基于主成分分析的大同市城市空间形态特征

张 羽，桑子俞

（山西师范大学 地理科学学院，山西 临汾 041000）

0 引言

在我国迅猛的城市化发展过程中，许多城市经过多番扩建，目前已形成较为稳定的空间布局形态。现已建成的城市空间是城市经过不断开发与发展所形成的城市基础结构，由于发展历史、自然条件等的不同，每一个城市都会形成其独特的城市空间形态，这一基础结构作为城市产业发展“植根性”的一部分，是城市制定经济发展政策、经济转型策略所必须要考虑的[1-3]。

目前国内城市空间形态研究的文章有基于空间句法理论的城市空间形态分析研究［4-5］，有基于三维计盒法的城市空间形态分维计算与分析［6-7］；有文章将城市交通与城市网络结合起来进行城市空间形态的分析研究［8-12］，同时还有文章以产业结构升级优化为背景，将旅游业与城市空间形态的演化发展结合起来对城市空间形态特征、演化趋势以及影响机制进行综合分析［13-15］；就影响机制的研究，尚正永等以江苏省淮安市为例对专门对城市空间形态演变的土地市场机制进行研究［16］，杜曌等以宜都市为例分析了自然地理条件对城市空间形态的影响研究［17］；就典型研究区，陈小斐等研究了武汉城市空间形态演变与标志性城市文化景观的形成［18］，徐银凤等、龚富华等对苏州市城市空间形态演化及其影响机制进行了分析研究［19-20］，陆小波等对中型平原水网城市空间形态特征进行了研究［21］。

长期以来，大同市作为一个煤炭资源型城市为国家经济建设做出巨大贡献的同时，也形成了如今产业结构单一的经济格局。目前这种格局已经严重制约了大同市经济的快速发展，而且随着煤炭资源的枯竭，大同市经济发展的形势愈加严峻。为避免“矿竭城衰”的现象发生，加快大同市经济转型已经成为大同市经济社会发展的重中之重，而要指导大同市经济社会转型，首先需要明确其以经济社会发展速度为基础的城市空间形态特征，才能有的放矢，找到与经济发展速度相对应的、较为合适的发展方式，以保证大同市经济转型平稳顺利。本文以典型资源密集型发展城市大同为研究区，以经济社会发展速度为判断基础，探究大同市城市空间形态特征。

1 研究区概况与数据来源

1.1 研究区概况

表1 大同市经济社会发展速度指标体系

表2 特征值及主成分贡献率

大同市位于山西省北部，地处大同盆地中心、晋冀蒙边缘，为整个山西的屏障以及晋北的门户，扼晋冀蒙的咽喉要道，是中国晋冀蒙交界地区中心城市之一、重要的综合能源基地。大同市是中国最大的煤炭能源基地之一，国家重化工能源基地，神府、准格尔新能源区与京津唐发达工业区的中点。全境总面积为14 176 平方千米，总人口333.97 万人（2017 年），全市GDP 为11 21.80 亿元（2017 年）。包括城区、矿区、南郊区、新荣区、阳高县、天镇县、广灵县、灵丘县、浑源县、左云县、大同县共四区七县，大同市4 个区以及左云县位于大同盆地附近，其他5 个县大多位于山地丘陵区。

1.2 数据来源

大同市在2018 年重新进行了行政区划，但其2019 年经济社会发展各项指标数据暂未公布，因而无法计算新行政区划下各区县2018 年的经济社会发展速度，同时其原有行政区划下的城市空间基础结构依旧存在，且持续影响着大同的经济社会发展，故本文以大同市原有行政区划下的四区七县共11 个区域单元为主要研究对象，使用大同市2017 年经济社会发展各指标数据，借鉴范宣丽等构建的区域经济社会发展评价指标体系［22］，以经济社会发展速度为目标层；以经济发展、结构优化、社会建设为准则层；同时设置具体指标层，构建大同市各区域单元经济社会发展速度评价指标体系（见表1），采用主成分分析法与聚类分析法进行分析。数据来自《山西省统计年鉴2018》《山西省统计年鉴2017》。

2 研究方法

2.1 多变量降维处理

主成分分析法是一种通过降维，用相对少的新的变量表示原来的相对多的变量，并且可以尽量多的反应原来变量所反应的信息的地理学经典统计分析方法［23］。其具体步骤为：

1）通过计算各指标具体增长率数值对原始数据标进行准化处理；

2）计算相关系数矩阵；

3）计算各成分的特征值、贡献率以及累计贡献率（见表2）以确定主成分；

根据主成分累积贡献率达到85%为宜的原则，选取前4 个主成分；

1）计算特征向量与主成分载荷；

2）计算各区县经济社会发展速度综合得分F（F=F1+F2+F3+F4），并进行排名（见表3）。

表3 大同市4 区7 县经济社会发展速度综合得分

2.2 多要素事物分类

聚类分析的基本原理是根据样本自身的属性，用数学方法按照某种相似性或差异性指标定量地确定样本之间的亲疏关系，并按这种亲疏关系程度进行对样本进行聚类［24］，本文采用最短距离聚类法。

