山西省交通與經(jīng)濟系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)性的空間自相關(guān)研究

海日 張萱

摘 要：以山西省為研究區(qū)，通過構(gòu)建交通與經(jīng)濟系統(tǒng)發(fā)展指標體系，運用線性加權(quán)模型和標準差方法，定量計算交通與經(jīng)濟系統(tǒng)發(fā)展指數(shù)，建立耦合協(xié)調(diào)性模型，得出交通與經(jīng)濟系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展指數(shù)。在此基礎(chǔ)上，通過全局Moran's I指數(shù)、Moran散點圖和LISA集聚圖分析山西省交通與經(jīng)濟系統(tǒng)協(xié)調(diào)性的空間自相關(guān)性特征。

關(guān)鍵詞：交通與經(jīng)濟系統(tǒng)；耦合協(xié)調(diào)性；空間自相關(guān)；Moran's I；LISA

中圖分類號：F127 文獻標志碼：A 文章編號：1673-291X（2016）17-0055-06

區(qū)域交通運輸系統(tǒng)與經(jīng)濟發(fā)展之間存在著密切的相互作用關(guān)系，交通運輸是區(qū)域經(jīng)濟一體化的重要空間依托及表現(xiàn)形式，也是區(qū)域整體協(xié)調(diào)發(fā)展和經(jīng)濟潛力充分發(fā)揮的前提和基礎(chǔ)。區(qū)域經(jīng)濟增長與交通運輸業(yè)發(fā)展相互作用、相互影響，交通行業(yè)的發(fā)展促進區(qū)域經(jīng)濟的增長，同樣，區(qū)域經(jīng)濟的發(fā)展也會加快交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的步伐[1]。空間自相關(guān)分析是研究地理空間或?qū)傩灾悼臻g規(guī)律的一種方法，可以揭示出各現(xiàn)象的空間關(guān)聯(lián)關(guān)系。在國外，空間自相關(guān)分析法已應(yīng)用于流行病學(xué)、區(qū)域經(jīng)濟等研究領(lǐng)域；在國內(nèi)，空間自相關(guān)分析法已應(yīng)用于一些自然現(xiàn)象及社會經(jīng)濟現(xiàn)象等方面。但在交通與經(jīng)濟系統(tǒng)協(xié)調(diào)性研究方面，空間自相關(guān)分析法涉及較少?？臻g自相關(guān)分析法可以幫助我們更加深入地分析交通系統(tǒng)與經(jīng)濟系統(tǒng)協(xié)調(diào)性水平的差異。山西省地處我國中部地區(qū)，是連接?xùn)|西部的橋梁，深入研究交通與經(jīng)濟系統(tǒng)協(xié)調(diào)性對山西省乃至全國的發(fā)展尤為關(guān)鍵。

（一）全局Moran指數(shù)

空間自相關(guān)是用來檢驗空間變量與空間鄰近位置變量之間的相關(guān)性的。一般常用的全局空間自相關(guān)指標為全局Moran's I和全局G系數(shù)。Moran's I指數(shù)常被用于判斷某個區(qū)域是否存在空間自相關(guān)特征，而要判斷空間自相關(guān)特征是高值還是低值聚集時常采用G系數(shù)[2]。本文采用全局Moran's I指數(shù)來判斷山西省是否存在空間自相關(guān)特征，全局Moran's I指數(shù)計算公式為：

（一）交通系統(tǒng)與經(jīng)濟系統(tǒng)評價指標體系的建立

評價指標體系的建立是分析交通和經(jīng)濟系統(tǒng)協(xié)調(diào)性水平的基礎(chǔ)，遵循全面性、有效性、可操作性、科學(xué)性、數(shù)據(jù)可獲得性等原則，并在借鑒前人[4-6]選取經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，根據(jù)代表性和全面性的要求建立了交通和經(jīng)濟系統(tǒng)的評價指標體系，具體見表1。

（二）指標體系的數(shù)據(jù)標準化處理

式中， Zi代表標準化后的數(shù)據(jù)，Xi代表第i項原始數(shù)據(jù)，X（min）代表第i項原始數(shù)據(jù)的最小值，X（max）代表第i項原始數(shù)據(jù)最大值。對于值越大越好的指標采用正向指標計算公式，對于值越小越好的指標則采用負向指標標準化公式進行標準化處理。

（三）指標權(quán)重的設(shè)定

指標權(quán)重的確定就是對指標的相對重要性進行評價，指標權(quán)重一般介于0—1之間，各指標權(quán)重之和等于1。指標權(quán)重的確定有很多方法，可分為客觀確定法、主觀確定法及主客觀確定法等，主要有熵值法、灰色關(guān)聯(lián)度法、變異系數(shù)法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、層次分析法、復(fù)相關(guān)系數(shù)法、均方差權(quán)值法、粗糙集信息熵法等。為了盡量減少研究中某些主觀因素及客觀因素的干擾，文中采用均方差權(quán)值法確定各相關(guān)指標的權(quán)重。具體計算方法如下：首先計算各指標的標準差值，然后對其所屬子系統(tǒng)內(nèi)進行歸一化處理，結(jié)果即為各指標值的權(quán)重Wi：

