我国各地区城市基础建设与发展情况的统计分析

山东师范大学 田璐

一、研究背景

自改革开放以来，中国的高铁营业里程达到了3.8万公里，高速公路近15万公里，都位居世界第一[1]。复兴号动车组、港珠澳大桥、北京大兴机场等一批新的基建项目，成为靓丽的中国名片。此外，中国也建成了全球最大规模的光纤和移动通信网络，基本实现了城市光纤到楼到户，农村宽带进乡入村。

首先，基础设施作为经济社会发展的必备条件，是一个城市发展的动力，而基础设施建设滞后则可能成为制约城市发展的因素。其次，基础设施与城市相辅相成，城市基础建设是社会经济活动正常运行的前提，是城市生活及各种活动的基本条件，也是城市竞争力的重要因素[2]。

本次课题研究从城市基础设施建设出发，对城市给水、城市道路、城市交通、城市能源、城市排水、卫生绿化系统发展水平进行统计分析，并以此对我国31个地区进行聚类分析，使得我国城市基建向良好方向发展，从而促进经济水平的提高。

二、对我国城市基建影响因素的分析

（一）数据来源及数据处理

为了能够更好地了解各地区基础设施建设及发展状况，笔者选取2020年我国31个地区关于省市基础建设的数据，这些数据均来自国家统计年鉴[3]。在开始分析之前，为了消除单位和量纲所带来的影响，先对数据进行标准化处理。处理方法如下：对序列x1，x2，……，xn进行变换：

（二）相关分析方法介绍

我们在SPSS中进行相关分析时，选择皮尔逊相关系数。其取值范围是［-1,1］。相关系数的绝对值越大，则表明和的相关度越高。

以下分别对城市给水、城市道路、城市交通、城市能源、卫生绿化系统中涉及的变量进行相关性分析，选择最能代表各个系统的最佳指标变量。

（三）城市给水

为了了解其发展状况，我们选取自来水综合生产能力（单位为万立方米/日）、人均生活用水（升/日）、城市人口用水普及率（%）三个变量对各地区的城市给水系统进行分析。下述检验规定显著性水平α=0.05.

根据输出结果，可以得到自来水综合生产能力和人均生活用水之间相关系数为0.2，且未通过显著性检验，因此将自来水综合生产能力作为变量x1，人均生活用水作为变量x2。

（四）城市道路

城市道路建设被称为城市连接乡镇，工业连接农业的重要枢纽，也是城市规划规范性、科学性、可持续发展性的重要体现方式之一。

我们选择城市道路总长（公里）、城市道路面积（万平方米）、城市道路网密度（表示城市建成区或城市规划区内平均每平方公里城市建设用地上拥有的道路长度，单位为公里/平方公里）、人均道路面积（平方米）作为评价城市道路的指标。

城市道路总长与城市道路网密度、人均道路面积相关程度较低，且未通过显著性检验，但与城市道路面积相关系数为0.987，通过了显著性检验，从现实意义来看，道路面积与道路总长关系密切，因此选择其中一个变量作为评价指标即可。虽然城市道路网密度与人均道路面积通过了显著性检验，但相关系数为0.41，相关程度不是很高。因此，将城市道路总长、城市道路网密度、人均道路面积分别作为变量x3，x4，x5。

（五）城市交通

城市交通作为城市基础设施建设最重要的内容之一，是改变产业布局、推动本地经济发展、促进人口迁移的主力军。因此，我们选取公共车辆总数（辆）、公交车营运总长（公里）、每万人公交车辆数（台）作为衡量指标。

可以得出，公交车辆总数与公交车运营总长之间高度相关，相关系数为0.944，并且通过了显著性检验。此外，公共车辆总数与每万人公交车辆数相关系数为0.401，为中度相关，且通过了显著性检验。公交车运营总长与每万人公交车辆数之间的相关系数为0.359，也通过了显著性检验。因此，我们只要选取其中一个指标进行分析即可，这里将公共车运营总长作为变量x6。

（六）城市能源

城市能源是一个城市运行的动力，传统能源有其发展的弊端，污染问题亟待解决，为推进新能源的发展，我们针对城市中人工煤气供应量（亿立方米/年）、液化石油气供应量（吨/年）等进行研究，将液化石油气供应量作为自变量x7。

（七）城市排水

为了更好地了解各个城市排水系统的优劣性，选择排水管道长度（公里）、排水管网密度（公里/平方公里）为研究对象，进行相关分析。根据输出结果可以发现，两者相关系数为0.345，但是未通过显著性检验。则将排水管道长度、排水管网密度作为变量x8,x9。

（八）卫生绿化

从数据中可以看出，各大城市的卫生无害化处理率大都达到了96%以上，公共绿地率基本在35%-48%之间，选取污水日处理能力（万立方米）、城市环卫车辆数（台）、城市绿地面积（公顷）的数据进行研究。

从输出结果得到，污水日处理能力和城市绿地面积相关系数为0.962，且通过显著性检验，说明两者之间高度相关。污水日处理能力、城市绿地面积与城市环卫车辆数相关系数分别为0.886、0.837，都通过了显著性检验。由此得出，三个变量之间相关程度很高，故只需要选取其中一个指标衡量卫生绿化系统即可，则将城市绿地面积作为变量x10。

