基于主成分分析法的北京城市病評價及雄安新區(qū)設(shè)立的預(yù)測

朱燕玲，蘇元芳，曹旭航，許 璐*

（1.江漢大學(xué) 數(shù)學(xué)與計算機科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430056；2.武漢理工大學(xué) 自動化學(xué)院，湖北 武漢 430070）

0 引言

改革開放后我國的城市化水平迅速提高，到2011年城市化水平已達(dá)到51.3%［1］，相比改革開放前增長了近兩倍，遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于發(fā)達(dá)國家歷史上的發(fā)展速度。城市化快速發(fā)展不但形成了一大批城市群，還產(chǎn)生了嚴(yán)重的“城市病”［2］。城市病是指由于城市人口、工業(yè)、交通運輸?shù)冗^度集中而造成的種種弊病，目前已經(jīng)成為我國一個較普遍的社會問題［3］。其存在直接導(dǎo)致人口擁擠、交通擁堵、資源短缺、環(huán)境污染、效率低下等一系列問題，使得城市化和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展宗旨逐漸背離。尤其是大城市譬如首都北京的城市病已經(jīng)使得交通嚴(yán)重?fù)矶?，資源供應(yīng)緊張，環(huán)境污染嚴(yán)重，工作效率低下［4］，嚴(yán)重地阻礙了北京市經(jīng)濟(jì)社會的進(jìn)一步發(fā)展，加劇了城市的社會矛盾。

2017年4月，黨中央、國務(wù)院決定設(shè)立國家級新區(qū)——雄安新區(qū)。雄安新區(qū)的設(shè)立是在我國大城市特別是北京市的城市病日趨嚴(yán)重的情況下提出的。對于如何攻克“大城市病”難題，使得我國城市發(fā)展具有可持續(xù)性［5］，走出人口資源環(huán)境承載超限的城市發(fā)展之困？同時對于如何吸納創(chuàng)新要素、培育資源新動力、提高社會效率？雄安新區(qū)的規(guī)劃與建設(shè)，正在為破解諸多社會難題摸索新的可行策略，探索一條能夠疏解城市功能、提高社會效率、帶動區(qū)域協(xié)同發(fā)展的新思路。

本文利用統(tǒng)計數(shù)據(jù)對北京城市病的諸多社會表現(xiàn)進(jìn)行深入分析，找準(zhǔn)這些社會表現(xiàn)發(fā)生的根本原因并對其進(jìn)行綜合評價與分析，旨在為雄安新區(qū)設(shè)立后的合理規(guī)劃提供一些參考性意見。

1 指標(biāo)的選取與數(shù)據(jù)的采集

根據(jù)指向性、時效性、科學(xué)性的原則確定指標(biāo)體系［6］分為4個表現(xiàn)層，分別為資源短缺、城市交通擁堵、公共資源緊張、生態(tài)環(huán)境污染，專題層分為土地資源、植被資源、道路擁堵等10個專題，共含有18個定量指標(biāo)［7］，如表1所示。

表1 城市病指標(biāo)體系Tab.1 Indexes system of urban disease

2011-2015年北京市各年度原始數(shù)據(jù)均來自于歷年的《北京統(tǒng)計年鑒》。為了最大程度地消除數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)之間的干擾，并且由于各個指標(biāo)的單位不同，所以必須對其原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，本文采用MATLAB（Z-score）對數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱化處理，處理公式參考文獻(xiàn)［7］，具體為

其中，i表示第i年，k代表第k個指標(biāo)，Zik代表第i年第k個指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)值，Xa為第i年的k指標(biāo)的實際值，minkj為k指標(biāo)在各年中實際值的最小值，maxkj為k指標(biāo)在各年中實際值的最大值，式（1）適用于指向性為正向的指標(biāo)，式（2）適用于指向性為反向的指標(biāo)。

2011-2015年北京市各年度原始數(shù)據(jù)及無量綱化后的標(biāo)準(zhǔn)值見表2。

表2 2011-2015年原始數(shù)據(jù)及標(biāo)準(zhǔn)值Tab.2 Raw data and standard values from 2011 to 2015

2 研究方法及結(jié)果

利用主成分分析法［8］對城市病指標(biāo)體系及原始數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。首先使用MATLAB軟件對4個表現(xiàn)層逐一進(jìn)行分析，建立分類計量模型為

通過分類計量模型計算北京市各年度各表現(xiàn)層的單向得分。隨后對北京市各年度城市病的表現(xiàn)進(jìn)行綜合評價，建立城市病的綜合計量模型［9］為

通過綜合計量模型計算各年度城市病的綜合得分。式（4）中f1、f2分別代表城市交通擁堵表現(xiàn)層分類模型的第一、第二主成分，式（3）中系數(shù)代表其方差貢獻(xiàn)率，以此類推。北京城市病分類及綜合評價結(jié)果見表3。

