楊 巖，劉志輝，姚長(zhǎng)青，張均勝，方劍琴，王 瑞

1(中國(guó)科學(xué)技術(shù)信息研究所，北京 100038)

2(廣州都市圈網(wǎng)絡(luò)科技有限公司，廣州 511400)

在創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)背景下，經(jīng)濟(jì)區(qū)域化特征越來(lái)越明顯，同時(shí)創(chuàng)新意識(shí)不斷增強(qiáng)，科技創(chuàng)新己經(jīng)成為各個(gè)國(guó)家、區(qū)域、城市核心競(jìng)爭(zhēng)力之所在[1].創(chuàng)新型城市是以科技創(chuàng)新為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的核心驅(qū)動(dòng)力，擁有豐富的創(chuàng)新資源、充滿活力的創(chuàng)新主體、高效的創(chuàng)新服務(wù)和政府治理、良好的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)環(huán)境，對(duì)建設(shè)創(chuàng)新型省份和國(guó)家發(fā)揮顯著支撐引領(lǐng)作用的城市[2].世界主要的科技型創(chuàng)新城市或區(qū)域，如印度班加羅爾、美國(guó)硅谷、加拿大渥太華等，主要出現(xiàn)在20世紀(jì)末21世紀(jì)初，其城市創(chuàng)新發(fā)展的戰(zhàn)略與內(nèi)容，是突出體現(xiàn)科技集成和科技創(chuàng)新[2].科技創(chuàng)新型城市一般依托國(guó)際一流的大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)，形成雄厚的科技實(shí)力、具有較強(qiáng)的創(chuàng)新能力與明顯的科技產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì).這些城市通過(guò)大力發(fā)展先進(jìn)科技生產(chǎn)力，在協(xié)調(diào)推進(jìn)城市經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、文化、生態(tài)發(fā)展的同時(shí)，為世界各國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供大量的高新技術(shù)和高科技產(chǎn)品，成為推動(dòng)全球科技進(jìn)步的動(dòng)力源[3].

在我國(guó)，隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代的到來(lái)和“大眾創(chuàng)業(yè)、萬(wàn)眾創(chuàng)新”雙創(chuàng)格局的形成[4]，科技創(chuàng)新已經(jīng)成為城市產(chǎn)業(yè)調(diào)整、優(yōu)化的重要手段，而創(chuàng)新活動(dòng)不具有絕對(duì)的排他性和競(jìng)爭(zhēng)性，同時(shí)還受地理因素的影響，人們開始越來(lái)越多地關(guān)注創(chuàng)新的投入產(chǎn)出，及與之相關(guān)聯(lián)的創(chuàng)新要素聯(lián)系[5].

中國(guó)城市科技創(chuàng)新評(píng)價(jià)移動(dòng)端APP(以下簡(jiǎn)稱科創(chuàng)評(píng)價(jià)APP)基于科技創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展的大背景，貫通“基礎(chǔ)—成績(jī)—分析”這個(gè)敘事主線，充分利用指標(biāo)數(shù)據(jù)、基于不同開發(fā)引擎，對(duì)城市創(chuàng)新基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間、屬性信息多維可視化展示、分析和評(píng)價(jià)，為數(shù)據(jù)、指標(biāo)賦予敘事能力；通過(guò)創(chuàng)新指標(biāo)，展示國(guó)家、區(qū)域、城市的創(chuàng)新“成績(jī)單”；從而判斷城市創(chuàng)新的演變趨勢(shì)等，檢驗(yàn)城市科技創(chuàng)新系統(tǒng)的運(yùn)行情況，衡量城市科技創(chuàng)新系統(tǒng)的有效性、可持續(xù)發(fā)展性，有利于決策者及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并進(jìn)行有針對(duì)性的政策調(diào)控.

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

在當(dāng)下移動(dòng)端應(yīng)用蓬勃發(fā)展的大環(huán)境下，科創(chuàng)評(píng)價(jià)APP的開發(fā)顯得尤為重要.一方面科創(chuàng)評(píng)價(jià)APP 增加了科技創(chuàng)新指標(biāo)對(duì)用戶的可見性，另一方面科創(chuàng)評(píng)價(jià)APP 成為數(shù)字化媒體，使得隨時(shí)隨地展示已有建設(shè)成果，推進(jìn)中國(guó)城市科技創(chuàng)新的步伐.針對(duì)APP的開發(fā)設(shè)計(jì)，主要包括主體設(shè)計(jì)、功能設(shè)計(jì)和界面設(shè)計(jì)[6，7].

