基于模糊綜合評(píng)價(jià)的淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)城市宜居性研究

陳煜， 袁訓(xùn)鋒

(商洛學(xué)院 1. 數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)應(yīng)用學(xué)院； 2. 電子信息與電氣工程學(xué)院， 商洛 726000)

基于模糊綜合評(píng)價(jià)的淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)城市宜居性研究

陳煜1， 袁訓(xùn)鋒2

(商洛學(xué)院 1. 數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)應(yīng)用學(xué)院； 2. 電子信息與電氣工程學(xué)院， 商洛 726000)

城市宜居性是現(xiàn)代化城市建設(shè)的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)?；凇耙司映鞘锌茖W(xué)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)”，采用模糊綜合評(píng)價(jià)和主成分分析法，從經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、社會(huì)、資源、安全、生活6項(xiàng)一級(jí)指標(biāo)對(duì)淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)城市的宜居性進(jìn)行評(píng)價(jià)。研究表明：徐州、連云港、宿遷是淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)城市中較宜居的三大城市，城鎮(zhèn)居民人均可支配收入、空氣質(zhì)量、人均可用淡水資源總量、人為災(zāi)害發(fā)生率是影響城市宜居性排名的主要因素?；春＝?jīng)濟(jì)區(qū)宜居城市建設(shè)應(yīng)以經(jīng)濟(jì)建設(shè)為基點(diǎn)，注重資源承載能力，增加生態(tài)環(huán)境保護(hù)投入，加強(qiáng)城市安全建設(shè)，滿足居民衣食住行的基礎(chǔ)上安居樂業(yè)。

城市宜居性； 模糊綜合評(píng)價(jià)； 主成分分析； 淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)

0 引言

隨著社會(huì)發(fā)展和人民生活水平的提高，城市應(yīng)在物質(zhì)豐足、生活便利的基礎(chǔ)上，能夠寄托自己的夢(mèng)想與希望。為滿足人民多層次、多方面的精神文化需求，建設(shè)社會(huì)文明、綠色經(jīng)濟(jì)的全面小康社會(huì)，2005年國(guó)務(wù)院首次提出建設(shè) “宜居城市”，從此城市宜居性成為現(xiàn)代化城市建設(shè)的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)。

宜居城市排名結(jié)果隨著宜居城市評(píng)價(jià)指標(biāo)體系不同而發(fā)生變化。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)宜居城市的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系進(jìn)行了廣泛深入的研究，獲得系列豐碩成果。胡伏湘[1]、趙世強(qiáng)[2]在對(duì)比依據(jù)城市評(píng)價(jià)方法的基礎(chǔ)上，總結(jié)出城市宜居性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的設(shè)計(jì)原則，設(shè)計(jì)了城市宜居性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。張春梅[3]利用SPSS軟件對(duì)遼寧省14個(gè)城市的宜居環(huán)境進(jìn)行評(píng)價(jià)和排序，指出經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、生態(tài)環(huán)境是宜居城市評(píng)價(jià)體系中的重要指標(biāo)。王丹丹[4]、張孝存[5]采用層次分析法分別對(duì)漢中和商洛城市宜居性進(jìn)行了評(píng)價(jià)。韓驥[6]以上海市為例，采用指數(shù)平滑法和Logistic增長(zhǎng)模型預(yù)測(cè)未來30年宜居性情景，為全球城市宜居性建設(shè)提供參考。

基于“宜居城市科學(xué)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)”，采用模糊綜合評(píng)價(jià)和主成分分析法，從經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、社會(huì)、資源、安全、生活6項(xiàng)一級(jí)指標(biāo)對(duì)淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)城市的宜居性進(jìn)行評(píng)價(jià)，給出城市的宜居性排名，分析了影響宜居的主要二級(jí)指標(biāo)因素。

1 宜居城市的評(píng)價(jià)指標(biāo)

依據(jù)中國(guó)建設(shè)部科技司評(píng)審驗(yàn)收并發(fā)布的《宜居城市科學(xué)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》指出城市宜居性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合已有宜居城市指標(biāo)體系的研究，選取經(jīng)濟(jì)富裕度、環(huán)境優(yōu)美度、社會(huì)文明度、資源承載度、公共安全度、生活便宜度6個(gè)一級(jí)指標(biāo)體系下權(quán)重大且可量化的人均GDP(元)等12個(gè)二級(jí)指標(biāo)，如表1所示。

