不同權重及空間計量模型比較下交通基礎設施建設與經濟增長的動態關系分析

陳哲　錢勇生　曾俊偉

【摘要】隨著“十四五”計劃到來，為實現交通區域協調發展的目標，運用空間計量模型研究我國（30?。?005-2019十五年交通基礎設施與經濟增長在區域中的發展情況，重點考慮不同距離權重矩陣下交通基礎設施與經濟增長的相互關系。研究發現：運用Moran指數及Moran散射圖得出交通基礎設施在地理距離和經濟距離權重矩陣下有較好的空間相關性，但空間相關性在逐年減弱;在模型選取上通過LM檢驗及Ward/LR檢驗得出空間杜賓模型（SDM）是分析交通基礎設施與經濟增長關系的最優選擇，并進一步構建SDM，由模型得出鐵路與公路交通基礎設施均對經濟增長有著正向影響;在靜態SDM基礎上加入時間滯后形成動態SDM模型，由動態模型得出，鄰省往年的經濟水平會制約本省當前的經濟狀況，鐵路及公路交通基礎設施對于經濟增長都有著相應的長短期影響，并且在經濟距離權重矩陣下，動態下交通基礎設施會產生空間溢出效應，這足以看出我國交通基礎設施在區域中與經濟增長有著重要的動態關系。

【關鍵詞】交通基礎設施;經濟發展;空間相關性;動態空間計量模型

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2022.14.010

引言：

作為國民經濟最具基礎性、先行性及戰略性的產業，交通運輸業始終為現代化經濟的先行梯隊，更是全面建成社會主義現代化強國的重要條件。隨著“十四五”計劃到來并實施，交通運輸的發展也迎來了黃金時期，交通工作重心將漸漸驅向運輸與建設并重的發展模式，推動交通運輸業高質量發展。而區域協調發展作為發展手段，為交通運輸領域也開拓了新空間，目前，我國通過京津冀協同發展、長江經濟帶發展、粵港澳大灣區建設、長三角一體化發展、“一帶一路”建設等重大戰略引導，以東北、東部、中部、西北四個區域為依托的區域協調發展的新格局拉開序幕。然而我國地域范圍廣闊，不同地區無論從經濟、人口、風土習俗等方面都存在諸多差異，同時由于空間自身帶有空間依賴性和相關性，對于實現交通區域協調發展任務應從多個維度進行研究。

交通基礎設施在空間上呈網絡分布，其對某一區域及周邊經濟發展產生的各種效果已有許多學者進行過討論。一些學者選擇某一具體區域研究交通發展對本區域及周邊經濟是否存在影響：劉生龍、胡鞍鋼在增長理論基礎上建造模型，發現交通基礎設施對國內經濟增長（特別是西部地區）有顯著的正向作用;周慶明利用生產函數得出浙江各市間交通基礎設施對經濟有著正溢出作用;楊秀云和程敏則發現陜西省交通運輸業發展與經濟增長存在雙向因果關系，同時對地區經濟增長貢獻最大的為鐵路運輸，航空運輸貢獻最小。部分學者則將重點傾向于交通基礎設施與其它影響經濟發展指標的對比，反映交通基礎設施影響力：劉生龍等驗證了中國交通、能源與信息三大基礎設施對我國經濟增長的溢出效應，結果表明交通基礎設施對于經濟增長具有顯著的溢出效應，能源基礎設施空間溢出效應不明顯;林雄斌、楊家文運用交通運輸投資、勞動力和經濟總量的面板模型，評估交通投資對經濟增長的時空效應;馬淑琴、胡再勇等研究代表交通、能源及信息的基礎設施與地區出口質量的相互關系及雙邊貿易效應。伴隨空間計量經濟學的發展，更多學者開始運用構建空間權重矩陣來表示空間相互作用（某些地理或經濟屬性間的關聯程度），如張學良運用中國省級面板數據三種權重矩陣，得出交通基礎設施對中國區域經濟增長具有重要影響作用;馬衛，曹小曙等基于SDM空間計量模型，分別構建鄰接、地理距離、經濟空間3種權重矩陣，從宏觀、分區、國家逐個層次來衡量絲綢之路經濟帶交通基礎設施空間經濟溢出效應。

綜合現有文獻不難發現，對于交通基礎設施與經濟發展的關系已有豐富的研究，尤其是運用空間計量模型構建二者之間的聯系。然而現有結論中忽略了對于空間回歸模型的選擇，對于不同研究對象和背景，空間計量模型的也有其適用的范圍，應當給予討論。除此以外前有文獻只停留討論空間中交通基礎設施與經濟的相關關系，然而經濟增長需要不斷累積的動態進步，因而進一步提出包含因變量的時間滯后和時空滯后的動態模型來控制經濟增長數據的持續性和連續相關性，即結合“時間——空間”多維度挖掘經濟的發展誘因，揭示我國經濟增長的跨期互動效應和運輸基礎設施對經濟增長的短期影響，這些在靜態模型中無法體現，從而更全面體現交通基礎設施與經濟的關系，亦為未來區域交通基礎設施布局和規劃帶來建議。