1.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用SOA 架構(gòu)，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要包括數(shù)據(jù)層，模型層，引擎層和應(yīng)用層.

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)圖

(1)數(shù)據(jù)層:通過(guò)獲取基礎(chǔ)資源數(shù)據(jù)，然后經(jīng)過(guò)清洗、轉(zhuǎn)換、規(guī)范、標(biāo)注、抽取、整合一系列數(shù)據(jù)加工，形成科技創(chuàng)新指標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù).指標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)主要包括全國(guó)289個(gè)主要城市的創(chuàng)新指標(biāo)數(shù)據(jù).

(2)模型層:通過(guò)指標(biāo)評(píng)價(jià)體系方法、社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析等業(yè)務(wù)模型，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算，將處理結(jié)果轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，供引擎層和應(yīng)用層調(diào)用.該部分是系統(tǒng)功能的核心.

(3)引擎層:是銜接數(shù)據(jù)層和展示層之間的紐帶，是提供上層展示應(yīng)用功能與信息的中間件的統(tǒng)稱，本平臺(tái)主要基于Echarts、MapV、MapBox GL，以及其他第三方API 等技術(shù).

(4)應(yīng)用層:展示科技創(chuàng)新基礎(chǔ)、科技創(chuàng)新評(píng)價(jià)、科技創(chuàng)新分析的各類現(xiàn)狀指標(biāo)、分析圖表和詳細(xì)數(shù)據(jù)信息和對(duì)比結(jié)果.通過(guò)多類型GIS 空間地圖、統(tǒng)計(jì)圖表以及地圖和圖表的聯(lián)動(dòng)，展現(xiàn)科技創(chuàng)新指標(biāo)現(xiàn)狀.

1.2 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)共計(jì)包含5個(gè)主要功能模塊，其結(jié)構(gòu)如圖2.

(1)科新指標(biāo):包括創(chuàng)新基礎(chǔ)，創(chuàng)新投入，創(chuàng)新產(chǎn)出，創(chuàng)新績(jī)效四大模塊.四部分指標(biāo)分別從四個(gè)維度對(duì)特定城市的創(chuàng)新進(jìn)行指標(biāo)分類，在四個(gè)一級(jí)指標(biāo)下有若干二級(jí)指標(biāo)，用戶可以對(duì)上述指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重設(shè)置，同時(shí)，計(jì)算綜合評(píng)價(jià)結(jié)果.

圖2 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

(2)創(chuàng)新畫像:包括基礎(chǔ)人才集聚力、成果輻射力、產(chǎn)業(yè)驅(qū)動(dòng)力、總覽四個(gè)模塊.

(3)新聞資訊:包括新聞推送，新聞分享收藏兩大模塊.這要是針對(duì)科技領(lǐng)域新聞，利用爬蟲技術(shù)進(jìn)行抓取分省份和城市進(jìn)行入庫(kù).

(4)個(gè)人中心:用戶個(gè)人管理功能，在本功能模塊中用戶可以修改自己的登錄和個(gè)人信息，同時(shí)管理人個(gè)新聞.

(5)后臺(tái)管理:包括數(shù)據(jù)管理、用戶管理、新聞爬蟲設(shè)置功能，主要用于系統(tǒng)管理員.

1.3 APP 軟件界面設(shè)計(jì)

系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)遵循簡(jiǎn)潔、美觀的原則.在界面設(shè)計(jì)上，充分考慮用戶的使用習(xí)慣將地理空間所展示的城市、區(qū)域信息做為主要的系統(tǒng)查詢?nèi)肟?，?dāng)用戶進(jìn)入界面之后，通過(guò)放大縮小操作以及點(diǎn)選操作，選定城市進(jìn)行某一個(gè)城市的信息查詢和指標(biāo)評(píng)價(jià)分析.

圖3 系統(tǒng)入口界面設(shè)計(jì)

當(dāng)用戶進(jìn)入某一城市界面之后，可以依據(jù)計(jì)算好的創(chuàng)新指標(biāo)，對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行單項(xiàng)展示分或多城市對(duì)比分析，該部分功能的界面設(shè)計(jì)同樣采用簡(jiǎn)潔和分格和淺色配色，力求使數(shù)據(jù)信息更為突出，以期在較小的展示尺寸上合理顯示信息.

