成渝城市群經(jīng)濟(jì)與交通運(yùn)輸通道協(xié)同演化表征方法

范英飛，章國(guó)鵬，徐夢(mèng)清，馬 劍，江欣國(guó)

(西南交通大學(xué)交通運(yùn)輸與物流學(xué)院，成都610031)

0 引言

成渝城市群是一個(gè)多核心，多層次的城市群，包括重慶和四川省的主要地區(qū).最近，政府出臺(tái)了一系列文件，把成渝城市群的發(fā)展納入國(guó)家層面[1].至2020年，政府目標(biāo)將其基本上建成經(jīng)濟(jì)活力，生態(tài)環(huán)境優(yōu)美，地區(qū)機(jī)制協(xié)同發(fā)展的國(guó)家級(jí)城市群.因此，為了進(jìn)一步衡量和分析城市群的發(fā)展程度和影響機(jī)制，對(duì)經(jīng)濟(jì)和交通運(yùn)輸通道進(jìn)行評(píng)估將顯得十分重要.

經(jīng)濟(jì)因素作為衡量一個(gè)城市群整體發(fā)展的重要標(biāo)準(zhǔn)，它會(huì)影響到交通運(yùn)輸通道的建設(shè).而另一方面，交通運(yùn)輸通道聯(lián)通了城市群的內(nèi)外部交流，影響著城市群的發(fā)展.經(jīng)濟(jì)與交通運(yùn)輸通道密切相關(guān)，為了考量經(jīng)濟(jì)與交通運(yùn)輸通道間的具體聯(lián)系，進(jìn)行協(xié)同分析是十分必要的.目前，關(guān)于協(xié)同分析研究工作主要集中在兩個(gè)方面：一是，單一產(chǎn)業(yè)或設(shè)施的協(xié)同分析；二是，多產(chǎn)業(yè)或整個(gè)地區(qū)的協(xié)同分析.在第1個(gè)方面，Ulengin等提出了綜合運(yùn)輸支持系統(tǒng)，用來改變?cè)诳拓涍\(yùn)輸中運(yùn)輸方式的比例[2]；Cetin等強(qiáng)調(diào)了交通運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)行模型中信息流屬性的重要性[3].雖然上述研究可以在某些方面實(shí)現(xiàn)評(píng)估和優(yōu)化，但卻無法對(duì)整個(gè)地區(qū)的發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行評(píng)估.在第2個(gè)方面，研究者主要通過建立評(píng)價(jià)指標(biāo)系統(tǒng)來研究多種產(chǎn)業(yè)間的協(xié)同關(guān)系.Han等利用主成分分析的方法建立了公路運(yùn)輸與經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的關(guān)系[4]；朱振宇等計(jì)算經(jīng)濟(jì)與交通運(yùn)輸系統(tǒng)指標(biāo)的增長(zhǎng)率，獲得了定性互動(dòng)關(guān)系[5]；屈龍運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)的方法對(duì)區(qū)域經(jīng)濟(jì)和交通系統(tǒng)間協(xié)調(diào)性進(jìn)行了分析[6]；Zhang等考察了經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)及經(jīng)濟(jì)與交通運(yùn)輸間的相互作用[7].協(xié)同分析在這些研究中都進(jìn)行了充分的討論，但仍存在一些弊端，主要體現(xiàn)在以下3個(gè)方面：①評(píng)價(jià)指標(biāo)沒有科學(xué)的篩選標(biāo)準(zhǔn)；②缺乏對(duì)協(xié)同程度大小的科學(xué)分析；③只闡述了整個(gè)系統(tǒng)的協(xié)同關(guān)系，卻沒有分析指標(biāo)的具體作用.

由于成渝城市群經(jīng)濟(jì)與交通運(yùn)輸通道間的動(dòng)態(tài)演變過程非常復(fù)雜，研究將從多產(chǎn)業(yè)的角度上建立科學(xué)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，進(jìn)行協(xié)同分析.因此，基于性能化的評(píng)估方案[8]，本文從微觀、宏觀、中觀3個(gè)層面綜合考量了經(jīng)濟(jì)與交通運(yùn)輸通道協(xié)同演化的表征方法，評(píng)價(jià)了具體指標(biāo)的影響，規(guī)避了原有研究的不足之處，本文的貢獻(xiàn)主要體現(xiàn)在以下3個(gè)方面：①在微觀層面，進(jìn)行數(shù)據(jù)的清理并建立完整的評(píng)估體系；②在宏觀層面，引入秩相關(guān)分析來評(píng)估協(xié)同關(guān)系[9]；③在中觀層面，提出了Pawlak粗糙集約簡(jiǎn)的方法[10]，確定不協(xié)同指標(biāo).

