基于主成分分析的大同市城市空間形態(tài)特征

張 羽，桑子俞

（山西師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院，山西 臨汾 041000）

0 引言

在我國迅猛的城市化發(fā)展過程中，許多城市經(jīng)過多番擴(kuò)建，目前已形成較為穩(wěn)定的空間布局形態(tài)?，F(xiàn)已建成的城市空間是城市經(jīng)過不斷開發(fā)與發(fā)展所形成的城市基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，由于發(fā)展歷史、自然條件等的不同，每一個(gè)城市都會(huì)形成其獨(dú)特的城市空間形態(tài)，這一基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)作為城市產(chǎn)業(yè)發(fā)展“植根性”的一部分，是城市制定經(jīng)濟(jì)發(fā)展政策、經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型策略所必須要考慮的[1-3]。

目前國內(nèi)城市空間形態(tài)研究的文章有基于空間句法理論的城市空間形態(tài)分析研究［4-5］，有基于三維計(jì)盒法的城市空間形態(tài)分維計(jì)算與分析［6-7］；有文章將城市交通與城市網(wǎng)絡(luò)結(jié)合起來進(jìn)行城市空間形態(tài)的分析研究［8-12］，同時(shí)還有文章以產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級優(yōu)化為背景，將旅游業(yè)與城市空間形態(tài)的演化發(fā)展結(jié)合起來對城市空間形態(tài)特征、演化趨勢以及影響機(jī)制進(jìn)行綜合分析［13-15］；就影響機(jī)制的研究，尚正永等以江蘇省淮安市為例對專門對城市空間形態(tài)演變的土地市場機(jī)制進(jìn)行研究［16］，杜曌等以宜都市為例分析了自然地理?xiàng)l件對城市空間形態(tài)的影響研究［17］；就典型研究區(qū)，陳小斐等研究了武漢城市空間形態(tài)演變與標(biāo)志性城市文化景觀的形成［18］，徐銀鳳等、龔富華等對蘇州市城市空間形態(tài)演化及其影響機(jī)制進(jìn)行了分析研究［19-20］，陸小波等對中型平原水網(wǎng)城市空間形態(tài)特征進(jìn)行了研究［21］。

長期以來，大同市作為一個(gè)煤炭資源型城市為國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)做出巨大貢獻(xiàn)的同時(shí)，也形成了如今產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)單一的經(jīng)濟(jì)格局。目前這種格局已經(jīng)嚴(yán)重制約了大同市經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，而且隨著煤炭資源的枯竭，大同市經(jīng)濟(jì)發(fā)展的形勢愈加嚴(yán)峻。為避免“礦竭城衰”的現(xiàn)象發(fā)生，加快大同市經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型已經(jīng)成為大同市經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重中之重，而要指導(dǎo)大同市經(jīng)濟(jì)社會(huì)轉(zhuǎn)型，首先需要明確其以經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展速度為基礎(chǔ)的城市空間形態(tài)特征，才能有的放矢，找到與經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度相對應(yīng)的、較為合適的發(fā)展方式，以保證大同市經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型平穩(wěn)順利。本文以典型資源密集型發(fā)展城市大同為研究區(qū)，以經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展速度為判斷基礎(chǔ)，探究大同市城市空間形態(tài)特征。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

表1 大同市經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展速度指標(biāo)體系

表2 特征值及主成分貢獻(xiàn)率

大同市位于山西省北部，地處大同盆地中心、晉冀蒙邊緣，為整個(gè)山西的屏障以及晉北的門戶，扼晉冀蒙的咽喉要道，是中國晉冀蒙交界地區(qū)中心城市之一、重要的綜合能源基地。大同市是中國最大的煤炭能源基地之一，國家重化工能源基地，神府、準(zhǔn)格爾新能源區(qū)與京津唐發(fā)達(dá)工業(yè)區(qū)的中點(diǎn)。全境總面積為14 176 平方千米，總?cè)丝?33.97 萬人（2017 年），全市GDP 為11 21.80 億元（2017 年）。包括城區(qū)、礦區(qū)、南郊區(qū)、新榮區(qū)、陽高縣、天鎮(zhèn)縣、廣靈縣、靈丘縣、渾源縣、左云縣、大同縣共四區(qū)七縣，大同市4 個(gè)區(qū)以及左云縣位于大同盆地附近，其他5 個(gè)縣大多位于山地丘陵區(qū)。

