基于主成分分析法的山東省土地城市化測算

摘 要： 土地城市化是指某一區(qū)域城市化過程中土地條件由農(nóng)村形態(tài)向城市形態(tài)轉(zhuǎn)化的過程，是衡量該地區(qū)城市化水平高低的重要指標。土地城市化是新型城鎮(zhèn)化重要的表現(xiàn)形式，集中表現(xiàn)為土地由農(nóng)用地轉(zhuǎn)化為城市建設用地的過程。這一過程不僅改變了土地本身的地貌特征及其負載物的空間形態(tài)，也使土地的價值與權屬發(fā)生了變化，是土地形態(tài)和屬性多整體式、多方位的更新。本文基于主成分分析法，構建土地城市化的評價指標，對山東省17地市的土地城市化進行測定與評價，并從中形成找出區(qū)域差異的原因。

關鍵詞：山東省；土地城市化；主成分分析；土地城市化指標體系

城市化，又稱城鎮(zhèn)化，不同學科對城市化的定義與理解也不盡相同。例如，人口學認為城市化是農(nóng)村人口轉(zhuǎn)變?yōu)槌鞘腥丝诘倪^程；地理學認為是農(nóng)村區(qū)域轉(zhuǎn)變?yōu)槌鞘械貐^(qū)的過程；而經(jīng)濟學家則認為城市化是農(nóng)村農(nóng)村自然經(jīng)濟轉(zhuǎn)變?yōu)槌鞘猩绯鞘谢瘯笊a(chǎn)的過程。傳統(tǒng)觀點認為城市化是“人類產(chǎn)生活方式由農(nóng)村型向城市型轉(zhuǎn)化的歷史過程，主要表現(xiàn)為農(nóng)村人口轉(zhuǎn)化為城市人口及城市不斷發(fā)展完善的過程”[1]。而由于我國長期采取的城鄉(xiāng)二元制結構，農(nóng)村人口無法自由向城市遷移，造成了我國城市化水平落后于工業(yè)化水平的事實，因此，單純的用農(nóng)業(yè)人口向城市遷移的水平以及城市人口占總人口的比例來衡量城市化的水平有一定的缺陷。為了彌補這個缺陷，一些學者提出了土地城市化的概念，土地城市化是指，某一區(qū)域城市化過程中土地條件由農(nóng)村形態(tài)到城市形態(tài)的程度，是衡量該區(qū)域城市化水平高低的重要指標。土地城市化相比較單純的依據(jù)人口來衡量城市化的標準有兩大優(yōu)勢：城市化必須以土地為依托，城市化與土地利用的方向與水平息息相關，而相較于其他指標，土地相關的指標獲取更為容易、客觀；土地城市化相較于人口城市，在微觀研究中更為方便。專家學者對城市化的研究已經(jīng)取得很多成果，但對于城市化與土地城市化的關系研究方面關注較少，因此，本文期望從土地城市化的角度出發(fā)，建立合理的土地城市化的指標體系，通過對山東省不同市的測量，為科學的的研究土地城市和城市化之間的關系提供一些建議。

一、土地城市化指標的構建

1、評價指標體系構建的原則

1）評價指標完整性的原則

土地城市化是一個綜合的過程，涉及到許多土地利用類型、自然景觀、社會經(jīng)濟等方面的因素指標體系作為一個有機整體，要較全面的反應土地城市化的狀況。

2）評價指標系統(tǒng)性的原則

有些指標具有二重性，甚至多重性，及影響土地景觀，有影響土地經(jīng)濟效益的變化。因此，在制定評價指標時要盡量避免指標的相互重疊，確定合適的指標體系。

3）評價指標的科學性與可操作性并重的原則

指標的選擇應該以科學理論為依據(jù)，切勿隨意增設，各指標要充分反應土地城市化的內(nèi)在機制，同時還要確保數(shù)據(jù)來源的準確性，數(shù)據(jù)處理必須規(guī)范。

2、評價指標體系構建的內(nèi)容

本文在對相關文獻的整理分析歸納的基礎上，結合土地城市化過程中土地屬性的土地變化，將評價指標分為以下幾個方面：

1）土地利用結構變化指標

土地利用結構是指整個土地面積中各類用地所占的比重，它反映了社會經(jīng)濟活動的主次關系的的構建情況。而城市化的一個重要特征為第二第三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展及非農(nóng)用地所占的比重。因此，可以用建設用地比重這個指標衡量城市化區(qū)域土地變化。

