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        城市人居環(huán)境評價指標(biāo)及其多元統(tǒng)計(jì)分析

        2012-09-02 08:35:20李鵬雁
        關(guān)鍵詞:哈爾濱市人居分量

        李鵬雁,丁 力

        (哈爾濱工業(yè)大學(xué)人文與社會科學(xué)學(xué)院,150001哈爾濱)

        城市人居環(huán)境,是指人類聚居生活的地方,是與人類生存活動密切相關(guān)的地表空間,包括自然、人群、社會、居住、支撐五大系統(tǒng).近些年來,我國在盲目地追求GDP增長的同時,嚴(yán)重忽視了對環(huán)境的保護(hù),從而導(dǎo)致城市人居環(huán)境問題越來越突出.城市人居環(huán)境的惡化不僅會帶來潛在的不安因素,也不利于和諧社會的建設(shè),同時在一定程度上還會制約現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展[1-4].

        針對城市人居環(huán)境問題,國內(nèi)外許多學(xué)者都做過大量的探討.國外方面,P.Geddes[5],L.Mumfond[6]認(rèn)為:要把人類聚居作為一個整體,從政治、經(jīng)濟(jì)、社會、文化、技術(shù)等方面進(jìn)行全面地、系統(tǒng)地、綜合地加以研究;國內(nèi)方面,孫志芬[7],魯春陽[8],邢蘭芹[9]等采用主成分分析法分別對呼和浩特市、重慶市、南京市和西安市的人居環(huán)境進(jìn)行了分析.縱觀已有的研究成果,不難發(fā)現(xiàn):雖然根據(jù)每個城市的不同特點(diǎn),學(xué)者們建立了不同的人居環(huán)境評價體系,但從總體上看,這些評價體系是大同小異的,即存在建立一般性城市人居環(huán)境評價體系的可能性.

        在借鑒國內(nèi)外已有的研究成果的基礎(chǔ)上,遵循以人為本等原則,本文構(gòu)建了具有普遍意義的城市人居環(huán)境評價指標(biāo)體系.以哈爾濱市為例,采用被稱為主成分分析的多元統(tǒng)計(jì)方法對其1995-2009年的人居環(huán)境狀況進(jìn)行了分析,以期所得研究結(jié)果能夠?yàn)槌鞘腥司迎h(huán)境的進(jìn)一步優(yōu)化奠定基礎(chǔ).

        1 評價指標(biāo)體系的構(gòu)建

        自20世紀(jì)90年代,中國科學(xué)院和中國工程院院士吳良鏞[10]提出建立“人居環(huán)境科學(xué)”起,我國許多學(xué)者開始關(guān)注和研究人居環(huán)境問題,并采用了不同的方法對局部地區(qū)的城市人居環(huán)境進(jìn)行評價.在歸納已有研究成果的基礎(chǔ)上,本文遵循以人為本、綜合性、可操作性、區(qū)域性、獨(dú)立性等原則,以居住條件、環(huán)境綠化、基礎(chǔ)設(shè)施、教育衛(wèi)生和社會穩(wěn)定性等5個方面為分類層,以人均居住面積、建成區(qū)綠化覆蓋率、每萬人擁有高等學(xué)校在校生數(shù)、每萬人擁有醫(yī)生數(shù)、刑事案件立案數(shù)等22個指標(biāo)作為指標(biāo)層,構(gòu)建了具有普遍意義的城市人居環(huán)境評價指標(biāo)體系,如表1所示.

        表1 城市人居環(huán)境評價指標(biāo)體系

        2 評價方法的選擇及數(shù)據(jù)來源

        2.1 評價方法的選擇

        主成分分析[11]也稱主分量分析,是由霍特林于1933年首先提出的.主成分分析是利用降維的思想,在損失很少信息的前提下把多個指標(biāo)轉(zhuǎn)化為幾個綜合指標(biāo)的多元統(tǒng)計(jì)方法.通常把轉(zhuǎn)化生成的綜合指標(biāo)稱為主成分,其中每個主成分都是原始變量的線性組合,且各個主成分之間互不相關(guān),使得主成分比原始變量具有某些更優(yōu)越的性能.這樣在研究復(fù)雜問題時就可以只考慮少數(shù)幾個主成分而不至于損失太多信息,從而更容易抓住主要矛盾,揭示事物內(nèi)部變量之間的規(guī)律性,同時使問題得到簡化.基于對主成分分析方法的認(rèn)識,結(jié)合所要研究問題的具體情況,以哈爾濱市為例,評價城市人居環(huán)境時,本文采用主成分分析方法.以下為利用SPSS軟件對哈爾濱市人居環(huán)境進(jìn)行研究的具體步驟.

