基于主成分聚类耦合模型的生态文明建设空间格局评价分析——以重庆各区县为例

岳斯玮

（重庆商务职业学院 公共管理系，重庆 401331）

随着经济的发展，资源约束趋紧，环境污染越发严重，生态系统退化形势严峻，区域生态文明的建设变得越来越重要。然而，生态文明建设是一个长远的过程，并且要与区域经济、社会发展相适应。因此，在生态文明建设中，有必要对区域生态文明建设进行适时评价。当前，科研工作者也对生态文明建设进行了一些探讨。［1-8］可是这些探讨中，对区域生态文明建设水平空间格局的探讨相对较少，而生态文明建设首要任务就是优化空间格局，只有按照人口资源环境相均衡、经济社会生态效益相统一的原则，节制开发力度，优化空间结构，才能实现生产空间集约高效、生活空间宜居适度、生态空间山清水秀。因此，很有必要对区域生态文明建设水平的空间格局进行评价分析。

重庆是我国的历史文化名城，是“巴渝文化”的发祥地，是我国最年轻的直辖市，是“一带一路”和长江经济带的重要结点城市，是长江上游区域的经济中心、金融中心、科创中心。因此，重庆生态文明建设的水平，不仅关乎重庆的区域发展，而且对整个西部发展，乃至我国发展战略，都有着重要影响。所以，对重庆生态文明建设水平进行评价，找出重庆区域生态文明建设的空间分布特征，其必要性和重要性尤为明显。基于此，对重庆各区县生态文明建设空间均衡性和空间格局演变特征进行评价分析，以期为重庆今后的生态文明建设提供一定的参考依据。

一、评价指标体系的构建

生态文明建设不但要做好其本身的生态建设、环境保护、资源节约等，而且更重要的是明确其突出地位，将生态文明理念渗透到经济建设、政治建设、文化建设、社会建设的各方面和全过程，构成经济发展与环境保护相适应的空间格局、产业结构、生产方式及生活方式。［7-13］因此，生态文明建设可以从绿色经济、社会发展、资源节约、环境承压、生态文化等几个方面来刻画。基于此，根据区域特点、指标数据易收集等原则，构建生态文明建设评价指标体系，具体见表1。

表1 生态文明建设水平评价指标体系

二、构建主成分聚类分析耦合模型

（一）评价方法的选择

聚类分析是一种研究多要素事物问题的数量方法，其原理是根据样本自身的特性，用数学方法按照样本之间某种相似性或差异性指标，定量地找到样本之间的远近关系，并在此基础上按照样本之间的远近关系对样本进行归类。［14，15］但是，在样本量较大时，传统聚类方法要获得聚类结论有一定困难，存在失效性。而生态文明建设的评价是一个复杂系统，涉及样本容量相对较大，指标维度相对较高。如果直接用聚类分析来对区域生态文明建设的空间分布进行评价，容易失效，造成聚类误差。而主成分分析是一种把多个指标变量归纳为少数几个综合指标的一种降维统计分析方法。［14，15］基于此，结合主成分分析和聚类分析，构建主成分聚类耦合评价模型。

（二）主成分聚类耦合模型的步骤

假如一个评价系统有n个评价对象，每个评价对象有评价指标m个，其中第i个评价对象在第j个评价指标上的值表示为aij，从而构成原始评价矩阵An×m。根据主成分分析和聚类分析的原理，对主成分聚类耦合模型的步骤进行归纳。［14，15］

（1）对各指标进行标准化处理，记准化值为aij*，标准化的公式如下：

正向指标为

负向指标为

（2）建立变量的相关系数阵An×m；

（3）求An×n的特征根λ1≥λ2≥…≥λn＞0及相应的单位特征向量ei（i=1，2，…，n）；

（4）计算主成分：根据（3）的计算结果，一般选取特征值大于1的前p个主成分，然后计算得出主成分为

（5）构建距离矩阵：根据（4）得出的主成分，计算主成分Fi与Fj之间的欧式距离dij（i，j=1，2，…，p），其计算公式为

其中，fik为第i个主成分在第k项指标上的值。从而得到距离矩阵D=（dij）p×p。

（6）最短距离聚类：用L1，L2，…表示类，用Dpq表示类Lp与类Lq之间最近样本距离，计算公式为

根据两类之间距离，合并最近或最相似的两项，重复上述步骤直到所有元素并为一类。在此基础上，结合研究对象的背景知识，按照一定分类标准或原则，得出分类结果，一般用谱系图表示。

