基于聚類分析的生態(tài)型城市建設(shè)集群及實(shí)證研究

摘要：打破地域界限或經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的常規(guī)參考標(biāo)準(zhǔn)，引入聚類分析的方法，選取了若干已建或在建試點(diǎn)生態(tài)型城市進(jìn)行集群，得出了合理的集群數(shù)量和集群特征。為后續(xù)城市抓住集群特征這一實(shí)質(zhì)，高效地選取同類別城市群作為參考對(duì)象提供了依據(jù)。

關(guān)鍵詞：生態(tài)型城市；聚類分析；集群特征；實(shí)證分析

中圖分類號(hào)：F205 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2013）13-3189-03

生態(tài)型城市是1971年聯(lián)合國(guó)教科文組織在第16屆會(huì)議上“關(guān)于人類聚居地的生態(tài)綜合研究”中提出的。1990-2002年，分別在伯利克、阿德萊德、約夫、庫(kù)里蒂巴和深圳共召開(kāi)了5次生態(tài)城市國(guó)際會(huì)議，使生態(tài)城市規(guī)劃設(shè)計(jì)與建設(shè)的理念得到了更為廣泛的普及。在人們對(duì)環(huán)境、資源日益關(guān)注的前提下，生態(tài)型城市建設(shè)必然會(huì)得到國(guó)家和公眾的重視。我國(guó)也在如火如荼地開(kāi)展生態(tài)型城市建設(shè)，自2002年啟動(dòng)我國(guó)首個(gè)生態(tài)城市貴陽(yáng)試點(diǎn)后，天津、廣州、上海、寧波、昆明、成都、長(zhǎng)沙、揚(yáng)州、威海、深圳、廈門(mén)、銅川、十堰等20多座城市都先后提出建設(shè)生態(tài)城市的奮斗目標(biāo)，后續(xù)跟進(jìn)城市也不在少數(shù)。隨著生態(tài)型城市建設(shè)工作的普及，相互借鑒與比較[1]是必不可少的，尤其對(duì)后續(xù)城市來(lái)說(shuō)，已建或在建試點(diǎn)城市的評(píng)價(jià)、規(guī)范等經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)更是寶貴的財(cái)富。

1 生態(tài)型城市建設(shè)研究現(xiàn)狀

目前，對(duì)于參考城市或參考標(biāo)準(zhǔn)的選取還處于初始階段，我國(guó)在生態(tài)城市建設(shè)方面還沒(méi)有形成一套公認(rèn)的較為權(quán)威的生態(tài)城市標(biāo)準(zhǔn)[2]。后續(xù)城市在借鑒試點(diǎn)生態(tài)城市的經(jīng)驗(yàn)時(shí)，要么主觀性地從地理位置相近性角度出發(fā)選取相鄰城市的發(fā)展情況作為參考標(biāo)準(zhǔn)，或者簡(jiǎn)單地從經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、一般、落后[3]這一傳統(tǒng)角度出發(fā)選取相同經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的城市作為參考標(biāo)準(zhǔn)。這種簡(jiǎn)單地以地域或經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平標(biāo)準(zhǔn)來(lái)選取參考城市的方式并不完全合適，有時(shí)甚至?xí)斐烧`解。本研究創(chuàng)新性地引入聚類分析方法，將代表性城市進(jìn)行集群，分析各個(gè)群體的特征和標(biāo)準(zhǔn)，使得后續(xù)城市可結(jié)合自身的全方位條件，選取特征更為接近的城市群作為參考標(biāo)準(zhǔn)，以便其更加高效地建設(shè)生態(tài)型城市。

