我國創(chuàng)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(shù)據(jù)作為創(chuàng)新水平指標(biāo)，采用赫芬達爾系數(shù)、變異系數(shù)、核密度分析以及空間自相關(guān)方法，分析我國區(qū)域創(chuàng)新空間格局及演變特征。結(jié)果表明：我國創(chuàng)新空間差異整體呈下降趨勢，創(chuàng)新空間集中度有所降低;創(chuàng)新空間整體上趨勢呈現(xiàn)出東部沿海地區(qū)-西部內(nèi)陸地區(qū)創(chuàng)新水平逐步減弱的形勢，空間異質(zhì)性較強;各省份間的創(chuàng)新空間關(guān)聯(lián)存在正向空間相關(guān)性，熱點集中于長三角附近地區(qū)，冷點集中于西北地區(qū)。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新空間;核密度分析;空間自相關(guān);空間回歸;中國

0 引言

自提出創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略以來，我國持續(xù)強調(diào)利用技術(shù)創(chuàng)新提升國家綜合實力。創(chuàng)新已成為引領(lǐng)發(fā)展的第一動力，研究創(chuàng)新空間格局與演變特征能夠為我國創(chuàng)新戰(zhàn)略的實施提供保障。創(chuàng)新空間是眾多創(chuàng)新活動的集合，也是一個城市的創(chuàng)新極，創(chuàng)新績效受到創(chuàng)新空間的組織結(jié)構(gòu)和形態(tài)的影響。其主體是以研究開發(fā)等生產(chǎn)手段為主導(dǎo)的企業(yè)和部門，強調(diào)智力投入、知識資本和創(chuàng)新的核心推動作用。創(chuàng)新空間的組織形式不僅集聚了高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的相關(guān)硬件設(shè)施，同時還包括空間結(jié)構(gòu)形態(tài)、體制機制和文化精神等要素。

近年來，國內(nèi)外學(xué)者在研究創(chuàng)新空間的主題上有不同的側(cè)重點。①不同尺度下創(chuàng)新空間的分布。在國家尺度上，有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)法國約75%的研發(fā)人員集中于經(jīng)濟和教育水平較高的六大地區(qū);美國的創(chuàng)新空間具有從傳統(tǒng)的“硅谷模式”向“創(chuàng)新城區(qū)”轉(zhuǎn)變的趨勢;中國的區(qū)域創(chuàng)新產(chǎn)出呈現(xiàn)出明顯的東部沿海向西部內(nèi)陸的距離衰減規(guī)律。在省市級尺度上，學(xué)者發(fā)現(xiàn)長三角地區(qū)的創(chuàng)新空間聯(lián)系分布不均衡;我國四大城市區(qū)域1998-2007年的創(chuàng)新空間極化動態(tài)變化趨勢;杭州市存在兩條高發(fā)展?jié)摿?chuàng)新軸帶;廣東省在2003-2010年的創(chuàng)新產(chǎn)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(chuàng)新空間分布的影響因素。方大春發(fā)現(xiàn)地理位置、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、科技投入等因素會顯著影響區(qū)域創(chuàng)新的空間關(guān)聯(lián)和溢出效應(yīng);還有學(xué)者研究得出研發(fā)投入、企業(yè)規(guī)模、市場開放度等因素都對城市創(chuàng)新能力較為重要。

目前創(chuàng)新空間的研究取得了豐富的研究成果，但是創(chuàng)新空間數(shù)據(jù)和方法的使用還存在著很大差異，創(chuàng)新空間的概念仍較為模糊，因此創(chuàng)新與空間的關(guān)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(shù)據(jù)為指標(biāo)，能夠代表區(qū)域的創(chuàng)新能力，進而分析我國近十年的創(chuàng)新空間格局的演變過程與差異，為我國創(chuàng)新空間格局的優(yōu)化和規(guī)劃提供參考。

1 研究方法與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

專利數(shù)據(jù)具有易獲取、信息詳細等優(yōu)勢，據(jù)前人研究發(fā)現(xiàn)，專利申請行為能夠代表一個區(qū)域的創(chuàng)新活躍程度。因此本文以我國31個?。ㄊ?、區(qū)）為研究對象，選取2008-2017年專利申請數(shù)據(jù)作為創(chuàng)新空間研究的指標(biāo)，從而計算我國創(chuàng)新空間水平的布局;并通過搜集統(tǒng)計數(shù)據(jù)中影響創(chuàng)新能力的因子，進而分析影響我國區(qū)域間創(chuàng)新空間差異的因素。專利申請數(shù)據(jù)來源于國家統(tǒng)計局網(wǎng)站以及統(tǒng)計年鑒。中國省級行政區(qū)矢量地圖來源于國家基礎(chǔ)地理信息中心的1∶100萬全國基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫，經(jīng)過配準(zhǔn)后使用。