1、研究方法

1.1空間自相關檢驗

1.1.1空間權重矩陣

“鄰近”在空間角度一直代表所處位置的接近，但空間計量經濟學認為“鄰近”也可以是地區空間單元經濟地理現象或某一屬性值與“相鄰”地區空間單元同一現象或屬性值是相關的。而空間權重矩陣（SWM）是定義這種“鄰近”關系最好的方法。在本研究根據地理距離、經濟距離和人口密度距離概述了三種構建SWM的方法。

地理距離SWM：地理特征是地域或省域作為研究的基礎，與其它地區相比，一個地區、省域的地理位置會對其經濟產生影響增長。測量地理距離，兩個省的歐幾里得距離（d）由經緯度計算，其權重矩陣定義為如下：

經濟距離SWM：經濟上的差異會對區域之間的相互作用產生影響。本研究中，測量不同省間的經濟差距是由省內人均生產總值水平的差異造成的。高的經濟差距被認為對區域之間相互作用是有害的，權重矩陣定義為：

人口密度距離SWM：與經濟距離相似，不同省份人口上的差異也會影響省域之間相互作用。人口密度距離是不同省人口間的區別導致的，權重矩陣可以定義為：

1.1.2莫蘭指數

在應用空間經濟計量模型之前需檢驗數據是否呈現空間相關性的水平。先使用MoransI作為整體空間自相關測試，并用Moran散射圖用于局部空間自相關測試。全局MoransI從全局角度量化了相鄰地理單元間觀測值的相似性，并用于分析總體空間自相關度和空間分布格局，定義為：0BE31390-A049-42A4-A2E9-99B24E51B0D7

1.2空間經濟計量模型

將三種常用的空間計量模型與傳統的計量模型相結合。第一種形式空間滯后模型（SLM）中，空間自相關屬于因變量。在第二種形式空間誤差模型（SEM）中，SA僅限于回歸模型中的誤差項。第三種形式空間杜賓模型（SDM），處理內生和外生相互作用關系，并為因變量和自變量提供空間滯后值。

2、實證分析

2.1變量選取及數據來源

經濟增長。為了考察交通基礎設施的外生成分是否對經濟增長產生積極影響，用各省人均GDP反映因變量經濟增長指標，單位為元。

交通基礎設施。在之前的文獻中，常用兩個變量衡量運輸基礎設施：運輸基礎設施的實物計量和運輸基礎設施的貨幣價值的計量。當使用交通基礎設施的貨幣計量方法時，很難區分新交通基礎設施的建設支出與現有設施的維護成本，這將導致最終產出效應的差異。本文利用貨物周轉量（以此代表運輸基礎設施的實物計量，貨物周轉量可以精準反映運輸技術設施能力）來反映30省鐵路基礎設施和道路基礎設施對經濟增長的影響。選擇鐵路貨運量（單位萬噸）和公路里程（單位萬噸）作為衡量指標。

控制變量。在本研究中添加一組控制變量：城市化水平、物質資本和社會消費品零售總額。（1）物質資本是經濟理論中三大生產要素之一，用固定資本形成總額占GDP的比例來衡量。（2）城市聚集經濟理論顯示，城市化會產生集聚效應，促進經濟增長。城市化水平是以一個區域城市人口占總人口的比例來衡量的。（3）社會消費品零售總額反映商品在流通中向市民和社會提供生活消費品總額，它是能夠代表當地市場經濟活躍程度和變動情況。

選取上述變量作為研究對象，共選取全國30?。ㄎ催x取港澳臺及西藏，因為這五個地區數據不全且指標不顯著，故不納入研究范圍）2005-2019年數據，數據來自國家統計網、《中國統計年鑒》及各省統計年鑒。

2.2莫蘭指數檢驗

（1）在進行交通基礎設施和經濟發展關系研究前，利用全局MoransI識別數據屬性和分析空間分布。在這里利用全局MoransI指數判斷各權重下鐵路與公路基礎設施的空間自相關度，表2所示。