2 指標(biāo)體系的構(gòu)建

指標(biāo)體系的選取是評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)。需要從反映生態(tài)型城市建設(shè)發(fā)展水平的眾多指標(biāo)中選取一系列主要指標(biāo)。目前，各生態(tài)城市的基礎(chǔ)指標(biāo)往往較多，不同城市間的差異較大[4]。為了便于比較，采用主成分分析，在眾多指標(biāo)中選取包含原有指標(biāo)大部分信息（80%～85%以上）的主成分作為各生態(tài)城市的指標(biāo)[5，6]進(jìn)行分析（表1），通過(guò)計(jì)算篩選出經(jīng)濟(jì)、政治、文化、社會(huì)、生態(tài)文明5個(gè)主成分作為二級(jí)指標(biāo)，29個(gè)指標(biāo)作為三級(jí)指標(biāo)，既比較科學(xué)地篩選了嚴(yán)格獨(dú)立意義的幾個(gè)主成分，具有比較好的代表性，又減少了工作量。

3 對(duì)代表性生態(tài)城市集群聚類分析

聚類分析法[7]是研究“物以類聚”的一種方法，它根據(jù)一批樣本（或變量）數(shù)據(jù)本身的特性，按照一定的類定義準(zhǔn)則，對(duì)所研究的事物進(jìn)行歸類，最終繪成一幅系統(tǒng)聚類的譜系圖，再根據(jù)一定的原則確定最終分類結(jié)果。在這里就是分別對(duì)各代表性城市的主要因子數(shù)據(jù)作為觀測(cè)指標(biāo)進(jìn)行分析，進(jìn)而將代表性城市劃分成不同群的過(guò)程?？煽茖W(xué)地了解哪些城市狀況相類似，以便于其他同類城市開(kāi)展生態(tài)型城市建設(shè)時(shí)方便快捷地找到歸屬城市群，在此基礎(chǔ)上總結(jié)出不同集群城市的特征，從而為后續(xù)跟進(jìn)城市進(jìn)行生態(tài)型城市建設(shè)時(shí)提供借鑒和評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)。

詳細(xì)聚類分析過(guò)程如下：

3.1 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化

對(duì)初始數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)，不同指標(biāo)有不同的量綱，為了便于比較，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)量綱化處理。在此，采用平移·極差變化，即

x′ik=■ （k=1，2，…，m）

3.2 建立模糊相似矩陣

按照傳統(tǒng)聚類方法確定相似系數(shù)，建立模糊相似矩陣，xi與xj的相似程度rij即可得到模糊矩陣R=（rij），在此，采用數(shù)量積法，即

rij=1，i=j■■xik·xjk，i≠j

3.3 聚類

因模糊關(guān)系R必須是模糊等價(jià)關(guān)系才能聚類，而一般R只滿足自反性（r=1）與對(duì)稱性（rij=rji），不滿足傳遞性。所以，采用“傳遞閉包法”將R改造成模糊等價(jià)矩陣R*，即t（R）=R*。對(duì)R*根據(jù)不同的λ∈[0，1]截水平分類，并畫(huà)出動(dòng)態(tài)聚類圖。

4 實(shí)證分析

4.1 12個(gè)代表性城市的集群

選取天津、上海、廈門(mén)、長(zhǎng)沙、廣州、大連、貴陽(yáng)、杭州、成都、深圳、綿陽(yáng)、寧波等12個(gè)已建或在建城市作為代表性城市進(jìn)行研究。從各省統(tǒng)計(jì)年鑒中查詢相關(guān)數(shù)據(jù)，得到每個(gè)城市的29個(gè)指標(biāo)的具體數(shù)值（鑒于篇幅所限，在此略去原始指標(biāo)取值表），即為原始數(shù)據(jù)矩陣，為29×12矩陣。運(yùn)用SPSS統(tǒng)計(jì)軟件[8]得出層次聚類分析的樹(shù)狀圖（圖1）。圖形左邊代表進(jìn)行聚類的對(duì)象，線條連接表示類別的合并過(guò)程。

4.2 合理集群數(shù)量及集群特征分析

根據(jù)聚類圖，并結(jié)合生態(tài)城市的實(shí)際情況，可把12個(gè)代表性生態(tài)城市分為若干個(gè)群（表2）。相應(yīng)的集群數(shù)量劃分為相應(yīng)的群，分群間能體現(xiàn)出不同的特征[9]。

