我國創新空間格局演變特征與差異分析

宋龍劍

摘 要：基于我國31個省份2008-2017年專利申請數據作為創新水平指標，采用赫芬達爾系數、變異系數、核密度分析以及空間自相關方法，分析我國區域創新空間格局及演變特征。結果表明：我國創新空間差異整體呈下降趨勢，創新空間集中度有所降低;創新空間整體上趨勢呈現出東部沿海地區-西部內陸地區創新水平逐步減弱的形勢，空間異質性較強;各省份間的創新空間關聯存在正向空間相關性，熱點集中于長三角附近地區，冷點集中于西北地區。

關鍵詞：創新空間;核密度分析;空間自相關;空間回歸;中國

0 引言

自提出創新驅動發展戰略以來，我國持續強調利用技術創新提升國家綜合實力。創新已成為引領發展的第一動力，研究創新空間格局與演變特征能夠為我國創新戰略的實施提供保障。創新空間是眾多創新活動的集合，也是一個城市的創新極，創新績效受到創新空間的組織結構和形態的影響。其主體是以研究開發等生產手段為主導的企業和部門，強調智力投入、知識資本和創新的核心推動作用。創新空間的組織形式不僅集聚了高技術產業的相關硬件設施，同時還包括空間結構形態、體制機制和文化精神等要素。

近年來，國內外學者在研究創新空間的主題上有不同的側重點。①不同尺度下創新空間的分布。在國家尺度上，有學者研究發現法國約75%的研發人員集中于經濟和教育水平較高的六大地區;美國的創新空間具有從傳統的“硅谷模式”向“創新城區”轉變的趨勢;中國的區域創新產出呈現出明顯的東部沿海向西部內陸的距離衰減規律。在省市級尺度上，學者發現長三角地區的創新空間聯系分布不均衡;我國四大城市區域1998-2007年的創新空間極化動態變化趨勢;杭州市存在兩條高發展潛力創新軸帶;廣東省在2003-2010年的創新產出雖有大幅度提高，但空間差距仍十分顯著且集中度不高。②創新空間分布的影響因素。方大春發現地理位置、產業結構、科技投入等因素會顯著影響區域創新的空間關聯和溢出效應;還有學者研究得出研發投入、企業規模、市場開放度等因素都對城市創新能力較為重要。

目前創新空間的研究取得了豐富的研究成果，但是創新空間數據和方法的使用還存在著很大差異，創新空間的概念仍較為模糊，因此創新與空間的關系還需要很多的實證研究來進行解釋。因此本文采用專利申請數據為指標，能夠代表區域的創新能力，進而分析我國近十年的創新空間格局的演變過程與差異，為我國創新空間格局的優化和規劃提供參考。

1 研究方法與數據來源

1.1 研究區概況與數據來源

專利數據具有易獲取、信息詳細等優勢，據前人研究發現，專利申請行為能夠代表一個區域的創新活躍程度。因此本文以我國31個省（市、區）為研究對象，選取2008-2017年專利申請數據作為創新空間研究的指標，從而計算我國創新空間水平的布局;并通過搜集統計數據中影響創新能力的因子，進而分析影響我國區域間創新空間差異的因素。專利申請數據來源于國家統計局網站以及統計年鑒。中國省級行政區矢量地圖來源于國家基礎地理信息中心的1∶100萬全國基礎地理數據庫，經過配準后使用。

1.2 研究方法

采用變異系數、赫芬達爾指數以及空間自相關的方法對我國的創新空間格局演變的特征進行分析;使用核密度分析法衡量我國創新空間是否存在距離衰減規律;使用空間回歸分析的方法，定量研究影響我國省份間的創新水平差異的因素。

1.2.1 變異系數與赫芬達爾指數

變異系數、赫芬達爾指數分別能夠有效地衡量出樣本數據的差異程度和集中程度。

1.2.2 空間自相關

空間自相關分析是指在研究數據中，變量之間是否具有空間依賴性和空間異質性的特征，提供一種數據分析方法和可視化技術。通常使用全局自相關和局部自相關進行空間關聯的分析。

