基于主成分及聚类方法的成熟型煤炭资源城市发展评价

时慧琨

摘要：成熟型煤炭资源城市在为国家提供能源资源保证的同时，也面临着城市转型发展的问题。对城市转型发展效果的客观评价能够为城市转型措施的制定提供一定的科学依据。本文以国务院发布的13个地级成熟型煤炭资源城市为研究对象，综合利用主成分分析和聚类技术对各城市2018年的发展数据进行了分析。在此基础上，重点以淮南市为例，分析评价了淮南城市转型发展中的现状和不足，并提出了对策建议。

Abstract： Mature coal resource cities are facing the problems of transformation and development while providing energy resources guarantee for the country. The objective evaluation of transformation and development effects can provide a scientific basis for the formulation of  transformation measures. In this paper， 13 mature coal resource cities issued by the State Council of PRC are taken as the study object， the development data of each city in 2018 are analyzed by principal component analysis（PCA） and clustering technology. On this basis， taking Huainan City as an example， this paper analyses and evaluates the current situation and shortcomings in the transformation and development， and puts forward some countermeasures and suggestions.

关键词：成熟型煤炭资源城市;转型发展;评价;主成分;聚类

Key words： mature coal resource city;transformation and development;evaluation;PCA;clustering

中图分类号：F299.27                                      文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）20-0105-04

0  引言

资源型城市是以本地矿产、森林等自然资源开采、加工为主导产业的城市，是国民经济持续健康发展的重要支撑。常见的资源包括煤炭、石油、金属及非金属矿藏等，煤炭作为“工业的粮食”，在我国能源提供及工业发展中占据重要的地位，对煤炭资源型城市的发展现状进行分析评价能够客观衡量自身状况，及时发现问题并加以调整，具有较高的应用意义。

1  煤炭资源型城市简介

煤炭是重要的一次能源来源，在我国的能源结构中占据重要地位。我国是世界最大的煤炭生产国和消费国，2018年全国煤炭产量36.8亿吨，消费量39亿吨，消费量约占全球煤炭消耗总量的一半。近年来，国家大力发展节能减排和清洁能源政策，煤炭在我国的能源消费结构中持续下降，但仍然占据了59%的比重。据推算，到2030年，煤炭能源消耗比重仍然在50%以上。广大煤炭资源型城市为全国工业生产和居民生活提供了重要的能源保证。

煤炭资源型城市作为煤炭资源的重要提供单位，其发展现状、前景和资源开采情况密切相关、互相影响。煤炭城市在依靠能源开采而迅速发展的同时也面临经济结构单一、对煤炭产业依赖严重、环境污染严重等问题，当煤炭需求下降或者资源枯竭时，更会暴露出经济发展停滞、社会矛盾突出等问题，资源型城市的转型发展迫在眉睫。

为了促进资源型城市可持续发展、加快转变经济发展方式，促进区域协调发展，维护社会和谐稳定，建设生态文明，2013年11月，国务院制定并发布了《全国资源型城市可持续发展规划（2013-2020年）[1]》（以下简称规划），指导全国各类资源型城市可持续发展。在规划中，按照不同资源型城市资源保障能力和可持续发展能力差异，将城市划分为成长型、成熟型、衰退型和再生型四种类型。不同类型的城市发展方向和重点任务各有不同。其中成熟型城市是指资源开发处于稳定阶段，资源保障能力强，经济社会发展水平较高，属于我国能源资源安全保障的核心区的城市。在规划中，属于成熟型煤炭资源城市（地级市）有邢台、邯郸、大同、阳泉、长冶、晋城、赤峰、鸡西、鹤壁、平顶山、广元、达州和淮南市。

淮南市位于安徽省中北部，下轄五区两县，面积5571平方公里，是一个完全依靠煤炭发展起来的城市，其成立的基础是1949年3月中共中央华东局设立的淮南煤矿特别行政区，1952年建市。煤炭探秘储量180亿吨，占安徽省总储量的70%，年开采量在1亿吨左右，是全国13个亿吨煤炭基地之一，为华东地区提供了大量的煤炭及电力资源。2015年以来，国家提出了供给侧改革“三去一降一补”，通过去产能、去库存、去杠杆、降成本、补短板调整经济结构，淮南的煤炭生产能力和产量有一定程度的下降，对经济的发展造成了一定的困难。本文立足于淮南市，结合其它成熟型煤炭资源城市，对淮南及其它同类型城市采用主成分分析及聚类技术进行横向的分析比较，综合分析研判淮南所处地位、存在问题，并提出发展的建议。

