基于專利申請(qǐng)數(shù)據(jù)探究創(chuàng)新與空間的關(guān)系,應(yīng)用數(shù)學(xué)論文

基于專利申請(qǐng)數(shù)據(jù)探究創(chuàng)新與空間的關(guān)系,應(yīng)用數(shù)學(xué)論文摘要：基于我們國家31個(gè)省份2008-2021年專利申請(qǐng)數(shù)據(jù)作為創(chuàng)新水平指標(biāo),采用赫芬達(dá)爾系數(shù)、變異系數(shù)、核密度分析以及空間自相關(guān)方式方法,分析我們國家區(qū)域創(chuàng)新空間格局及演變特征。結(jié)果表示清楚:我們國家創(chuàng)新空間差異整體呈下降趨勢(shì),創(chuàng)新空間集中度有所降低;創(chuàng)新空間整體上趨勢(shì)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(shì),空間異質(zhì)性較強(qiáng);各省份間的創(chuàng)新空間關(guān)聯(lián)存在正向空間相關(guān)性,熱門集中于長三角附近地區(qū),冷點(diǎn)集中于西北地區(qū)。本文關(guān)鍵詞語：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(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略以來,我們國家持續(xù)強(qiáng)調(diào)利用技術(shù)創(chuàng)新提升國家綜合實(shí)力。創(chuàng)新已成為引領(lǐng)發(fā)展的第一動(dòng)力,研究創(chuàng)新空間格局與演變特征能夠?yàn)槲覀儑覄?chuàng)新戰(zhàn)略的施行提供保障。創(chuàng)新空間是諸多創(chuàng)新活動(dòng)的集合,也是一個(gè)城市的創(chuàng)新極,創(chuàng)新績效遭到創(chuàng)新空間的組織構(gòu)造和形態(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(qiáng)調(diào)智力投入、知識(shí)資本和創(chuàng)新的核心推動(dòng)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(shí)還包括空間構(gòu)造形態(tài)、體制機(jī)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(diǎn)。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(jì)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)的硅谷形式向創(chuàng)新城區(qū)轉(zhuǎn)變的趨勢(shì);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(jí)尺度上,學(xué)者發(fā)現(xiàn)長三角地區(qū)的創(chuàng)新空間聯(lián)絡(luò)分布不平衡;我們國家四大城市區(qū)域1998-2007年的創(chuàng)新空間極化動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì);杭州市存在兩條高發(fā)展?jié)摿?chuàng)新軸帶;廣東省在2003-2018年的創(chuàng)新產(chǎn)出雖有大幅度提高,但空間差距仍特別顯著且集中度不高。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)構(gòu)造、科技投入等因素會(huì)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(chǎng)開放度等因素都對(duì)城市創(chuàng)新能力較為重要。當(dāng)前創(chuàng)新空間的研究獲得了豐富的研究成果,但是創(chuàng)新空間數(shù)據(jù)和方式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,因而創(chuàng)新與空間的關(guān)系還需要很多的實(shí)證研究來進(jìn)行解釋。因而本文采用專利申請(qǐng)數(shù)據(jù)為指標(biāo),能夠代表區(qū)域的創(chuàng)新能力,進(jìn)而分析我們國家近十年的創(chuàng)新空間格局的演變經(jīng)過與差異,為我們國家創(chuàng)新空間格局的優(yōu)化和規(guī)劃提供參考。1、研究方式方法與數(shù)據(jù)來源1.1、研究區(qū)大概情況與數(shù)據(jù)來源專利數(shù)據(jù)具有易獲取、信息具體等優(yōu)勢(shì),據(jù)前人研究發(fā)現(xiàn),專利申請(qǐng)行為能夠代表一個(gè)區(qū)域的創(chuàng)新活潑踴躍程度。因而本文以我們國家31個(gè)省(市、區(qū))為研究對(duì)象,選取2008-2021年專利申請(qǐng)數(shù)據(jù)作為創(chuàng)新空間研究的指標(biāo),進(jìn)而計(jì)算我們國家創(chuàng)新空間水平的布局;并通過搜集統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中影響創(chuàng)新能力的因子,進(jìn)而分析影響我們國家區(qū)域間創(chuàng)新空間差異的因素。專利申請(qǐng)數(shù)據(jù)來源于國家統(tǒng)計(jì)局網(wǎng)站以及統(tǒng)計(jì)年鑒。中國省級(jí)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、研究方式方法采用變異系數(shù)、赫芬達(dá)爾指數(shù)以及空間自相關(guān)的方式方法對(duì)我們國家的創(chuàng)新空間格局演變的特征進(jìn)行分析;使用核密度分析法衡量我們國家創(chuàng)新空間能否存在距離衰減規(guī)律;使用空間回歸分析的方式方法,定量研究影響我們國家省份間的創(chuàng)新水平差異的因素。1.2.1、變異系數(shù)與赫芬達(dá)爾指數(shù)變異系數(shù)、赫芬達(dá)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。式中,CV是變異系數(shù),n是樣本量,Xi是樣本值,x?是樣本平均值。變異系數(shù)值越大,就代表我們國家區(qū)域創(chuàng)新水平差異越大,反之,則創(chuàng)新水平差異越小。