表1 “宜居城市”體系指標(biāo)

人均GDP，是把握國(guó)家或地區(qū)的宏觀經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀況的有效工具，也是衡量城市宏觀經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r的重要指標(biāo)；第三產(chǎn)業(yè)在城市相對(duì)集中，如果城市的第三產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)，就能夠創(chuàng)造更多就業(yè)的機(jī)會(huì)，從而推動(dòng)該地區(qū)的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)，第三產(chǎn)業(yè)就業(yè)人口占就業(yè)總?cè)丝诘谋戎胤从持摰貐^(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r；城鎮(zhèn)居民可支配收入體現(xiàn)居民的富裕度，反映居民的幸福指數(shù)， 選擇人均GDP、第三產(chǎn)業(yè)就業(yè)人口占就業(yè)總?cè)丝诘谋戎?、城?zhèn)居民人均可支配收入作為城市經(jīng)濟(jì)富裕度的二級(jí)指標(biāo)。人均公共綠地面積與空氣質(zhì)量大于或等于二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的天數(shù)，是衡量一個(gè)地區(qū)環(huán)境的基本標(biāo)準(zhǔn)，以此作為城市環(huán)境優(yōu)美度的二級(jí)指標(biāo)。社會(huì)保險(xiǎn)是人民生命財(cái)產(chǎn)安全的保障，人民的防患于未然意識(shí)體現(xiàn)著社會(huì)的進(jìn)步；公民素質(zhì)越高，刑事案件就會(huì)相對(duì)減少，選擇社會(huì)保險(xiǎn)覆蓋率、刑事案件立案率作為社會(huì)文明程度的二級(jí)指標(biāo)。水是生命之源，無論是人還是動(dòng)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(gè)城市的人均可用淡水資源總量反映著該地區(qū)的資源承載力，以此作為資源承載力的二級(jí)指標(biāo)。生命是生活的前提，人為災(zāi)害發(fā)生率和自然災(zāi)害發(fā)生率反應(yīng)一個(gè)地區(qū)的公共安全度，選擇以上2個(gè)指標(biāo)作為公共安全度的二級(jí)指標(biāo)。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(qū)城市道路擁有量的重要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，體現(xiàn)著地區(qū)交通便宜狀況，城市燃?xì)馄占奥适腔菁懊裆幕A(chǔ)設(shè)施，選擇人均城市道路交通面積及城市燃?xì)馄占奥首鳛樯畋阋硕鹊亩?jí)指標(biāo)。

2 宜居城市的評(píng)價(jià)模型

模糊綜合評(píng)價(jià)[7-8]是根據(jù)模糊數(shù)學(xué)的隸屬度理論把定性評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)化為定量評(píng)價(jià)。在運(yùn)用12個(gè)二級(jí)指標(biāo)研究城市宜居性時(shí)，選用以向量組的形式體現(xiàn)結(jié)果且系統(tǒng)性強(qiáng)的模糊綜合評(píng)價(jià)方法進(jìn)行評(píng)價(jià)，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(jí)指標(biāo)層

將一級(jí)指標(biāo)劃分為U={U1,U2,U3,U4,U5,U6}，根據(jù)一級(jí)指標(biāo)下所選的二級(jí)指標(biāo)對(duì)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(quán)重集

對(duì)每一級(jí)的評(píng)判，各個(gè)指標(biāo)都有相對(duì)應(yīng)的重要性，對(duì)其賦予相應(yīng)的權(quán)重，得到權(quán)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(quán)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(jīng)濟(jì)區(qū)中的宿遷、連云港、宿州、商丘、濟(jì)寧、棗莊、徐州、淮北。

(4) 建立隸屬函數(shù)計(jì)算單因素評(píng)價(jià)矩陣

隸屬函數(shù)的確定方法很多，通常采用線性方法建立隸屬函數(shù)。根據(jù)所選的二級(jí)指標(biāo)數(shù)據(jù)分布特征建立三角形隸屬函數(shù)，求解單因素評(píng)價(jià)矩陣R。

