基于主成分聚類耦合模型的生態(tài)文明建設(shè)空間格局評價分析
——以重慶各區(qū)縣為例

岳斯瑋

（重慶商務(wù)職業(yè)學(xué)院 公共管理系，重慶 401331）

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，資源約束趨緊，環(huán)境污染越發(fā)嚴(yán)重，生態(tài)系統(tǒng)退化形勢嚴(yán)峻，區(qū)域生態(tài)文明的建設(shè)變得越來越重要。然而，生態(tài)文明建設(shè)是一個長遠(yuǎn)的過程，并且要與區(qū)域經(jīng)濟、社會發(fā)展相適應(yīng)。因此，在生態(tài)文明建設(shè)中，有必要對區(qū)域生態(tài)文明建設(shè)進(jìn)行適時評價。當(dāng)前，科研工作者也對生態(tài)文明建設(shè)進(jìn)行了一些探討。［1-8］可是這些探討中，對區(qū)域生態(tài)文明建設(shè)水平空間格局的探討相對較少，而生態(tài)文明建設(shè)首要任務(wù)就是優(yōu)化空間格局，只有按照人口資源環(huán)境相均衡、經(jīng)濟社會生態(tài)效益相統(tǒng)一的原則，節(jié)制開發(fā)力度，優(yōu)化空間結(jié)構(gòu)，才能實現(xiàn)生產(chǎn)空間集約高效、生活空間宜居適度、生態(tài)空間山清水秀。因此，很有必要對區(qū)域生態(tài)文明建設(shè)水平的空間格局進(jìn)行評價分析。

重慶是我國的歷史文化名城，是“巴渝文化”的發(fā)祥地，是我國最年輕的直轄市，是“一帶一路”和長江經(jīng)濟帶的重要結(jié)點城市，是長江上游區(qū)域的經(jīng)濟中心、金融中心、科創(chuàng)中心。因此，重慶生態(tài)文明建設(shè)的水平，不僅關(guān)乎重慶的區(qū)域發(fā)展，而且對整個西部發(fā)展，乃至我國發(fā)展戰(zhàn)略，都有著重要影響。所以，對重慶生態(tài)文明建設(shè)水平進(jìn)行評價，找出重慶區(qū)域生態(tài)文明建設(shè)的空間分布特征，其必要性和重要性尤為明顯。基于此，對重慶各區(qū)縣生態(tài)文明建設(shè)空間均衡性和空間格局演變特征進(jìn)行評價分析，以期為重慶今后的生態(tài)文明建設(shè)提供一定的參考依據(jù)。

一、評價指標(biāo)體系的構(gòu)建

生態(tài)文明建設(shè)不但要做好其本身的生態(tài)建設(shè)、環(huán)境保護、資源節(jié)約等，而且更重要的是明確其突出地位，將生態(tài)文明理念滲透到經(jīng)濟建設(shè)、政治建設(shè)、文化建設(shè)、社會建設(shè)的各方面和全過程，構(gòu)成經(jīng)濟發(fā)展與環(huán)境保護相適應(yīng)的空間格局、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)方式及生活方式。［7-13］因此，生態(tài)文明建設(shè)可以從綠色經(jīng)濟、社會發(fā)展、資源節(jié)約、環(huán)境承壓、生態(tài)文化等幾個方面來刻畫?；诖耍鶕?jù)區(qū)域特點、指標(biāo)數(shù)據(jù)易收集等原則，構(gòu)建生態(tài)文明建設(shè)評價指標(biāo)體系，具體見表1。

表1 生態(tài)文明建設(shè)水平評價指標(biāo)體系

二、構(gòu)建主成分聚類分析耦合模型

（一）評價方法的選擇

聚類分析是一種研究多要素事物問題的數(shù)量方法，其原理是根據(jù)樣本自身的特性，用數(shù)學(xué)方法按照樣本之間某種相似性或差異性指標(biāo)，定量地找到樣本之間的遠(yuǎn)近關(guān)系，并在此基礎(chǔ)上按照樣本之間的遠(yuǎn)近關(guān)系對樣本進(jìn)行歸類。［14，15］但是，在樣本量較大時，傳統(tǒng)聚類方法要獲得聚類結(jié)論有一定困難，存在失效性。而生態(tài)文明建設(shè)的評價是一個復(fù)雜系統(tǒng)，涉及樣本容量相對較大，指標(biāo)維度相對較高。如果直接用聚類分析來對區(qū)域生態(tài)文明建設(shè)的空間分布進(jìn)行評價，容易失效，造成聚類誤差。而主成分分析是一種把多個指標(biāo)變量歸納為少數(shù)幾個綜合指標(biāo)的一種降維統(tǒng)計分析方法。［14，15］基于此，結(jié)合主成分分析和聚類分析，構(gòu)建主成分聚類耦合評價模型。

