基于數(shù)理分析的湖南省區(qū)域高新技術(shù)能力評(píng)價(jià)

楊 靜,賀清云

(湖南師范大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，中國(guó) 長(zhǎng)沙 410081)

基于數(shù)理分析的湖南省區(qū)域高新技術(shù)能力評(píng)價(jià)

楊 靜,賀清云*

(湖南師范大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，中國(guó) 長(zhǎng)沙 410081)

采用主成分、聚類和GIS空間分析方法對(duì)湖南省區(qū)域高新技術(shù)能力作了綜合評(píng)價(jià)．首先運(yùn)用主成分分析法對(duì)湖南省14地州市高新技術(shù)能力指標(biāo)進(jìn)行分析，提取了代表各州市高新技術(shù)能力的3個(gè)主成分，并得到了各州市高新技術(shù)能力的綜合得分．其次將主成分分析獲得的3個(gè)新指標(biāo)進(jìn)行聚類分析，據(jù)此將湖南省14個(gè)地州市按高新技術(shù)能力分為6類．接著對(duì)各州市高新技術(shù)能力進(jìn)行GIS空間分析，獲得各區(qū)域高新技術(shù)能力的空間分布狀況．最后，通過(guò)數(shù)理分析得到科學(xué)而合理的結(jié)論，并針對(duì)性地提出發(fā)展湖南省高新技術(shù)能力的相關(guān)建議．

高新技術(shù)能力；湖南??；主成分分析；聚類分析；GIS空間分析

21世紀(jì)高新技術(shù)正逐漸取代傳統(tǒng)技術(shù)成為生產(chǎn)力發(fā)展的主要推動(dòng)力，是區(qū)域綜合實(shí)力的重要標(biāo)志．2011年湖南省的地區(qū)生產(chǎn)總值為19 635.19億元，占全國(guó)的4.16%，人均地區(qū)生產(chǎn)總值只占全國(guó)平均值的75.76%，高新技術(shù)總產(chǎn)值為9 771.76億元，只占地區(qū)生產(chǎn)總值的49.77%，湖南省高新技術(shù)能力尚存在較大的提升空間，依靠高新技術(shù)推動(dòng)湖南省的經(jīng)濟(jì)發(fā)展已成為亟待解決的任務(wù)[1]．目前，雖然有一些學(xué)者針對(duì)湖南省高新技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀[2]、發(fā)展模式[3]和發(fā)展對(duì)策[4-5]進(jìn)行了研究，但并沒(méi)有深入研究湖南省高新技術(shù)的內(nèi)部機(jī)理或客觀存在的一般規(guī)律．本文采用主成分分析法、聚類分析法和GIS空間分析方法，深入分析了湖南省各區(qū)域的高新技術(shù)能力狀況并進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法提取影響湖南省區(qū)域高新技術(shù)發(fā)展的因子，分析結(jié)果為湖南省各區(qū)域高新技術(shù)的發(fā)展提供參考．

1 指標(biāo)的選擇和數(shù)據(jù)的獲取

正確地構(gòu)建高新技術(shù)能力指標(biāo)體系是評(píng)估高新技術(shù)能力的基礎(chǔ)．依據(jù)科學(xué)性、系統(tǒng)性、可比性和動(dòng)態(tài)性原則[6]，參考已有研究的指標(biāo)體系[7-8]，考慮區(qū)域高新技術(shù)投入水平、高新技術(shù)產(chǎn)出水平兩方面：高新技術(shù)投入水平的影響因素包括高新技術(shù)的企業(yè)投入因子、人力投入因子和科技資金投入因子，高新技術(shù)產(chǎn)出水平的影響因素主要包括高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化程度因子和技術(shù)創(chuàng)新水平因子．因此，本文選取代表湖南省高新技術(shù)能力的11個(gè)指標(biāo)，包括：每百萬(wàn)人口高新技術(shù)企業(yè)單位數(shù)X1(個(gè))、每萬(wàn)人口科技人員數(shù)X2(人)、R&D人員占科技人員數(shù)的比重X3(%)、每萬(wàn)人口科學(xué)家和工程師人數(shù)X4(人)、科技經(jīng)費(fèi)總額占GDP比重X5(%)、R&D經(jīng)費(fèi)支出占科技經(jīng)費(fèi)總額的比重X6(%)、高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值X7(億元)、高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)增加值X8(億元)、高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)銷售收入X9(億元)、每萬(wàn)人專利申請(qǐng)數(shù)X10(件)、有效發(fā)明專利占專利申請(qǐng)數(shù)比例X11(%)，其中X1為企業(yè)投入因子，X2、X3、X4為人力投入因子，X5、X6為科技資金投入因子，X7、X8、X9為高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化程度因子，X10、X11為技術(shù)創(chuàng)新水平因子．考慮到較強(qiáng)的地區(qū)性差別，部分指標(biāo)為人均指標(biāo)，指標(biāo)體系原始數(shù)據(jù)均來(lái)自《2012年湖南省統(tǒng)計(jì)年鑒》(表1)．

