城市創新效率與高質量發展水平測度及時空耦合分析
——以中原城市群30個地級市為例

史焱文，陳 強，陳婉鈺，樊新生

（1.河南財經政法大學a.河南省城鄉空間數據挖掘院士工作站；b.資源與環境學院，鄭州 450018；2.中國國際經濟交流中心，北京 100050）

0 引言

作為城市發展主要驅動力和競爭力的體現，創新與經濟發展質量的聯系日趨緊密。1912年熊彼特提出創新及其在經濟發展中的作用，認為創新是國家、城市競爭優勢的主要來源[1]。近年來，城市創新與高質量發展成為學術界關注的熱點。在城市創新研究中，既有側重區域內城市創新效率測算的研究，也有圍繞城市群創新展開的研究。其中，徐林（2021）[2]從投入產出視角構建了長三角城市群創新投入與產出評價指標體系，運用數據包絡分析法（DEA）測度了長三角城市群的創新效率。也有學者利用規模收益固定模型（CRS）和規模收益可變模型（VRS）對城市創新效率及其時空演化機理進行了研究。周銳波等（2019）[3]利用空間面板數據測度了我國城市創新能力，并通過空間杜賓模型探究了知識溢出對城市創新能力的影響。相關學者在研究視角、指標體系構建、測度方法等方面進行了深入探討，為城市和城市群創新方面的研究提供了參考依據。在高質量發展研究中，學者們主要聚焦于高質量發展學科解讀、高質量發展評價指標體系、區域高質量發展時空特征分析[4,5]。其中，魏敏和李書昊（2018）[6]構建了面向新時代的經濟高質量發展水平測度體系，并利用熵權TOPSIS 法測度了中國省域層面的高質量發展水平。馬茹等（2019）[7]從高質量供給、高質量需求、發展效率、經濟運行、對外開放五個方面構建了經濟高質量發展評價指標體系，采用線性加權法測度發現中國經濟高質量發展呈現顯著的區域非均衡態勢。楊陽等（2021）[8]從經濟活力、創新效率、綠色發展、人民生活、社會和諧五個維度構建評價指標體系，利用因子分析法和熵值法測度了長三角城市群城市經濟社會高質量發展水平?？傊?，學者們在理論解讀、內涵界定、指標體系構建、研究方法等方面對高質量發展進行了較為系統的研究，為后續研究提供了思路。

作為引領區域高質量發展的動力，創新為高質量發展提供了新的成長空間和支撐體系[4]。雖然學者們從理論上探討了高質量發展與創新之間存在的緊密聯系，但將兩者結合起來的實證研究并不多見，也很少有學者從城市群角度探討創新效率和高質量發展水平之間的關系。在研究區域上，城市創新與高質量發展研究主要集中在長三角、珠三角、京津冀等東部沿海地區[2,8]，對中部地區城市關注較少。而作為我國中部崛起戰略的重要載體，中原城市群對中部地區高質量發展具有重要作用?；谏鲜龇治?，本文以中原城市群30 個地級市為研究對象，聚焦城市創新效率和高質量發展及二者間的耦合協調關系，運用三階段DEA模型和前沿距離法分別測度城市創新效率和高質量發展水平，并利用ArcGIS 10.2 軟件揭示二者的時空演化特征，同時利用耦合協調度模型分析城市創新效率與高質量發展的時空耦合協調特征，以揭示城市創新效率與高質量發展間的聯系，同時也為中原城市群高質量發展提供理論和實證參考。

1 研究設計

1.1 指標體系構建

1.1.1 城市創新效率三階段DEA模型評價指標體系構建

城市創新效率描述了城市發展過程中投入（資金、勞動力等要素）與產出（創新產品、產業等）間的比例關系。本文涉及的城市創新投入變量主要體現在創新主體的經濟社會發展水平、人力投入、經費投入等方面，城市創新產出變量主要體現在科技成果的產業化、技術專利類產出等方面，環境變量則從經濟發展環境和外部環境兩個方面考慮，構建多投入-多產出的BCC 效率評價指標體系（見表1）。