分析12個(gè)城市的集群情況，將城市劃分成11組的時(shí)候，貴陽(yáng)和綿陽(yáng)首先被歸為一類，定義為A組，可見(jiàn)貴陽(yáng)和綿陽(yáng)最為相近；同樣，將城市劃分成10組的時(shí)候，長(zhǎng)沙和寧波又被單獨(dú)劃出，組成B組；繼續(xù)分成9組的話，廣州和杭州又成為最接近的一組，令其為C組。繼續(xù)再往下集群的話，天津（8組時(shí)）被歸到B組；大連（7組時(shí)）、深圳（6組時(shí)）被歸到C組；當(dāng)劃分為5組的時(shí)候，B、C兩組合并為一組（稱其為Z組）；當(dāng)劃分為4組的時(shí)候，成都被劃分到A組；當(dāng)劃分成3組的時(shí)候，廈門(mén)加入Z組；當(dāng)最后劃分成2組的時(shí)候，上海也加入到Z組。至此，A組成員有貴陽(yáng)、綿陽(yáng)和成都；其余9個(gè)城市全部為Z組成員。

由12個(gè)試點(diǎn)城市的歸屬過(guò)程可以看出，A、B、C 3個(gè)組最早出現(xiàn)，且在繼續(xù)集群的過(guò)程中，使得其他城市紛紛加入，即數(shù)據(jù)證明這些城市大致可分為A、B、C 3個(gè)基礎(chǔ)組。所以，在進(jìn)行生態(tài)型城市集群時(shí)，A、B、C 3個(gè)集群的劃分比較合理。當(dāng)然，B、C組更為接近，在劃分粗略的情況下會(huì)歸屬到一組，即合并為Z組。總結(jié)各組的特征見(jiàn)表3。

總的看來(lái)，以貴陽(yáng)、綿陽(yáng)為代表的A組，位于我國(guó)西部地區(qū)，有著天然的環(huán)境資源優(yōu)勢(shì)，對(duì)生態(tài)城市建設(shè)來(lái)說(shuō)，其環(huán)境基礎(chǔ)其它城市難以媲美。當(dāng)然，同樣由于處于西部欠發(fā)達(dá)地區(qū)，經(jīng)濟(jì)、文化、社會(huì)、政治等各方面，又有著較大的差距。后來(lái)歸入到同組的成都也有著類似情況，只是它經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)相對(duì)較好。

長(zhǎng)沙作為內(nèi)陸城市，既不占據(jù)天然的地理資源優(yōu)勢(shì)，也不具備高速發(fā)展的經(jīng)濟(jì)能力。但由于長(zhǎng)久的歷史積淀，使得經(jīng)濟(jì)、文化、社會(huì)、政治、生態(tài)文明等各指標(biāo)均得到一定程度的發(fā)展。

以廣州、杭州，尤其是隨后加入的以上海為代表的C組城市，作為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，經(jīng)濟(jì)、文化等方面發(fā)展迅速，但高速發(fā)展帶來(lái)的社會(huì)、環(huán)境壓力造成發(fā)展瓶頸，使生態(tài)城市建設(shè)面臨著生活、自然環(huán)境的挑戰(zhàn)。

4.3 參考城市及標(biāo)準(zhǔn)選擇的實(shí)質(zhì)分析

從上述生態(tài)型城市集群結(jié)果來(lái)看，地理與經(jīng)濟(jì)因素所占比重較大。這與傳統(tǒng)的要么從臨近城市，要么從相同經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平選擇參考對(duì)象的狀況也是吻合的[10]。但從12個(gè)城市聚類的過(guò)程中仍可看出，僅從地理或經(jīng)濟(jì)兩角度選取參考城市是不妥當(dāng)?shù)摹?/p>