1.2 數(shù)據(jù)來源

大同市在2018 年重新進(jìn)行了行政區(qū)劃，但其2019 年經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)暫未公布，因而無法計(jì)算新行政區(qū)劃下各區(qū)縣2018 年的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展速度，同時(shí)其原有行政區(qū)劃下的城市空間基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)依舊存在，且持續(xù)影響著大同的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，故本文以大同市原有行政區(qū)劃下的四區(qū)七縣共11 個(gè)區(qū)域單元為主要研究對象，使用大同市2017 年經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展各指標(biāo)數(shù)據(jù)，借鑒范宣麗等構(gòu)建的區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展評價(jià)指標(biāo)體系［22］，以經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展速度為目標(biāo)層；以經(jīng)濟(jì)發(fā)展、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、社會(huì)建設(shè)為準(zhǔn)則層；同時(shí)設(shè)置具體指標(biāo)層，構(gòu)建大同市各區(qū)域單元經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展速度評價(jià)指標(biāo)體系（見表1），采用主成分分析法與聚類分析法進(jìn)行分析。數(shù)據(jù)來自《山西省統(tǒng)計(jì)年鑒2018》《山西省統(tǒng)計(jì)年鑒2017》。

2 研究方法

2.1 多變量降維處理

主成分分析法是一種通過降維，用相對少的新的變量表示原來的相對多的變量，并且可以盡量多的反應(yīng)原來變量所反應(yīng)的信息的地理學(xué)經(jīng)典統(tǒng)計(jì)分析方法［23］。其具體步驟為：

1）通過計(jì)算各指標(biāo)具體增長率數(shù)值對原始數(shù)據(jù)標(biāo)進(jìn)行準(zhǔn)化處理；

2）計(jì)算相關(guān)系數(shù)矩陣；

3）計(jì)算各成分的特征值、貢獻(xiàn)率以及累計(jì)貢獻(xiàn)率（見表2）以確定主成分；

根據(jù)主成分累積貢獻(xiàn)率達(dá)到85%為宜的原則，選取前4 個(gè)主成分；

1）計(jì)算特征向量與主成分載荷；

2）計(jì)算各區(qū)縣經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展速度綜合得分F（F=F1+F2+F3+F4），并進(jìn)行排名（見表3）。

表3 大同市4 區(qū)7 縣經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展速度綜合得分

2.2 多要素事物分類

聚類分析的基本原理是根據(jù)樣本自身的屬性，用數(shù)學(xué)方法按照某種相似性或差異性指標(biāo)定量地確定樣本之間的親疏關(guān)系，并按這種親疏關(guān)系程度進(jìn)行對樣本進(jìn)行聚類［24］，本文采用最短距離聚類法。

以各區(qū)縣的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展速度綜合得分為依據(jù)，在SPSS21.0 中對大同市11 個(gè)區(qū)域單元進(jìn)行聚類分析。當(dāng)選取5 為聚類標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，大同市11 個(gè)區(qū)域單元按照綜合得分高低可分為四類。以經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展速度為基礎(chǔ)，將四類區(qū)域單元依次命名為：高速發(fā)展區(qū)（左云縣）；中高速發(fā)展區(qū)（大同縣、新榮區(qū)、廣靈縣）；中速發(fā)展區(qū)（靈丘縣、天鎮(zhèn)縣、渾源縣、城區(qū)、陽高縣、礦區(qū)）以及低速發(fā)展區(qū)（南郊區(qū)）。具體分布情況見圖1 。

圖1 大同市四類發(fā)展區(qū)分布圖

3 基于主成分分析的大同市城市空間形態(tài)特征

3.1 城市空間形態(tài)扁平化特征明顯

以經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展速度為依據(jù)，四區(qū)七縣中高速發(fā)展區(qū)只有左云縣1 個(gè)，低速發(fā)展區(qū)只有南郊區(qū)1個(gè)，其余9 個(gè)區(qū)域單元均位于中高速發(fā)展區(qū)與中速發(fā)展區(qū)之列，城市空間的扁平化特征明顯。南郊區(qū)2017 年經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展水平居全市前列，經(jīng)濟(jì)增長或已進(jìn)入瓶頸，故而增速緩慢；左云縣是大同市內(nèi)唯一地處大同盆地的縣，加之近年來積極進(jìn)行產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，整個(gè)縣正在加速發(fā)展。大同市四區(qū)七縣中，高速發(fā)展區(qū)數(shù)量過少，大同市目前的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展過程中起示范帶動(dòng)作用的增長極數(shù)量不足，大同市尚處于區(qū)域發(fā)展的極核式增長初級階段。