圖4 創(chuàng)新指標(biāo)界面設(shè)計(jì)

新聞?wù)故窘缑娴脑O(shè)計(jì)如圖5所示.該模塊界面采用了最新新聞與其他新聞區(qū)別顯示的方式，將后抓取的新聞在頁(yè)面上方進(jìn)行重點(diǎn)展示，同時(shí)當(dāng)用戶點(diǎn)開之后可以進(jìn)行新聞細(xì)節(jié)的瀏覽，并進(jìn)行分享和收藏.

個(gè)人中心的界面如圖6所示.該模塊的界面保持簡(jiǎn)潔風(fēng)格，用戶可以通過(guò)本模塊的按鈕對(duì)系統(tǒng)主題進(jìn)行配置，同時(shí)，也可以對(duì)個(gè)人信息和登錄密碼進(jìn)行添加、修改等操作.此外，該模塊也提供用戶對(duì)新聞數(shù)據(jù)的收藏管理功能，用戶可以對(duì)收藏的新聞進(jìn)行刪除.

圖5 新聞資訊界面設(shè)計(jì)

圖6 個(gè)人中心界面設(shè)計(jì)

在前端APP 基礎(chǔ)之上，本系統(tǒng)也設(shè)計(jì)了后臺(tái)的數(shù)據(jù)管理、用戶管理和爬蟲界面.界面提供了必要的操作按鈕，方便系統(tǒng)管理人員對(duì)用戶、數(shù)據(jù)及新聞爬蟲進(jìn)行增、刪、改等管理操作.

2 關(guān)鍵算法實(shí)現(xiàn)

2.1 科技創(chuàng)新評(píng)價(jià)指標(biāo)設(shè)計(jì)與計(jì)算

首先，城市創(chuàng)新指標(biāo)的確定需要統(tǒng)計(jì)分析國(guó)際創(chuàng)新評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的特點(diǎn)及應(yīng)用情況，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)的方法確定核心指標(biāo).本文通過(guò)對(duì)GII 全球創(chuàng)新指數(shù)、歐盟創(chuàng)新記分牌指數(shù)等國(guó)際創(chuàng)新評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的分析，確定R&D 投入、人力資源、專利產(chǎn)出及高技術(shù)產(chǎn)業(yè)等相關(guān)指標(biāo)做為評(píng)價(jià)創(chuàng)新的核心指標(biāo)[8].同時(shí)，參照了國(guó)家統(tǒng)計(jì)局及各地區(qū)、各行業(yè)的創(chuàng)新評(píng)價(jià)體系，確定相應(yīng)的分析指標(biāo).主要對(duì)科技部《創(chuàng)新型城市建設(shè)監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)指標(biāo)》進(jìn)行剖析[9]，借鑒杭州市[10]、合肥市[11]、深圳市[12]地方創(chuàng)新指標(biāo)，綜合整理確定相關(guān)指標(biāo).科創(chuàng)評(píng)價(jià)APP 從創(chuàng)新基礎(chǔ)、創(chuàng)新投入、創(chuàng)新產(chǎn)出、創(chuàng)新績(jī)效和創(chuàng)新合作五個(gè)方面，提出了一套綜合城市創(chuàng)新指數(shù)監(jiān)測(cè)指標(biāo)體系，具體指標(biāo)如表1所列.

表1 城市創(chuàng)新圖指標(biāo)體系

對(duì)于創(chuàng)新投入指標(biāo)而言，指標(biāo)體系中采用的是與科技創(chuàng)新直接投入相關(guān)的指標(biāo)，包括人員投入，財(cái)政投入以及企業(yè)主體投入.例如，“R&D 占GDP 比重”這一指標(biāo)代表了財(cái)政對(duì)于科技投入的強(qiáng)度，“萬(wàn)名就業(yè)人員中R&D 人員全時(shí)當(dāng)量”這一指標(biāo)則代表了人員投入的強(qiáng)度.

對(duì)于創(chuàng)新產(chǎn)出指標(biāo)而言，這里指的是由創(chuàng)新基礎(chǔ)和創(chuàng)新投入直接產(chǎn)生的科技創(chuàng)新成果，包括了多種類型的產(chǎn)出，如“技術(shù)交易成交額占GDP 比重”代表科創(chuàng)技術(shù)對(duì)經(jīng)濟(jì)的產(chǎn)出貢獻(xiàn)，而“萬(wàn)人發(fā)明專利申請(qǐng)量”則代表了科技創(chuàng)新在知識(shí)產(chǎn)權(quán)方面的產(chǎn)出.