2  成熟型煤炭资源城市转型发展评价体系构建

对城市的发展现状进行分析，首先要建立合理的分析指标体系。资源型城市转型发展指标体系的研究目前已经取得了大量成果，出现了许多比较成熟的指标体系。李虹[2]等提出了中国资源型城市转型指数体系，提出了“经济转型”、“社会转型”、“环境转型”、“制度转型”4个一级指标，10个二级指标，46个三级指标，构建起立体化的中国资源型城市转型综合评价指标体系。张久铭[3]等提出了指标体系的构建需遵循系统性、可行性、可比性、精简性、科学性、目标导向性、前瞻性等原则，并提出了包含经济转型、社会转型、创新能力、生态环境四个1级指标，12个二级指标、55个三级指标的体系结构。杜春丽[4]等提出了包含经济转型、民生改善、资源节约、环境友好的4个一级指标和23个二级指标体系，并以此对黄石市的转型政策绩效进行了评价。王如琦等提出了包含经济发展、社会民生和生态环境的准则层，包含经济发展规模、经济发展潜力、产业结构优化和劳动力结构、城市建设、人民生活、绿化水平、环境治理、资源利用在内的指标层体系结构，并对煤炭枯竭型城市的转型效果进行了评价[5]。

对成熟型资源城市的发展效果评价，以以上研究的成果作为参考，也需要结合成熟型资源城市的社会责任和发展需要来综合设置。成熟型资源城市作为国家能源供给的核心组成，除了城市转型发展的自身需求外，对国家经济发展和人民生活还负有资源提供和保障责任。因此，结合已有研究以及《规划》中提出的成熟型城市发展方向和重点任务，建立如表1所示指标体系。

指标数量越多，越能够反映一个城市在发展过程中特定时期的综合情况，对其进行分析的结果也就越全面，但是指标数量的增多，指标之间存在着各种联系，对其进行分析的难度也就越大，直接对指标进行分析很难发现本质。采用主成分分析方法能够对数据进行“降维”，从而降低了数据维度和分析困难程度。因此，我们用主成分分析（PCA）的方法对获得的评价数据进行变换，并对变换的结果进行分析评价。

3  基于主成分及聚类分析的成熟型煤炭资源城市发展评价

主成分分析[6]（PCA）是一种常见的无监督学习方法，其基本思想是利用正交变换将线性相关变量表示的样本数据转换成少数几个线性无关变量（主成分）表示的数据，从而减少了分析数据的维度。聚类是指针对给定的样本，按照数据其内在属性上的近似程度，将其归并到少数几个类别，从而发现数据之间存在的共性，并利用共性对数据进行后续的分析。聚类方法在数据样本少、数据维度高的情况下，存在着“维度灾难”的问题，主成分分析方法在较少丢失信息的前提下可以降低分析数据的维度，将PCA和聚类结合起来，既能够保证分析数据的全面性，同时也降低了数据的复杂程度和分析难度，更能够找出样本数据中的主要差异，提高分析结果的可信度和准确率。

由于所有的指标在处理后均为正向指标，也就是说值越大，其代表的结果也好，所以通常认为对各个主成分按照特征值作为权重综合得分值越大，其在所有样本中也相对较优。

②由于各主成分是正交的，因子综合得分的计算是将正交方向上的数据进行线性混合，只是一种处理上的方便，反映的是处理对象在指标总体上的优劣，并没有反映出处理对象发展是否均衡，有没有“偏科”的问题[7]。所以另一种处理的方式是直接将因子得分向量看成原始样本的简化，对其使用聚类方法将原始样本聚类到不同类别，用类别分析补充样本分析，达到简化分析过程，提高分析精度的目的。

4  计算结果及分析

按照如上方法，基于各大城市发布的2018年国民经济和社会发展统计公报及互联网等途径搜集了成熟型煤炭资源城市的相关指标，按照上述方法利用SPSS软件展开分析，计算得到的结果如下：

①在相关性矩阵R中，有48.35%的相关系数绝对值>=0.3，有40.3%的相关系数绝对值>=0.4，所以各个变量间具有较强的相关关系，适合用来做因子分析。

②计算R的特征值及各成份的贡献率及累计贡献率，结果如表2所示。

按特征值大于1提取前五个特征值及相应的特征向量作为主成分，累计方差贡献率为85.88%，符合因子分析要求。在特征值和特征向量的基础上利用公式（4）计算因子载荷矩阵，利用回归法计算各因子得分系数矩阵，利用公式（5）计算因子得分矩阵，利用公式（6）计算各样本综合得分并排序，结果如表3所示。