1 性能化評(píng)估

1.1 評(píng)估方案

本節(jié)建立了性能化的評(píng)估方案，圖1為性能化評(píng)估的流程.

(1)在微觀分析中，通過數(shù)據(jù)篩選，構(gòu)建了1個(gè)完整的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系.

(2)在宏觀分析中，通過數(shù)據(jù)擬合，利用秩相關(guān)分析來衡量協(xié)同關(guān)系.

(3)在中觀分析中，通過數(shù)據(jù)擬合，利用Pawlak粗糙集約簡(jiǎn)理論，約簡(jiǎn)協(xié)同指標(biāo)，確立不協(xié)同指標(biāo).同時(shí)擬合約簡(jiǎn)協(xié)同指標(biāo)并與原系統(tǒng)進(jìn)行比較，驗(yàn)證約簡(jiǎn)結(jié)果的準(zhǔn)確性.

1.2 微觀分析

為了評(píng)價(jià)成渝城市群的協(xié)同情況，需要獲取經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)和交通運(yùn)輸通道數(shù)據(jù).由于重慶1997年成為直轄市，以及2015—2017年的相關(guān)數(shù)據(jù)還未公開，因此本文選取了1998—2014年的數(shù)據(jù).數(shù)據(jù)來源于四川省統(tǒng)計(jì)年鑒和重慶市統(tǒng)計(jì)年鑒[11].

基于選取的數(shù)據(jù)，本節(jié)在微觀層面上建立了合理的數(shù)據(jù)指標(biāo)篩選原則，并對(duì)指標(biāo)進(jìn)行歸類，確立了完整評(píng)價(jià)指標(biāo)體系.篩選步驟如下：

(1)系統(tǒng)討論.考慮問題的全面性和客觀性，防止重要指標(biāo)的遺漏.

(2)頻率統(tǒng)計(jì).借鑒以往研究中應(yīng)用頻率較高的指標(biāo)[3-7].

(3)理論分析.選擇涵蓋了經(jīng)濟(jì)和交通運(yùn)輸通道發(fā)展特點(diǎn)的指標(biāo).

由于本文研究對(duì)象為成都—重慶城市群經(jīng)濟(jì)與交通運(yùn)輸通道協(xié)同度關(guān)系，因此在建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系時(shí)，考慮將經(jīng)濟(jì)對(duì)象劃分為成都經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)(包含納入成渝城市群范圍里的四川省其他地區(qū))與重慶經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng).同時(shí)因?yàn)槌啥己椭貞c距離很近，因此在運(yùn)輸通道系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)性指標(biāo)中不考慮航空運(yùn)輸.

圖1 性能化評(píng)估方案Fig.1 The co-evolutionary characterization method

圖2 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Fig.2 The evaluation index system

1.3 宏觀分析

本節(jié)包含兩部分內(nèi)容：在宏觀層面上，通過數(shù)據(jù)擬合對(duì)微觀層面建立的指標(biāo)進(jìn)行擬合；利用秩相關(guān)分析法，科學(xué)分析宏觀層面上協(xié)同關(guān)系的強(qiáng)弱.

(1)數(shù)據(jù)擬合.

數(shù)據(jù)擬合用以對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮[5-7].由于本文涉及經(jīng)濟(jì)和交通運(yùn)輸通道的數(shù)據(jù)眾多，直接使用不僅過程復(fù)雜，而且無法對(duì)信息進(jìn)行深層次的挖掘.通過擬合的方法可以將大量數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的融合，實(shí)現(xiàn)更有效的評(píng)估.

以成都經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)為例，設(shè)X= (X1,X2,…,X17)是1998—2014年經(jīng)濟(jì)微觀指標(biāo)信息的總體，其中第i年的個(gè)體Xi= (Xi1,Xi2,…,Xi9)T記錄9個(gè)具體包含的微觀指標(biāo).數(shù)據(jù)擬合的目標(biāo)是將具有9×17條數(shù)據(jù)的總體X擬合成僅有1×17條信息的指標(biāo)矩陣U，即對(duì)每一年中經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)的9項(xiàng)微觀指標(biāo)進(jìn)行線性組合，提取出1個(gè)綜合指標(biāo).具體的擬合步驟如下：

Step 1計(jì)算X的協(xié)方差矩陣F.

