■ 錢　敏（重慶工商大學融智學院　重慶　401121）

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基于GeoDa-GIS的區(qū)域創(chuàng)新水平空間結構演化分析

■ 錢敏（重慶工商大學融智學院重慶401121）

內容摘要：本文從R&D活動、新產(chǎn)品開發(fā)生產(chǎn)、專利發(fā)明以及技術市場四方面構建區(qū)域創(chuàng)新水平的評價指標體系，運用熵值法、差異系數(shù)、空間分析工具GeoDa-GIS來探索我國區(qū)域創(chuàng)新水平在空間上的結構特征，進而指出創(chuàng)新水平的空間演化布局。結果表明，我國創(chuàng)新水平整體上表現(xiàn)為東高西低的差異性，東部沿海地區(qū)的創(chuàng)新水平常年來一直處于0.6以上的中高水平，而中西部地區(qū)的創(chuàng)新水平長期處于0.3以下的較低水平；并且創(chuàng)新水平具有明顯的空間差異聚集特征，已形成較為穩(wěn)定的二元空間結構，呈現(xiàn)以東部沿海地區(qū)為主的創(chuàng)新水平高區(qū)域和以中西部地區(qū)為主的創(chuàng)新水平低區(qū)域的“核心-外圍”二元集聚現(xiàn)象。最后文章在研究結論的基礎上提出創(chuàng)新水平的優(yōu)化途徑。

關鍵詞：區(qū)域創(chuàng)新熵值法差異系數(shù)GeoDa-GIS空間演化模式

引言

區(qū)域創(chuàng)新是衡量一個國家各區(qū)域經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的主要引導力，它不僅有利于各區(qū)域了解其創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的高低，更有利于各區(qū)域指導和提高其創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。隨著我國改革開放的不斷深入，區(qū)域創(chuàng)新的評估也逐漸受到學者的關注。目前學界主要圍繞創(chuàng)新水平與區(qū)域經(jīng)濟的關系、創(chuàng)新水平的評價、創(chuàng)新能力的影響因素分析、創(chuàng)新鼓勵政策幾個方面展開研究。例如，牛方曲（2012）、李琳（2013）、盧洋（2006）等從科技創(chuàng)新和區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展水平的關系出發(fā)，詳細分析了各區(qū)域創(chuàng)新水平對區(qū)域經(jīng)濟的影響作用，以及區(qū)域經(jīng)濟對創(chuàng)新水平的影響機制。而許吉黎等（2013）基于科技創(chuàng)新能力格局分布不均勻問題，對各個地域的科技創(chuàng)新能力進行了量化評價和實證研究，得到各地區(qū)科技創(chuàng)新能力在空間格局分布上屬于 “梯度擴散”的規(guī)律。但在研究區(qū)域創(chuàng)新水平的差異性集聚性和空間結構演變方面，僅有少數(shù)學者從空間差異性方面進行了量化分析。因此，本文在前人研究的基礎上加入空間分析工具GeoDa-G IS，探索我國31個省2008年以來區(qū)域創(chuàng)新水平在空間上的集聚性和差異性、全局和局部集聚分布特征以及格局的動態(tài)演變過程，進而為我國區(qū)域創(chuàng)新發(fā)展的差異化管理以及政策制定等方面提供理論指導依據(jù)。

區(qū)域創(chuàng)新水平指標構建

目前對于創(chuàng)新或創(chuàng)業(yè)方面的指標選取沒有形成統(tǒng)一的界定，大多數(shù)文獻都是根據(jù)其研究的目的不同，定義不同的指標。例如，國外學者Cooke（1996）對區(qū)域創(chuàng)新體系進行了較早和較全面的研究，在其著作中把區(qū)域創(chuàng)新體系定義為一個交互式學習系統(tǒng)，并加入制度環(huán)境形成研究的指標體系。之后Lundvall等學者（2002）將創(chuàng)新的系統(tǒng)方法擴展到了多層次框架，他們認為創(chuàng)新的影響不僅僅是單一維度的，應針對不同情況給出制定的指標體系，包括國家、地區(qū)等不同地域的影響。而國內學者張志新等（2014）針對我國具體情況，主要通過總量科技創(chuàng)新能力、共有科技創(chuàng)新能力以及結構科技創(chuàng)新能力三個方面來衡量區(qū)域科技創(chuàng)新能力；王學軍等學者（2010）主要從科技投入、科技環(huán)境、科技產(chǎn)出、企業(yè)創(chuàng)新能力四個方面提取指標，從而得到創(chuàng)新能力水平的評價值。

表1　創(chuàng)新水平指標體系

表2　2008-2013年各區(qū)域創(chuàng)新水平與差異系數(shù)