三、对我国城市基建影响因素的实证分析

（一）适用方法

我们要对城市基础建设作出整体性评价，需要综合考虑各个指标，本文将采取主成分分析法分析31个城市的基础建设水平。

主成分分析法利用原先变量，通过空间投影和线性变换找到一些新的变量，这些新变量称之为主成分，最后利用主成分对课题进行研究，简化分析过程，最后得出结果[4]。

聚类分析就是指相似元素的集合，而不同的系统聚类方法是因为定义类与类间的距离方法不同，本文采用离差平方和法，类中各样品到类重心的平方欧氏距离之和称为离差平方和。

（二）主成分分析

采用SPSS软件作为分析工具，对十个变量进行主成分分析，得到了相关系数矩阵、方差贡献分析表、成分矩阵、成分得分系数矩阵。

由相关系数矩阵可以看出，评价城市基础建设的十个变量之间存在相关性，例如，x1与x3,x6,x7,x8,x10与之间的相关程度都比较高，适合用主成分分析法。

由方差贡献分析表可以得到，前三个主成分的累计贡献率已经达到了82%，因此，只需提取三个主成分就可以概括出绝大部分信息了，分别作为第一主成分、第二主成分、第三主成分，其中对应的特征值分别为。

三个主成分的特征值如下：第一主成分与相关程度较高，第二主成分与、相关性较强，第三主成分与相关性较强。

由成分得分系数矩阵得出主成分表达式如下：

第一主成分对大部分（标准化）变量都有近似相等的正载荷。大的值表示十个变量普遍有大的值，表示基础设施建设比较全面，因此我们称第一主成分为（基础设施）综合成分。第二主成分在城市道路网密度、排水管网密度上有比较中等的载荷量，在人均生活用水变量上有比较大的负载荷，也就是说，大的y2值意味着x4、x9偏大，x2偏小，说明城市基础建设比较落后，正在发展阶段，称第二主成分为基础成分。第三主成分在人均道路面积和城市道路总长上有较大正载荷，在排水管网密度、液化石油气供应量上有较大负载荷，解释含义和第二主成分类似，都属于基础成分。因此在接下来的关于地区分类中可以仅使用第一和第二主成分。

根据第一主成分和第二主成分得分绘制出散点图，图1便可以看成十维变量（标准化）在二维平面上的投影。图1可以清晰描述各个地区的城市建设水平和划分。

图1 前两个主成分的散点图及聚类

由图1可以看出，将各个地区按照第一主成分和第二主成分得分划分成四类。也可计算各个地区的综合得分，公式如下：

综合得分也可以将31个地区分为四类，第一类包括广东、江苏、山东、浙江；第二类包括四川、天津、河南、黑龙江、安徽、江西、湖北、福建；第三类包括新疆、河北、湖南、辽宁、陕西、上海、云南、广西、北京、重庆、山西；第四类包括内蒙古、甘肃、海南、吉林、青海、贵州、宁夏、西藏。

（三）聚类分析

现通过系统聚类法对31个地区进行分类，采用离差平方和法，实际上就是在每一步合并使离差平方和增量达到最小的两个类。

由聚类结果表将31个城市分为四大类，第一类包括浙江、山东、江苏、广东；第二类包括辽宁、吉林、贵州、重庆、上海、北京、西藏、海南、广西；第三类包括天津、新疆、江西、黑龙江、河南、四川、湖北、安徽、湖南、福建；第四类包括宁夏、内蒙古、河北、青海、陕西、云南、甘肃、山西。

（四）分类结果综述

根据以上主成分分析和聚类分析结果来看，利用第一和第二主成分绘制的散点图与聚类分析得到的结果比较接近，而综合得分聚类的效果不如其他两个方法。其一是因为主成分y1,y2,……,ym的线性组合一般没有意义，其二是因为第一主成分对综合得分的贡献率很大，导致综合得分只是一味地在重复y1的信息，而含有比较少的y2的信息。因此，综合得分聚类效果不佳。

因此，综合考虑散点图和系统聚类分析，将31个地区重新分成四类，第一类包括广东、江苏、山东、浙江，这四个地区经济发展快速，都在东部沿海地段，它们的基础建设也领先于其他地区，其中用电量一直被视为经济运行的“风向标”，能在一定程度上反映各地经济走势，根据国家电网发布的数据，山东的社会用电量居全国第一，广东紧随其后，江苏位居第三，由此也可看出，这四个地区的经济发展与基础建设并驾齐驱。

第二类包括北京、上海、西藏、辽宁、吉林、贵州、重庆七个地区，由于北京、上海、吉林、辽宁、重庆地区基础设施建设已经较为完善，因此这些地区致力于经济发展，而西藏和贵州地区，近年来，国家大力投资于其基础设施建设，“十三五”期间，西藏的城镇基础设施建设就交出了新答卷。

第三类包括天津、江西、黑龙江、四川、湖北、安徽、湖南、福建、广西、海南、河北、内蒙古、黑龙江，这些地区大多分布在中部和北部地区，经济欠发达，基础设施建设投入较少。

第四类包括山西、陕西、新疆、河南、甘肃、宁夏、青海地区，这些地区是“西部大开发”重点扶持地区，更注重水资源和道路方面的建设，忽略了经济发展效益。

四、对策和建议

首先，我国目前面临着地区发展不平衡不充分的问题，根据以上聚类结果，可以发现大部分地区经济与城市基础建设共同发展，例如广东、江苏、浙江、重庆等地区，但也有少部分地区基础建设落后于经济发展，例如北京、上海地区。

面对以上分析，给出下列对策和建议：

（1）合理规划城市建设，加大对于经济发展薄弱地区的基础建设投资，带动本地城市发展。

（2）充分考虑城市地势地貌，建立特色基础设施建设，提高城市管理水平。

（3）关注城市环境，做好垃圾分类，提升城市面貌。