大别山区宜居-宜业-宜商城市建设水平测度及时空分异

程启先, 张 旭, 王子羽, 郭 浩

(1.信阳师范大学 地理科学学院,河南 信阳464000;2.信阳师范大学 河南省微波遥感及资源环境监测工程研究中心,河南 信阳 464000)

0 引言

2019年9月,习近平总书记深入大别山革命老区视察,嘱托“要把老区建设得更好,让老区人民过上更好生活”,“两个更好”重要指示内涵丰富、思想深刻、意义重大,寄托了总书记对老区社会经济与民生福祉的殷切期望,为大别山区的振兴发展提供前进方向与根本遵循[1]。《大别山革命老区振兴发展规划》就区域内生态环境保护、基本公共服务、产业结构以及城乡建设布局等工作提出相应的优化提升策略[2],实质上将社会经济与民生福祉作为区域高质量发展的着眼点,而以城市宜居性评价为核心的宜居城市研究能够较好反映上述工作的开展状况。

我国宜居城市建设自21世纪初由北京、广州和上海等大城市逐步推广至全国近200个不同类型的城市[3-6]。当前学界的宜居城市研究集中于狭义宜居城市的探讨,而关于广义宜居城市的讨论则有“生态宜居宜业”[7]、“宜居宜业宜商”[8]和“宜居宜业宜游”[9]等主题,蓝定香[10]指出宜居、宜业与宜商(简称“三宜”)城市为居民生活质量、产业集聚发展及良好营商环境的城市,深入阐述城市高质量发展中的“三宜”城市存在着复杂的辩证关系,上述内容同“两个更好”重要指示所侧重的社会经济与民生福祉具有一致性,因此本文选择宜居-宜业-宜商城市建设水平展开研究。

新时代背景下的宜居城市建设面临着新的机遇与挑战,统筹区域发展、完善中国城镇化进程成为社会主义现代化建设的必然要求,这也为助力完成美好环境与和谐社会建设提供良好契机[11-12]。本研究以大别山区为研究区域,运用指数变换法、熵权TOPSIS法、耦合协调模型以及随机森林回归模型对区域内宜居-宜业-宜商城市建设水平测度及其时空分异进行实证研究,以期为推动大别山革命老区的振兴发展提供一定的借鉴与参考。

1 研究区域与数据

1.1 研究区域

大别山革命老区位于鄂豫皖三省交界处,是位列《中国农村扶贫开发纲要(2011—2020年)》[13]的14个集中连片特困地区之一,在《大别山革命老区振兴发展规划》中划定的大别山革命老区规划范围包括六安市、安庆市、信阳市、驻马店市、黄冈市、随州市以及孝感市(除汉川市),而南阳市、襄阳市和武汉市涉及区域面积较小,因此将六安市、安庆市、信阳市,驻马店市、黄冈市、随州市和孝感市共计7个地市作为本文的研究区域。

1.2 评价指标体系

本研究以城市高质量发展中宜居-宜业-宜商城市的概念为基础,把握“两个更好”重要指示的深刻内涵,结合参考文献[7-10,14-16]并综合考虑评价指标科学性、准确性和可获取性等原则,构建了大别山区宜居-宜业-宜商城市评价指标体系,具体而言:(1)宜居性主要包括生态环境和公共服务,前者从废气、废水及废弃物(简称“三废”)排放量或处理率反映生态环境保护工作的整体开展情况,后者集中体现在人均财政支出、医疗卫生、文化教育以及民政养老服务等各个方面。(2)宜业性集中体现经济发展、就业与产业结构情况,经济密度(地均GDP)与人均财政收入反映总体经济规模,在岗职工人数与工资、第二与第三产业从业人员比反映就业与产业结构,尝试增加千人参加失业保险表示失业救济情况。(3)宜商性主要包括居民存款消费、批发零售企业以及外商发展,人均储蓄与消费品零售指代居民存款消费,批发零售企业数、商品销售总额及其从业人员数能够反映区域商业发展的规模与水平,外商直接投资项目数与实际使用外资额能够反映外商合作与投资的情况。详见表1。

1.3 数据来源与预处理

为保证统计数据的科学性、准确性和一致性,本研究的数据来源为2012—2020年的《中国城市统计年鉴》《河南统计年鉴》《安徽统计年鉴》与《湖北统计年鉴》,部分缺失或异常数据经均值、线性趋势进行插值、替换或平滑化处理。