表1所示的全國30省MoransI的結果顯示了地理、經濟、人口密度權重矩陣下解釋變量（鐵路和公路）的空間自相關程度。從結果看出，對于經濟和地理距離權重矩陣，在全局MoransI上始在10%顯著性水平上，即拒絕原假設。同時看到我國鐵路及公路在經濟和地理距離權重下的發展是正相關系數，地理位置相近及經濟情況相似的省份對交通基礎設施的發展具有相互促進作用;在地理SWM下，公路基礎設施的發展受空間相關的影響更為顯著，一個省份的公路交通基礎設施升級會對其鄰省產生正向的空間溢出效應;但是可以看到莫蘭指數呈現逐年下降，說明空間對于公路交通的發展影響正在逐年減退，地域限制交通發展的能力正在減弱;在經濟SWM下，經濟相似的省域間交通基礎設施呈正相關，這足以說明交通基礎設施及交通的發展是提升經濟的橋梁。而對于人口SWM，公路鐵路均未呈現正相關，說明人口密度權重下交通基礎設施未產生空間溢出效應。

（2）進一步用局部Moran散射圖分析各省交通基礎設施在各距離權重下的變化過程。圖1為地理、經濟SWM下局部散射圖的結果，2005年地理SWM下的鐵路基礎設施情況，安徽、河南、山東、河北位于第一象限（即H-H象限），說明這些省份鐵路發展良好，其相鄰省份鐵路基礎設施建設也十分完善;重慶、貴州、陜西、海南、湖南、湖北、四川、天津等16省分布于第三象限（即L-L象限），說明這些省份的鐵路基礎設施建設水平相對較低，同時其相鄰省份鐵路基礎設施建設水平也相對不高;北京、浙江、江西、江蘇、廣東、廣西、新疆7各省位于第二象限（即L-H象限），這些省自生鐵路基礎建設水平不高，但被一些其它擁有好的鐵路基礎設施建設的鄰近省份所包圍;而遼寧、黑龍江、內蒙古3省處于第四象限（即H-L象限），它們自生有著較高的鐵路水平，而與它鄰近省的鐵路建設水平相對較低。到2019年，隨著各省鐵路基礎設施建設不同情況的發展，部分省所處象限發生轉移，如重慶鄰邊區域鐵路發展都有顯著提升，而重慶鐵路基礎設施建設雖有提高，但相比相鄰省鐵路基礎設施的建設水平相對較低，因此位于第二象限（L-H象限）。而僅看鐵路基礎設施發展情況。總體發展向二、四象限位置移動，說明在地理SWM下鐵路基礎設施建設的地理依賴性再慢慢減弱，其聚集趨勢也在逐漸淡化。其它SWM下鐵路、公路基礎設施發展情況也在圖中有所體現。

2.3空間模型選取

在對交通基礎設施建設的空間相關性研究后，對交通基礎設施建設與經濟發展的關系做進一步討論。首先要選取合理的空間計量經濟模型。在這里利用經典拉格朗日乘數（LM），前者用于考察SLM/SEM是否可以簡化為OLS（最小二乘法），如果可以簡化則利用OLS模型;若不能則進一步討論選取SLM或SEM。在這里利用Wald檢驗和似然比檢驗（LR），判斷運用SLM/SEM還是進一步的SDM，若檢驗不拒絕SDM，最好選取SDM模型。運用stata軟件分別進行這兩步的檢驗，如表3所示。

根據表3，在經濟和人口距離權重下，SDM可簡化為SLM或SEM的假設在10%的顯著性水平上被拒絕，也就是說本研究中與其它兩種模型（SEM和SEM）相比，SDM模型能更好地描述解釋變量和被解釋變量的關系。但在地理距離SWM下，SDM可以簡化為SLM或SEM的虛假設在檢驗中未被否定。因此結合結果。根據魯棒LM檢驗，非空間模型被拒絕，而支持SLM和SEM，這表明空間滯后的因變量和空間誤差自相關不應被排除在模型之外。因此，也能選擇SDM模型作為地理距離SWM下的空間計量經濟學模型。

總結上述檢驗結果，最終選擇SDM空間模型對后續結果進行分析。

2.4靜態SDM模型分析

三種類型距離權重下的靜態SDM分析如表4所示。不同權重下R²值均大于95%，擬合優度較好，在三種類型的距離權重矩陣下，全國30省的交通基礎設施與經濟增長之間存在顯著的正相關關系。結果顯示，與鐵路基礎設施相比，公路基礎設施的發展對經濟增長具有更顯著的影響，交通運輸更依賴公路路網建設，這說明交通基礎設施發達的省份經濟發展水平較高，交通基礎設施對全國的經濟增長具有顯著的積極作用。靜態空間模型還表明，與鐵路基礎設施相比，公路基礎設施對經濟增長的影響更為顯著，交通運輸更依賴于公路網。但由于內生相互作用效應（WY）的反饋，結果略有不同，在經濟距離SWM下，相鄰省份的空間溢出效應鐵路基礎設施要優于公路基礎設施的發展，即鐵路基礎設施的發展對其它相關省份經濟的發展帶來積極作用。其次，分析了經濟增長的空間滯后項。除W^E外，經濟增長的空間溢出效應（W×PCGDP）在不同距離權重下均具有顯著性。0BE31390-A049-42A4-A2E9-99B24E51B0D7