三、重庆生态文明建设水平的空间格局评价分析

根据重庆各区县统计数据完备性及区域实际情况，在重庆各区县中选择除潼南、荣昌、梁平、武隆、开州等区县外的其他33个区县作为评价对象，并且为了衡量各区县生态文明建设水平在重庆整体水平中的位置，将重庆全域生态文明建设水平也作为评价对象；由于统计数据的延迟性，以及各区县统计数据实际情况，选择2017年作为评价年份。

（一）重庆生态文明建设的空间均衡性评价

根据“重庆数据”网站收集到各区县生态文明建设水平评价指标体系中各指标2017年的数据，利用SPSS22.0对重庆及各区县的生态文明建设水平进行主成分分析，得到方差分解图及主成分系数矩阵，具体见表2。

根据表2可知，前5个主成分特征值都大于1。因此，根据主成分分析，选取5个主成分来刻画生态文明建设水平。利用SPSS22.0得到5个主成分的系数矩阵，然后根据主成分计算公式及综合得分评价函数，得到重庆及各区县生态文明建设水平主成分得分及综合得分，具体见表3。

表2 主成分分析方差分解图

表3 重庆各区县生态文明建设水平主成分得分及综合得分

由表3可知，从总体来看，重庆各区县中生态文明建设水平最好的是渝中区，综合得分为3.683，最差的为合川区，综合得分仅为0.716，方差波动明显，具体见表5。而且在评价的33个区县中，生态文明建设综合水平高于重庆全域水平的区县只有渝中区、江北区、沙坪坝区、南岸区、九龙坡区、大渡口区、渝北区、黔江区8个区县，76%的区县生态文明建设水平都在重庆全域生态文明建设水平之下，表明重庆各区域生态文明建设水平存在明显的不均衡性，区域之间差异明显。

具体来看，根据表3中各主成分得分，进行方差分析，具体见表4。可知第一主成分得分方差波动最为明显，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标对区域生态文明建设水平影响较大，即重庆当前生态文明建设中各区域经济建设、社会保障、生态文明、教育支出等方法存在明显差异；而第三、四、五主成分得分波动不明显，表明重庆各区域生态文明建设中，医疗保障、产业结构、教育水平等方面差异不明显，都还有待提高。

表4 生态文明建设水平得分差异分析

（二）重庆生态文明建设的空间格局演变特征

根据前文分析可知，重庆各区县生态文明建设水平存在明显不均衡性，因此为了研究重庆各区县生态文明建设水平在空间格局上特征，利用所构建的主成分聚类耦合模型及表3中各区县生态文明建设主成分得分进行主成分聚类分析，根据SPSS22.0得到聚类谱系图，具体见图1。

图1 重庆各区县生态文明建设主成分聚类谱系图

根据图1，从空间格局上，将重庆各区县的生态文明建设水平分为4类。根据各区县生态文明建设水平的综合得分，可以将当前重庆生态文明建设水平分为4个等级，具体见表6。渝中区、大渡口区、沙坪坝区、江北区、九龙坡区、南岸区等重庆主城6区生态文明建设水平为“优秀”；大多数区县生态文明建设水平为“中等”，基本达到重庆市的平均水平；而长寿区、丰都区、合川区、綦江等4个区县生态文明建设水平为“差”，远低于重庆市的平均水平。

表6 重庆生态文明建设水平空间格局分类

四、结论

根据评价结果可以看出，重庆各区县中生态文明建设水平最好的是渝中区，综合得分为3.683；最差的为合川区，综合得分仅为0.716，方差波动明显。而且在评价的33个区县中，生态文明建设综合水平高于重庆全域水平的区县只有渝中区、江北区、沙坪坝区、南岸区、九龙坡区、大渡口区、渝北区、黔江区8个区县，76%的区县生态文明建设水平都在重庆全域生态文明建设水平之下，表明重庆各区域生态文明建设水平存在明显的不均衡性，区域之间差异明显。具体来说，重庆当前生态文明建设中各区域经济建设、社会保障、生态文明、教育支出等方面存在明显差异；医疗保障、产业结构、教育水平等方面差异不明显，都还有待提高。从空间格局来看，重庆生态文明建设水平可以分为4个等级，渝中区、大渡口区、沙坪坝区、江北区、九龙坡区、南岸区等重庆主城6区生态文明建设水平为“优秀”；大多数区县生态文明建设水平为“中等”，基本达到重庆市平均水平；而长寿区、丰都区、合川区、綦江4个区县生态文明建设水平为“差”，远低于重庆市平均水平。