        一般而言,對于度量單位不同的指標(biāo)或是取值范圍彼此差異非常大的指標(biāo),不宜直接用主成分方法來分析,而應(yīng)考慮將數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化.本文采用式(1)對所收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理為

        式中:Yij為標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù);Cij為第j個指標(biāo)歷年的原始數(shù)據(jù);Cij為第j個指標(biāo)在所選時間段的平均值;Sj為第j個指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)差,其中

        對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理后,就可以得到評價指標(biāo)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化的系數(shù)矩陣.進(jìn)一步利用SPSS軟件對標(biāo)準(zhǔn)化的系數(shù)矩陣進(jìn)行“因子分析”就可以得到以下幾項(xiàng)數(shù)據(jù)處理結(jié)果:各分量的方差貢獻(xiàn)率、積累方差貢獻(xiàn)率、成分矩陣以及成分得分系數(shù)矩陣.由于積累方差貢獻(xiàn)率>90%的前m個主分量已能夠較好的提取主要信息,因此選取前m個指標(biāo)作為主成分.結(jié)合成分矩陣,將標(biāo)準(zhǔn)化后的指標(biāo)代入式(2)中,就可以求出各個主成分的因子得分函數(shù)為

        式中:Y1、Y2、…、Yn分別為標(biāo)準(zhǔn)化的指標(biāo);Zm1、Zm2、…、Zmn分別為第m個主成分的因子系數(shù);Fm為第m個主成分的因子得分函數(shù).

        然后,結(jié)合各分量的方差貢獻(xiàn)率以及各主分量的因子得分函數(shù),利用式(3)便可求出哈爾濱市各年人居環(huán)境綜合評價指數(shù)為

        式中:Wm為第m個主分量方差貢獻(xiàn)率;Fim為第i年的第m個主分量得分函數(shù);Fi為第i個指標(biāo)綜合評價指數(shù).

        2.2 數(shù)據(jù)來源

        本文通過對《哈爾濱市統(tǒng)計(jì)年鑒》等有關(guān)文獻(xiàn)的查閱,整理出1995-2009年各項(xiàng)指標(biāo)的數(shù)據(jù)值,并運(yùn)用SPSS 17.0軟件中的主成分分析方法對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析.

        3 實(shí)證分析

        運(yùn)用SPSS 17.0軟件對標(biāo)準(zhǔn)化的系數(shù)矩陣進(jìn)行“因子分析”可得到以下結(jié)果:哈爾濱市人居環(huán)境系統(tǒng)解釋的總方差和哈爾濱市人居環(huán)境成分矩陣(如表2,3所示).

        表2 哈爾濱市人居環(huán)境系統(tǒng)解釋的總方差

        3.1 主成分的提取

        從表2中可知,在特征根>1的情況下,哈爾濱市人居環(huán)境系統(tǒng)的第1主分量、第2主分量、第3主分量和第4主分量的累積方差率分別為53.95%、74.56%、84.11%和90.54%,說明這4個主分量能夠充分反映哈爾濱市人居環(huán)境狀況.因此可以基于已有的分析結(jié)果對該問題進(jìn)行深入研究.

        3.2 主成分結(jié)構(gòu)分析

        在確定了主成分的數(shù)量及各個主成分所占的比重之后,進(jìn)一步考察各主成分的構(gòu)成情況.從表3可知,在哈爾濱市人居環(huán)境第1主成分的構(gòu)成要素中,廢水排放達(dá)標(biāo)率(A7)、固體廢物綜合利用率(A8)、每萬人擁有高等學(xué)校在校生數(shù)(A17)和每萬人擁有專人教師數(shù)(A16)等指標(biāo)所占比重較大.廢水排放達(dá)標(biāo)率(A7)和固體廢物綜合利用率(A8)可以綜合為綠化環(huán)境因素,而每萬人擁有高等學(xué)校在校生數(shù)(A17)和每萬人擁有專人教師數(shù)(A16)則可以看成是對教育條件的綜合反映.這樣如果把哈爾濱市人居環(huán)境第1主成分設(shè)為變量F1,則F1代表哈爾濱市的綠化及教育條件.同樣,可以把哈爾濱市人居環(huán)境的第2主成分、第3主成分和第4主成分分別視為變量F2、變量F3和變量F4.在變量F2的構(gòu)成要素中,火災(zāi)事故起數(shù)(A21)和交通事故起數(shù)(A20)兩個指標(biāo)所占的比重較大且集中,因此可以令變量F2代表哈爾濱市的社會治安情況.同理,在變量F3的構(gòu)成要素中,每萬人擁有醫(yī)療床位數(shù)(A19)和每萬人擁有醫(yī)生數(shù)(A18)兩個指標(biāo)所占的比重較大;在變量F4的構(gòu)成要素中,人均蔬菜產(chǎn)量(A4)指標(biāo)所占比重較大,因此可以認(rèn)為F3代表哈爾濱市的醫(yī)療衛(wèi)生狀況、變量F4代表哈爾濱市的食品供應(yīng)狀況.綜上所述,構(gòu)成哈爾濱市人居環(huán)境的成分主要有:綠化及教育水平(F1)、社會治安(F2)、醫(yī)療衛(wèi)生條件(F3)以及食品供應(yīng)(F4).