建設用地比重，是以某一區(qū)域的建設用地所占區(qū)域總面積的比重來反映當下城市化的水平，它反映了城市化進程中各評價單元在地里景觀上的差異。計算公式為：

建設用地比重=建設用地面積/區(qū)域總面積

2）土地利用程度變化指標

土地利用程度能夠反應區(qū)域土地利用類型和利用分級的變化，可以用土地利用程度綜合指標來表示，其計算公式為：

La =100∑（AiCi） La ?〖100，400〗

式中，La為土地利用綜合指數(shù)，La越大，反應土地利用從自然狀況到人工狀況的變化速度越快，表明土地利用程度的加深；Ai為i級土地利用程度分級指數(shù)，分機賦值見表1-1；Ci為第i級程度分級面積百分比。

3）人均道路交通用地

交通狀況是反應一個區(qū)域城市化發(fā)展狀況的重要指標，城市人口密度大，相因的城市交通用地更多，人均交通用地是反應一個區(qū)域城市化的重要指標。

人均道路交通用地的計算公式為：

人均道路交通用地=區(qū)域道路交通面積/區(qū)域總人口

4）地均收入變化指標

隨著人類生產(chǎn)生活的不斷進步，人們對土地的利用程度和效率也不斷加深和提高。城市在生產(chǎn)力生產(chǎn)效率的優(yōu)勢，會使土地經(jīng)營者把人力物力財力從農(nóng)業(yè)利用轉(zhuǎn)為非農(nóng)業(yè)利用，以提高土地收益。因此，土地利用效益水平的變化反映了土地利用方式轉(zhuǎn)變。地均收入作為考核土地利用收益的主要指標，具有可考核和數(shù)據(jù)易獲取的優(yōu)勢[2]。地均收入的計算公式為：

地均收入=區(qū)域總收入/區(qū)域土地總面積

二、評價標準的選擇與分析

多元指標評價的方法有多種，常用的有模糊綜合評判方法、常規(guī)多指標綜合評價法和多元統(tǒng)計法。模糊綜合評判法是用單因素隸屬函數(shù)來表示某個因素對評判對象的影響，然后用加權法綜合各因素對評判對象的的影響，最終得到對該評判對象的綜合評判。該方法由于最終結果得到的是一組向量，而不是我們土地評價所需要的點值，不適用于土地評價。而常規(guī)多指標綜合評價的指標權數(shù)大多采用人為定權的方法，主觀性大，可能會影響結果的準確性。與此相比，多元統(tǒng)計法的指標權數(shù)由信息決定，主觀性小，更為理性客觀，最重要的是他消除了評價指標相互影響重疊帶來的影響。

多元統(tǒng)計法又可以細分為主成分分析法，因子分析法等等。采用主成分分析法消除了人為定權的因素，克服變量之間的信息重復。通俗地講，主成分分析就是將復雜的多元數(shù)據(jù)進行簡化，把多個相互關聯(lián)的指標化簡成少數(shù)幾個相互獨立的綜合指標，而且，這些綜合指標最大程度地保留了原來數(shù)據(jù)的信息。一個變量的信息量常用其方差表示，全部變量的方差總和就是多元數(shù)據(jù)的信息總量。用最簡單的統(tǒng)計語言描述基本原理就是，首先尋找變量的線性組合中最大方差的那一個，稱為第一主成分；接著，在剩余信息中尋找方差最大的、并且與第一主成分獨立的變量線性組合，稱為第二主成分；如此反復，直到剩余信息等于零為止?？梢允褂脜f(xié)方差矩陣或者相關系數(shù)矩陣計算主成分，這兩種計算方法獲得的結果并不相同。使用協(xié)方差矩陣意味著變量的信息量大小完全取決于其方差大小，而且，當變量量綱不同時，產(chǎn)生分析結果不易解釋問題；使用相關系數(shù)矩陣則意味著不同變量的信息量相同，并且消除了量綱不同的干擾。主成分的主要用途如下：作為一種化簡即所謂降維技術，構造綜合指標；在二維或者三維空間中實現(xiàn)多元數(shù)據(jù)的可視化；作為其它多元統(tǒng)計分析的數(shù)據(jù)源，例如主成分回歸、主成分聚類、主成分判別等。

三、案例研究

1山東省概況

山東省位于中國東部沿海，地處黃河下游，介于東經(jīng)114°36′—122°43′，北緯34°25′—38°23′之間，省會城市濟南市。轄濟南、青島、淄博、棗莊、東營、煙臺、濰坊、濟寧、泰安、威海、日照、萊蕪、臨沂、德州、聊城、濱州、菏澤17個地級市。