1.2 研究方法

采用變異系數(shù)、赫芬達爾指數(shù)以及空間自相關(guān)的方法對我國的創(chuàng)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(chuàng)新空間是否存在距離衰減規(guī)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(chuàng)新水平差異的因素。

1.2.1 變異系數(shù)與赫芬達爾指數(shù)

變異系數(shù)、赫芬達爾指數(shù)分別能夠有效地衡量出樣本數(shù)據(jù)的差異程度和集中程度。

1.2.2 空間自相關(guān)

空間自相關(guān)分析是指在研究數(shù)據(jù)中，變量之間是否具有空間依賴性和空間異質(zhì)性的特征，提供一種數(shù)據(jù)分析方法和可視化技術(shù)。通常使用全局自相關(guān)和局部自相關(guān)進行空間關(guān)聯(lián)的分析。

全局自相關(guān)用來研究區(qū)域整體的空間相關(guān)性，經(jīng)常用全局Morans I指標(biāo)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(guān)性，在本研究中表現(xiàn)同水平創(chuàng)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(guān)性，在空間中呈現(xiàn)隨機分布趨勢;如果趨向于-1，則表示存在空間負(fù)相關(guān)關(guān)系，區(qū)域和相鄰的區(qū)域之間存在明顯的創(chuàng)新水平差異。

局部空間自相關(guān)能夠識別出空間中的奇異值，可以彌補全局自相關(guān)缺乏對局部空間上的測度。利用局部Morans I能夠測度某區(qū)域與其相鄰區(qū)域之間的創(chuàng)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(jié)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(shù)據(jù)挖掘的重要方法和工具，采用的是非參數(shù)估計方法，能夠測度點或線要素在區(qū)域中的分布密度，廣泛地應(yīng)用于空間結(jié)構(gòu)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(shè)置特定的搜索半徑，得出的結(jié)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(chuàng)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(shù)和赫芬達爾指數(shù)的計算結(jié)果如圖1所示，變異系數(shù)的波動較大，2008年-2012年整體處于上升趨勢，說明省份間的創(chuàng)新水平的差距在增大，在2012年達到頂峰;隨后變異系數(shù)下降，代表創(chuàng)新水平的差距持續(xù)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(shù)較低，波動幅度不大，表示了我國省份之間的創(chuàng)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(chuàng)新空間的差異呈現(xiàn)出下降的趨勢，創(chuàng)新的集中度也有所下降，近年來逐漸趨向穩(wěn)定狀態(tài)。

2.2 創(chuàng)新空間的時空演變特征

2.2.1 創(chuàng)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(shù)據(jù)對我國31個省份（不含港澳臺）的創(chuàng)新空間格局演變特征進行分析。將各省份的專利申請數(shù)量賦值于各省份的質(zhì)心，利用Arcgis進行核密度分析，設(shè)置500kM為搜索半徑，根據(jù)自然斷裂法按照核密度值將區(qū)域劃分為5類，結(jié)果如圖2。

結(jié)果中可以發(fā)現(xiàn)：①我國省份間創(chuàng)新能力呈現(xiàn)出由沿海地區(qū)向內(nèi)陸地區(qū)遞減的趨勢，整體上呈現(xiàn)出較強的空間異質(zhì)性，創(chuàng)新能力強的區(qū)域大多位于東部沿海地區(qū)，這些地區(qū)具有多樣化的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、人才優(yōu)勢以及資本條件，為創(chuàng)新能力的提升奠定了基礎(chǔ)，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(qū)以及環(huán)渤海地區(qū)。中部地區(qū)為過渡區(qū)域的創(chuàng)新能力一般，專利申請數(shù)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(nèi)陸地區(qū)則由于各類因素的限制，導(dǎo)致創(chuàng)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(shù)量的核密度分布整體變化不大，呈現(xiàn)出更均衡分布并集聚的趨勢，優(yōu)勢區(qū)域仍然集中在沿海地區(qū)，內(nèi)陸地區(qū)創(chuàng)新水平較低;但在此基礎(chǔ)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(chuàng)新水平都有所提升;中部地區(qū)創(chuàng)新能力的發(fā)展速度較快，較十年前出現(xiàn)了多個新的密集區(qū)域，如江西省、廣西省等，這與周邊省份的溢出效應(yīng)相關(guān)聯(lián)。③從區(qū)域集聚上看，2008年至2011年間，長三角和珠三角仍作為核心區(qū)域，中部地區(qū)創(chuàng)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(jīng)出現(xiàn)更高密度的核心，江西省、廣西省和貴州省的創(chuàng)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(xiàn);2014年至2017年間，部分中部省份出現(xiàn)較高密度的核心且呈現(xiàn)出集聚的趨勢。