从表3可以看出，晋城市各项因子均高于平均值（正值），排名第一，淮南在13个成熟型煤炭资源城市中，其前3个因子指标均低于平均值（负值），后2个指标虽然高于平均值，但因为得分权重较低，综合排在11名的位置，显示淮南在所有城市中，排名靠后，城市发展不尽如人意。

对以上因子得分向量进行k-means聚类，将聚類的类别数设为3，聚类结果如表4。

从聚类结果可以看出，晋城市、大同市、阳泉市、长治市、鹤壁市、平顶山市、广元市、达州市为第1类，邯郸市、邢台市为第2类，赤峰市、淮南市和鸡西市为第3类。

结合聚类结果及因子综合得分可以看出，第1类城市各项因子得分要么高于平均值，要么虽然有因子低于平均值，但是有其它因子加以弥补，综合得分较高，属于各方面发展均衡的城市。第2类城市虽然很多项得分较低，但是在第一个因子值上具有较大的值，从而“拔高”了综合得分，属于部分方面发展突出，但是在其它方面仍有差距的城市。第3类城市，各项得分均较低，在所有城市中，处于落后位置。

对淮南市而言，因子得分矩阵前3个指标均低于平均值，尤其第3个因子，落后差距较大。结合原始指标对比可以看出其在环境改善、民生进步方面的指标可圈可点，但是在资源保障及经济发展方面，尤其是在规模以上工业增加值增长率、GDP增长率（%）、第二产业增长率（%）、固定投资增长率（%）、第三产业增长率（%）、旅游人次等方面，均大大落后于平均值。

综合以上分析的结果，结合对比同类型城市的发展现状，对淮南今后的发展提出个人建议如下：

①加快煤炭产业升级。煤炭开采作为淮南的支柱型产业，其产业发展对淮南经济有直接重要的影响。节能减排及供给侧改革造成煤炭需求和产量下滑，GDP增长率仅为4.3%。应把握淮南作为全国13个、华东唯一的亿吨煤炭煤炭基地的区位优势，结合安徽理工大学等高校的科研优势，全力推动产业升级，做大做强做深煤电产业，推动煤化工、煤制气等项目建设及煤矿开发伴生资源综合利用。

②积极招商引资，推动项目引进和项目建设。依照淮南的地理区位，应深度融入长三角区域一体化发展战略，落实长三角地区一体化发展三年行动计划，在空间规划、科技创新、产业布局、市场要素、生态环保、基础设施和公共服务等领域开展全方位合作，打造承接产业转移示范基地，打造长三角能源原材料和数据资源的重要保障基地。

③做好旅游产业。旅游业综合性强、和各行各业关联度高、对经济发展的拉动作用突出。作为淮南王刘安的故乡，淝水之战的发生地以及战国时楚国都城所在地，淮南具有丰富的旅游风景文化资源。但在比较的13个城市中，淮南的旅游现状处于第10的位置，对旅游资源的利用及产业化程度还远远不足。应以山水生态文化为文章，强化旅游资源开发和区域合作，推动八公山、寿春古城、焦岗湖等国家5A级旅游景区申报及建设工作，争取旅游人数和旅游收入更上一个台阶。

5  总结

本文以国务院发布的13个成熟型煤炭资源城市为研究对象，结合已有研究成果和国务院《全国资源型城市可持续发展规划（2013-2020年）》，建立起针对成熟型煤炭资源城市的转型发展综合评价体系，并使用主成分分析和聚类方法对各个城市尤其是淮南市的发展现状进行了综合评价。研究结果表明，在环境及民生方面，淮南的发展相对较好，但是在能源产业及经济发展方面存在不足，从能源产业、招商引资、旅游產业三个方面提出了自己的建议，为城市发展提供依据和参考。

参考文献：

[1]国务院办公厅.国务院关于印发全国资源型城市可持续发展规划（2013-2020年）的通知[EB/OL].2013-12-03.

[2]李虹.中国资源型城市转型指数：各地级市转型评价[M].北京：商务印书馆，2016.

[3]张久铭，李加加，鲁迪.资源型城市转型绩效评价指标体系构建[J].平顶山学院学报，2018，33（2）：85-90.

[4]杜春丽，洪诗佳.资源枯竭型城市转型政策的绩效评价[J].统计与决策，2018，18：70-73.

[5]王如琦，高红贵.煤炭资源枯竭型城市转型效果研究[J].湖北师范大学学报（哲学社会科学版），2019，39（1）：77-85.

[6]李航.统计学习方法[M].二版.北京：清华大学出版社，2019.

[7]李育安.关于主成分分析“综合得分”错误的论证[J].统计与管理，2014，8：15-16.