表3 北京市城市病評價結(jié)果Tab.3 Evaluation results of urban disease in Beijing City

從表3中可以看出，4個表現(xiàn)層評價值變化出現(xiàn)兩種類型：一類是評價值逐年變小，即生態(tài)環(huán)境污染（Y4）方面，表明在此方面城市病的情況有所好轉(zhuǎn)；另一類是評價值逐年變大，資源短缺（Y1）、城市交通擁堵（Y2）和公共資源緊張（Y3）這3個表現(xiàn)層即如此，表明城市病在這3個方面的情況逐漸惡化。結(jié)合表2的原始數(shù)據(jù)來看各個指標(biāo)與北京市城市病的緊密關(guān)系，如人均公園綠地面積、城市綠化覆蓋率、城市人均擁有道路面積、城市車均擁有道路面積、每萬人擁有公共交通車輛、備案停車場位總數(shù)、每千人擁有執(zhí)業(yè)醫(yī)師數(shù)、每千人擁有注冊護(hù)士數(shù)、每千人擁有醫(yī)院床位數(shù)、城鎮(zhèn)人均住宅使用面積、居住類居民消費價格指數(shù)等指標(biāo)與北京城市病的走勢有十分緊密的聯(lián)系。而污水未處理率、污水處理能力、可吸入顆粒物、NO2年日均量、SO2排放量、生活垃圾未處理率這些指標(biāo)的改善對于減輕北京城市病有進(jìn)一步的積極作用。

由表3還可知2011-2015年間，北京市城市病的綜合評價值（Y）呈逐年上升趨勢，表明北京市城市病的情況逐年嚴(yán)重，尤其是2012年較2011年情況為更突出，增加了73.99%，而此后幾年增幅均控制在7.39%～22.54%。

3 雄安新區(qū)設(shè)立的預(yù)測

根據(jù)前面設(shè)立的指標(biāo)對北京城市病的影響，假設(shè)2016年雄安新區(qū)建成，北京市轉(zhuǎn)移200萬人口到雄安。通過《北京統(tǒng)計年鑒》上抓取2016年的原始數(shù)據(jù)，綜合分析已設(shè)立指標(biāo)的數(shù)據(jù)，即可得2016年北京城市病數(shù)據(jù)（表4）。

表4 2016年新區(qū)設(shè)立后北京城市病數(shù)據(jù)Tab.4 Urban disease data in Beijing after establishment of the new district in 2016

再利用主成分分析法對2016年雄安新區(qū)設(shè)立后北京城市病數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，則2011-2016年北京城市病分類及綜合評價結(jié)果見表5。

表5 新區(qū)設(shè)立后北京市城市病評價結(jié)果Tab.5 Evaluation results of urban disease in Beijing after establishment of the new district

從表5中可以看出，2011-2015年間，北京市城市病的綜合評價值呈逐年上升趨勢，表明北京市城市病的情況逐年變壞。但2016年雄安新區(qū)設(shè)立后，北京城市病綜合評價指標(biāo)（Y）降到了0.759 2，較2015年減輕了22.24%，可見其城市病程度明顯減輕。雄安新區(qū)設(shè)立后北京城市病綜合指標(biāo)見圖1。

圖1 新區(qū)設(shè)立后北京市城市病綜合評價值Fig.1 Comprehensive evaluation of urban disease in Beijing after establishment of the new distric

由圖1可以看出：雄安新區(qū)設(shè)立后北京城市病的綜合評價有下降趨勢，表明北京城市病有望減輕。綜上說明，設(shè)立新區(qū)對疏散北京的非首都功能有明顯正向作用。

4 建議性結(jié)論

1）本文通過主成分分析法預(yù)測雄安新區(qū)的設(shè)立可以在一定程度上減緩北京城市病所帶來的困擾，可以明顯減輕北京城市病的癥狀。

2）城市人口的不斷增長是城市病發(fā)生的重要原因，尤其是當(dāng)城市人口規(guī)模超出城市的承載能力之后更加突出。所以，新區(qū)的設(shè)立要有效地控制人口，避免人口規(guī)模超出城市承載力。通過本文的實證分析可以看出，一些直接或間接與人口數(shù)量有關(guān)的指標(biāo)，如人均公園綠地面積等與北京城市病的嚴(yán)重程度有密切關(guān)系，也與雄安新區(qū)的發(fā)展有密切關(guān)系，當(dāng)人口數(shù)量超過一定值后，雄安新區(qū)的城市病也可能凸顯出來。

3）對雄安新區(qū)進(jìn)行科學(xué)的城市規(guī)劃，應(yīng)將防止交通擁堵作為重點。本文中可以看出人均道路面積對城市病有較為明顯的影響。國內(nèi)外的經(jīng)驗也表明，設(shè)立新區(qū)時城市規(guī)劃應(yīng)當(dāng)適度地進(jìn)行超前規(guī)劃，規(guī)劃要具有前瞻性。

4）新區(qū)設(shè)立時需切實保障居民生活質(zhì)量，尤其是住房和健康問題。政府需要出臺或調(diào)控好政策，將房價控制在大部分居民可承受的范圍內(nèi)。同時，政府需加強醫(yī)療保障、定期免費為居民進(jìn)行身體檢查、加大對醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)的投入。

參考文獻(xiàn)（References）

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