表5結果為交通基礎設施對于經濟增長的空間溢出效應（間接效應估計），可以看出鐵路和公路存在不同的結果。在地理SWM下，鐵路和公路的發展均會促進當地省經濟的增長，而對于溢出效應，一個省鐵路基礎設施的改善會對相鄰省經濟有促進作用，這正是由于鐵路交通基礎設施不僅改善了地區的可達性，也促進了經濟交流;而公路基礎設施的發展會帶來相反結果，這說明公路基礎設施提升帶來本省經濟水平的提高，無形中對相鄰省份經濟產生競爭。此外在經濟距離SWM下無論鐵路還是公路都對相鄰省份經濟有空間溢出作用。

2.5動態SDM模型分析

3、實證結果分析

綜合所有上述結論可以看出，在交通運輸與國家經濟發展的15年時間，無論鐵路或公路，仍然存在著空間相關性，尤其是地理位置相近、經濟狀況相似的省份，各省之間在交通基礎設施的發展上存在關聯性，然后隨著交通基礎設施的發展和進步，地理位置、環境等影響在不斷地減弱，各省交通基礎設施發展的空間相關性在逐年減弱，交通基礎水平也在不斷提升。

交通基礎設施運輸基礎設施對中國30各省的經濟增長起著積極的促進作用，靜態模型顯示，無論是直接還是間接，道路基礎設施對各省經濟增長的影響比鐵路基礎設施更為顯著，但在動態模型中，鐵路在短期內對經濟增長的影響要優于公路;而對于長期時間，鐵路和公路交通基礎設施均會對經濟增長產生直接的影響，交通基礎設施具有重要的促進作用。此外，在經濟距離SWM的距離權重矩陣下，中國各省的經濟增長在總體上均存在顯著的正空間溢出效應，正是因為交通基礎設施的網絡組成帶來了溢出效應，使得各經濟距離相鄰省經濟發展處于較相似的水平。

從靜態和動態SDM模型分析可以得出，與其它控制變量相對比，鐵路與公路基礎設施對于經濟增長有著重要影響，然而其影響程度與城市化水平、固定資本形成總額對比而言相對較弱。從動態SDM來看，交通基礎設施在經濟距離SWM下，會對相鄰區域產生正向的空間溢出效應，即相鄰區域交通基礎設施的水平會影響本省經濟的發展。各省份前期的經濟增長會對之后經濟增長具有顯著的周期性累積效應，動態SDM表明相鄰省份過去的經濟增長會對本省當前經濟造成負面影響;在地理距離、經濟距離SWM下，相鄰省同時期的經濟也會對本省產生促進作用。

4、政策與啟示

結合本文的研究及我國交通基礎設施與區域經濟發展現狀，有如下政策建議：

（1）各地應當因地制宜，制定符合本地區具體情況的發展計劃。對于交通基礎設施發展水平較高的區域，未來交通基礎設施的規劃方向可由增量規劃向存量規劃作轉變，即對現有的基礎設施進行調整與優化，通過現有設施的梳理、發揮現有交通整體效益，來提升整個交通設施的檔次，對于不同運輸方式應當給予不同的定位和服務性質，實現多種運輸方式的協同發展;而對于交通基礎設施發展相對落后的省份，可繼續完善交通基礎設施建設，注重用現代化信息技術與傳統交通基礎設施結合發展，隨著技術的不斷升級換代，新基建、老基建動態發展，將為各省交通基礎設施發展帶來新的發展契機。

（2）各省區域協同發展亦成為我國新的發展趨勢。隨著一體化的推進，各省、市經濟發展要素越發密切，各地間的緊密程度已不僅僅是距離的相近和相鄰，不同省之間經濟、人口情況的相近也會導致這些省交通基礎設施發展水平近似。因此在未來交通發展中，應當將綜合交通規劃與城鎮發展、用地規劃、經濟水平及省內政策等有效結合，協同規劃;同時可以將多種運輸方式共同發展提升綜合交通運輸網絡，做到綜合運輸網絡的布局、優化，提升運輸網絡效率。

（3）除各省對于交通未來的發展外，做好各省交通基礎設施的管理也是至關重要的。例如《交通強國建設綱要》提出的“全國123出行交通圈”，為實現這些目標需加大對運輸服務管理的提升強度，通過“十四五”提出的交通N網融合，以及智慧交通的深入，提升運輸管理質量，實現區域交通的相互融合;同時政府應在做好規劃布局和政策引導的基礎上，重點激發與鼓勵交通基礎設施投資建設，及技術創新的積極性。

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