表1 城市創新效率三階段DEA模型評價指標體系

1.1.2 高質量發展評價指標體系構建

高質量發展是貫徹新發展理念的根本體現，圍繞高質量發展的內涵特征，學者們對高質量發展指標體系進行了廣泛探討[4,9]。結合高質量發展的綜合性、多維性特點，本文在新發展理念的基礎上構建了以6 個一級指標和30 個二級指標為主體的高質量發展評價指標體系（見表2），指標權重按照等權重法進行設置。

表2 高質量發展評價指標體系

1.2 研究方法

本文主要運用三階段DEA 模型測度城市創新效率，利用前沿距離法（DTF）計算城市高質量發展水平，使用耦合協調度模型分析城市創新效率與高質量發展水平之間的耦合程度。

1.2.1 三階段DEA模型

三階段DEA模型是數據包絡分析法引入環境因素及其他因素的變量，使用隨機前沿分析（SFA）進行相應改進得到的模型。通過三階段DEA 模型得到的城市創新效率，能客觀反映相同水平下城市創新效率，增強可比性。

（1）第一階段，采用Input-BCC模型[10]作為三階段DEA的基礎模型，對30個城市的創新效率進行初步測度，模型公式如下：

其中，Xj為第j個要素的投入變量，Yj為第j個要素的產出變量，λj（j=1，2，…，n）是相對于n個決策單元DMU 的某種組合比例，X0是DMU0的投入變量，Y0為DMU0的產出變量，θ（0 ≤θ≤1）為各決策單元DMU的綜合效率值（TE）。當決策單元DMU0處于DEA 無效狀態時，θ＜1，說明此時該決策單元的技術能力和資源配置都沒有達到最佳狀態。

（2）第二階段，采用SFA 模型隔絕外部環境和隨機干擾的影響，公式為：

其中，sij是第j個投入的松弛值，f i(zi，βj)是函數形式，zi是由k個環境變量在第i個決策單位的數值，βj是第j種投入在k維環境變量上的參數向量，vij表示隨機誤差項，μij表示管理無效率項。令γ=σ2μi/(σ2vi+σ2μi)，當γ接近于1 時，表示管理無效率是主要原因；當γ接近于0時，μ可以從模型中刪去，運用OLS 估計即可。參考羅登躍（2012）[11]的方法，得到v和μ的估計量，計算公式如下：

基于SFA模型計算結果，對各個決策單元的投入量進行調整：

其中，Xij是調整后的投入，是把每個決策單元的第j項投入調整到受環境變量影響最大時需要增加的投入量，是使其處于最大干擾中需要增加的投入量。

第三階段，將調整后的數據代入Input-BCC 模型，重新計算效率值。

1.2.2 前沿距離法

前沿距離法具體運算公式如下：

其中，DTF為城市高質量發展前沿距離值，Di為指標實際值，minDi為指標的最小值，maxDi為指標的最大值。

1.2.3 耦合協調度

本文運用耦合協調度模型分析中原城市群各城市創新效率和高質量發展水平間的協調度，具體模型如下：

其中，T為協調指數；U1和U2分別表示城市創新效率和城市高質量發展水平綜合值；α、β分別為U1、U2的發展系數，本文按照α=0.5，β=0.5 的權重系數進行計算；C為耦合度，其值越大說明系統間的相互作用越大；D為耦合協調度，其值介于0～1，D值越大說明系統間協調程度越高。

1.3 樣本選取與數據來源

中原城市群是我國中部地區承接產業轉移、西部地區資源輸出的樞紐和核心區域，《國家新型城鎮化規劃（2014—2020年）》中明確指出要加快培育中原城市群，使之成為引領城市經濟發展的重要增長極。本文選取中原城市群30個地級市作為研究對象。

