基于GeoDa-GIS的區域創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）

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

關鍵詞：區域創新熵值法差異系數GeoDa-GIS空間演化模式

引言

區域創新是衡量一個國家各區域經濟持續發展和創新創業的主要引導力，它不僅有利于各區域了解其創新創業能力的高低，更有利于各區域指導和提高其創新創業能力。隨著我國改革開放的不斷深入，區域創新的評估也逐漸受到學者的關注。目前學界主要圍繞創新水平與區域經濟的關系、創新水平的評價、創新能力的影響因素分析、創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）等從科技創新和區域經濟發展水平的關系出發，詳細分析了各區域創新水平對區域經濟的影響作用，以及區域經濟對創新水平的影響機制。而許吉黎等（2013）基于科技創新能力格局分布不均勻問題，對各個地域的科技創新能力進行了量化評價和實證研究，得到各地區科技創新能力在空間格局分布上屬于 “梯度擴散”的規律。但在研究區域創新水平的差異性集聚性和空間結構演變方面，僅有少數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年以來區域創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演變過程，進而為我國區域創新發展的差異化管理以及政策制定等方面提供理論指導依據。

區域創新水平指標構建

目前對于創新或創業方面的指標選取沒有形成統一的界定，大多數文獻都是根據其研究的目的不同，定義不同的指標。例如，國外學者Cooke（1996）對區域創新體系進行了較早和較全面的研究，在其著作中把區域創新體系定義為一個交互式學習系統，并加入制度環境形成研究的指標體系。之后Lundvall等學者（2002）將創新的系統方法擴展到了多層次框架，他們認為創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新能力、共有科技創新能力以及結構科技創新能力三個方面來衡量區域科技創新能力；王學軍等學者（2010）主要從科技投入、科技環境、科技產出、企業創新能力四個方面提取指標，從而得到創新能力水平的評價值。

表1　創新水平指標體系

表2　2008-2013年各區域創新水平與差異系數

本文考慮到研究的對象主要定位于創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，最終從規模以上工業企業R&D活動情況、規模以上工業企業新產品開發和生產情況、區域專利和有效發明情況以及技術市場情況四個方面選定10個指標構建出區域創新水平的指標體系，具體如表1所示。其中，論文研究的31個省份的原始數據主要來自于2008-2013年國家數據庫網站，部分數據來自于《各省統計年鑒》以及各省份《科技統計年鑒》。同時需要指出的是，由于國家數據庫對于2010年的指標數據沒有顯示出來，因此本文不對2010年的創新水平進行實證分析。

區域創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域創新水平：首先對原始數據Xij進行標準化，并將標準化的數據所在坐標系Zij平移幅度A（A可根據數據標準化分布的區間范圍確定）以保證數據的非負性，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個省份的區域創新水平Fi(Fi=∑m1WjPij)。

從國家數據庫中搜集我國31個省份2008-2013年的科技板數據，計算出各個區域的創新水平，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個省份的創新水平劃分為3個等級，分別表示創新水平的高（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：從創新水平來看，2008-2013年大部分地區的創新水平整體呈現穩定態勢，并與區域經濟發展規律保持一致。其中僅北京、上海、山東和浙江四個地區的創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的創新水平則保持在高水平狀態，并且江蘇具有上升趨勢。其他25個地區如湖南等地的創新水平都處于0-0.3的低水平狀態，沒有呈現出顯著的變化趨勢。從差異化程度來看，2008-2013年我國創新水平整體上表現為東高西低的差異性：東部沿海一帶的地區如江蘇、浙江等地的創新水平常年來一直處于0.6以上的中高水平，而中西部地區的創新水平長期處于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來分析各區域創新水平在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象。

其計算公式如下：

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

根據表2的數據，利用變異系數計算出2008-2013年我國區域創新水平的差異系數在各年份之間都大于1，并且系數在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年我國各區域以緩慢的速度不斷拉大各地區之間的差異狀況，而并沒有形成時間上的趨同現象。同時，由于入世后，我國很多沿海省份取得較明顯的先發優勢，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之間的差異性，并且隨著2008年金融危機過后的大量投資、創業以及經濟復蘇，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個區域創新水平的差異系數，如表2所示，并通過GeoDa和G IS軟件繪制區域創新水平均值和差異系數的四分位圖，得到圖1（a）和圖1（b）的結果。

表3　各區域創新水平演化類型

圖1（a）　區域創新水平均值四分位圖

圖1（b）　區域創新水平差異系數四分位圖

從圖1（a）不難發現，中國各區域的創新水平在空間結構上表現為顯著的差異集聚性：第一類集聚屬于西北部偏遠地區，包括新疆、西藏、青海等；第二、三類集聚屬于中部地區，包括湖南、湖北、河南、山西等；第四類集聚屬于東部沿海地區，包括北京、天津、江蘇、浙江等。整體而言，我國區域創新水平自東向西依次遞減，與區域經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，區域創新水平的波動性普遍偏低，說明其創新水平達到較為穩定的局面；西部省份如新疆、西藏、青海等地呈現出較大的波動性，說明西部地區的區域創新水平具有較強的變異度，處于不穩定的狀態；而中部地區如湖南、湖北、河南、山西等在不同層次之間都有分布，呈現出不穩定的波動性，說明區域創新水平差異較大，也指出了在中部一帶沒有形成較好的集聚現象，區域產業發展不協調。例如，根據廣東省科技統計分析中心的數據也證實了湖南和湖北的差異：湖北綜合科技進步水平指數排名自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，可見其區域創新水平要低于湖北省。