比如對(duì)綿陽(yáng)來(lái)說(shuō)，作為四川省第二大城市，于2006年啟動(dòng)生態(tài)型城市建設(shè)時(shí)，若直覺(jué)地從地理角度出發(fā)選取參考城市，則會(huì)傾向于選取臨近的成都來(lái)建立參考標(biāo)準(zhǔn)。但從本集群過(guò)程來(lái)看，綿陽(yáng)與成都確實(shí)具有相似性，但它在第一時(shí)間與貴陽(yáng)劃分到同一組。也就是說(shuō)與成都相比，它跟貴陽(yáng)有著更相近的基礎(chǔ)條件。對(duì)綿陽(yáng)來(lái)說(shuō)，若選擇貴陽(yáng)作為參考城市進(jìn)行生態(tài)城市建設(shè)更有實(shí)效性。

同樣的廣東省的廣州和深圳也是如此。對(duì)廣州來(lái)說(shuō)，與深圳經(jīng)濟(jì)水平相當(dāng)、地理位置相近，但生態(tài)型城市建設(shè)卻與杭州最接近。對(duì)后續(xù)生態(tài)城市建設(shè)來(lái)說(shuō)要特別注意進(jìn)入直覺(jué)地以地理或經(jīng)濟(jì)水平作為選擇標(biāo)準(zhǔn)這一誤區(qū)。

因此，本研究認(rèn)為參考城市選擇的實(shí)質(zhì)是目標(biāo)群的群集特征，地理或經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平只是其中的片面表現(xiàn)。即當(dāng)包括地理、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平在內(nèi)的綜合群集特征相似時(shí)，才能作為理想的參考對(duì)象。確切地說(shuō)，群集特征包括文中表1提出的經(jīng)濟(jì)、政治、文化、社會(huì)、生態(tài)文明五大主成分的主要指標(biāo)。

5 結(jié)論

生態(tài)型城市建設(shè)過(guò)程中選擇參考城市很重要，本研究運(yùn)用科學(xué)的方法選擇了生態(tài)型城市參考對(duì)象。后續(xù)跟進(jìn)城市在選取目標(biāo)參考群時(shí)，更須關(guān)注相關(guān)群的綜合集群特征，再結(jié)合其歷史條件、自然條件和經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r，而后參照選定的目標(biāo)城市群的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、文化、政治、生態(tài)文明指標(biāo)進(jìn)行生態(tài)型城市建設(shè)，必會(huì)達(dá)到有的放矢、事半功倍的效果。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳華榮，王曉鳴.基于聚類分析的可持續(xù)發(fā)展實(shí)驗(yàn)區(qū)分類評(píng)價(jià)研究[J].中國(guó)人口·資源與環(huán)境，2010，20（3）：149-153.

[2] 白 楊，黃宇馳，王 敏，等.我國(guó)生態(tài)文明建設(shè)及其評(píng)估體系研究進(jìn)展[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2011，31（20）：6295-6304.

[3] 陳 輝.生態(tài)城市可持續(xù)發(fā)展差異分析-以甘肅省14個(gè)市州為例[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，37（31）：15471-15474.

[4] 王 偉.生態(tài)城市評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及應(yīng)用研究[J].西北大學(xué)學(xué)報(bào)（ 自然科學(xué)版），2011，41（4）：715-718.

[5] 王 艷，曹俊茹，孟慶娟.基于綜合評(píng)價(jià)模型的城市生態(tài)健康評(píng)價(jià)[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，50（15）：3211-3213

[6] 王 艷，曹俊茹，孟慶娟.河北省人口、資源環(huán)境與經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展評(píng)價(jià)研究[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，50（21）：4524-4527.

[7] 郭 科，龔 灝.多元統(tǒng)計(jì)方法及其應(yīng)用[M].成都：電子科技大學(xué)出版社，2003.

[8] 張文彤，董 偉.SPSS 統(tǒng)計(jì)分析高級(jí)教程[M].北京：高等教育出版社，2004.

[9] 鄧德勝，李懷龍，陳德良.湖南旅游地的模糊聚類分析[J].系統(tǒng)工程，2010，29（6）：119-121.

[10] 李育冬.基于循環(huán)經(jīng)濟(jì)的生態(tài)型城市發(fā)展理論與應(yīng)用研究——以庫(kù)爾勒生態(tài)城市建設(shè)為例[D].烏魯木齊：新疆大學(xué)，2006.