相關數據主要來源于2008—2022 年《中國城市統計年鑒》《河南統計年鑒》《河北經濟年鑒》《安徽統計年鑒》《山西統計年鑒》《山東統計年鑒》和30個地級市相關年份的統計年鑒和統計公報。

2 結果分析

2.1 城市創新效率的結果分析

中原城市群各城市創新效率的測度主要使用三階段DEA 模型。具體過程為：第一階段利用傳統的BCC 模型測算出初始效率值，在此條件下得到投入目標值和松弛變量；第二階段引入SFA模型將所有決策單元調整至同一環境下進行分析，分別以各投入指標的松弛變量作為被解釋變量，得到調整后的投入變量；第三階段將調整后的投入變量通過BCC 模型重新進行計算，得到城市創新投入產出綜合效率。

由下頁表3可知，2007—2021年中原城市群城市創新效率均值由2007 年的0.758 提升至2021 年的0.913，標準差由2007 年的0.239 降低至2021 年的0.140，表明城市創新效率總體水平不斷提高且各城市間差異縮小。其中，城市創新效率達到1的城市由2007年的14個增加到2021年的20個。2007—2021年中原城市群城市創新效率排名起伏較大，洛陽市、安陽市、周口市、南陽市、商丘市、運城市、聊城市、菏澤市、淮北市的排名持續上升，平頂山市、鶴壁市、濮陽市、許昌市、漯河市、三門峽市、濟源市、長治市、晉城市的排名不斷下降，其余城市處于穩定狀態。從省域角度來看，省際城市創新效率增長顯著且呈現均衡化趨勢，其中省際邊界城市共12個，城市創新效率在0.8以上的數量由2007年的6個增加到2021年的11個。

表3 城市創新投入產出綜合效率和排名

由圖1可知，中原城市群城市創新效率高值區域范圍逐漸擴大，由零星分散布局向片狀、帶狀布局演進，城市創新效率低值區域由中部環形逐漸縮小為零星分散布局。具體特征為：（1）2007年中原城市群城市創新效率空間分異顯著，高值區和低值區呈現顯著地理分布差異。其中，高值區集中在北部、中部和東南部區域，包括鄭州市、新鄉市、信陽市、開封市、宿州市、阜陽市、亳州市等城市；低值區集中在西南部、東部區域，包括南陽市、許昌市、平頂山市、漯河市、周口市、商丘市等城市。（2）隨著以鄭州市為中心的高值集聚區輻射帶動周邊城市，2014 年城市創新效率為1 的城市空間范圍擴大并呈現連片帶狀演化。（3）2021年城市創新效率為1的城市空間范圍進一步擴大，帶狀集聚分布特征凸顯。

圖1 中原城市群城市創新效率得分空間分布

2.2 高質量發展水平的結果分析

根據高質量發展評價指標體系，測度中原城市群各城市2007年、2014年和2021年高質量發展水平。

由表4可知，2007—2021年中原城市群城市高質量發展平均值由38.065提升至41.637，標準差有波動但呈下降趨勢，表明城市高質量發展水平整體在提升且城市間高質量發展水平差距在縮小。從得分排名來看，河南省的鄭州市、洛陽市高質量發展水平穩居前列，安徽省的蚌埠市、淮北市、宿州市，河北省的邯鄲市、邢臺市排名較高且上升較快。河南省的漯河市、周口市、三門峽市、商丘市，山西省的運城市、長治市，山東省的菏澤市高質量發展水平偏低。2007—2021年排名大幅上升的城市主要有安徽省的蚌埠市、淮北市、宿州市、亳州市，河北省的邢臺市、邯鄲市，山東省的聊城市，排名提升均超過10個名次。河南省的鶴壁市、開封市、濮陽市、漯河市、三門峽市、商丘市排名下降超過10個名次。整體來看，由于受到地理區位、歷史基礎、資源稟賦、產業轉型等因素的影響，安徽省、河北省相關城市和河南省中部、西南部區域城市高質量發展水平提升較快。