（一）交通和經(jīng)濟耦合協(xié)調(diào)度綜合發(fā)展水平

對山西省11個地市2003—2012年選取的交通和經(jīng)濟的指標進行測算，分別得出了各地市交通和經(jīng)濟的綜合發(fā)展指數(shù)，具體見表3與表4所示。從表中可以看出，山西省各地市交通綜合發(fā)展指數(shù)比較特殊，身為省會城市的太原市的交通綜合發(fā)展指數(shù)不僅排名倒數(shù)第二位，而且還有下降趨勢，發(fā)展較好的城市有晉中市、運城市、忻州市和臨汾市。從各地市經(jīng)濟綜合發(fā)展指數(shù)可以看出，太原市的經(jīng)濟綜合發(fā)展指數(shù)遠高于其他地市，但有減小的趨勢；最低的是忻州市，運城市倒數(shù)第二，其余地市之間差距相對較小。長治市和朔州市經(jīng)濟綜合發(fā)展指數(shù)基本上是逐年較快發(fā)展。

（二）交通和經(jīng)濟系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)發(fā)展指數(shù)

計算得到2003—2012年山西省11個地市交通和經(jīng)濟系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)發(fā)展指數(shù)，具體結(jié)果見表5所示?？傮w來看，各地市交通和經(jīng)濟系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度差距較大，但是協(xié)調(diào)度都不太高。其中，臨汾市最高，都在0.7以上，達到了中度協(xié)調(diào)；太原市、長治市和晉中市都在0.6以上，達到了初步協(xié)調(diào)；最低的是陽泉市和忻州市，在輕度不協(xié)調(diào)和勉強協(xié)調(diào)之間波動。在2003—2012年之間，各地市交通和經(jīng)濟耦合協(xié)調(diào)性都在波動發(fā)展。

利用ArcGIS軟件和Geoda軟件對2003—2012年山西省交通與經(jīng)濟耦合協(xié)調(diào)發(fā)展指數(shù)做全局空間自相關(guān)性分析，得到每年的全局Moran's I指數(shù)值分別為0.066 9、0.076 9、0.184 2、0.458 3、0.272 6、0.081 8、0.088 3、0.120 5、0.019 0和0.034 6。這表明，山西省交通與經(jīng)濟耦合協(xié)調(diào)性并非隨機分布，而是呈現(xiàn)出一定的空間關(guān)聯(lián)特征。在2003—2012年之間呈現(xiàn)出正的空間自相關(guān)特征，即交通與經(jīng)濟耦合協(xié)調(diào)性在空間上為集聚特征。利用顯著性檢驗公式（2）對其檢驗，結(jié)果表明，除2006年山西省交通與經(jīng)濟系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)性存在顯著的空間正相關(guān)，其他年份其空間自相關(guān)性不顯著。

對2003—2012年山西省交通與經(jīng)濟耦合協(xié)調(diào)發(fā)展指數(shù)做局部空間自相關(guān)分析，得到Moran散點圖、熱點分析圖和LISA集聚圖，具體見圖1、圖2和圖3所示。

通過Moran散點圖可以看出，交通與經(jīng)濟系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)性在不同年份具有不同的空間自相關(guān)特征：2003年和2004年的空間自相關(guān)特征表現(xiàn)一致，長治市、晉城市、運城市、晉中市和臨汾市表現(xiàn)為高-高的空間自相關(guān)特征，即這5個市為高觀測值區(qū)，并且被高觀測值區(qū)所包圍；呂梁市和陽泉市表現(xiàn)為低-高的空間自相關(guān)特征，即這兩個市為低觀測值區(qū)，被高觀測值區(qū)所包圍；忻州市和朔州市表現(xiàn)為低-低的空間自相關(guān)特征，即這兩個市為低觀測值區(qū)，并被低觀測值區(qū)所包圍；大同市和太原市表現(xiàn)為高-低的空間自相關(guān)特征，即這兩個市為高觀測值區(qū)，被低觀測值區(qū)所包圍。在2005年和2006年只有大同市變?yōu)榈?低的空間自相關(guān)特征。在2007年，已經(jīng)沒有城市表現(xiàn)為低-高的特征，相比2006年，呂梁市變?yōu)楦?高的空間自相關(guān)特征，陽泉變?yōu)榈?低的空間自相關(guān)特征。在2008年、2009年和2011年各市空間表現(xiàn)相同，相比2007年，晉城市和陽泉市變?yōu)榈?高的特征，大同又變?yōu)楦?低的特征。在2010年，大同變?yōu)榈?低的特征。到了2012年，晉中市、呂梁市、長治市、臨汾市為高-高的特征；運城市、晉城市和陽泉市為低-高的特征；朔州市和忻州市為低-低的特征；太原市和大同市為高-低的空間自相關(guān)特征。

