基于主成分分析法的成都市生态城市建设综合评价模型

DOI：10.16660/ki.1674-098X.2016.22.071

摘 要：生态城市建设是人类文明进步的标志，是未来城市发展的新趋势。该文运用综合评价的思想以及主成分分析的方法，构建了四川省成都市生态建设综合评价指标体系，分别从经济、自然和社会3个主要方面研究了成都2007―2014年的生态城市建设状况并做了相应的分析，通过R语言绘制的脸谱图以及EXCEL绘制的折线图，形象直观地表明成都市的生态建设趋于稳定上升状态。

关键词：生态城市建设 主成分分析 SPSS软件 R语言

中图分类号：X82 文献标识码：A 文章编号：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

党的十报告把生态文明建设纳入“五位一体”总体战略部署，明确提出了建设“美丽中国”的战略目标，生态建设在社会主义伟大事业建设的意义和重要性更加突出[1]。由于成都市生态城市建设评价指标繁多、复杂，所以文章采用主成分分析法对成都市生态自然、经济、社会进行综合评价，能够反映个性指标对生态城市建设的突出影响。

1 研究区范围和数据来源

文章主要研究的是四川省成都市的生态城市建设状况。选取成都市2007―2014年的数据进行综合分析，原始数据均来自《成都市统计年鉴》《综合月报》《统计公报》《新闻》《四川省统计年鉴》《国家统计年鉴》、城市环境质量报告书以及查阅相关的调研数据等资料，在搜集数据过程中，遇到了个别指标数据缺失的情况，采用了均值填补、回归填补、抽样填补的方法来估计数值，使其尽可能精确。

2 建立生态城市综合评价指标体系

建立生态城市综合评价指标体系能够揭示生态城市发展过程的经济、社会及生态环境各环节中的主要矛盾，阐明生态城市健康发展与社会、自然、经济环境的相互关系等，从而为人类城市可持续发展提供探索性的方法[2]。文章借鉴前人的文章以及查阅相关资料，将生态城市这一复杂系统视为自然、社会、经济3个子系统，建立相应的指标体系。文章遵循系统性与科学性原则、主成分与独立性原则[3]、定性与定量相结合的原则，从经济、自然和社会3个方面，把成都生态城市建设评价指标分为3个系统，每个系统又包涵了几个二级指标，构建了成都生态城市建设的指标体系（见表1）。

3 基于主成分分析法建立评价模型

主成分分析（PCA）是将多指标化为少数几个综合指标的一种统计分析方法，是由Pearson（1901年）提出，后来被Hotelling（1933年）发展起来的，通过降维技术把多个变量化为少数几个主成分。这些主成分保留原始变量的大部分信息，通常表示为原始变量的线性组合[4]。使用主成分分析方法对笔者选取的3个一级指标所对应的二级指标进行降维，得到若干主成分变量，最终将其归为一个综合的评价指标，即生态城市建设综合评价。

由于评价指标比较多，在这里对自然系统、经济系统和社会的数据分别进行处理。用SPSS 19.0软件对数据进行主成分分析。

（1）用Z-score法对原始数据进行标准化，消除变量间在数量级和量纲上的不同，公式如下：

4 综合评价模型求解及分析

通过SPSS 19.0软件进行主成分分析，运行结果如表2所示。

4.1 生态自然一级指标综合评价

从表2可以看出：第一主成分与市区污水处理率、天然气供气量、集中式饮用水源地质水达标率、园林绿地面积、年末市辖区建成面积、城市气化率等指标的相关程度都达到了80%以上，几乎涵盖了所有生态自然的二级指标，第一主成分就代表了59.401%的信息；第二主成分与城区区域环境噪声平均值相关性很高，主要代表了噪声环境质量，在以后的生态城市建设中，应加大力度减少噪声污染；第三主成分与水利环境公共设施管理业完成增长率相关程度很高，可将其视为水利环境因子。第一、二、三主成分代表了88.326%的信息，可以说基本表征了生态自然全部的指标，所以可以用提取的成分进行成都市2007―2014年生态自然的综合分析。