本文考慮到研究的對象主要定位于創(chuàng)新水平而非能力水平，所以在構建指標的過程中參考王學軍和張志新等文獻的基礎上，首先采用SPSS軟件對初步選定的20個指標進行相關性檢驗，以排除指標選取不當而導致的偏差，最終從規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)R&D活動情況、規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)新產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)情況、區(qū)域專利和有效發(fā)明情況以及技術市場情況四個方面選定10個指標構建出區(qū)域創(chuàng)新水平的指標體系，具體如表1所示。其中，論文研究的31個省份的原始數(shù)據(jù)主要來自于2008-2013年國家數(shù)據(jù)庫網(wǎng)站，部分數(shù)據(jù)來自于《各省統(tǒng)計年鑒》以及各省份《科技統(tǒng)計年鑒》。同時需要指出的是，由于國家數(shù)據(jù)庫對于2010年的指標數(shù)據(jù)沒有顯示出來，因此本文不對2010年的創(chuàng)新水平進行實證分析。

區(qū)域創(chuàng)新水平測度及差異性分析

為有效解決多指標變量間的交叉問題，本文采用熵值法測算區(qū)域創(chuàng)新水平：首先對原始數(shù)據(jù)Xij進行標準化，并將標準化的數(shù)據(jù)所在坐標系Zij平移幅度A（A可根據(jù)數(shù)據(jù)標準化分布的區(qū)間范圍確定）以保證數(shù)據(jù)的非負性，得到Z`ij=Zij+A；隨后計算第j項指標下第i個省份占該指標的比重Pij(Pij=Zij/∑ni=1Zij)；再求取第j項指標熵值Hj(Hj=-∑ni=1Pi)和差異系數(shù)Ui（Ui=1-Hi）計算第j項指標的權重Wj(Wj=gi/∑m1Ui)，最終算得第i個省份的區(qū)域創(chuàng)新水平Fi(Fi=∑m1WjPij)。

從國家數(shù)據(jù)庫中搜集我國31個省份2008-2013年的科技板數(shù)據(jù)，計算出各個區(qū)域的創(chuàng)新水平，結果如表2所示。同時進一步采用a rc GIS的自然斷裂法，將31個省份的創(chuàng)新水平劃分為3個等級，分別表示創(chuàng)新水平的高（0.6-0.9）、中（0.3-0.6）、低（0-0.3）三類情況。

結合表2得到以下研究結論：從創(chuàng)新水平來看，2008-2013年大部分地區(qū)的創(chuàng)新水平整體呈現(xiàn)穩(wěn)定態(tài)勢，并與區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展規(guī)律保持一致。其中僅北京、上海、山東和浙江四個地區(qū)的創(chuàng)新水平存在顯著的下滑，例如上海從2008年的0.366下降至2013年的0.2508，從中等水平下降到低等水平。而廣東和江蘇兩個地區(qū)的創(chuàng)新水平則保持在高水平狀態(tài)，并且江蘇具有上升趨勢。其他25個地區(qū)如湖南等地的創(chuàng)新水平都處于0-0.3的低水平狀態(tài)，沒有呈現(xiàn)出顯著的變化趨勢。從差異化程度來看，2008-2013年我國創(chuàng)新水平整體上表現(xiàn)為東高西低的差異性：東部沿海一帶的地區(qū)如江蘇、浙江等地的創(chuàng)新水平常年來一直處于0.6以上的中高水平，而中西部地區(qū)的創(chuàng)新水平長期處于0.3以下的較低水平，其中新疆、甘肅等地更是低于0.1。本文首先從時間維度上通過變異系數(shù)來分析各區(qū)域創(chuàng)新水平在2008-2013年之間的差異化程度，以及分析這種差異性是否帶來集聚現(xiàn)象。

其計算公式如下：

式（1）中，CVj表示第j個指標的創(chuàng)新水平的差異化系數(shù)；Y-j表示第j個指標的區(qū)域創(chuàng)新水平的平均值；n表示指標個數(shù)；Yij表示指標i在第j個指標上的創(chuàng)新水平。根據(jù)式（1）中可以得到，當CVj>1時，表明第j個指標的區(qū)域創(chuàng)新水平顯著，并且隨著CVj的不斷增大或減小，區(qū)域創(chuàng)新水平的差異化程度就越為顯著或不顯著。

