基于熵權效率的交通運輸與經濟發展的協調性分析

余佳每，王 沁，蘇佳琳

基于熵權效率的交通運輸與經濟發展的協調性分析

余佳每1，王 沁2，蘇佳琳3

(1. 西南財經大學, 統計學院，成都 610031; 2. 西南交通大學, 數學學院統計系, 成都 610031; 3. 西安交通工程學院, 公共課部, 西安 710300)

基于主成分賦權法獲得了交通運輸和經濟發展的主成分, 在主成分的基礎上測度了交通運輸的熵權效率和經濟發展的熵權效率。從熵權效率出發, 利用耦合協調度模型測算了2016年我國三十個省市的交通運輸和經濟發展的耦合協調度。最后對“一帶一路”沿線區域的動態協調發展度進行時間序列分析擬合, 并對該區域2017—2019年的動態協調發展度進行預測。

協調性; 協調發展度; 熵權效率; 交通運輸; 經濟發展; 主成分分析; 時間序列分析

0 引 言

作為發展中國家，交通運輸對于我國經濟發展有著決定性的作用[1]。在不同的經濟發展階段，交通運輸對其影響機制與影響程度也有所不同。交通運輸系統與經濟發展是否協調，是決定社會經濟能否穩定協調發展的關鍵。因此，分析我國各省市的交通運輸與經濟發展的協調性，對于確定不同區域的交通運輸投資規模，促進區域經濟協調發展有著重要的意義。

對于交通運輸與經濟發展的協調性分析，不少學者提出了不同的研究方法。汪傳旭利用大系統的理論與方法，建立了協調發展指數對交通運輸與經濟發展的協調程度進行定量計算分析[1]；武旭等學者將交通運輸與經濟視作互為輸入與輸出的投入產出系統，通過建立DEA模型對二者協調度進行計算[3]；羅文慧等學者利用主成分分析法找出衡量區域交通與經濟發展水平的主因子，進一步利用因子構建了交通經濟協同發展的評價模型對協同度進行了計算[4]。李潔等基于協整評價模型分析了四川省區域經濟與交通運輸的協調關系[5]。姬亞鵬[6]基于變異系數構建了交通與經濟系統間的協調度模型，對京津冀的交通與經濟發展協調性進行了評價研究。

上述研究尚未基于熵權效率對全國各省市交通運輸與經濟發展的協調性進行研究，故本文在已有研究的基礎上，利用主成分分析與熵權法結合對各省市交通運輸與經濟發展的水平進行度量，再根據協調度模型，利用熵權效率對我國七大地理區域的協調度進行度量，進一步對協調度的變動性進行分析，并利用時間序列分析對其進行預測。

1 研究方法

1.1 評價指標體系和主成分賦權法

對于多指標的復雜評價系統常常采用主成分賦權法[11]，其主要思想為：挑選出累計貢獻率較大的前幾個主成分，利用主成分貢獻率計算出各指標的得分值占比，以此作為各項指標權重，再分別將每個評價對象的各指標數值與上述計算出的權重進行加權求和，以此得到各評價對象主成分得分結果。

主成分賦權法步驟如下（假設原評價系統共個指標和個評價對象）：

1.2 交通運輸和經濟發展的熵權效率測評

在實際分析過程中，第一主成分的特征值往往比其他主成分的特征值大得多，因此第一主成分的方差貢獻率通常較大，而其他主成分的方差貢獻率較小[12]。因此，采用主成分賦權法，不能全面體現每個主成分的作用，需要利用主成分得分的冗余信息，尋求一種更為客觀合理的賦權方式來計算綜合得分。

熵權法是一種廣泛應用的客觀賦權方法。根據信息論的基本原理知信息是系統有序度的度量，熵是系統無序度的度量。如果一個指標的信息熵越小，它提供的信息越多，在綜合評價中所起的作用就越大，權重就越高。因此，在綜合評價中，可以利用信息熵工具計算出各指標的權重[13]。熵權法的主要思想為：若某一研究對象的信息熵在所有研究對象熵值之和中占比越小，則其提供的信息越多，相應地也應當有更高的權重。

熵權法計算步驟如下[7]：

① 數據的預處理：由于主成分得分有正有負，因此首先需要對指標進行非負化處理，公式如下：

③ 計算綜合評價得分：

根據主成分算出的系統得分處于負無窮到正無窮之間，但計算協調度時，用于計算的數值需處于0~1之間，因此將主成分分析與熵權法結合，即利用熵權法對主成分進行定權。這樣不僅可以利用主成分的信息熵冗余度確定其權重，還可以通過對指標數據的非負化處理使得最終計算得到的熵權效率值處于0~1之間，從而便于下一步對協調度的計算。