        表3 哈爾濱市人居環(huán)境成分矩陣

        3.3 各主成分及綜合指數(shù)的測量

        根據(jù)上述分析結(jié)果,利用式(2)、式(3)可以計(jì)算出哈爾濱市人居環(huán)境各主成分的取值以及綜合評價指標(biāo),計(jì)算結(jié)果如圖1所示.從圖1可知,綠化與教育水平作為第1主成分,是影響哈爾濱市人居環(huán)境的主要因素.1995-2009年15年間,哈爾濱市綠化與教育水平大致經(jīng)歷了兩個發(fā)展階段,即快速提升階段和平穩(wěn)發(fā)展階段.1995-2003年為快速提升階段,在這一時期哈爾濱市的綠化與教育水平指數(shù)由-21.13增加到9.63.哈爾濱市的綠化情況得到了明顯的改善:建成區(qū)綠化覆蓋率從27.6%增加到32%,人居占有公共綠地面積從4%增加到5.85%;對廢水、固體廢物的處理技術(shù)的改進(jìn),促進(jìn)了哈爾濱市處理廢棄物水平的提升,其中,廢水排放達(dá)標(biāo)率由45.23%增加到91.2%、固體廢物綜合利用率從37.6%增加到78.5%.同時,哈爾濱市的教育水平也得到了長足的發(fā)展:1995-2003年,哈爾濱市每萬人擁有專任教師數(shù)從97.52人增至113人,每萬人擁有高等學(xué)校在校生數(shù)由72.51人增加到270人.教育水平的提高,為哈爾濱市的人居環(huán)境改善提供了智力支持.2003-2009年為平穩(wěn)發(fā)展階段,在這一時期哈爾濱市的綠化與教育水平指數(shù)由8.14增加至12.23.其中發(fā)展較快的兩項(xiàng)指標(biāo)為人均占有公共綠地面積和每萬人擁有高等學(xué)校在校生數(shù),前者由4.8 m2增至9.4 m2,后者由313人增加到了413人.

        1995-2009 年,哈爾濱市的社會治安狀況經(jīng)歷了先惡化后改善的過程.其中1995-2002年期間,哈爾濱市的社會治安狀況有所惡化,社會治安指數(shù)由-3.28增至7.27;哈爾濱市的交通事故數(shù)量由535起增至2 785起,火災(zāi)事故數(shù)量由251起增至4 861起.2002年以后,哈爾濱市社會治安得到很大改善.2009年,哈爾濱市的交通事故數(shù)量減至257起、火災(zāi)事故數(shù)量減至479起.良好的社會治安有效地改善了城市的居住環(huán)境.哈爾濱市的醫(yī)療衛(wèi)生水平在1995-2006年期間總體發(fā)展平穩(wěn),2007-2009年有著明顯的改善,醫(yī)療衛(wèi)生指數(shù)由-1.2增至5.7.1995-2009年哈爾濱市的食品供應(yīng)穩(wěn)定,人均豬牛羊肉產(chǎn)量保持在35 kg左右、人均蔬菜產(chǎn)量保持在165 kg左右.在以上4個主分量的綜合作用下,1995-2009年哈爾濱市人居環(huán)境發(fā)展也大致經(jīng)歷了兩個階段:1995-2003年,哈爾濱市人居環(huán)境得到明顯改善,綜合評價指數(shù)由-12增加到6.21;2003-2009年哈爾濱市人居環(huán)境平穩(wěn)發(fā)展,綜合評價指數(shù)平均保持在4.5以上.

        圖1 哈爾濱市人居環(huán)境評價指標(biāo)測量結(jié)果

        4 結(jié)論

        1)構(gòu)建了具有普遍意義的城市人居環(huán)境評價指標(biāo)體系,并以哈爾濱市為例對其評價效果進(jìn)行了檢驗(yàn),分析結(jié)果符合現(xiàn)實(shí)情況.

        2)通過對1995-2009年哈爾濱市人居環(huán)境進(jìn)行主成分分析,發(fā)現(xiàn):受綠化及教育水平、社會治安、醫(yī)療衛(wèi)生和食品供應(yīng)等主分量的影響,1995-2003年,哈爾濱市人居環(huán)境明顯改善,綜合評價指數(shù)由-12增加到6.21;2003-2009年哈爾濱市人居環(huán)境發(fā)展平穩(wěn),綜合評價指數(shù)平均保持在4.5以上.

        3)為改善城市人居環(huán)境,哈爾濱市應(yīng)當(dāng)不斷加強(qiáng)綠化環(huán)境建設(shè),提高教育、醫(yī)療水平以及加大治安管理力度,從而促進(jìn)人居環(huán)境與經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展.

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