2 研究方法

2.1 指数变换法

本研究中的不同指标数据存在量纲和数量级差异,为保证指标间的一致性与可比性,需要对数据进行标准化处理。指数变换法具有换算简单、结果准确且不出现“零值”等特点,能够避免后续熵权TOPSIS法中熵权计算过程出现非正值所带来的运算不便,因此本研究中采用指数变换法对数据进行标准化处理,公式如下[17]:

(1)

(2)

式中:xij和yij分别是i指标在j年份(年份取值为2011—2019年,下同)的原始数据和标准化处理后的数据,其中的正负号分别表示正向与负向指标的公式(而本文中的负向指标仅有工业氮氧化物排放量,其余指标均为正向指标),maxxij和minxij分别是xij在i指标的最大值和最小值,t是调节系数(本研究中取t=3)。

2.2 熵权TOPSIS法

熵权TOPSIS法又称为熵权理想解法,是一种较为常见的多层性决策分析方法,该方法由熵权法和TOPSIS法共同组成,具体而言:熵权法是一种常见的客观赋权法,即以熵权法进行客观赋权的基础上经由TOPSIS法进行综合评价,公式如下[18]:

(3)

(4)

(5)

2.3 耦合协调模型

耦合协调模型能够运算两个及以上系统间存在的耦合协调关系,该方法具有直观、准确且便捷等特点,因此本研究中采用耦合协调模型对经由指数变换法和熵权TOPSIS法计算获得的宜居-宜业-宜商系统评价结果进行耦合协调度运算,此处采用协调模型的三维模式,公式如下[19]:

(6)

式中:X、Y与Z分别为宜居、宜业和宜商准则层的评价结果,D是上述3项准则层的耦合协调度值,a、b和c是待定系数,本研究认为3项准则层同等重要,因此取值为a=b=c=1/3。

2.4 随机森林回归模型

随机森林回归模型是机器学习中通过若干决策树对样本进行训练及预测的分类器,该方法具有调参少、精度高且普适性较好等特点,能够减少“过拟合”现象且对噪声与异常值表现出较好的鲁棒性,本研究采用随机森林回归模型,即在原始训练样本集上使用自助重采样技术,生成新的训练样本集,通过有放回重复随机抽取样本来生成自助样本集并依据该样本集生成决策树组成随机森林,最终将所有决策树的预测平均值作为预测结果,该模型的具体公式见参考文献[20]。

图1 大别山区宜居性评价结果

3 实证分析过程

3.1 准则层评价结果

将宜居性准则层中各项指标经由指数变换标准化处理,运用熵权TOPSIS法计算大别山区宜居性评价结果如图1所示。2011—2019年间区域内各地市的宜居性评价值是不断增长的,其中安庆市和随州市的评价值较高,而黄冈市和信阳市的评价值较低,其余地市评价值处于中等水平。具体而言:(1)安庆市和随州市在工业氮氧化物排放量、污水处理厂集中处理率与生活垃圾无害化处理率等指标中表现较好,主要原因是其经济密度较低、产业结构中工业从业规模相对较小,开展以“三废”的排放与处理为代表的生态环境保护相关工作的难度不大。(2)黄冈市和信阳市在人均财政支出、千人医院床位数以及千人参加基本养老保险数中表现较为薄弱,考虑到上述地市财政支出规模受限,继而致使其在公共卫生及养老等方面投入总量有限,本研究选择指标中较多考虑人均指标及千人指标,使其在财政支出方面“短板效应”更为显著。(3)孝感、六安与驻马店的宜居性评价值处于区域内中等水平,上述地市的共性问题是在人均财政支出、千人医院床位数以及千人普通中学教师数中的表现有待提升,这也反映了区域内城市宜居城市建设主要问题仍然集中在以医疗教育为代表的基本公共服务方面。

大别山区宜业性评价结果如图2所示。研究时段内各地市的宜业性评价值总体是增长的,孝感市与安庆市的宜业性评价值较高且增长势头迅猛,六安市、黄冈市和驻马店市发展水平适中,而信阳市和随州市宜业性发展水平不高且呈现出一定的波动变化趋势。具体而言:(1)孝感市与安庆市的共同特点是在人均财政收入与千人参加失业保险数等指标中表现较好,因此上述地市整体的产业经济发展较好且增长较快。(2)六安市、黄冈市和驻马店市表现较好的指标分别为在岗职工工资与第三产业从业人员比重、在岗职工人数与第二产业从业人员比重、经济密度与千人参加失业保险数,但上述地市在其他指标表现较为薄弱,因此在产业发展中仍有一定的提升空间。(3)信阳市和随州市的产业经济发展较为滞后,尤其是产业结构发展有待提升,具体表现为地均人均的产业经济指标,如经济密度、人均财政收入等的发展长期落后于区域整体发展的平均情况,且在部分指标中出现波动变化态势,上述情况表明信阳市和随州市在区域产业发展中抗风险能力较差,因此其产业发展韧性有待进一步提升。