除此之外，由于主成分分析所提取的是指標系統內的主要信息，而熵權法則是提取了各項主成分中的冗余信息，因此二者的結合能夠更充分地提取數據中的信息。

1.3 協調度以及協調發展度評價模型

協調度的公式如下[14]：

利用交通運輸與經濟發展水平的熵權效率值對協調度進行計算，可以保證協調度的取值處于0~1之間。

參照目前大多數國家普遍采用的協調度等級劃分，具體標準如表1所示。

表1 協調等級劃分準則

Tab.1 Coordination level division criteria

2 實證分析

本文搜集了2008—2016年間我國三十個省市的交通與經濟系統指標，數據來源于《中國統計年鑒》以及各省市統計年鑒。

2.1 主成分權重

計算出各個主成分的得分系數矩陣，再將其與各主成分的貢獻率相乘，得到廣義的主成分權重。

2.2 交通運輸和區域經濟的熵權效率評價

運用熵權法對主成分得分進行賦權，結果如表2所示。

表2 熵值和權重計算結果

Tab.2 Calculation results of entropy and weight

交通運輸系統的熵權效率計算公式如下：

交通運輸熵權效率結果如圖1所示。

由結果可看出，各省市交通運輸發展情況差距較大，2016年，北京市的交通運輸系統發展水平相對較高，貴州省的交通運輸發展水平相對落后。

同理，計算得2016年經濟發展熵權效率結果如圖2所示。

由圖2可看出，各省市交通運輸發展情況差距較大，2016年，廣東省的經濟發展水平相對較高，青海省的經濟發展水平相對落后。

圖1 各省市交通運輸熵權效率結果

圖2 各省市經濟發展熵權效率結果

2.3 交通運輸和區域經濟發展的耦合協調度分析

將各省市的交通經濟發展水平得分指數帶入協調度模型進行計算，結果如表3所示。

表3 交通運輸與經濟發展協調度評價結果

Tab.3 Evaluation results of coordination degree of transportation and economic development

續表3

城市協調度C靜態協調發展度城市協調度C靜態協調發展度 湖北0.960.60貴州0.800.37 湖南0.980.60云南0.990.51 廣東0.800.76陜西1.000.56 廣西0.970.48甘肅0.980.39 海南0.990.46青海0.930.42 重慶0.780.45寧夏0.950.45 四川0.970.59新疆0.980.49

由計算結果所示，2016年間，全國三十個省市中，北京市處于比較協調；廣東省、上海市、江蘇省、山東省、浙江省、天津市處于基本協調；湖南省、湖北省等12個省市處于輕度不協調；新疆維吾爾自治區、吉林省等8個省市處于中度不協調；甘肅省、江西省、貴州省處于嚴重不協調。可以看出，大多數省市的交通運輸系統與經濟系統之間協調程度都有所欠缺。雖有北京、廣東省、上海市等七個省市處于比較協調以及基本協調狀態，但與非常協調還是有一定的差距?；诖?，各省市應當結合自身區位優勢以及地理條件，提高交通資源配置效率，提升交通運輸發展水平，以進一步提高交通運輸系統與經濟系統之間的協調等級。各省市協調等級分類情況如表4所示。

表4 各省市協調等級分類情況

Tab.4 Classification of coordination levels in various provinces and cities

2.4 一帶一路沿線區域協調發展度的分析與預測

“一帶一路”跨越了我國十八個省市，其中，新疆、重慶、陜西、甘肅等13個省市位于絲綢之路經濟帶，上海、福建、廣東、浙江、海南五個省市位于21世紀海上絲綢之路。自2013年以來，“一帶一路”的建設也極大地推動了沿線省市的交通與經濟的發展，區域的經濟開放性增強，交通運輸吞吐量大幅提高，進而對沿線省市的交通運輸系統提出了更高的要求。

按照上述方法，計算求得2008—2015年間“一帶一路”沿線城市的協調發展度數據，并對2008—2016年“一帶一路”沿線城市的靜態協調發展度進行分析，并對其加權平均后得到協調發展度計算，結果如圖3所示。

從圖3中可看出2008—2016年間，“一帶一路”沿線地區的協調發展度整體呈上升趨勢，2016年協調發展度有所降低，表現出此時該區域的經濟與交通運輸面臨了新的適應性問題，需進一步解決。

年 份

表5 2008—2019年間“一帶一路”沿線區域動態協調發展度

Tab.5 Dynamic coordinated development degree of the area along the “ the Belt and Road ” Initiative between 2008 and 2019

從圖4可看出2008—2019年間，“一帶一路”沿線區域的協調發展度整體呈上升趨勢，且自2013年“一帶一路”建設提出以來，2013—2019年間協調發展度也是整體有很大的提升。這也進一步說明，“一帶一路”建設為沿線省市帶來了新的機遇，經濟發展水平不斷提高，交通運輸系統不斷完善，最終使其交通運輸系統與經濟發展的協調性得以提升，實現了經濟更好更快更協調的發展。

圖4 2008—2019年間“一帶一路”沿線區域靜態協調發展度

3 結論與建議

3.1 結論分析

本文利用主成分分析與熵權法結合計算出了我國省域城市的交通以及經濟發展情況，再利用協調度以及協調發展度模型對交通運輸與經濟系統的協調性進行了度量。根據上述計算結果，本文所得結論如下：