3.2 中高速發(fā)展區(qū)與中速發(fā)展區(qū)呈團(tuán)塊狀集聚分布

屬于中高速發(fā)展區(qū)的大同縣、新榮區(qū)、廣靈縣與屬于中速發(fā)展區(qū)的靈丘縣、天鎮(zhèn)縣、渾源縣、陽高縣7 個(gè)縣區(qū)以大同縣為中心形成一個(gè)團(tuán)塊狀集聚區(qū)，成為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的潛力地區(qū)。在這一地區(qū)中，大同縣在地理位置上處于中心，且臨近各區(qū)，若考慮到產(chǎn)業(yè)發(fā)展的距離成本，各區(qū)在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化過程中更易將夕陽產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移到大同縣，使得大同縣能比其他中高速發(fā)展區(qū)獲得更多地發(fā)展機(jī)會(huì)，其經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展速度相應(yīng)較快；新榮區(qū)是發(fā)展速度最快的區(qū)，這與其積極進(jìn)行經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型是分不開的；靈丘縣與天鎮(zhèn)縣位于山西、河北交界地帶，能夠獲得更多的外部機(jī)會(huì)，對加快經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展具有一定的積極作用。

3.3 形成了經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展速度西-東向遞減帶

大同市11 個(gè)區(qū)域單元由西向東經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展速度逐漸降低，最西為高速發(fā)展區(qū)的左云縣；向東依次為中高速發(fā)展區(qū)的大同縣、新榮區(qū)與廣靈縣；中速發(fā)展區(qū)靈丘縣、天鎮(zhèn)縣、渾源縣、城區(qū)、陽高縣、礦區(qū)。低速發(fā)展的南郊區(qū)較為特殊，位于高速發(fā)展區(qū)與中高速發(fā)展區(qū)之間。在這一西-東向遞減帶上，煤炭資源的儲(chǔ)量與品質(zhì)由西向東逐漸降低，同時(shí)交通的通達(dá)性與路網(wǎng)密度也由西向東逐漸降低，在資源的豐富程度以及交通的便利性的差異基礎(chǔ)上形成了大同市經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展速度的西-東向遞減帶。

4 結(jié)論與小結(jié)

4.1 結(jié)論

在主成分分析與聚類分析的基礎(chǔ)上對大同市2017 年經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展速度進(jìn)行綜合打分與區(qū)域分類，在此基礎(chǔ)上分析得出大同市城市空間特征主要表現(xiàn)為：首先是城市空間形態(tài)扁平化特征明顯，突出體現(xiàn)在高速發(fā)展區(qū)只有左云縣一個(gè)，低速發(fā)展區(qū)只有南郊區(qū)一個(gè)，其余區(qū)域單元均為中速與中高速發(fā)展區(qū)而中高速與中速發(fā)展區(qū)；其次是中高速發(fā)展區(qū)與中速發(fā)展區(qū)呈團(tuán)塊狀集聚分布，這一團(tuán)塊塊狀區(qū)域成為大同市經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的一個(gè)潛力地區(qū)；最后是形成了經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展速度大致西-東向遞減帶。這一經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展速度遞減帶形成的基礎(chǔ)主要是由資源與區(qū)位優(yōu)勢所決定的?？傮w來說，基于經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展速度，處于大同市東部的高速發(fā)展區(qū)左云縣與低俗發(fā)展區(qū)南郊區(qū)形成了經(jīng)濟(jì)社會(huì)增長的2 個(gè)極端地區(qū)，大同市大部分地區(qū)的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展?jié)摿^大，對于大同市整體經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展是一個(gè)向好的趨勢。

4.2 小結(jié)

大同市四區(qū)七縣中，南郊區(qū)屬于經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展低速區(qū)，其經(jīng)濟(jì)體量大，經(jīng)濟(jì)發(fā)展或已進(jìn)入瓶頸期，此種情況下，應(yīng)積極采取措施抓住發(fā)展機(jī)遇進(jìn)行經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的升級優(yōu)化，緊跟國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展走向，從“高速發(fā)展”轉(zhuǎn)向“提質(zhì)增效發(fā)展”。由中高速發(fā)展區(qū)與中速發(fā)展區(qū)集聚而成的團(tuán)塊狀潛力地區(qū)涉及的區(qū)域單元個(gè)數(shù)多、面積廣，在區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展的大目標(biāo)下，應(yīng)作為政府的重點(diǎn)扶持對象。