表1 湖南省各州市高新技術(shù)能力指標(biāo)值*

*數(shù)據(jù)來(lái)源于《2012年湖南省統(tǒng)計(jì)年鑒》

2 高新技術(shù)能力的主成分分析

直接對(duì)上述指標(biāo)進(jìn)行分析將會(huì)導(dǎo)致問(wèn)題過(guò)于復(fù)雜且計(jì)算量龐大．本文采用主成分分析[9-11]，用較少的新指標(biāo)代替原來(lái)較多的指標(biāo)，而且使這些較少的新指標(biāo)盡可能多地保留原較多的指標(biāo)所反映的信息．

2.1 主成分分析的計(jì)算方法和步驟

(1)將各指標(biāo)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化

假設(shè)有n個(gè)對(duì)象，每個(gè)對(duì)象有p個(gè)指標(biāo)，所有n個(gè)對(duì)象,p個(gè)指標(biāo)的值可以組成如下矩陣：

(2)求標(biāo)準(zhǔn)化后數(shù)據(jù)的相關(guān)系數(shù)矩陣R，并計(jì)算特征值與特征向量

(3)計(jì)算主成分貢獻(xiàn)率及累計(jì)貢獻(xiàn)率

(4)計(jì)算主成分載荷矩陣，主成分得分和綜合得分

2.2 特征向量方向的確定

特征向量正負(fù)號(hào)不同，主成分得分也不同，從而可能影響進(jìn)一步的研究．目前，確定特征向量方向的方法分為兩種：一種是根據(jù)主成分載荷矩陣再結(jié)合具體的專業(yè)知識(shí)判斷[12]．另一種是通過(guò)最優(yōu)樣本主成分得分值必須大于最劣樣本主成分得分值的原則確定特征值方向[13]．本文采用后者確定特征值向量的方向．

2.3 主成分評(píng)估

采用主成分分析方法，利用MATLAB對(duì)11項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到主成分載荷及貢獻(xiàn)率如表2，進(jìn)一步得到各主成分得分和綜合得分如表3．主成分載荷反映了主成分對(duì)原有指標(biāo)的解釋程度，載荷絕對(duì)值越大，解釋程度越高，而正負(fù)則表示兩者的相關(guān)性質(zhì)．主成分得分意味著各地區(qū)高新技術(shù)能力在各指標(biāo)層次或綜合層次的發(fā)展水平，若各地區(qū)在某些主成分上的(綜合)得分為正，則代表該地區(qū)這些指標(biāo)水平或綜合水平在全省高新技術(shù)能力平均水平之上，且分?jǐn)?shù)越高，高新技術(shù)能力越強(qiáng)，而得分為負(fù)則相反．

表2 湖南省高新技術(shù)能力主成分載荷

表3 湖南省高新技術(shù)能力主成分得分

由表2可知，前3個(gè)主成分的累積貢獻(xiàn)率達(dá)到91.83%，代表了原始數(shù)據(jù)的絕大部分信息，可以反映出高新技術(shù)能力狀況．第一主成分的貢獻(xiàn)率為68.9%，是反映高新技術(shù)能力的重要因子．它與各指標(biāo)都成正相關(guān)，特別是每百萬(wàn)人口高新技術(shù)企業(yè)單位數(shù)(X1)、每萬(wàn)人口科技人員數(shù)(X2)、每萬(wàn)人口科學(xué)家和工程師人數(shù)(X4)、高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值(X7)、高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)增加值(X8)、高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)銷售收入(X9)、每萬(wàn)人口專利申請(qǐng)數(shù)(X10)，它們的相關(guān)性達(dá)到了85%以上，表明第一主成分對(duì)這些指標(biāo)的解釋能力非常大，可歸結(jié)為高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的人力資源、規(guī)模和效率因子．由表3可知，長(zhǎng)株潭地區(qū)在這方面具有較高的貢獻(xiàn)，其中長(zhǎng)沙市的得分遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出全省平均水平，而在這方面非常欠缺的是懷化市、張家界市和湘西自治州．第二主成分的貢獻(xiàn)率為13.19%，在R&D人員占科技人員數(shù)的比重(X3)、R&D經(jīng)費(fèi)支出占科技經(jīng)費(fèi)總額比重(X6)指標(biāo)上具有較大的載荷和解釋能力，可以歸結(jié)為R&D活動(dòng)因子．常德市、湘西自治州、衡陽(yáng)市在這方面具有較大的貢獻(xiàn)，而懷化市和湘潭市相對(duì)較差．第三主成分的貢獻(xiàn)率為9.78%，在科技經(jīng)費(fèi)總額占GDP的比重(X5)、有效發(fā)明專利占專利申請(qǐng)數(shù)的比重(X11)指標(biāo)上具有較大的載荷和解釋能力，可以歸結(jié)為科技資金投入因子.科技經(jīng)費(fèi)的增加有助于科技人員更好地完成專利的發(fā)明．在這方面得分較高的有岳陽(yáng)市、湘潭市、婁底市，而長(zhǎng)沙市、衡陽(yáng)市和張家界市得分較低．