式中,HHIn為赫芬達(dá)爾指數(shù),Pr表示某個(gè)區(qū)域r的創(chuàng)新活動(dòng)占全部區(qū)域創(chuàng)新活動(dòng)的比重,n為區(qū)域的數(shù)量。赫芬達(dá)爾指數(shù)的取值范圍在1/n～1之間,赫芬達(dá)爾指數(shù)能夠反映出我們國家區(qū)域創(chuàng)新集中度水平,越接近1,代表集中度越高,越接近于1/n,則代表整體較為平衡。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,變量之間能否具有空間依靠性和空間異質(zhì)性的特征,提供一種數(shù)據(jù)分析方式方法和可視化技術(shù)。通常使用全局自相關(guān)和局部自相關(guān)進(jìn)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MoransI指標(biāo)進(jìn)行測(cè)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(jí)在空間上趨近于集聚形式;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(jī)分布趨勢(shì);假如趨向于-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)能夠辨別出空間中的奇異值,能夠彌補(bǔ)全局自相關(guān)缺乏對(duì)局部空間上的測(cè)度。利用局部MoransI能夠測(cè)度某區(qū)域與其相鄰區(qū)域之間的創(chuàng)新差異程度,同時(shí)能夠得出顯著性水平,判定差異能否顯著。通過結(jié)合MoransI散點(diǎn)圖和顯著性水平,能夠計(jì)算出LISA聚類地圖,進(jìn)而辨別要素在空間上的冷熱門。1.2.3、核密度分析核密度分析法是地理空間數(shù)據(jù)挖掘的重要方式方法和工具,采用的是非參數(shù)估計(jì)方式方法,能夠測(cè)度點(diǎn)或線要素在區(qū)域中的分布密度,廣泛地應(yīng)用于空間構(gòu)造的研究之中。核密度分析的原理是以特定的點(diǎn)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,隨著距離向外逐步衰減,到極限距離時(shí)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(dá)爾指數(shù)的計(jì)算結(jié)果如此圖1所示,變異系數(shù)的波動(dòng)較大,2008年-2020年整體處于上升趨勢(shì),講明省份間的創(chuàng)新水平的差距在增大,在2020年到達(dá)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2021年到達(dá)最低點(diǎn),2021年后處于緩慢上升階段。赫芬達(dá)爾系數(shù)較低,波動(dòng)幅度不大,表示了我們國家省份之間的創(chuàng)新水平存在一定的差異,并且不太集中。整體來看,我們國家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(shì),創(chuàng)新的集中度也有所下降,近年來逐步趨向穩(wěn)定狀態(tài)。圖12008-2021年變異系數(shù)、赫芬達(dá)爾指數(shù)變化趨勢(shì)2.2、創(chuàng)新空間的時(shí)空演變特征2.2.1、創(chuàng)新空間的格局演變選取四個(gè)年份(2008年,2018年,2020年,2021年)的專利申請(qǐng)數(shù)據(jù)對(duì)我們國家31個(gè)省份(不含港澳臺(tái))的創(chuàng)新空間格局演變特征進(jìn)行分析。將各省份的專利申請(qǐng)數(shù)量賦值于各省份的質(zhì)心,利用Arcgis進(jìn)行核密度分析,設(shè)置500kM為搜索半徑,根據(jù)自然斷裂法根據(jù)核密度值將區(qū)域劃分為5類,結(jié)果如此圖2。圖22008-2021年中國創(chuàng)新水平核密度分析結(jié)果中能夠發(fā)現(xiàn):①我們國家省份間創(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(shì),整體上呈現(xiàn)出較強(qiáng)的空間異質(zhì)性,創(chuàng)新能力強(qiáng)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)構(gòu)造、人才優(yōu)勢(shì)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(qǐng)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(jí)。②從時(shí)間上看,2008年至2021年十年間,專利申請(qǐng)數(shù)量的核密度分布整體變化不大,呈現(xiàn)出更平衡分布并集聚的趨勢(shì),優(yōu)勢(shì)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;但在這里基礎(chǔ)上,核密度在不斷提升,講明十年間整體變化趨勢(shì)不大,但是各個(gè)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(gè)新的密集區(qū)域,如江西省、廣西等,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2018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;2018年至2020年間,北京市、四川省和安徽省已經(jīng)出現(xiàn)更高層次密度的核心,江西省、廣西和貴州省的創(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(shì)出現(xiàn);2020年至2021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(shì)。2.2.2、創(chuàng)新空間自相關(guān)分析利用Geoda軟件對(duì)專利申請(qǐng)數(shù)據(jù)進(jìn)行創(chuàng)新空間全局自相關(guān)MoransI指數(shù)的計(jì)算,得出結(jié)果如表1,能夠看出MoransI的指數(shù)值呈現(xiàn)出較大的波動(dòng)變化特征,整體上表現(xiàn)出上升-下降-上升-下降的趨勢(shì),總體上都為空間正相關(guān),并且顯著性較強(qiáng)。