創(chuàng)新績(jī)效則代表由科技創(chuàng)新所帶來(lái)的間接指標(biāo)，如“高技術(shù)產(chǎn)品出口額占商品出口比重”這一指標(biāo)代表了科技創(chuàng)新對(duì)于商品結(jié)構(gòu)的改變，與之類似“服務(wù)業(yè)占GDP 比重”則代表了科技創(chuàng)新對(duì)于經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的變化.

同時(shí)，在本文也考慮到了科技創(chuàng)新的網(wǎng)絡(luò)性，充分利用已有數(shù)據(jù)進(jìn)行城市科技創(chuàng)新結(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)性的評(píng)價(jià)，將其作為重要指標(biāo)納入到評(píng)價(jià)體系中，以論文合著和專利轉(zhuǎn)移為評(píng)價(jià)依據(jù)，通過(guò)2.2 節(jié)介紹的社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析方法，體現(xiàn)城市創(chuàng)新合作網(wǎng)絡(luò)的中心性.

對(duì)于某一個(gè)城市，系統(tǒng)需要計(jì)算其與其他城市的比較值，因此對(duì)于同類型指標(biāo)，首先根據(jù)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理(Min-Max Normalization 標(biāo)準(zhǔn)化方法)，其計(jì)算方法如式(1)所示:

式中Ii,j代表第i個(gè)城市的第j 項(xiàng)指標(biāo)原始值，Ij,Max代表指標(biāo)最大值，Ij,Min代表指標(biāo)最小值，Istd(i,j)代表標(biāo)準(zhǔn)化后的指標(biāo)值.

基于標(biāo)準(zhǔn)化后的指標(biāo)值，利用用戶設(shè)定的權(quán)重值，與標(biāo)準(zhǔn)化后的權(quán)重進(jìn)行乘積運(yùn)算，得到該項(xiàng)指標(biāo)的得分.其計(jì)算方法如式(2)所示:

如果你以為秀容月明是個(gè)只知道讀書的孩子就錯(cuò)了，他和其他孩子一樣調(diào)皮搗蛋。那次，他和小伙伴去偷西瓜，一小伙伴說(shuō)：“三瘸子只負(fù)責(zé)望風(fēng)，不出什么力，只能分一瓣西瓜?！?/p>

對(duì)于一個(gè)城市將其所有指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化和權(quán)重計(jì)算的指標(biāo)進(jìn)行加和，則可以得到某一城市最終的評(píng)價(jià)得分.如式(3)所示，最終求和項(xiàng)即為某一城市的科技創(chuàng)新評(píng)價(jià)得分.

系統(tǒng)設(shè)置了糾錯(cuò)功能，要求用戶一二級(jí)指標(biāo)設(shè)置權(quán)重之和必須為100 分，以保證指標(biāo)評(píng)價(jià)的一致性和完整性.

2.2 論文與專利社會(huì)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算方法

本研究采用社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析方法[13]對(duì)論文和專利的合作情況進(jìn)行分析計(jì)算.其中論文為無(wú)向網(wǎng)絡(luò)，專利轉(zhuǎn)移由于可能發(fā)生在多個(gè)不同城市間，且不同城市間分為轉(zhuǎn)入和轉(zhuǎn)出兩種狀態(tài)，因此專利轉(zhuǎn)移為有向轉(zhuǎn)移網(wǎng)絡(luò)，下述分析方法說(shuō)明以論文為例.

區(qū)域內(nèi)的論文行為是由兩個(gè)城市之間的科研作者利用其社會(huì)網(wǎng)絡(luò)關(guān)系，針對(duì)共同感興趣的研究領(lǐng)域進(jìn)行的科研合作.不同城市間兩者之間論文合著，就形成了一定的科研合作網(wǎng)絡(luò).例如，在特定研究對(duì)象下，包括10個(gè)城市，那么這10個(gè)城市兩兩之間的合作矩陣就可以如下表示:

在Q 矩陣中，qi,j代表城市i 與城市j的論文合作數(shù)量；qj,i代表城市j 與城市i的論文合作數(shù)量.由于論文的合作具有無(wú)向性，因此該矩陣為對(duì)稱陣.此外，論文合著有可能是在城市內(nèi)部完成的，但是其無(wú)法表征網(wǎng)絡(luò)輻射性，因此各城市自身的論文合作數(shù)量不予展示，令qi,i為0.