(5) 建立計(jì)算綜合評(píng)判值函數(shù)，如式(1)。

B=WR

(1)

對(duì)二級(jí)指標(biāo)進(jìn)行模糊綜合評(píng)判的評(píng)判模型選擇加權(quán)平均模型，如式(2)。

(2)

加權(quán)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(píng)價(jià)的全部信息。

(6) 計(jì)算最終評(píng)判結(jié)果向量組

先計(jì)算二級(jí)指標(biāo)的評(píng)判結(jié)果向量組， 如式(3)。

Bi=Wi·Ri

(3)

得到單因素評(píng)價(jià)矩陣， 如式(4)。

R=(R1R2R3R4R5R6)T

(4)

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

3 淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)城市宜居性的綜合評(píng)價(jià)

3.1 淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)城市宜居性數(shù)據(jù)來源

為了對(duì)淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)城市宿遷、宿州、連云港、商丘、濟(jì)寧、棗莊、淮北、徐州的宜居性進(jìn)行分析，通過查閱相關(guān)省2016年統(tǒng)計(jì)年鑒及統(tǒng)計(jì)網(wǎng)站獲得城市二級(jí)指標(biāo)數(shù)據(jù)，如表2所示。

3.1 宜居城市綜合評(píng)估排名

(1) 求解權(quán)重向量

采用文獻(xiàn)[9]中的方法，機(jī)那里評(píng)價(jià)準(zhǔn)則值，如表3所示。

將表3中的各級(jí)指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比重要度，構(gòu)造判斷矩陣。利用MATLAB中的[V,D]= eig(x)，分別求得各個(gè)判斷矩陣的特征值、特征向量。根據(jù)公式求解近似權(quán)向量，如式(5)、(6)、(7)。

(5)

(6)

表2 淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)內(nèi)8個(gè)城市的主要指標(biāo)數(shù)據(jù)情況

表3 評(píng)價(jià)準(zhǔn)則值

(7)

一級(jí)指標(biāo)權(quán)重結(jié)果如式(8)。

W=(0.14 0.31 0.08 0.08 0.08 0.31)

(8)

二級(jí)指標(biāo)權(quán)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(shù)據(jù)分布特征、參考相關(guān)文獻(xiàn)，建立三角分布函數(shù)，求解單因素評(píng)價(jià)值，如表4所示。

表4 根據(jù)隸屬度函數(shù)得到8個(gè)城市的單因素評(píng)價(jià)值

(3) 模糊綜合評(píng)判

根據(jù)式(3)求得二級(jí)指標(biāo)評(píng)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(jí)指標(biāo)評(píng)判向量可以看出，在經(jīng)濟(jì)富裕度指標(biāo)上，徐州為0.89最高占據(jù)優(yōu)勢(shì)，是由于徐州人均GDP收入、第三產(chǎn)業(yè)人口比重、居民可支配收入較高，而商丘3個(gè)二級(jí)指標(biāo)均較低導(dǎo)致此項(xiàng)一級(jí)指標(biāo)為0.33最低；在環(huán)境優(yōu)美度指標(biāo)上，連云港屬于沿海城市空氣質(zhì)量最好且人均綠地面積充足為0.82最高，而棗莊空氣質(zhì)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(biāo)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(biāo)上，商丘自然災(zāi)害發(fā)生率低，棗莊人為災(zāi)害發(fā)生率低。

根據(jù)公式(1)(4)得一級(jí)指標(biāo)評(píng)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(jīng)濟(jì)區(qū)8個(gè)城市宜居性排名為：徐州、連云港、宿遷、宿州、商丘、淮北、濟(jì)寧、棗莊。

3.2 影響城市宜居性排名的主要指標(biāo)

3.2.1 主成分分析法

(1) 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化并計(jì)算相關(guān)系數(shù)矩陣R

由于選取指標(biāo)數(shù)據(jù)的量綱不同，使用MATLAB中的函數(shù):x=zxcore(x)對(duì)指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，消除變量的量綱影響。

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

(12)

(13)