（二）主成分聚類耦合模型的步驟

假如一個評價系統(tǒng)有n個評價對象，每個評價對象有評價指標(biāo)m個，其中第i個評價對象在第j個評價指標(biāo)上的值表示為aij，從而構(gòu)成原始評價矩陣An×m。根據(jù)主成分分析和聚類分析的原理，對主成分聚類耦合模型的步驟進(jìn)行歸納。［14，15］

（1）對各指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，記準(zhǔn)化值為aij*，標(biāo)準(zhǔn)化的公式如下：

正向指標(biāo)為

負(fù)向指標(biāo)為

（2）建立變量的相關(guān)系數(shù)陣An×m；

（3）求An×n的特征根λ1≥λ2≥…≥λn＞0及相應(yīng)的單位特征向量ei（i=1，2，…，n）；

（4）計算主成分：根據(jù)（3）的計算結(jié)果，一般選取特征值大于1的前p個主成分，然后計算得出主成分為

（5）構(gòu)建距離矩陣：根據(jù)（4）得出的主成分，計算主成分Fi與Fj之間的歐式距離dij（i，j=1，2，…，p），其計算公式為

其中，fik為第i個主成分在第k項指標(biāo)上的值。從而得到距離矩陣D=（dij）p×p。

（6）最短距離聚類：用L1，L2，…表示類，用Dpq表示類Lp與類Lq之間最近樣本距離，計算公式為

根據(jù)兩類之間距離，合并最近或最相似的兩項，重復(fù)上述步驟直到所有元素并為一類。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合研究對象的背景知識，按照一定分類標(biāo)準(zhǔn)或原則，得出分類結(jié)果，一般用譜系圖表示。

三、重慶生態(tài)文明建設(shè)水平的空間格局評價分析

根據(jù)重慶各區(qū)縣統(tǒng)計數(shù)據(jù)完備性及區(qū)域?qū)嶋H情況，在重慶各區(qū)縣中選擇除潼南、榮昌、梁平、武隆、開州等區(qū)縣外的其他33個區(qū)縣作為評價對象，并且為了衡量各區(qū)縣生態(tài)文明建設(shè)水平在重慶整體水平中的位置，將重慶全域生態(tài)文明建設(shè)水平也作為評價對象；由于統(tǒng)計數(shù)據(jù)的延遲性，以及各區(qū)縣統(tǒng)計數(shù)據(jù)實際情況，選擇2017年作為評價年份。

（一）重慶生態(tài)文明建設(shè)的空間均衡性評價

根據(jù)“重慶數(shù)據(jù)”網(wǎng)站收集到各區(qū)縣生態(tài)文明建設(shè)水平評價指標(biāo)體系中各指標(biāo)2017年的數(shù)據(jù)，利用SPSS22.0對重慶及各區(qū)縣的生態(tài)文明建設(shè)水平進(jìn)行主成分分析，得到方差分解圖及主成分系數(shù)矩陣，具體見表2。

根據(jù)表2可知，前5個主成分特征值都大于1。因此，根據(jù)主成分分析，選取5個主成分來刻畫生態(tài)文明建設(shè)水平。利用SPSS22.0得到5個主成分的系數(shù)矩陣，然后根據(jù)主成分計算公式及綜合得分評價函數(shù)，得到重慶及各區(qū)縣生態(tài)文明建設(shè)水平主成分得分及綜合得分，具體見表3。

表2 主成分分析方差分解圖

表3 重慶各區(qū)縣生態(tài)文明建設(shè)水平主成分得分及綜合得分

由表3可知，從總體來看，重慶各區(qū)縣中生態(tài)文明建設(shè)水平最好的是渝中區(qū)，綜合得分為3.683，最差的為合川區(qū)，綜合得分僅為0.716，方差波動明顯，具體見表5。而且在評價的33個區(qū)縣中，生態(tài)文明建設(shè)綜合水平高于重慶全域水平的區(qū)縣只有渝中區(qū)、江北區(qū)、沙坪壩區(qū)、南岸區(qū)、九龍坡區(qū)、大渡口區(qū)、渝北區(qū)、黔江區(qū)8個區(qū)縣，76%的區(qū)縣生態(tài)文明建設(shè)水平都在重慶全域生態(tài)文明建設(shè)水平之下，表明重慶各區(qū)域生態(tài)文明建設(shè)水平存在明顯的不均衡性，區(qū)域之間差異明顯。