用3个主成分的方差贡献率为权，计算生态自然的综合评价函数为：

××

4.2 生态经济一级指标综合评价

从表3可以看出：与第一主成分相关程度较高的指标按照相关程度由高到低分别为城市居民人均可支配收入、人均GDP、农民人均纯收入、高新技术产业开发区收入、地区生产总值、GDP增长率、第三产业占GDP比重、进出口增长率、工业企业产品产销率等指标，且相关程度达到73%以上，涵盖的信息达到了73.182%，反映了经济发展的整体水平。第二主成分与居民消费价格指数相关程度很高，反映了居民的消费水平。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年生态经济的综合分析。

用2个主成分的方差贡献率为权，计算生态经济的综合评价函数为：

×

4.3 生态社会一级指标综合评价

从表4可以看出：第一主成分与万人发生交通事故数、人口密度、专利授权数、每万人高等学校在校大学生数、农业产业化经营带动面、每万人拥有医生数、社会保障和就业率、人均生活用水量等指标相关性在85%以上，代表了66.787%的信息，反映了生态社会整体发展水平，所以优化这些指标将会给成都市的生态社会发展提供有力保障；第一、二、三主成分代表了93.641%的信息，可以说基本代表了生态社会全部的指标，所以可以用提取的成分进行成都市2007― 2014年生态社会的综合分析。

用3个主成分的方差贡献率为权，计算生态社会的综合评价函数为：

××

4.4 成都市生态城市建设发展水平的综合评价与分析

根据生态自然、经济、社会综合评价函数以及（3）式生态城市建设的综合得分得到表5。

为了更形象直观地看到成都市2007―2014年生态自然、经济、社会三方面的发展状况，笔者运用R语言绘制了脸谱图，能够生动、直观、非常形象地表达指标之间的差异，但脸谱图在现实生活中并未得到广泛应用，在文中最终的衡量指标很少，恰恰克服了脸谱图不能描述多样本的缺点。1973年，ChernooffH[4]提出了将每个指标（文章中是指自然、经济和社会3个指标）用人的脸的某一部位的形状或大小来表达，直观地展示了成都市综合发展状况。脸各部位代表的意义如表6所示。

表6 脸谱部位示意

生态自然 脸，嘴，眼的高度；头发，鼻子的宽度

生态经济 脸，嘴，眼，耳朵的宽度；发型

生态社会 头发，嘴，耳朵的高度；脸的结构；微笑程度

成都市2007年至2014年的生态指标得分从脸谱图（见图1）可以看出：成都市2007―2014年生态自然、经济、社会三方面的建设呈现逐年良性发展模式。每个部位所代表的衡量指标随着年份的变化也在发生改变，并且各方面都在逐年增长，各个一级指标的增长对成都生态建设的整体发展水平都很有利。

绘制折线图来反映成都市2007―2014年生态城市建设综合发展水平，综合得分越高，说明城市生态建设水平越好。由图2可以看出，成都生态城市建设综合得分呈现逐年稳步上升的趋势。但就成都市2007―2014年综合得分可以看出，在2011年以前，虽然得分为负数，但这并不代表成都生态建设发展不好，正负仅仅代表的是一种位置关系而已。2007年，成都市在全省率先启动了国家生态城市建设工作，通过各项任务扎实推进生态城市建设。在全市的不懈努力下，成都市生态建设得到明显提升，随后2008年发生了汶川地震，但对成都并没有带来什么大的影响。随着各项指标的发展，成都市的生态建设进入了缓慢增长阶段，2010―2014年稳定上升，2012―2014年全市对各环境污染进行了及时有效的处理，办结率100%，生态环境质量总体稳定，2012年全市人均地区生产总值达到57 624元，经济增速比全国副省级城市平均增幅领先2.5个百分点，经济总量在副省级城市中排名第3位，以及后期对成都生态建设采取的相关措施都有利于其稳定发展。

5 结语

成都市生态城市建设评价是一个相当复杂的系统，单一指标并不能代表成都市的生态建设情况，该文章从多指标出发，遵循一定的原则，综合自然、经济、社会3个一级指标来衡量成都的生态发展水平，选取能充分代表各个二级指标的量来作为主成分，计算出综合得分。结果显示，选取的二级评价指标能够反映成都市生态城市建设水平。

参考文献

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