榮區與廣靈縣；中速發展區靈丘縣、天鎮縣、渾源縣、城區、陽高縣、礦區。低速發展的南郊區較為特殊，位于高速發展區與中高速發展區之間。在這一西-東向遞減帶上，煤炭資源的儲量與品質由西向東逐漸降低，同時交通的通達性與路網密度也由西向東逐漸降低，在資源的豐富程度以及交通的便利性的差異基礎上形成了大同市經濟社會發展速度的西-東向遞減帶。

4 結論與小結

4.1 結論

在主成分分析與聚類分析的基礎上對大同市2017 年經濟社會發展速度進行綜合打分與區域分類，在此基礎上分析得出大同市城市空間特征主要表現為：首先是城市空間形態扁平化特征明顯，突出體現在高速發展區只有左云縣一個，低速發展區只有南郊區一個，其余區域單元均為中速與中高速發展區而中高速與中速發展區；其次是中高速發展區與中速發展區呈團塊狀集聚分布，這一團塊塊狀區域成為大同市經濟社會發展的一個潛力地區；最后是形成了經濟社會發展速度大致西-東向遞減帶。這一經濟社會發展速度遞減帶形成的基礎主要是由資源與區位優勢所決定的。總體來說，基于經濟社會發展速度，處于大同市東部的高速發展區左云縣與低俗發展區南郊區形成了經濟社會增長的2 個極端地區，大同市大部分地區的經濟社會發展潛力較大，對于大同市整體經濟社會發展是一個向好的趨勢。

4.2 小結

大同市四區七縣中，南郊區屬于經濟社會發展低速區，其經濟體量大，經濟發展或已進入瓶頸期，此種情況下，應積極采取措施抓住發展機遇進行經濟結構的升級優化，緊跟國家經濟發展走向，從“高速發展”轉向“提質增效發展”。由中高速發展區與中速發展區集聚而成的團塊狀潛力地區涉及的區域單元個數多、面積廣，在區域協調發展的大目標下，應作為政府的重點扶持對象。