2.2.2 創(chuàng)新空間自相關(guān)分析

利用Geoda軟件對專利申請數(shù)據(jù)進行創(chuàng)新空間全局自相關(guān)Morans I指數(shù)的計算，得出結(jié)果如表1，能夠看出Morans I的指數(shù)值呈現(xiàn)出較大的波動變化特征，整體上表現(xiàn)出上升-下降-上升-下降的趨勢，總體上都為空間正相關(guān)，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(xiàn)最大值0.296，說明這兩個階段區(qū)域間的創(chuàng)新關(guān)聯(lián)持續(xù)增強，呈現(xiàn)向高值區(qū)域或低值區(qū)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(qū)域間的創(chuàng)新異質(zhì)性在增強，空間正相關(guān)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(xiàn)我國省份之間的創(chuàng)新空間格局演變比較復(fù)雜，我國省份間的創(chuàng)新空間關(guān)聯(lián)性較強，但總體呈現(xiàn)下降的趨勢。

對我國的創(chuàng)新空間局部空間自相關(guān)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(wěn)定，安徽、福建兩省已從第二象限轉(zhuǎn)為第一象限，并往繼續(xù)往內(nèi)陸輻射至江西省。在十年間，過去以江蘇和上海為創(chuàng)新熱點區(qū)域的核心已經(jīng)開始蔓延至周邊的省份，如安徽、福建，這也反映出了創(chuàng)新空間所產(chǎn)生的集聚和溢出效應(yīng);冷點區(qū)域較為顯著的是新疆、甘肅和內(nèi)蒙古，這與其周邊省份帶動作用不強有關(guān);四川省作為唯一一個顯著的第四象限點，說明了自身的創(chuàng)新能力較強，而周邊省份的創(chuàng)新水平較弱，集聚效應(yīng)不足;第二象限點有向第一象限轉(zhuǎn)移的趨勢，在未來有望成為創(chuàng)新高值的區(qū)域。

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

3 結(jié)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(shù)據(jù)表征創(chuàng)新水平的指標(biāo)，采用了變異系數(shù)、赫芬達爾系數(shù)、核密度分析法以及空間自相關(guān)的指標(biāo)和方法，測度出我國省份間的創(chuàng)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(qū)域創(chuàng)新空間差異的主要影響因素。結(jié)果表明：

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

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

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

參考文獻

[1]王俊松，顏燕，胡曙虹.中國城市技術(shù)創(chuàng)新能力的空間特征及影響因素——基于空間面板數(shù)據(jù)模型的研究[J].地理科學(xué)，2017，37（01）：11-18.

[2]郭泉恩，孫斌棟.中國高技術(shù)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新空間分布及其影響因素——基于面板數(shù)據(jù)的空間計量分析[J].地理科學(xué)進展，2016，35（10）：1218-1227.

[3]湯海孺.創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)與創(chuàng)新空間研究——以杭州為例[J].城市規(guī)劃，2015，39（S1）：19-24+63.

[4]曾鵬.當(dāng)代城市創(chuàng)新空間理論與發(fā)展模式研究[D].天津：天津大學(xué)，2007.

[5]Carrincazeaux C， Lung Y， Rallet A.2001.Proximity and localisation of corporate R & D activities[J].Research Policy， 30（5）： 777-789.

[6]蘇寧.美國大都市區(qū)創(chuàng)新空間的發(fā)展趨勢與啟示[J].城市發(fā)展研究，2016，23（12）：50-55.

[7]王春楊，張超.中國地級區(qū)域創(chuàng)新產(chǎn)出的時空模式研究——基于ESDA的實證[J].地理科學(xué)，2014，34（12）：1438-1444.

[8]蔣天穎，華明浩.長三角區(qū)域創(chuàng)新空間聯(lián)系研究[J].中國科技論壇，2014（10）：126-131.

[9]宋麗思，陳向東.我國四大城市區(qū)域創(chuàng)新空間極化趨勢的比較研究[J].中國軟科學(xué)，2009，（10）：100-108.

[10]李佳洺，張文忠，馬仁峰，等.城市創(chuàng)新空間潛力分析框架及應(yīng)用——以杭州為例[J].經(jīng)濟地理，2016，36（12）：224-232.

[11]何鍵芳，張虹鷗，葉玉瑤，等.廣東省區(qū)域創(chuàng)新產(chǎn)出的空間相關(guān)性研究[J].經(jīng)濟地理，2013，33（02）：117-121+140.

[12]方大春，馬為彪.我國區(qū)域創(chuàng)新空間關(guān)聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)特征及其影響因素[J].西部論壇，2018，28（02）：50-61.

[13]程葉青，王哲野，馬靖.中國區(qū)域創(chuàng)新的時空動態(tài)分析[J].地理學(xué)報，2014，69（12）：1779-1789.