(2) 計(jì)算主成分貢獻(xiàn)率并累計(jì)其貢獻(xiàn)率

主成分zi貢獻(xiàn)率為式(14)。

(14)

累計(jì)貢獻(xiàn)率為式(15)。

(15)

選取累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)85%-95%的特征值所對(duì)應(yīng)的主成分。

(3) 計(jì)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(dá)式式(19)。

(19)

3.2.2 數(shù)據(jù)分析結(jié)果

基于主成分分析法算法步驟編寫MATLAB程序計(jì)算各主成分表達(dá)式系數(shù)，得到宜居城市排名的第一、二、三、四主成分表達(dá)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(gè)主成分表達(dá)式中可看出X5，X10，X3，X8系數(shù)最大。二級(jí)指標(biāo)X3，X5，X8，X10是影響宜居城市排名的主要指標(biāo)，即城鎮(zhèn)居民人均可支配收入、空氣質(zhì)量、人均可用淡水資源總量、人為災(zāi)害發(fā)生率。淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)位于江蘇、河南、山東、安徽四省邊緣地區(qū)，需要實(shí)施區(qū)域的一體化和協(xié)調(diào)發(fā)展。在宜居城市建設(shè)應(yīng)以經(jīng)濟(jì)建設(shè)為基點(diǎn)，注重資源承載能力，增加生態(tài)環(huán)境保護(hù)投入，加強(qiáng)城市安全建設(shè)，滿足居民衣食住行的基礎(chǔ)上安居樂業(yè)。

4 總結(jié)

基于“宜居城市科學(xué)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)”，采用模糊綜合評(píng)價(jià)和主成分分析法，從經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、社會(huì)、資源、安全、生活6項(xiàng)一級(jí)指標(biāo)對(duì)其淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)城市的宜居性進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，徐州、連云港、宿遷是淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)城市中較宜居的三大城市，而淮北、濟(jì)寧、棗莊排名靠后。宜居城市評(píng)價(jià)二級(jí)指標(biāo)體系中，城鎮(zhèn)居民人均可支配收入、空氣質(zhì)量、人均可用淡水資源總量、人為災(zāi)害發(fā)生率是影響城市宜居性排名的主要因素?；春＝?jīng)濟(jì)區(qū)宜居城市建設(shè)應(yīng)以經(jīng)濟(jì)建設(shè)為基點(diǎn)，注重資源承載能力，增加生態(tài)環(huán)境保護(hù)投入，加強(qiáng)城市安全建設(shè)，滿足居民衣食住行的基礎(chǔ)上安居樂業(yè)。

[1] 胡伏湘, 胡希軍. 城市宜居性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建[J].生態(tài)經(jīng)濟(jì),2014,30(8):42-44.

[2] 趙世強(qiáng), 劉晨星. 宜居城市評(píng)價(jià)指標(biāo)體系研究與重構(gòu)[J].價(jià)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(píng)價(jià)研究[J].生產(chǎn)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(píng)價(jià)[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(píng)價(jià)[J].微型電腦應(yīng)用,2016,32(11):26-29.

[6] 韓驥, 袁坤, 黃魯霞, 孟醒. 全球城市宜居性評(píng)價(jià)及發(fā)展趨勢(shì)—以上海市為例[J].華東師范大學(xué)學(xué)報(bào), 2017(1):80-89.

[7] 王汝發(fā).基于模糊分析“宜居城市”評(píng)估模型[J] 湖南城市學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2008, 17(3):35-37.

[8] 劉文斌.模糊綜合評(píng)價(jià)的系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)[D].石家莊：河北工業(yè)大學(xué), 2003:10-13.

[9] 趙靜，但琦. 數(shù)學(xué)建模與數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)[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(xué)學(xué)會(huì)項(xiàng)目(SJHYBKT2016204)；商洛學(xué)院教育教學(xué)改革項(xiàng)目(16jyjx106)。

陳煜(1995-)，女，陜西西安人，本科生，研究方向：應(yīng)用數(shù)學(xué)。

袁訓(xùn)鋒(1984-)，男，湖北神農(nóng)架人，副教授，博士，研究方向：物理課程教學(xué)改革與實(shí)踐。

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2017.08.05)