表4 中原城市群高質量發展水平得分與排名

由下頁圖2 可知，中原城市群城市高質量發展水平空間差異顯著并由“中心-外圍”布局結構演化為帶狀、片狀集聚布局。具體特征為：（1）2007 年各城市高質量發展水平呈現典型的“中心-外圍”空間分布特征。其中，中心高值區主要為鄭州市、洛陽市、開封市及周邊地市，外圍低值區主要為山西省、河北省、山東省、安徽省相關城市和河南省東部、南部區域相關城市。（2）2014年中原城市群各城市高質量發展水平呈現顯著的區域分化特征。其中，以鄭州市為中心的高值區逐步輻射帶動周邊城市以及河北省、山東省、安徽省等省際邊界區域城市高質量發展水平逐步提升。（3）隨著中心城市輻射帶動，2021年中原城市群各城市高質量發展水平空間分布呈現由“邢臺市—鄭州市—南陽市”構成的高水平帶狀集聚區域，安徽省部分城市形成高水平片狀集聚區。

圖2 中原城市群高質量發展水平空間分布

2.3 城市創新效率與高質量發展水平時空耦合特征分析

為進一步刻畫創新與高質量發展之間的關系，揭示城市創新效率與高質量發展水平之間時空耦合狀態，本文利用耦合協調度和空間分析方法對中原城市群各城市創新效率與高質量發展水平時空耦合特征進行剖析。

由表5 和圖3 可知，2007—2021 年中原城市群城市創新效率與高質量發展水平的耦合協調度逐漸提升，區域空間協調范圍不斷擴大，呈現城市創新效率與高質量發展水平空間均衡發展趨勢。具體特征為：（1）2007年中原城市群城市創新效率與高質量發展水平的耦合協調度呈現顯著的區域分異特征，中部區域城市耦合協調度處于協調狀態，省際邊界區域城市耦合協調度趨于失調狀態，城市創新效率與高質量發展不平衡特征突出。（2）2014年城市耦合協調度整體得到提升，耦合協調空間范圍逐步擴大，其中22個城市耦合協調度在0.51以上，進入協調狀態，河南省東部區域和山西省部分城市耦合協調度低于0.5，處于輕度失調狀態。（3）2021年城市創新效率與高質量發展耦合協調度進一步提升，有26個城市耦合協調度在0.51以上，耦合協調空間范圍進一步擴大并表現為連片帶狀空間布局，城市創新效率與高質量發展水平呈現空間均衡發展。

圖3 中原城市群城市創新效率與高質量發展水平耦合協調度

表5 中原城市群城市耦合協調度等級

3 結論

本文基于2007 年、2014 年、2021 年中原城市群30 個地級市的數據，運用三階段DEA 模型、前沿距離法、耦合協調度模型分別測度城市創新效率、高質量發展水平及二者的耦合協調度，得出如下結論：

（1）2007—2021 年中原城市群城市創新效率總體水平不斷增長且各城市間差異縮小。其中，創新效率得分為1的城市數量顯著增加。在時空分布上，中原城市群城市創新效率高值區域范圍逐漸擴大，且由2007 年的片狀布局逐漸向帶狀集聚分布演進。

（2）2007—2021 年中原城市群城市高質量發展水平整體呈上升趨勢且內部差距在縮小。其中，城市高質量發展水平得分在40 分以上的城市由2007 年的10 個增加至2021 年的14 個。城市高質量發展水平空間分布由2007年的“中心-外圍”結構逐漸分化形成“邢臺市—鄭州市—南陽市”的城市高質量發展高水平帶狀集聚區域。

（3）2007—2021 年中原城市群城市創新效率與高質量發展水平的耦合協調度逐漸由失調狀態向協調狀態演進，區域協調空間范圍不斷擴大，呈現空間均衡發展趨勢。城市創新效率和高質量發展水平之間相互促進、相互影響。因此，從城市創新效率與高質量發展時空演變特征可以看出，城市創新效率與高質量發展具有顯著的空間關聯性，并雙向促使城市耦合協調度提升。