圖1 湖南省高新技術(shù)能力聚類分析Fig.1 Cluster analysis of high and new technical ability in Hunan

根據(jù)表3的高新技術(shù)能力綜合得分，處在全省平均水平之上的地區(qū)有6個(gè)，其中，長(zhǎng)沙市得分遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于全省平均水平，高新技術(shù)能力最為發(fā)達(dá)．處在全省平均水平之下的地區(qū)有8個(gè)，其中懷化市和張家界市的高新技術(shù)能力最低．

3 高新技術(shù)能力的聚類分析

為進(jìn)一步對(duì)各州市進(jìn)行深入分析和區(qū)劃研究，本文采用系統(tǒng)聚類分析法，將各州市高新技術(shù)能力進(jìn)行分類．采用距離系數(shù)作Q型分析[14]，采用MATLAB對(duì)新指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理[15]，聚類分析結(jié)果如圖1所示，最終選擇距離系數(shù)小于1.8作為標(biāo)準(zhǔn)，將各州市劃分為6類．取各類的綜合平均得分作為衡量這6類高新技術(shù)能力水平的標(biāo)準(zhǔn)，聚類分析結(jié)果如下：第一類：高新技術(shù)能力高水平區(qū)域，以長(zhǎng)沙市為主．第二類：高新技術(shù)能力中高水平區(qū)域，主要包括株洲市、湘潭市和岳陽(yáng)市．第三類：高新技術(shù)能力中偏高水平區(qū)域，主要包括常德市和婁底市．第四類：高新技術(shù)能力中偏低水平區(qū)域，主要包括衡陽(yáng)市、益陽(yáng)市、永州市和湘西自治州．第五類：高新技術(shù)能力中低水平區(qū)域，主要包括邵陽(yáng)市、郴州市和張家界市．第六類：高新技術(shù)能力低水平區(qū)域，以懷化市為主．

4 高新技術(shù)能力的GIS空間分析

圖2 湖南省各州市高新技術(shù)能力水平分布圖Fig.2 Horizontal chart of high and new technical ability in Hunan

根據(jù)湖南省各州市高新技術(shù)能力聚類分析結(jié)果，運(yùn)用ArcGIS 9.3 地理信息系統(tǒng)空間分析軟件, 繪制出了湖南省各地市州高新技術(shù)能力水平分布圖(圖2)．圖2清晰地反映出各州市高新技術(shù)能力的差距，以長(zhǎng)沙為首位，高新技術(shù)能力從東北向西南方向遞減．長(zhǎng)沙的首位度很高，在高新技術(shù)領(lǐng)域缺乏次中心城市以產(chǎn)生集聚和輻射作用．從地理位置上分析，長(zhǎng)株潭和岳陽(yáng)地區(qū)位于長(zhǎng)江流域，地理位置優(yōu)越．中西部地區(qū)因地形崎嶇，交通不便，發(fā)展高新技術(shù)制約性較大，但廣大西南地區(qū)具備作為西部大開(kāi)發(fā)的前沿陣地和毗鄰珠三角的雙重優(yōu)勢(shì)，事實(shí)上擁有較優(yōu)越的區(qū)位優(yōu)勢(shì)，若政府嘗試在該地區(qū)培育另一區(qū)域高新技術(shù)核心增長(zhǎng)極，便可與長(zhǎng)株潭地區(qū)相互配合，共同帶動(dòng)湖南省高新技術(shù)的發(fā)展．