以各区县的经济社会发展速度综合得分为依据，在SPSS21.0 中对大同市11 个区域单元进行聚类分析。当选取5 为聚类标准时，大同市11 个区域单元按照综合得分高低可分为四类。以经济社会发展速度为基础，将四类区域单元依次命名为：高速发展区（左云县）；中高速发展区（大同县、新荣区、广灵县）；中速发展区（灵丘县、天镇县、浑源县、城区、阳高县、矿区）以及低速发展区（南郊区）。具体分布情况见图1 。

图1 大同市四类发展区分布图

3 基于主成分分析的大同市城市空间形态特征

3.1 城市空间形态扁平化特征明显

以经济社会发展速度为依据，四区七县中高速发展区只有左云县1 个，低速发展区只有南郊区1个，其余9 个区域单元均位于中高速发展区与中速发展区之列，城市空间的扁平化特征明显。南郊区2017 年经济社会发展水平居全市前列，经济增长或已进入瓶颈，故而增速缓慢；左云县是大同市内唯一地处大同盆地的县，加之近年来积极进行产业结构调整，整个县正在加速发展。大同市四区七县中，高速发展区数量过少，大同市目前的经济社会发展过程中起示范带动作用的增长极数量不足，大同市尚处于区域发展的极核式增长初级阶段。

3.2 中高速发展区与中速发展区呈团块状集聚分布

属于中高速发展区的大同县、新荣区、广灵县与属于中速发展区的灵丘县、天镇县、浑源县、阳高县7 个县区以大同县为中心形成一个团块状集聚区，成为经济社会发展的潜力地区。在这一地区中，大同县在地理位置上处于中心，且临近各区，若考虑到产业发展的距离成本，各区在产业结构优化过程中更易将夕阳产业转移到大同县，使得大同县能比其他中高速发展区获得更多地发展机会，其经济社会发展速度相应较快；新荣区是发展速度最快的区，这与其积极进行经济转型是分不开的；灵丘县与天镇县位于山西、河北交界地带，能够获得更多的外部机会，对加快经济社会发展具有一定的积极作用。

3.3 形成了经济社会发展速度西-东向递减带

大同市11 个区域单元由西向东经济社会发展速度逐渐降低，最西为高速发展区的左云县；向东依次为中高速发展区的大同县、新荣区与广灵县；中速发展区灵丘县、天镇县、浑源县、城区、阳高县、矿区。低速发展的南郊区较为特殊，位于高速发展区与中高速发展区之间。在这一西-东向递减带上，煤炭资源的储量与品质由西向东逐渐降低，同时交通的通达性与路网密度也由西向东逐渐降低，在资源的丰富程度以及交通的便利性的差异基础上形成了大同市经济社会发展速度的西-东向递减带。

4 结论与小结

4.1 结论

在主成分分析与聚类分析的基础上对大同市2017 年经济社会发展速度进行综合打分与区域分类，在此基础上分析得出大同市城市空间特征主要表现为：首先是城市空间形态扁平化特征明显，突出体现在高速发展区只有左云县一个，低速发展区只有南郊区一个，其余区域单元均为中速与中高速发展区而中高速与中速发展区；其次是中高速发展区与中速发展区呈团块状集聚分布，这一团块块状区域成为大同市经济社会发展的一个潜力地区；最后是形成了经济社会发展速度大致西-东向递减带。这一经济社会发展速度递减带形成的基础主要是由资源与区位优势所决定的。总体来说，基于经济社会发展速度，处于大同市东部的高速发展区左云县与低俗发展区南郊区形成了经济社会增长的2 个极端地区，大同市大部分地区的经济社会发展潜力较大，对于大同市整体经济社会发展是一个向好的趋势。

4.2 小结

大同市四区七县中，南郊区属于经济社会发展低速区，其经济体量大，经济发展或已进入瓶颈期，此种情况下，应积极采取措施抓住发展机遇进行经济结构的升级优化，紧跟国家经济发展走向，从“高速发展”转向“提质增效发展”。由中高速发展区与中速发展区集聚而成的团块状潜力地区涉及的区域单元个数多、面积广，在区域协调发展的大目标下，应作为政府的重点扶持对象。