大别山区宜商性的评价结果如图3所示。本研究涉及年份内各地市的宜商性评价值增长趋势总体上是较为显著的,六安市、安庆市和随州市增长趋势尤为明显,而黄冈市和驻马店市的变化趋势则陷入停滞,其余地市也呈现出一定的增长趋势。(1)六安市、安庆市以及随州市属于“厚积薄发”型增长,即在较早时期增长较慢但较晚时期的增长趋势迅速增加并一跃成为区域内宜商性水平较高的地市,上述3个地市分别在批发零售业从业人员数和当年实际使用外资额(六安市)、人均储蓄存款余额和批发零售商贸企业数(安庆市)以及人均储蓄存款余额和人均社会消费品零售额(随州市)等指标中呈现出较强的增长态势。(2)黄冈市和驻马店市是区域内宜商水平呈现出停滞的唯二地市,其中的驻马店市甚至表现出一定程度的衰退态势,究其原因为上述地市在多数指标中表现一般,尤其是较低的人均消费能力关系到整体批发零售业的发展,进而影响到外商开展投资与合作,使其宜商水平增长出现乏力情况。(3)孝感市和信阳市的增长速度适中且增长幅度不大,从具体指标来看二者的相对优势分别在外商直接投资合同项目(孝感市)与当年实际使用外资金额(信阳市),而其相对劣势不太显著,因此亟须依托商业发展中较好的外向度基础、着力提升储蓄消费以及批发零售商贸等相应内容的发展速率,促进区域内整体宜商水平的高质量提升。

图2 大别山区宜业性评价结果

图3 大别山区宜商性评价结果

3.2 协调度评价结果

将宜居性、宜业性和宜商性发展水平的评价结果代入耦合协调模型中获得2011—2019年大别山区各地市宜居-宜业-宜商城市协调度结果,分别计算其各省均值获得分省协调度的时间序列演化结果如图4所示。具体而言:(1)研究时段内区域内整体宜居-宜业-宜商城市协调度的发展趋势是稳步增长的,“省域分异”规律较为显著且各省份的评价值沿全域均值上下波动变化,其中湖北省的发展情况与全域均值是最为接近的(皮尔逊相关系数=0.9859,下同)、相关系数值高于安徽省(0.9799)和河南省(0.9740),四者间相关系数值最低的是河南省和安徽省(0.9357)。(2)安徽省的协调水平呈现出“厚积薄发”的变化趋势,表现为2013—2017年间长期滞后于全域均值,随后迅速增长为区域内发展水平最高的省份;湖北省的协调水平具有“先增后缓”的变化趋势,即自2013年起至2016年长期领先于区域均值,并在部分年份作为区域内发展最好的省份(2013年和2014年),但在后续的2017—2019年间落后于全域均值;河南省的发展情况在研究时段内围绕全域均值发生了数次上下波动,在研究时段的前期和中期部分年份(2011年、2012年、2015年和2017年)略微领先于全域均值,而在其余年份以及后续年份中则出现了较为明显的滞后情况。

图4 大别山区分省宜居-宜业-宜商城市协调度结果

基于2011—2019年大别山区各地市宜居-宜业-宜商城市协调度结果,运用Arc GIS软件中的自然断点法展示时空分异规律(图5和表2)。具体而言:(1)区域内地域分异及时空演化趋势是较为显著的,表现为一是省域和市域的地域分异规律,相同省份内不同地市的变化趋势是相似的,而不同省份间存在着相对变化或者相向变化;二是除了研究时段内长期为“一高一低”的孝感市和随州市,其余地市都随时间序列呈现出一定的变化趋势。(2)时空演化趋势的不断变化中仍存在相对稳定的部分,且经济发展对整体演化趋势的作用逐渐增强,一是表现为相对优势及劣势区域较为稳定,主要是“一高一低”的孝感市和随州市从均值和等级来看都较长时期位于区域内相对比较平稳的生态位;二是在宜居-宜业-宜商系统中宜业性和宜商性对三维系统的提升作用逐渐显著,即经济发展的重要程度不断提升。