通過Moran散點圖和熱點圖可以看出，2003—2012年空間自相關(guān)特征相對穩(wěn)定，只有個別城市稍有變化?？傮w上，晉城市、長治市和臨汾市為熱點；陽泉市和呂梁市為低-高特征。說明晉城市、長治市和臨汾市交通與經(jīng)濟系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)性水平相對較高，陽泉市和呂梁市協(xié)調(diào)性水平相對較低。

LISA集聚圖是在顯著性水平P≤0.05的水平下繪制出來的，LISA集聚圖能夠清晰地表現(xiàn)出通過顯著性水平檢驗的局部空間自相關(guān)地區(qū)。由于從2003—2012年，LISA集聚圖在2004年、2005年、2006年和2007年比較顯著，故本文只做出這4年的LISA集聚圖（見表3所示）。從圖中我們可以看出，在2004年和2005年聚集圖特征一致，太原市表現(xiàn)為高-低特征，說明太原市相對于周邊地市交通與經(jīng)濟系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)度稍高，即高于忻州市、陽泉市、呂梁市和晉中市；在2006年，臨汾市表現(xiàn)為高-高的特征，即為熱點，說明臨汾市比周邊地市的耦合協(xié)調(diào)度都更高，朔州市和忻州市表現(xiàn)為低-低的特征，即為冷點，說明朔州市和忻州市的耦合協(xié)調(diào)度比周邊地市都較低。隨著時間的推移，從2007年以后各地市都沒有顯著的相關(guān)性，沒有冷點也沒有熱點，各地市交通與經(jīng)濟系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)性呈現(xiàn)出隨機分布的空間特征。

通過以上分析，可以得出如下主要結(jié)論：2003—2012年山西省交通與經(jīng)濟系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度較低，各地市交通與經(jīng)濟系統(tǒng)的協(xié)調(diào)度發(fā)展水平差異較大；太原市、晉城市、運城市和陽泉市還出現(xiàn)了不同水平的下降，臨汾市水平最高，這十年間變化不大，其余地市出現(xiàn)了較小程度的增加。十年間交通與經(jīng)濟系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)度都呈現(xiàn)出空間自相關(guān)特征，即協(xié)調(diào)度呈現(xiàn)不同程度的集聚狀態(tài)，且2006年表現(xiàn)得最為強烈。而通過局部空間自相關(guān)分析得出，山西省各地市間交通與經(jīng)濟耦合協(xié)調(diào)性存在空間異質(zhì)性，并隨時間發(fā)生變化?？傮w來講，山西省南部的耦合協(xié)調(diào)度高于北部。基于以上分析，從交通與經(jīng)濟發(fā)展的互動關(guān)系出發(fā)，山西省應(yīng)加強交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)來大力提高交通與經(jīng)濟系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)性水平，以保證經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻：

[1] 李華，吳云勇.中國交通運輸業(yè)與經(jīng)濟增長的關(guān)系[J].黨政干部學(xué)刊，2007，（6）：33-35.

[2] 張松林，張昆.全局空間自相關(guān)Moran指數(shù)和G系數(shù)對比研究[J].中山大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2007，46（4）：93-97.

[3] 張鴻輝，曾永年，金曉斌.南京市城市地價空間自相關(guān)分析[J].南京大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2009，45（6）：821-830.

[4] 彭晗，孫志強，周威.基于耦合模型的交通運輸與經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展分析[J]. 物流技術(shù)，2014，33（5）：198-200.

[5] 余菲菲，胡文海，榮慧芳.中小城市旅游經(jīng)濟與交通耦合協(xié)調(diào)發(fā)展研究——以池州市為例[J].地理科學(xué)，2015，35（9）：1116-1122.

[6] 吳連霞，趙媛，馬定國，等.江西省人口與經(jīng)濟發(fā)展時空耦合研究[J].地理科學(xué)，2015，35（6）：742-748.

[7] 白彩全，黃芽保，宋偉軒，等.省域金融集聚與生態(tài)效率耦合協(xié)調(diào)發(fā)展研究[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境，2014，28（9）：1-7.

[8] 陳基純，陳忠暖.中國房地產(chǎn)業(yè)與區(qū)域經(jīng)濟耦合協(xié)調(diào)度研究[J].商業(yè)研究，2011，（4）：112-117.

Abstract：In Shanxi Province as the study area， by constructing the index system of transportation and economy system development， using linear weighted model and standard difference method. The quantitative calculation of transportation and economy system development index， the coupled coordination model is established that system of traffic and economy coordinated development index. On this basis， through the global Moran's I index and Moran scatter plot and Lisa concentration diagram analysis of spatial autocorrelation characteristics of Shanxi Province transportation and economy system coordination.

Key words：transportation and economic system； coupling coordination； spatial autocorrelation； Moran's I； LISA