根據(jù)表2的數(shù)據(jù)，利用變異系數(shù)計算出2008-2013年我國區(qū)域創(chuàng)新水平的差異系數(shù)在各年份之間都大于1，并且系數(shù)在5年間處于緩慢上升趨勢，即從2008年的1.209上升為2013年的1.258，其中在2012年達到最大值1.288的顯著水平。這說明2008-2013年我國各區(qū)域以緩慢的速度不斷拉大各地區(qū)之間的差異狀況，而并沒有形成時間上的趨同現(xiàn)象。同時，由于入世后，我國很多沿海省份取得較明顯的先發(fā)優(yōu)勢，吸引了外商對我國沿海省份的大量投資，很大程度上加速了我國東西地區(qū)之間的差異性，并且隨著2008年金融危機過后的大量投資、創(chuàng)業(yè)以及經(jīng)濟復蘇，使得這種差異幅度在空間上會進一步拉大差距，以至于會形成集聚現(xiàn)象。為此，論文進一步從空間維度上加以分析，利用公式（1）計算出31個區(qū)域創(chuàng)新水平的差異系數(shù)，如表2所示，并通過GeoDa和G IS軟件繪制區(qū)域創(chuàng)新水平均值和差異系數(shù)的四分位圖，得到圖1（a）和圖1（b）的結果。

表3　各區(qū)域創(chuàng)新水平演化類型

圖1（a）　區(qū)域創(chuàng)新水平均值四分位圖

圖1（b）　區(qū)域創(chuàng)新水平差異系數(shù)四分位圖

從圖1（a）不難發(fā)現(xiàn)，中國各區(qū)域的創(chuàng)新水平在空間結構上表現(xiàn)為顯著的差異集聚性：第一類集聚屬于西北部偏遠地區(qū)，包括新疆、西藏、青海等；第二、三類集聚屬于中部地區(qū)，包括湖南、湖北、河南、山西等；第四類集聚屬于東部沿海地區(qū)，包括北京、天津、江蘇、浙江等。整體而言，我國區(qū)域創(chuàng)新水平自東向西依次遞減，與區(qū)域經(jīng)濟保持一定的同步性。從圖1（b）可以看出，東部沿海省份除浙江和上海以外，區(qū)域創(chuàng)新水平的波動性普遍偏低，說明其創(chuàng)新水平達到較為穩(wěn)定的局面；西部省份如新疆、西藏、青海等地呈現(xiàn)出較大的波動性，說明西部地區(qū)的區(qū)域創(chuàng)新水平具有較強的變異度，處于不穩(wěn)定的狀態(tài)；而中部地區(qū)如湖南、湖北、河南、山西等在不同層次之間都有分布，呈現(xiàn)出不穩(wěn)定的波動性，說明區(qū)域創(chuàng)新水平差異較大，也指出了在中部一帶沒有形成較好的集聚現(xiàn)象，區(qū)域產(chǎn)業(yè)發(fā)展不協(xié)調。例如，根據(jù)廣東省科技統(tǒng)計分析中心的數(shù)據(jù)也證實了湖南和湖北的差異：湖北綜合科技進步水平指數(shù)排名自2008年以來都是處于9-11名之間，而并沒有顯示出湖南省的排名，可見其區(qū)域創(chuàng)新水平要低于湖北省。

區(qū)域創(chuàng)新水平空間演化分析

熵值法和差異系數(shù)僅從差異狀態(tài)論述了目前我國各區(qū)域之間的創(chuàng)新水平分布情況，僅反映了數(shù)據(jù)之間的離散程度。為進一步分析我國區(qū)域創(chuàng)新水平在空間上的演化現(xiàn)象（可以分為空間差異演化、空間集聚演化以及隨機分布演化），論文引入全局Mo ran`s I，用于分析空間鄰近區(qū)域觀測值整體的集聚性或差異性。全局Moran`s I的取值范圍為[-1，1]。I>0表示空間正相關，即創(chuàng)新水平較高（或較低）的區(qū)域在空間上趨于顯著集聚演化現(xiàn)象；I<0表示空間負相關，即該區(qū)域與周邊區(qū)域的創(chuàng)新水平具有空間差異演化現(xiàn)象；I=0表示空間不相關，即各區(qū)域創(chuàng)新水平評價值在空間上隨機分布演化現(xiàn)象。將各區(qū)域2008-2013年的創(chuàng)新水平數(shù)據(jù)（見表2）導入空間分析軟件GeoDa，計算出各年份區(qū)域創(chuàng)新水平的全局Mo ran指數(shù)，并進行顯著性檢驗得到，2008-2013年的 Mo ran's I均大于0，且通過5%顯著性水平檢驗，說明我國以東部沿海地區(qū)為主的創(chuàng)新水平較高區(qū)域和以中西部地區(qū)為主的創(chuàng)新水平較低區(qū)域呈現(xiàn)出“核心-外圍”的二元集聚現(xiàn)象。下面為進一步研究每個區(qū)域與周邊地區(qū)的空間差異程度、局部空間關聯(lián)以及空間格局的分布，論文對不同年份的區(qū)域創(chuàng)新水平指數(shù)的LISA值及顯著性進行分析，并根據(jù)其變化趨勢的特征，選取2008-2013年5個年份Moran 散點圖作為分析樣本，將區(qū)域劃分為4種不同類型：High-High型（該地區(qū)與周圍地區(qū)的創(chuàng)新水平都比較高，創(chuàng)新水平差異性較?。?，Low-Low型（該地區(qū)與周圍地區(qū)的創(chuàng)新水平都較低并且差異性較小），High-Low型（該地區(qū)的創(chuàng)新水平高而周邊地區(qū)的創(chuàng)新水平低，區(qū)域創(chuàng)新水平差異性較大），Low-High型（該地區(qū)的創(chuàng)新水平低而周邊地區(qū)的創(chuàng)新水平高，區(qū)域創(chuàng)新水平差異較大）。在這4種類型中，H ig h和Low是相對于區(qū)域總體的平均水平（算術平均值）而言，散點圖中各類型（處于不同象限）所對應的區(qū)域如表3所示。