區域創新水平空間演化分析

熵值法和差異系數僅從差異狀態論述了目前我國各區域之間的創新水平分布情況，僅反映了數據之間的離散程度。為進一步分析我國區域創新水平在空間上的演化現象（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，即創新水平較高（或較低）的區域在空間上趨于顯著集聚演化現象；I<0表示空間負相關，即該區域與周邊區域的創新水平具有空間差異演化現象；I=0表示空間不相關，即各區域創新水平評價值在空間上隨機分布演化現象。將各區域2008-2013年的創新水平數據（見表2）導入空間分析軟件GeoDa，計算出各年份區域創新水平的全局Mo ran指數，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為主的創新水平較高區域和以中西部地區為主的創新水平較低區域呈現出“核心-外圍”的二元集聚現象。下面為進一步研究每個區域與周邊地區的空間差異程度、局部空間關聯以及空間格局的分布，論文對不同年份的區域創新水平指數的LISA值及顯著性進行分析，并根據其變化趨勢的特征，選取2008-2013年5個年份Moran 散點圖作為分析樣本，將區域劃分為4種不同類型：High-High型（該地區與周圍地區的創新水平都比較高，創新水平差異性較小），Low-Low型（該地區與周圍地區的創新水平都較低并且差異性較小），High-Low型（該地區的創新水平高而周邊地區的創新水平低，區域創新水平差異性較大），Low-High型（該地區的創新水平低而周邊地區的創新水平高，區域創新水平差異較大）。在這4種類型中，H ig h和Low是相對于區域總體的平均水平（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

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

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定性。

LISA圖顯示：High-High區域和Low-Low區域中較為顯著的地區隨著時間的推移不斷趨于穩定狀態，說明創新水平呈二元結構集聚的區域在未來幾年不會有太大變化，會保持現有狀態持續發展。而Low-High區域中較為顯著的地區在不斷縮小，這進一步驗證了Low-High區域不斷向核心地位的高水平集聚區域推進的事實。例如，安徽在2008-2011年屬于顯著的Low-High區域，之后出現明顯的跨越現象（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區域只有廣東省，加之其創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，有待進一步發展并帶動周圍省份發展，最終形成High-High的核心區域。

結論及建議

針對我國區域創新水平在區域經濟發展的過程中存在著區域差異性、區域集聚性的現狀，本文首先通過差異系數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，將空間統計分析的方法運用到創新水平研究中，深入探索我國區域創新水平在空間上的分布特征，分析了區域創新水平在空間上的結構特點。研究發現，我國區域創新水平的差異系數在時間維度上都大于1，并且系數在5年間處于緩慢上升趨勢，說明近年來我國各區域以緩慢的速度不斷拉大各地區之間的差異狀況，而并沒有顯示時間趨同的現象；空間維度上，各區域的創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，即自東向西創新水平依次遞減。在區域創新水平的空間演化上，區域創新水平形成較為穩定的二元空間結構，呈現以東部沿海地區為主的創新水平較高區域和以中西部地區為主的創新水平較低區域的“核心-外圍”二元集聚現象。

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

參考文獻：

1.劉國新，馮德雄，姚漢軍.區域創新創業能力的綜合評價[J].武漢理工大學學報（信息與管理工程版），2003，25（1）

2.牛方曲，劉衛東.我國區域科技創新資源分布及其與經濟發展水平協同測度[J].地理科學進展， 2012，31（2）

3.李琳.科技投入-科技創新與區域經濟作用機理及實證研究[D].吉林大學，2013

4.盧洋.區域科技創新對西安經濟發展的作用及相關對策研究[D].西安科技大學，2006

5.高珊.區域科技創新與吉林經濟發展[D].吉林大學，2003

6.許吉黎，韓玉剛，楊顯明.安徽省城市科技創新能力評價及格局分析—兼論省域科技創新體系的發展模式[J].地域研究與開發，2013，32（5）

7.谷紹輝.關于山西科技創新水平的實證研究[D].太原科技大學，2011

8.趙元.廣州市科技創新能力評估及布局重點研究[D].廣東外語外貿大學，2013

9.明陽.四川省科技創新能力評價研究[D].西南石油大學，2013

10.孫亞梅，呂永龍，王鐵宇等.基于專利的區域環境技術創新水平空間分異研究[J].環境工程學報，2007，1（3）

11.楊代剛.基于地區差異的區域科技創新能力分布特征研究[J].遼寧師范大學學報（自然科學版），2013，36（2）

12.張志新，孫照吉，薛翹.黃河三角洲區域科技創新能力綜合分析與評價研究[J].經濟問題，2014（4）

13.王學軍，陳武.區域智力資本與區域科技創新能力—指標體系構建及其相關關系研究[J].管理工程學報，2010（3）

14.李柏洲，蘇屹.基于改進突變級數的區域科技創新能力評價研究[J].中國軟科學，2012（6）

15.王雪青，陳媛，劉炳勝.中國區域房地產經濟發展水平空間統計分析—全局Moran`s I、M oran散點圖與LISA集聚圖的組合研究[J].數理統計與管理，2014，33（1）

中圖分類號：◆F224

文獻標識碼：A