2016年間，相較于2008到2015年，我國各省市的經濟與交通運輸發展水平都有明顯的提升，各個產業都在穩步向前。在交通經濟水平整體進步的同時，各省市的發展差距也較為明顯。北京、廣東、浙江、江蘇、上海等省市的經濟與交通發展水平都穩居全國前列，寧夏、海南、甘肅、青海、貴州等省市的交通經濟發展相對比較落后。

2016年間，我國各省市之間的協調發展度差距較大，其中，北京市、廣東省、上海市的交通與經濟協調狀況較好，協調發展度位居全國前列，處于比較協調以及基本協調的狀態；甘肅省、江西省、貴州省的交通與經濟的協調狀況欠佳，處于嚴重不協調狀態。

2009—2016年間，我國“一帶一路”沿線區域的協調發展度整體呈上升趨勢，變化趨勢相對平穩。其中，2012、2014年的協調發展度有較為明顯的提升，表明這一年間各省市的交通與經濟發展水平得到了一定的提升，兩者之間的協調性也進一步加強；2016年各省市的協調發展度有較為明顯的下降，表明這一年間各省市的交通與經濟發展出現了新的適應性問題，亟待進一步解決。

3.2 建 議

基于上述計算結果，結合我國現階段的發展情況，本文從以下五個方面對我國的經濟交通發展提出合理化建議。

（1）縮小各省市經濟發展水平差距

雖然改革開放以來，我國各省市的經濟發展水平都得到了較大的提升，但各區域的發展水平存在著較大的差異。在發展不平衡的形勢下，政府部門應當加強發展落后地區的經濟建設，縮小貧富差異，逐步實現全國人民的共同富裕。此外，各區域也當結合自身區域優勢，升級優化產業結構，加強與其他區域間的經濟合作，從而進一步提升經濟發展水平。

（2）縮小各省市交通運輸發展水平差距

近年來，我國的交通運輸發展迅速，公路、水路、航空、管道、鐵路運輸業競相發展，交通運輸的質量與效率都得到了較大的提升。然而，由于區域間的地理條件、經濟發展水平的差異性，使得各省市的交通發展水平參差不齊。各區域應當結合自身地理環境，合理發展交通運輸，加強與臨近區域的協作規劃。政府部門也應當加大對落后地區的交通運輸投資建設，進一步完善區域交通運輸系統。

（3）進一步完善提升區域交通運輸系統

各省市在經濟發展的同時，也不能忽視交通運輸的發展。交通運輸對于經濟發展有著決定性的作用，只有完善優良的交通運輸系統才能夠保證經濟活動的有力運行。各省市應當結合自身經濟發展水平，對交通運輸發展情況進行評估以及提升，使得交通運輸發展水平與經濟發展水平相匹配。

（4）加強區域之間的交通與經濟合作

在當下這樣的開放式社會經濟形態下，各省市的經濟與交通發展除了需進行自身產業的優化與升級，還應當加強與其他區域間的合作，努力打破區域之間的貿易壁壘。各區域之間協調合作，建立起生產以及運輸工作的分工與合作機制，盡可能降低運輸成本，通過分工合作使得各區域得到更好更快的發展。

[1] 劉秉鐮, 趙金濤. 中國交通運輸與區域經濟發展因果關系的實證研究[J]. 中國軟科學, 2005(6): 101-106.

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[6] 姬亞鵬. 一體化背景下京津冀交通與經濟協調發展評價研究[D]. 北京: 北京交通大學, 2016.

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Coordination Analysis of Transportation and Economic Development Based on Entropy Weight Efficiency

YU Jia-mei1, WANG Qin2, SU Jia-lin3

(1. School of statistics, Southwestern University of Finance and Economics, Chengdu 610031, China;2. Department of Statistics in the College of Mathematics, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China;3. School of Public Courses, Xi’an Jiaotong University, Xian 710300, China)

Based on the principal component weighting method, the main components of transportation and economic development were obtained. Subsequently, the entropy weight efficiency of transportation and the entropy weight efficiency of economic development were measured based on the principal components. Based on the entropy weight efficiency, the coupling coordination degree model was used to calculate the coupling coordination degree of transportation and economic development in 30 provinces and cities in China in 2016. Finally, a time series analysis and fitting of the dynamic coordinated development degree along the “theBelt and Road” area was carried out, and the dynamic coordinated development degree of the region in 2017–2019 was predicted.

coordination; coordinated development; entropy weight efficiency; transportation; economic development; principal component analysis; time series analysis

1672-4747（2020）02-0177-08

F512.3

A

10.3969/j.issn.1672-4747.2020.02.022

2019-05-01

2018 年四川省哲學社會科學重點研究基地西部交通戰略與區域發展研究中心項目（XJQ18007）

余佳每（1996—），女，重慶人，西南財經大學碩士研究生，研究方向：經濟統計、金融統計，E-mail：jiameiyuu@163.com

王沁（1973—），女，四川人，西南交通大學數學學院副教授，研究方向：計量經濟學、時間序列分析，E-mail：wangqin@swjtu.edu.cn

余佳每，王沁，蘇佳琳. 基于熵權效率的交通運輸與經濟發展的協調性分析[J]. 交通運輸工程與信息學報, 2020, 18（2）：177-184.

（責任編輯：劉娉婷）