通過(guò)節(jié)點(diǎn)度中心性(Degree centrality)算法[14，15]，對(duì)上式中結(jié)點(diǎn)的合作次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)則可以得到一個(gè)城市的論文網(wǎng)絡(luò)合作強(qiáng)度.其計(jì)算方法如式(4)所示:

式中，qi,j表示第i個(gè)城市與第j個(gè)城市的合作次數(shù)，而Qi則表示第i個(gè)城市的度中心度.

2.3 地理空間信息展示

本系統(tǒng)中，使用了Mapbox 做為地圖展示與分析平臺(tái)，Mapbox 平臺(tái)為iOS，Android 和Web 開發(fā)者提供了導(dǎo)航、定位等功能豐富的API[15]，對(duì)于科創(chuàng)評(píng)價(jià)APP 而言，主要利用其前端展示功能和圖形自定義功能對(duì)地圖的空間分布渲染進(jìn)行表達(dá)，系統(tǒng)在地圖展示過(guò)程中同時(shí)采用了矢量地釁(vector)和柵格地圖(raster)，結(jié)合GeoJSON 數(shù)據(jù)進(jìn)行了地理空間點(diǎn)、線、面的定制化展示.

程序設(shè)計(jì)時(shí)采用了標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)算方法結(jié)合指標(biāo)閾值，對(duì)一級(jí)二級(jí)指標(biāo)采用分層調(diào)色展示方示，滿足了區(qū)域和城市不同的地圖展示需求.

3 系統(tǒng)應(yīng)用

本文中所涉及的開發(fā)功能首先應(yīng)用于中國(guó)科學(xué)技術(shù)信息研究所承擔(dān)的國(guó)家科技創(chuàng)新評(píng)價(jià)分析，采用了全國(guó)289 有個(gè)主要城市2011-2015年的創(chuàng)新評(píng)價(jià)指標(biāo)，利用該APP 進(jìn)行了快速評(píng)價(jià)與分析對(duì)比.以2015年度數(shù)據(jù)為例，指標(biāo)綜合排名如表2所示，從中可以看出綜合指標(biāo)較強(qiáng)的城市，其關(guān)聯(lián)性不一定強(qiáng)，以京津冀城市群核心城市北京為例，其綜合排名為第一，但其專利轉(zhuǎn)移量則相對(duì)靠后，而長(zhǎng)三角城市和珠三角城市在專利轉(zhuǎn)移應(yīng)用方面，則體現(xiàn)了較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，如深圳、上海、廣州蘇州等城市.

該APP 在系統(tǒng)分析過(guò)程中充分利用了系統(tǒng)自設(shè)指標(biāo)權(quán)重的功能，結(jié)合專家知識(shí)，不斷對(duì)指標(biāo)進(jìn)行調(diào)適分析，以期保證指標(biāo)評(píng)價(jià)體系與實(shí)際應(yīng)用情況相符，同時(shí)，該系統(tǒng)具備了快速響應(yīng)功能，能夠在用戶更新數(shù)據(jù)庫(kù)表之后自動(dòng)進(jìn)行計(jì)算，使得用戶統(tǒng)計(jì)和分析更具有時(shí)效性.

表2 2015年指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果

4 結(jié)論與展望

科技創(chuàng)新評(píng)價(jià)旨在對(duì)科技創(chuàng)新發(fā)展過(guò)程及成果進(jìn)行控制，從而針對(duì)科技創(chuàng)新進(jìn)行科學(xué)決策與合理布局.城市做為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主體，也是科技創(chuàng)新的核心單元，對(duì)其進(jìn)行合理、有效、快速的評(píng)估對(duì)于促進(jìn)城市乃至區(qū)域發(fā)展均有重要的意義.面向城市的中國(guó)科技創(chuàng)新評(píng)價(jià)APP 已在中國(guó)城市科技創(chuàng)新管理與決策方面做了初步的研究與應(yīng)用，是以科技大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以可視化為手段，直觀顯示城市科技創(chuàng)新現(xiàn)狀，輔助城市科技創(chuàng)新對(duì)比、優(yōu)劣勢(shì)分析與趨勢(shì)分析，支撐城市科技創(chuàng)新管理與決策.今后的移動(dòng)端研究與應(yīng)用將進(jìn)一步深入挖掘決策場(chǎng)景，從宏觀、中觀和微觀上挖掘個(gè)性化需求，結(jié)合新的科技管理與決策場(chǎng)景研發(fā)可視化分析功能，挖掘發(fā)現(xiàn)科技大數(shù)據(jù)的價(jià)值所在，為不同層面的科技創(chuàng)新管理與決策需求提供有針對(duì)性、個(gè)性化的支撐服務(wù).