2018-2018年和2020-2021年為MoransI上升階段,在2018年出現(xiàn)最大值0.296,講明這兩個(gè)階段區(qū)域間的創(chuàng)新關(guān)聯(lián)持續(xù)加強(qiáng),呈現(xiàn)向高值區(qū)域或低值區(qū)域聚集的特征;2008-2018年、2018-2020年和2021-2021年為MoransI下降的階段,講明區(qū)域間的創(chuàng)新異質(zhì)性在加強(qiáng),空間正相關(guān)性有所下降,在2021年的MoransI下降至最低值0.213。十年間的變化趨勢(shì)是具體表現(xiàn)出我們國家省份之間的創(chuàng)新空間格局演變比擬復(fù)雜,我們國家省份間的創(chuàng)新空間關(guān)聯(lián)性較強(qiáng),但總體呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。表1創(chuàng)新空間全局MoransI指數(shù)注:*、**、***分別表示P0.1、P0.05和P0.01。對(duì)我們國家的創(chuàng)新空間局部空間自相關(guān)進(jìn)行測(cè)度,從LISA聚類地圖(圖3)中能夠看出,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)新熱門區(qū)域的核心已經(jīng)開場(chǎng)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(diǎn)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(dòng)作用不強(qiáng)有關(guān);四川省作為唯逐一個(gè)顯著的第四象限點(diǎn),講明了本身的創(chuàng)新能力較強(qiáng),而周邊省份的創(chuàng)新水平較弱,集聚效應(yīng)缺乏;第二象限點(diǎn)有向第一象限轉(zhuǎn)移的趨勢(shì),在將來有望成為創(chuàng)新高值的區(qū)域。圖32008-2021年我們國家創(chuàng)新空間LISA聚類圖總的來講,我們國家省份間的創(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(dòng)變化中,但已經(jīng)構(gòu)成了以江蘇、上海、浙江為端點(diǎn)的創(chuàng)新高值聚集帶,并不斷向周邊省份溢出。我們國家的創(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(dòng)變化之中,空間相關(guān)性不夠顯著,整體上空間異質(zhì)性還比擬明顯。3、結(jié)果與討論本文選取了我們國家31個(gè)省份的2008-2021年專利申請(qǐng)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(dá)爾系數(shù)、核密度分析法以及空間自相關(guān)的指標(biāo)和方式方法,測(cè)度出我們國家省份間的創(chuàng)新空間格局以及演變特征,并使用了空間回歸分析方式方法,分析了我們國家區(qū)域創(chuàng)新空間差異的主要影響因素。結(jié)果表示清楚:(1)我們國家省份間整體創(chuàng)新空間差異近十年處在波動(dòng)變化之中,整體呈下降趨勢(shì),創(chuàng)新空間集中度也有所降低。整體上趨勢(shì)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(shì),空間異質(zhì)性較強(qiáng);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(dòng)了周邊省份的創(chuàng)新水平,同時(shí)中部省份也出現(xiàn)了集聚的趨勢(shì)。(2)我們國家創(chuàng)新空間的分布上呈現(xiàn)出較明顯的正向空間相關(guān)性,MoransI波動(dòng)性較大,呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。在局部空間自相關(guān)上,隨著時(shí)間的推移,熱門地區(qū)的數(shù)量在增加,呈現(xiàn)出持續(xù)集聚的特點(diǎn),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(diǎn)區(qū)域,地區(qū)間的差異明顯。鑒于我們國家創(chuàng)新空間分布的不平衡性,為了縮小區(qū)域間的創(chuàng)新水平差距,建議加大對(duì)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(kuò)散的壁壘,發(fā)揮優(yōu)勢(shì)省份的帶動(dòng)作用,實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新的進(jìn)一步流動(dòng)和溢出;提高開放程度,吸收先進(jìn)技術(shù),加強(qiáng)地區(qū)自主創(chuàng)新能力的建設(shè)。以下為參考文獻(xiàn)[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),2021,37(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(jì)量分析[J].地理科學(xué)進(jìn)展,2021,35(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,2021,39(S1):19-24+63.[4]曾鵬.現(xiàn)代城市創(chuàng)新空間理論與發(fā)展形式研究[D].天津:天津大學(xué),2007.[5]CarrincazeauxC,LungY,RalletA.2001.ProximityandlocalisationofcorporateRDactivities[J].ResearchPolicy,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(shì)與啟示[J].城市發(fā)展研究,2021,23(12):50-55.[7]王春楊,張超.中國地級(jí)區(qū)域創(chuàng)新產(chǎn)出的時(shí)空形式研究基于ESDA的實(shí)證[J].地理科學(xué),2020,34(12):1438-1444.[8]蔣天穎,華明浩.長三角區(qū)域創(chuàng)新空間聯(lián)絡(luò)研究[J].中國科技論壇,2020(10):126-131.[9]宋麗思,陳向東.我們國家四大城市區(qū)域創(chuàng)新空間極化趨勢(shì)的比擬研究[J].