具體來看，根據(jù)表3中各主成分得分，進(jìn)行方差分析，具體見表4?？芍谝恢鞒煞值梅址讲畈▌幼顬槊黠@，其次是第二主成分，表明第一主成分和第二主成分所代表指標(biāo)對區(qū)域生態(tài)文明建設(shè)水平影響較大，即重慶當(dāng)前生態(tài)文明建設(shè)中各區(qū)域經(jīng)濟建設(shè)、社會保障、生態(tài)文明、教育支出等方法存在明顯差異；而第三、四、五主成分得分波動不明顯，表明重慶各區(qū)域生態(tài)文明建設(shè)中，醫(yī)療保障、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、教育水平等方面差異不明顯，都還有待提高。

表4 生態(tài)文明建設(shè)水平得分差異分析

（二）重慶生態(tài)文明建設(shè)的空間格局演變特征

根據(jù)前文分析可知，重慶各區(qū)縣生態(tài)文明建設(shè)水平存在明顯不均衡性，因此為了研究重慶各區(qū)縣生態(tài)文明建設(shè)水平在空間格局上特征，利用所構(gòu)建的主成分聚類耦合模型及表3中各區(qū)縣生態(tài)文明建設(shè)主成分得分進(jìn)行主成分聚類分析，根據(jù)SPSS22.0得到聚類譜系圖，具體見圖1。

圖1 重慶各區(qū)縣生態(tài)文明建設(shè)主成分聚類譜系圖

根據(jù)圖1，從空間格局上，將重慶各區(qū)縣的生態(tài)文明建設(shè)水平分為4類。根據(jù)各區(qū)縣生態(tài)文明建設(shè)水平的綜合得分，可以將當(dāng)前重慶生態(tài)文明建設(shè)水平分為4個等級，具體見表6。渝中區(qū)、大渡口區(qū)、沙坪壩區(qū)、江北區(qū)、九龍坡區(qū)、南岸區(qū)等重慶主城6區(qū)生態(tài)文明建設(shè)水平為“優(yōu)秀”；大多數(shù)區(qū)縣生態(tài)文明建設(shè)水平為“中等”，基本達(dá)到重慶市的平均水平；而長壽區(qū)、豐都區(qū)、合川區(qū)、綦江等4個區(qū)縣生態(tài)文明建設(shè)水平為“差”，遠(yuǎn)低于重慶市的平均水平。

表6 重慶生態(tài)文明建設(shè)水平空間格局分類

四、結(jié)論

根據(jù)評價結(jié)果可以看出，重慶各區(qū)縣中生態(tài)文明建設(shè)水平最好的是渝中區(qū)，綜合得分為3.683；最差的為合川區(qū)，綜合得分僅為0.716，方差波動明顯。而且在評價的33個區(qū)縣中，生態(tài)文明建設(shè)綜合水平高于重慶全域水平的區(qū)縣只有渝中區(qū)、江北區(qū)、沙坪壩區(qū)、南岸區(qū)、九龍坡區(qū)、大渡口區(qū)、渝北區(qū)、黔江區(qū)8個區(qū)縣，76%的區(qū)縣生態(tài)文明建設(shè)水平都在重慶全域生態(tài)文明建設(shè)水平之下，表明重慶各區(qū)域生態(tài)文明建設(shè)水平存在明顯的不均衡性，區(qū)域之間差異明顯。具體來說，重慶當(dāng)前生態(tài)文明建設(shè)中各區(qū)域經(jīng)濟建設(shè)、社會保障、生態(tài)文明、教育支出等方面存在明顯差異；醫(yī)療保障、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、教育水平等方面差異不明顯，都還有待提高。從空間格局來看，重慶生態(tài)文明建設(shè)水平可以分為4個等級，渝中區(qū)、大渡口區(qū)、沙坪壩區(qū)、江北區(qū)、九龍坡區(qū)、南岸區(qū)等重慶主城6區(qū)生態(tài)文明建設(shè)水平為“優(yōu)秀”；大多數(shù)區(qū)縣生態(tài)文明建設(shè)水平為“中等”，基本達(dá)到重慶市平均水平；而長壽區(qū)、豐都區(qū)、合川區(qū)、綦江4個區(qū)縣生態(tài)文明建設(shè)水平為“差”，遠(yuǎn)低于重慶市平均水平。