圖2（a）　2008年局部LISA顯著性分布圖

圖2（b）　2009年局部LISA顯著性分布圖

圖2（c）　2011年局部LISA顯著性分布圖

圖2（d）　2012-2013年局部LISA顯著性分布圖

根據(jù)表3的結果可以驗證創(chuàng)新水平在空間上呈現(xiàn)出的“核心-外圍”二元集聚現(xiàn)狀，并且也說明了以東部沿海地區(qū)為主的創(chuàng)新水平較高區(qū)域和以中西部地區(qū)為主的創(chuàng)新水平較低區(qū)域呈現(xiàn)的“核心-外圍”二元集聚處于比較穩(wěn)定的狀態(tài)：High-High區(qū)域集中于北京、江蘇、浙江等區(qū)域；Low-Low區(qū)域集中于新疆、青海、西藏等區(qū)域；Low-High區(qū)域集中于內蒙古、黑龍江、吉林、河北等區(qū)域；High-Low區(qū)域集中于廣東。表3中顯示，只有少數(shù)幾個地區(qū)的集聚結構發(fā)生了變化，例如遼寧省自2009年之后由High-H igh象限跨越到Low-High象限；安徽省自2011年之后由Low-High象限跨越到High-High象限；而天津、廣西、湖南、湖北4個地區(qū)主要在不同象限之間不斷跨越，呈現(xiàn)出不穩(wěn)定態(tài)勢。對此，論文將這些少數(shù)省份變動的狀態(tài)歸結為集聚變異，這可能與其所處地理位置以及周圍省份的發(fā)展情況密切相關。從四個象限的區(qū)域來看，東部地區(qū)的北京、上海、江蘇、浙江、山東5個省份具有相同的發(fā)展趨勢，這不僅說明創(chuàng)新水平具有一定的協(xié)同性，而且從整體上提高了東部地區(qū)的創(chuàng)新水平，體現(xiàn)了“核心”地位的集聚結構；中西部地區(qū)的新疆、青海、西藏、四川、云南、海南、甘肅、重慶、陜西、山西、寧夏11個省份與周圍地區(qū)的創(chuàng)新水平都比較低并且差異性較小，體現(xiàn)了“外圍”地位的集聚結構；其他地區(qū)的內蒙古、黑龍江、吉林、河北、河南、江西、福建、湖南、貴州9個省份的創(chuàng)新水平低而周邊地區(qū)的創(chuàng)新水平高，區(qū)域創(chuàng)新水平差異較大，并不斷向核心地位的高水平集聚區(qū)域推進，體現(xiàn)了“外圍”區(qū)域向“核心”區(qū)域發(fā)展和變異的情況。值得注意的是，廣東省在各個年份都是處于High-Low的區(qū)域，說明該地區(qū)的創(chuàng)新水平高而周邊地區(qū)的創(chuàng)新水平低，區(qū)域創(chuàng)新水平差異性較大。仔細分析其周圍的廣西、福建、江西、湖南、海南5個省份的創(chuàng)新水平不難發(fā)現(xiàn)，這些地區(qū)的創(chuàng)新水平較低并且波動性較大、不穩(wěn)定，并沒有帶動周圍省份的發(fā)展，其中的江西、福建、海南還在向創(chuàng)新水平高的省份推進。因此，不可避免使得廣東常年處于High-Low的區(qū)域。綜上，我國各個區(qū)域的創(chuàng)新水平在2008-2013年來存在著空間差異性和集聚性并存的特征，同時已形成較為穩(wěn)定的二元空間結構，即自東向西創(chuàng)新水平依次差異遞減，并呈現(xiàn)以東部沿海地區(qū)為主的創(chuàng)新水平較高區(qū)域和以中西部地區(qū)為主的創(chuàng)新水平較低區(qū)域呈現(xiàn)的“核心-外圍”二元集聚現(xiàn)象。