全局自相關用來研究區域整體的空間相關性，經常用全局Morans I指標進行測度，取值范圍為[-1，1]，趨向于1則表示在空間上存在正向的相關性，在本研究中表現同水平創新等級在空間上趨近于集聚模式;若趨向于0，則表示不存在空間相關性，在空間中呈現隨機分布趨勢;如果趨向于-1，則表示存在空間負相關關系，區域和相鄰的區域之間存在明顯的創新水平差異。

局部空間自相關能夠識別出空間中的奇異值，可以彌補全局自相關缺乏對局部空間上的測度。利用局部Morans I能夠測度某區域與其相鄰區域之間的創新差異程度，同時能夠得出顯著性水平，判斷差異是否顯著。通過結合Morans I散點圖和顯著性水平，能夠計算出LISA聚類地圖，進而識別要素在空間上的冷熱點。

1.2.3 核密度分析

核密度分析法是地理空間數據挖掘的重要方法和工具，采用的是非參數估計方法，能夠測度點或線要素在區域中的分布密度，廣泛地應用于空間結構的研究之中。核密度分析的原理是以特定的點或線要素為中心，設置特定的搜索半徑，得出的結果為中心位置密度最大，隨著距離向外逐漸衰減，到極限距離時密度為0。

2 創新空間差異與格局演變特征

2.1 整體差異演變特征

變異系數和赫芬達爾指數的計算結果如圖1所示，變異系數的波動較大，2008年-2012年整體處于上升趨勢，說明省份間的創新水平的差距在增大，在2012年達到頂峰;隨后變異系數下降，代表創新水平的差距持續下降，在2015年達到最低點，2015年后處于緩慢上升階段。赫芬達爾系數較低，波動幅度不大，表示了我國省份之間的創新水平存在一定的差異，并且不太集中。整體來看，我國省份之間近十年來創新空間的差異呈現出下降的趨勢，創新的集中度也有所下降，近年來逐漸趨向穩定狀態。

2.2 創新空間的時空演變特征

2.2.1 創新空間的格局演變

選取四個年份（2008年，2011年，2014年，2017年）的專利申請數據對我國31個省份（不含港澳臺）的創新空間格局演變特征進行分析。將各省份的專利申請數量賦值于各省份的質心，利用Arcgis進行核密度分析，設置500kM為搜索半徑，根據自然斷裂法按照核密度值將區域劃分為5類，結果如圖2。

結果中可以發現：①我國省份間創新能力呈現出由沿海地區向內陸地區遞減的趨勢，整體上呈現出較強的空間異質性，創新能力強的區域大多位于東部沿海地區，這些地區具有多樣化的產業結構、人才優勢以及資本條件，為創新能力的提升奠定了基礎，尤其是集中于以上海為中心的長三角、以廣州為中心的珠三角地區以及環渤海地區。中部地區為過渡區域的創新能力一般，專利申請數量處于中等水平，以河南省、湖北省、湖南省等為代表;而西部內陸地區則由于各類因素的限制，導致創新能力處于最低的等級。②從時間上看，2008年至2017年十年間，專利申請數量的核密度分布整體變化不大，呈現出更均衡分布并集聚的趨勢，優勢區域仍然集中在沿海地區，內陸地區創新水平較低;但在此基礎上，核密度在不斷提升，說明十年間整體變化趨勢不大，但是各個省份的創新水平都有所提升;中部地區創新能力的發展速度較快，較十年前出現了多個新的密集區域，如江西省、廣西省等，這與周邊省份的溢出效應相關聯。③從區域集聚上看，2008年至2011年間，長三角和珠三角仍作為核心區域，中部地區創新水平在緩慢提升，增長較快的有重慶市和安徽省;2011年至2014年間，北京市、四川省和安徽省已經出現更高密度的核心，江西省、廣西省和貴州省的創新水平增長幅度較快，長三角、福建省和珠三角有集聚的趨勢出現;2014年至2017年間，部分中部省份出現較高密度的核心且呈現出集聚的趨勢。