5 結(jié)論和建議

(1) 長(zhǎng)沙市是全省高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的核心區(qū)域，擁有大量高新技術(shù)人力資源，其高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)已規(guī)?；透咝Щ?，但相對(duì)于長(zhǎng)沙市的經(jīng)濟(jì)水平，R&D活動(dòng)因子得分和科技資金投入因子得分較低，R&D投入特別是科技經(jīng)費(fèi)的投入不足，導(dǎo)致其科研成果的完成率不高．因此，為進(jìn)一步提升高新技術(shù)能力，長(zhǎng)沙市首要的任務(wù)是增加科技經(jīng)費(fèi)和R&D投入．首先，長(zhǎng)沙市可利用財(cái)政撥款、企業(yè)自籌、社會(huì)集資等方式建立高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展基金和專門從事風(fēng)險(xiǎn)性投資的金融機(jī)構(gòu)，加大對(duì)科技經(jīng)費(fèi)的投入．其次，重視R&D活動(dòng)，重點(diǎn)加強(qiáng)高新技術(shù)開(kāi)發(fā)過(guò)程中基礎(chǔ)研究經(jīng)費(fèi)的投入和人才的培養(yǎng)、引進(jìn)，增強(qiáng)自主創(chuàng)新能力；最后，長(zhǎng)沙市作為湖南省的高水平區(qū)域，應(yīng)培養(yǎng)其核心增長(zhǎng)極，增強(qiáng)高新技術(shù)輻射能力，建立健全產(chǎn)學(xué)研的合作機(jī)制，加速高新技術(shù)成果的轉(zhuǎn)化，以創(chuàng)造更大的科技效益,進(jìn)一步提升長(zhǎng)沙市的高新技術(shù)能力，達(dá)到國(guó)際發(fā)達(dá)城市高新技術(shù)能力水平．

(2) 在長(zhǎng)沙市的輻射作用下，株洲、湘潭和岳陽(yáng)3市的高新技術(shù)能力處于湖南省中高水平區(qū)域，然而與長(zhǎng)沙市相比卻相距較遠(yuǎn)，較突出的矛盾是其科研資金投入充足，而R&D投入?yún)s相對(duì)欠缺．該區(qū)域可通過(guò)增大研發(fā)經(jīng)費(fèi)比重，增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力，積極吸引國(guó)內(nèi)外優(yōu)秀的研發(fā)人員，增加研究和開(kāi)發(fā)活動(dòng)來(lái)進(jìn)一步發(fā)展高新技術(shù)能力．一方面，可通過(guò)購(gòu)買先進(jìn)的專利、技術(shù)和設(shè)備，直接掌握核心技術(shù)，同時(shí)注重技術(shù)的消化、吸收和改良．另一方面，可通過(guò)政府參與(扶持)的自主創(chuàng)新模式，對(duì)重大項(xiàng)目實(shí)行政、企、學(xué)聯(lián)合攻關(guān)，增強(qiáng)自主研究開(kāi)發(fā)能力．最后，在繼續(xù)保持和發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，持續(xù)開(kāi)展與長(zhǎng)沙市的交流與合作，完善產(chǎn)業(yè)鏈，進(jìn)一步促進(jìn)產(chǎn)業(yè)集群發(fā)展，提升高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)規(guī)模和效率，增強(qiáng)高新技術(shù)行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力．

(3) 湖南省高新技術(shù)中偏高水平區(qū)域包括常德市和婁底市，雖然該區(qū)域科技資金投入和R&D投入都比較充足，但由于資源差異，高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的人力資源、規(guī)模和效率與(中)高水平區(qū)域還有差距．因此，該區(qū)域的首要任務(wù)是加強(qiáng)和高水平區(qū)域的合作與交流，提高科技成果轉(zhuǎn)化率．首先，可成立區(qū)域高新技術(shù)服務(wù)中心，定期開(kāi)展互助技術(shù)交流與合作．其次，實(shí)施激勵(lì)政策，設(shè)立各種獎(jiǎng)項(xiàng)，鼓勵(lì)、表彰為發(fā)展高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和開(kāi)發(fā)高新技術(shù)產(chǎn)品做出重大成績(jī)的部門、單位和個(gè)人，促進(jìn)高科技創(chuàng)新型人才的引進(jìn)與培養(yǎng)．再次，應(yīng)調(diào)整研發(fā)經(jīng)費(fèi)比例配置，適度增加成果轉(zhuǎn)化階段和產(chǎn)業(yè)化階段經(jīng)費(fèi)比例，充分利用各種優(yōu)勢(shì)科技資源，搭配產(chǎn)學(xué)研合作機(jī)制，加深技術(shù)創(chuàng)新鏈和產(chǎn)業(yè)鏈的融合，提高科技成果轉(zhuǎn)化率．