最后，論文對四個象限的省份繪制LISA集聚圖，用以檢測二元集聚結構的自相關性和變異性情況，最終得到通過了 5%的顯著性水平檢驗的觀測結果，并標注出通過顯著水平的省份，具體如圖2所示。值得指出的是，所有LISA集聚圖中對特定隨機序列的敏感性分析都使用9999 序列，以便于保證這些結果的穩(wěn)定性。

LISA圖顯示：High-High區(qū)域和Low-Low區(qū)域中較為顯著的地區(qū)隨著時間的推移不斷趨于穩(wěn)定狀態(tài)，說明創(chuàng)新水平呈二元結構集聚的區(qū)域在未來幾年不會有太大變化，會保持現(xiàn)有狀態(tài)持續(xù)發(fā)展。而Low-High區(qū)域中較為顯著的地區(qū)在不斷縮小，這進一步驗證了Low-High區(qū)域不斷向核心地位的高水平集聚區(qū)域推進的事實。例如，安徽在2008-2011年屬于顯著的Low-High區(qū)域，之后出現(xiàn)明顯的跨越現(xiàn)象（從Low-H ig h象限到Hig h-High象限），并且保持其顯著性水平不變。由于High-Low區(qū)域只有廣東省，加之其創(chuàng)新水平受周圍省份的影響，所以2008-2013年來一直處于不顯著水平，有待進一步發(fā)展并帶動周圍省份發(fā)展，最終形成High-High的核心區(qū)域。

結論及建議

針對我國區(qū)域創(chuàng)新水平在區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展的過程中存在著區(qū)域差異性、區(qū)域集聚性的現(xiàn)狀，本文首先通過差異系數(shù)驗證了這種差異的存在性，隨后從全局空間和局部空間兩個角度，將空間統(tǒng)計分析的方法運用到創(chuàng)新水平研究中，深入探索我國區(qū)域創(chuàng)新水平在空間上的分布特征，分析了區(qū)域創(chuàng)新水平在空間上的結構特點。研究發(fā)現(xiàn)，我國區(qū)域創(chuàng)新水平的差異系數(shù)在時間維度上都大于1，并且系數(shù)在5年間處于緩慢上升趨勢，說明近年來我國各區(qū)域以緩慢的速度不斷拉大各地區(qū)之間的差異狀況，而并沒有顯示時間趨同的現(xiàn)象；空間維度上，各區(qū)域的創(chuàng)新水平存在顯著的差異性和集聚性，其分布與空間地理位置大體一致，即自東向西創(chuàng)新水平依次遞減。在區(qū)域創(chuàng)新水平的空間演化上，區(qū)域創(chuàng)新水平形成較為穩(wěn)定的二元空間結構，呈現(xiàn)以東部沿海地區(qū)為主的創(chuàng)新水平較高區(qū)域和以中西部地區(qū)為主的創(chuàng)新水平較低區(qū)域的“核心-外圍”二元集聚現(xiàn)象。

根據(jù)本文的研究成果，提出區(qū)域創(chuàng)新水平的優(yōu)化途徑：對于Low-Low區(qū)域，政府應作為重點關注對象，通過給予優(yōu)惠、鼓勵政策，采取產(chǎn)業(yè)升級等來提升Low-Low區(qū)域的創(chuàng)新水平，進而縮小全國創(chuàng)新水平的差異性，促進各區(qū)域可持續(xù)發(fā)展；對于Low-H ig h區(qū)域和H ig h-Low區(qū)域，可以采取富鄰措施，加強區(qū)域創(chuàng)新水平高與低的省份相互合作。對于H ig h-H ig h區(qū)域，應保持現(xiàn)有的發(fā)展模式，并進一步引導周圍省份的發(fā)展，使得整體創(chuàng)新水平趨同。此外，還應建立科技創(chuàng)新政策，并積極發(fā)揮各區(qū)域政府的政策導向作用，延伸區(qū)域政府的科技創(chuàng)新服務，并增加對于科技創(chuàng)新的投入，對集成創(chuàng)新、原始創(chuàng)新以及引進再創(chuàng)新的資源進行合理配置。

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中圖分類號：◆F224

文獻標識碼：A