2、數(shù)據(jù)的搜集與整理

本文采用的數(shù)據(jù)主要來源于山東省2013年土地利用現(xiàn)狀圖、2013年統(tǒng)計年鑒。采用表1-2所選取的評價指標，對山東省17地市進行土地城市化評價，其數(shù)據(jù)如表3-1

在主成分分析法中，計算結果受變量的計量尺度影響較大，比如在本案例中，土地利用綜合指數(shù)的較大數(shù)量級會帶來較大的方差，而其他因素的方差較小。其次，為消除計量數(shù)量級帶來的影響，更客觀說明主成分的內(nèi)涵，就必須要對原始數(shù)據(jù)進行標準化處理。為此，筆者采取Z-Score法對數(shù)據(jù)進行無量綱處理。Z-Score標注計算公式[3]

Zij=（xij-`xj）/Sj

`xj為x平均數(shù)Sj為x方差

各指標標準化后數(shù)據(jù)如表3-2

將標準化后的數(shù)據(jù)進行SPSS1分析，將數(shù)據(jù)導入spss系統(tǒng)后，選擇因子分析對數(shù)據(jù)進行處理。具體操作步驟為：將指標X1設置為變量1，指標X2設置為變量2，以此類推產(chǎn)生變量3、4；選取分析變量，在提取對話框中將方法改為主成分分析法。輸出結果如表3-3

由表3-3可知，第一主成分的特征根植為3.885，方差貢獻率為99.117，因此僅采用主成分析1來對山東17地市的城市化進行衡量。

成分1

標準化后X1 .062

標準化后X2 .039

標準化后X3 -.161

標準化后X4 .060

由表的

y=o.62x1+0.39x2-1.61x3+0.6x4

X1、X2、X3、X4分別為標準化后變量1、2、3、4的數(shù)據(jù)，具體計算結果如表3-5

表3-5表明了山東省17地市的土地城市化水平評值，通過這些對這些值進行排序，可以對山東省的17地市的土地城市化做一個初步評價。青島市的土地城市化0.921589579，為所有評價值中最大的，因此土地城市化水平最高，反之菏澤市土地城市化水平只有-0.889484555，為區(qū)域內(nèi)最低，表明其土地城市化水平為全省最低。另外，表中數(shù)據(jù)有正有負，負值并不代表對象城市的土地城市化為負，這表示該市處于山東省土地城市化平均水平以下。

四、原因探究

通過對表3-5的分析，土地城市化相對較高的市有青島、濰坊、煙臺、濟南、淄博等地，土地城市化水平相對較低的城市有濟寧、菏澤、聊城、萊蕪等。通過前邊結論可以看出，土地城市化水平相對較高的地方，具有明顯的區(qū)位和交通優(yōu)勢。 這與山東省的總體經(jīng)濟狀況基本上相吻合，目前山東省經(jīng)濟呈現(xiàn)出一體兩翼的經(jīng)濟格局[4]，“一體”，是指以青島為龍頭，以青島、濟南兩大中心城市為支撐，主要由半島城市群和省會城市群經(jīng)濟圈兩大板塊組成的區(qū)域。它以膠濟鐵路和兩條濟青高速公路為軸線，“一體”是引領和帶動山東發(fā)展的主要發(fā)動機和增長極；“兩翼”分別指北臨渤海灣的黃河三角洲和南接蘇豫皖的魯南經(jīng)濟帶，相較于前者有較大差異。山東省作為中國東部的經(jīng)濟大省，近些年來經(jīng)濟總量實現(xiàn)了跨越式發(fā)展，然而，伴隨著經(jīng)濟綜合實力的顯著提升，區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展的不平衡性愈加明顯，區(qū)域經(jīng)濟差異在不斷擴大，城市化水平也有所差異。

參考文獻

【1】謝文慧，鄧衛(wèi)：《城市經(jīng)濟學》，28頁，北京，清華大學出版社，2006

[2] 張鳳榮，王 靜，陳百明，等.土地持續(xù)利用評價指標體系與方法[M ].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社， 2003

[3]呂萍，周濤等：《土地城市化與價格機制研究》，23頁，北京，中國人民大學出版社，2008

[4]徐瑞華，杜德斌，《山東區(qū)域經(jīng)濟差異及發(fā)展對策研究》，35頁，山東經(jīng)濟，2009

作者簡介：李祥成（1988—）男，漢族，山東臨沂人，碩士研究生，西華師范大學管理學院，專業(yè)，土地資源管理