(4) 湖南省高新技術(shù)中偏低水平區(qū)域包括衡陽(yáng)市、益陽(yáng)市、永州市和湘西自治州，該地區(qū)R&D活動(dòng)因子得分和科技資金投入因子得分較高，表明該區(qū)域?qū)Ω咝录夹g(shù)研究與開(kāi)發(fā)比較重視，但因高新技術(shù)資源十分缺乏，高新技術(shù)能力水平相對(duì)不高．因此，該區(qū)域可加大高新技術(shù)資源投入，改善投資環(huán)境．首先，可在已有高新區(qū)的基礎(chǔ)上，在湘西自治州增設(shè)一個(gè)高新區(qū)，爭(zhēng)取更多的資金支持、技術(shù)援助和政策傾斜．其次，改善投資環(huán)境，簡(jiǎn)化公司審批手續(xù)，提高辦事效率；加強(qiáng)立法，完善高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的法律保障體系；提供更多的優(yōu)惠政策，給予他們長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的預(yù)期，引進(jìn)高級(jí)技術(shù)人才，吸引本土和外來(lái)高新技術(shù)企業(yè)進(jìn)駐．最后，集中有限的人力、物力、財(cái)力，優(yōu)先和重點(diǎn)發(fā)展醫(yī)藥制造業(yè)、信息傳輸服務(wù)業(yè)、電機(jī)制造業(yè)等產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)度較大的產(chǎn)業(yè)，借助關(guān)聯(lián)效應(yīng)，帶動(dòng)其他產(chǎn)業(yè)的發(fā)展．

(5) 湖南省高新技術(shù)中低、低水平區(qū)域包括邵陽(yáng)市、郴州市、張家界市和懷化市，該區(qū)域高新技術(shù)能力的各項(xiàng)指標(biāo)均低于全省平均水平，尤以懷化為甚．經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)薄弱、人才科技資源欠缺是該區(qū)域高新技術(shù)能力低下的主要原因．該區(qū)域可爭(zhēng)取國(guó)家對(duì)中低、低水平區(qū)域的高新技術(shù)專項(xiàng)資金支持，加強(qiáng)重點(diǎn)高新技術(shù)行業(yè)的能力培育．首先，該區(qū)域應(yīng)抓住西部大開(kāi)發(fā)和“泛珠三角”發(fā)展的機(jī)遇，積極爭(zhēng)取國(guó)家專項(xiàng)扶持資金、引進(jìn)外資，拓寬融資渠道．充分發(fā)揮政府在高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的引導(dǎo)作用，要采取“先養(yǎng)雞，后下蛋”的政策，在稅收、貸款等方面適度優(yōu)惠，引導(dǎo)企業(yè)加大對(duì)高技術(shù)產(chǎn)品的研究開(kāi)發(fā)投入，并通過(guò)政府采購(gòu)降低高科技企業(yè)經(jīng)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)．其次要加強(qiáng)與長(zhǎng)株潭、常德、岳陽(yáng)等高新區(qū)的信息、技術(shù)交流與合作，堅(jiān)持技術(shù)引進(jìn)與自主創(chuàng)新相結(jié)合，形成協(xié)同效果和網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)．最后，加速高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)向傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的滲透，集中有限資金、技術(shù)、人才重點(diǎn)突破幾個(gè)領(lǐng)域,優(yōu)先發(fā)展幾個(gè)行業(yè),循序漸進(jìn)，逐步提高區(qū)域高新技術(shù)能力．

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(編輯 王 健)

Regional High and New Technical Ability Evaluation for Hunan Province Based on Mathematical Analysis

YANGJing,HEQing-yun*

(College of Resource and Environmental Science, Hunan Normal University, Changsha 410081, China)

The principal component analysis, the clustering analysis and the GIS spatial analysis methods were used to evaluate the regional high and new technical ability in Hunan province. Firstly, the principal component analysis method was adopted to analyze indexes which reflected the high and new technical ability in Hunan’s fourteen cities. Three principal components standing the high and new technical ability were extracted, and the comprehensive score of fourteen cities were obtained. Secondly, the clustering analysis method was applied to analyze the three new indexes obtained by the principal component analysis, according to which fourteen cities were divided into 6 categories. Then based on the GIS spatial analysis method, the spatial distribution of Hunan’s regional high and new technical ability was obtained. Finally, some scientific and reasonable conclusions were extracted from the anterior mathematical analysis, and some countermeasures and suggestions are proposed to improve Hunan province’s high and new technical ability.

high and new technical ability; Hunan province; principal component analysis; clustering analysis; the GIS spatial analysis

2013-05-07

湖南省科技廳科技計(jì)劃資助項(xiàng)目(2012SK4060)

*

,E-mail763540137@qq.com

F129.9

A

1000-2537(2014)01-0011-06