图5 大别山区各地市宜居-宜业-宜商城市协调度时空分异

表2 2011—2019年大别山区各地市宜居-宜业-宜商城市协调度结果

3.3 回归分析结果

运用随机森林回归模型对各项指标与宜居-宜业-宜商城市协调度结果进行回归分析,获得特征重要性、模型评估以及测试数据预测的结果(图6～7和表3)。具体而言:(1)指标重要性排序中较高的指标为经济密度(地均GDP)、人均财政支出以及批发零售业商品销售总额,上述指标属于不同准则层的指标,且均分别为宜业性、宜居性以及宜商性中同GDP总量的联系相对较为密切的指标,这也验证了前文中所讨论经济发展作用不断增强的观点,而与居民生活联系较为密切的指标也相对靠前,如在岗职工平均工资、人均存款余额等,但其余指标对整体宜居-宜业-宜商协调水平的影响则相对较小。(2)从模型评估结果中训练集和测试集的结果来看,均方误差(MSE)、均方根误差(RMSE)和平均绝对误差(MAE)的取值都是相对越小的(数值均≤0.0530),表明本研究中随机森林回归模型的准确度是相对较高的,其中训练集比测试集的误差值略小,二者的拟合优度(R2)的结果值尚可,即能够验证训练集与测试集的模型精度,但训练集比测试集的R2更接近于理想值,这也表明训练集的结果相较于测试集的结果精度会更高。(3)测试数据预测结果表明随机森林回归模型中的真实值和预测值是较为接近的,结合二者与指标层中数值的相关性来看,真实值和预测值的相关性较高(皮尔逊相关系数=0.9152,下同),与二者相关性均较高(均≥0.8000)的人均财政收入、人均财政支出和批发零售业商品销售总额,此外与其中一项相关性较高(≥0.8000)的指标有在岗职工平均工资和工业氮氧化物排放量(真实值)以及经济密度、批发零售商贸企业数、千人参加基本养老保险数和人均储蓄存款余额(预测值)。

图6 特征重要性图

图7 测试数据预测结果图

表3 模型评估结果表

4 结论与讨论

4.1 主要结论

本研究采用指数变换法、熵权TOPSIS法、耦合协调模型与随机森林回归模型等方法,对2011—2019年大别山区7个地市的宜居-宜业-宜商城市建设水平测度及其时空分异展开实证研究。主要结论如下:首先从准则层评价结果来看,研究时段内各地市的宜居性、宜业性和宜商性评价值均呈现增长趋势。具体而言,宜居性中安庆市和随州市的评价值较高,孝感市和安庆市的宜业性评价值较高且增长迅猛,六安市、安庆市和随州市宜商性的增长趋势尤为明显;其次根据协调度评价结果表明,大别山区宜居-宜业-宜商城市协调度的发展趋势稳步增长,省域和市域的地域分异、时空演化趋势也较为显著;再次根据随机森林回归模型的回归分析结果表明,经济密度(地均GDP)、人均财政支出和批发零售业商品销售总额是指标重要性排序靠前的指标,而模型评估和测试数据预测结果表明,本研究中随机森林回归模型的准确度相对较高且真实值和预测值较为接近。

4.2 相关讨论

本研究与余佳华等[21]在大别山区旅游文化的空间分异中的研究结果相似,表明区域内存在一定的省域及地域分异,但本研究中所选择的研究主题涉及宜居、宜业和宜商共计三个部分,因此相较于单一的旅游文化产业发展更侧重于整体的区域经济发展及其公共服务配置,事实上能够较好印证朱伟等[19]的研究结果,即近年来大别山区整体城市的建设发展水平有所提升。本研究的主要贡献在于将宜居城市拓展至宜居-宜业-宜商城市建设的研究中来,以大别山区为案例区域验证宜居-宜业-宜商城市建设中也存在着时空分异规律。相较于以往的宜居城市研究,本研究选择了较多与区域经济关系密切的评价指标,且相关指标以人均、地均以及千人指标为主,能够更准确地反映部分人口较密集区域在基础设施建设与公共服务配置等方面存在不足;而对于大别山区这一地域跨度不太大的案例研究范围,比较区域内传统宜居城市的指标如年均温、降水等因素意义不大,因此后续研究中对城市宜居性评价的拓展应当侧重广义宜居城市中宜学性[22]、宜游性[23]以及宜养性[24]等方面,提升可持续城镇化质量、践行城市高质量发展。