城市人居環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)及其多元統(tǒng)計(jì)分析

李鵬雁，丁 力

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

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

針對(duì)城市人居環(huán)境問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者都做過(guò)大量的探討.國(guó)外方面，P.Geddes［5］，L.Mumfond［6］認(rèn)為:要把人類(lèi)聚居作為一個(gè)整體，從政治、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、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(guó)內(nèi)方面，孫志芬［7］，魯春陽(yáng)［8］，邢蘭芹［9］等采用主成分分析法分別對(duì)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(gè)城市的不同特點(diǎn)，學(xué)者們建立了不同的人居環(huán)境評(píng)價(jià)體系，但從總體上看，這些評(píng)價(jià)體系是大同小異的，即存在建立一般性城市人居環(huán)境評(píng)價(jià)體系的可能性.

在借鑒國(guó)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(píng)價(jià)指標(biāo)體系.以哈爾濱市為例，采用被稱(chēng)為主成分分析的多元統(tǒng)計(jì)方法對(duì)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(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建

自20世紀(jì)90年代，中國(guó)科學(xué)院和中國(guó)工程院院士吳良鏞［10］提出建立“人居環(huán)境科學(xué)”起，我國(guó)許多學(xué)者開(kāi)始關(guān)注和研究人居環(huán)境問(wèn)題，并采用了不同的方法對(duì)局部地區(qū)的城市人居環(huán)境進(jìn)行評(píng)價(jià).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(huì)穩(wěn)定性等5個(gè)方面為分類(lèi)層，以人均居住面積、建成區(qū)綠化覆蓋率、每萬(wàn)人擁有高等學(xué)校在校生數(shù)、每萬(wàn)人擁有醫(yī)生數(shù)、刑事案件立案數(shù)等22個(gè)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(píng)價(jià)指標(biāo)體系，如表1所示.

表1 城市人居環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2 評(píng)價(jià)方法的選擇及數(shù)據(jù)來(lái)源

2.1 評(píng)價(jià)方法的選擇

主成分分析［11］也稱(chēng)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(gè)指標(biāo)轉(zhuǎn)化為幾個(gè)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(chēng)為主成分，其中每個(gè)主成分都是原始變量的線性組合，且各個(gè)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(wèn)題時(shí)就可以只考慮少數(shù)幾個(gè)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(shí)使問(wèn)題得到簡(jiǎn)化.基于對(duì)主成分分析方法的認(rèn)識(shí)，結(jié)合所要研究問(wèn)題的具體情況，以哈爾濱市為例，評(píng)價(jià)城市人居環(huán)境時(shí)，本文采用主成分分析方法.以下為利用SPSS軟件對(duì)哈爾濱市人居環(huán)境進(jìn)行研究的具體步驟.

一般而言，對(duì)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(lái)分析，而應(yīng)考慮將數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化.本文采用式(1)對(duì)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(gè)指標(biāo)歷年的原始數(shù)據(jù);Cij為第j個(gè)指標(biāo)在所選時(shí)間段的平均值;Sj為第j個(gè)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)差，其中

對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理后，就可以得到評(píng)價(jià)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(duì)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(gè)主分量已能夠較好的提取主要信息，因此選取前m個(gè)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(gè)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(gè)主成分的因子系數(shù);Fm為第m個(gè)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(píng)價(jià)指數(shù)為

式中:Wm為第m個(gè)主分量方差貢獻(xiàn)率;Fim為第i年的第m個(gè)主分量得分函數(shù);Fi為第i個(gè)指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)指數(shù).

2.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文通過(guò)對(duì)《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(duì)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(duì)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(shuō)明這4個(gè)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(duì)該問(wèn)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(gè)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(wàn)人擁有高等學(xué)校在校生數(shù)(A17)和每萬(wàn)人擁有專(zhuān)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(wàn)人擁有高等學(xué)校在校生數(shù)(A17)和每萬(wàn)人擁有專(zhuān)人教師數(shù)(A16)則可以看成是對(duì)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(gè)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(huì)治安情況.同理，在變量F3的構(gòu)成要素中，每萬(wàn)人擁有醫(yī)療床位數(shù)(A19)和每萬(wàn)人擁有醫(yī)生數(shù)(A18)兩個(gè)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(huì)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(cè)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(píng)價(jià)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(gè)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(shí)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(duì)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(shí)，哈爾濱市的教育水平也得到了長(zhǎng)足的發(fā)展:1995-2003年，哈爾濱市每萬(wàn)人擁有專(zhuān)任教師數(shù)從97.52人增至113人，每萬(wàn)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(shí)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(wàn)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(huì)治安狀況經(jīng)歷了先惡化后改善的過(guò)程.其中1995-2002年期間，哈爾濱市的社會(huì)治安狀況有所惡化，社會(huì)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(huì)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(huì)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(gè)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(gè)階段:1995-2003年，哈爾濱市人居環(huán)境得到明顯改善，綜合評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)指數(shù)平均保持在4.5以上.

圖1 哈爾濱市人居環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)測(cè)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(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并以哈爾濱市為例對(duì)其評(píng)價(jià)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(guò)對(duì)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(huì)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(píng)價(jià)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(píng)價(jià)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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