2.2.2 創新空間自相關分析

利用Geoda軟件對專利申請數據進行創新空間全局自相關Morans I指數的計算，得出結果如表1，能夠看出Morans I的指數值呈現出較大的波動變化特征，整體上表現出上升-下降-上升-下降的趨勢，總體上都為空間正相關，并且顯著性較強。2009-2010年和2012-2015年為Morans I上升階段，在2010年出現最大值0.296，說明這兩個階段區域間的創新關聯持續增強，呈現向高值區域或低值區域聚集的特征;2008-2009年、2010-2012年和2016-2017年為Morans I下降的階段，說明區域間的創新異質性在增強，空間正相關性有所下降，在2017年的Morans I下降至最低值0.213。十年間的變化趨勢是體現我國省份之間的創新空間格局演變比較復雜，我國省份間的創新空間關聯性較強，但總體呈現下降的趨勢。

對我國的創新空間局部空間自相關進行測度，從LISA聚類地圖（圖3）中可以看出，第三象限的新疆和第四象限的四川較為穩定，安徽、福建兩省已從第二象限轉為第一象限，并往繼續往內陸輻射至江西省。在十年間，過去以江蘇和上海為創新熱點區域的核心已經開始蔓延至周邊的省份，如安徽、福建，這也反映出了創新空間所產生的集聚和溢出效應;冷點區域較為顯著的是新疆、甘肅和內蒙古，這與其周邊省份帶動作用不強有關;四川省作為唯一一個顯著的第四象限點，說明了自身的創新能力較強，而周邊省份的創新水平較弱，集聚效應不足;第二象限點有向第一象限轉移的趨勢，在未來有望成為創新高值的區域。

總的來說，我國省份間的創新空間仍然處在持續集聚的階段，創新空間格局仍在不停的波動變化中，但已經形成了以江蘇、上海、浙江為端點的創新高值聚集帶，并不斷向周邊省份溢出。我國的創新空間呈現出一定程度的空間正相關性，但仍然處于不斷波動變化之中，空間相關性不夠顯著，整體上空間異質性還比較明顯。

3 結果與討論

本文選取了我國31個省份的2008-2017年專利申請受理量數據表征創新水平的指標，采用了變異系數、赫芬達爾系數、核密度分析法以及空間自相關的指標和方法，測度出我國省份間的創新空間格局以及演變特征，并使用了空間回歸分析方法，分析了我國區域創新空間差異的主要影響因素。結果表明：

（1）我國省份間整體創新空間差異近十年處在波動變化之中，整體呈下降趨勢，創新空間集中度也有所降低。整體上趨勢呈現出東部沿海地區-西部內陸地區創新水平逐步減弱的形勢，空間異質性較強;創新水平核密度高值區域在長三角、珠三角以及環渤海地區，并在十年間逐步向周圍省份溢出，帶動了周邊省份的創新水平，同時中部省份也出現了集聚的趨勢。

（2）我國創新空間的分布上呈現出較明顯的正向空間相關性，Morans I波動性較大，呈現下降的趨勢。在局部空間自相關上，隨著時間的推移，熱點地區的數量在增加，呈現出持續集聚的特點，集中于長三角附近地區，并向周圍省份溢出;西北地區大多處于冷點區域，地區間的差異明顯。

鑒于我國創新空間分布的不均衡性，為了縮小區域間的創新水平差距，建議加大對中西部地區研發資金和人才的投入;打破省份間技術擴散的壁壘，發揮優勢省份的帶動作用，實現創新的進一步流動和溢出;提高開放程度，吸收先進技術，加強地區自主創新能力的建設。

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