根據(jù)矩估計(jì)法，Xi的協(xié)方差矩陣為

其中為

Step 2計(jì)算F的特征值λ= (λ1,λ2,…,λ9).

Step 3計(jì)算λ對(duì)應(yīng)的單位特征向量，其中的個(gè)體，t∈[1,9]，均為9×1維度.

Step 4擬合數(shù)據(jù).

為了提高數(shù)據(jù)擬合的效率，當(dāng)選定的m項(xiàng)微觀指標(biāo)的貢獻(xiàn)率，表明前m項(xiàng)指標(biāo)已經(jīng)綜合了所有微觀指標(biāo)的信息，則最終成都經(jīng)濟(jì)擬合系統(tǒng)為

式中：

利用數(shù)據(jù)擬合方法，分別對(duì)經(jīng)濟(jì)和交通運(yùn)輸通道子系統(tǒng)涉及的指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合.圖3顯示了子系統(tǒng)擬合數(shù)據(jù)的發(fā)展趨勢(shì).

Step 2計(jì)算F的特征值λ= (λ1,λ2,…,λ9).

Step 3計(jì)算λ對(duì)應(yīng)的單位特征向量

圖3 發(fā)展趨勢(shì)Fig.3 Results of the development trend

由圖3可知：

①整個(gè)年份內(nèi)成都、重慶經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)相近，發(fā)展相對(duì)平衡.

②1998—2011年，成都、重慶經(jīng)濟(jì)與交通運(yùn)輸通道子系統(tǒng)動(dòng)態(tài)平衡；而2012—2014年，交通運(yùn)輸通道子系統(tǒng)發(fā)展滯后于經(jīng)濟(jì)，甚至出現(xiàn)下滑趨勢(shì).

(2)秩相關(guān)分析.

秩相關(guān)分析用以評(píng)價(jià)指標(biāo)之間相關(guān)關(guān)系強(qiáng)弱[9].在以前的研究中，通常為定性研究分析，對(duì)協(xié)同度的判斷缺乏科學(xué)分析[3-7].為了評(píng)價(jià)擬合系統(tǒng)間具體的協(xié)同度大小，本文采用秩相關(guān)分析，利用定量的秩相關(guān)系數(shù)來評(píng)估協(xié)同度強(qiáng)弱.

以重慶經(jīng)濟(jì)擬合系統(tǒng)Y= (Y1,Y2,…,Y17)T和交通運(yùn)輸擬合系統(tǒng)Z= (Z1,Z2,…,Z17)T為例，定義Yi、Zi是它們第i年相對(duì)應(yīng)的擬合數(shù)據(jù)值，γi為總體Y中Yi秩的觀測(cè)值[9]，θi為總體Z中Zi秩的觀測(cè)值，則Y和Z之間的秩相關(guān)系數(shù)為

Kendall證明[9]，γs(Y,Z)∈(- 1,1).γs(Y,Z)越接近 于1則表明總體Y和Z之間具有更強(qiáng)的相關(guān)性，從而具有更高的協(xié)同度.

依據(jù)式(4)，分別計(jì)算擬合子系統(tǒng)間的秩相關(guān)系數(shù)，評(píng)估協(xié)同度強(qiáng)弱，具體結(jié)果如表1所示.

表1 協(xié)同程度評(píng)估Table 1 The evaluation of the co-evolutionary

根據(jù)表1可知：

①成都、重慶經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)與交通運(yùn)輸通道協(xié)同度很高(秩相關(guān)系數(shù)分別為0.982和0.973)；

②成都與重慶經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)的秩相關(guān)系數(shù)為0.998，城市間經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對(duì)均衡.

1.4 中觀分析

本節(jié)包含3部分內(nèi)容：在中觀層面上對(duì)微觀層面的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合；利用Pawlak粗糙集約簡(jiǎn)的方法，約簡(jiǎn)關(guān)鍵協(xié)同指標(biāo)，辨識(shí)不協(xié)同指標(biāo)；在宏觀層面上對(duì)約簡(jiǎn)出的關(guān)鍵協(xié)同指標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，并與圖3中未約簡(jiǎn)的子系統(tǒng)比較，驗(yàn)證約簡(jiǎn)結(jié)果的有效性.

(1)數(shù)據(jù)擬合.

定義a-c，d-f和g、h、j分別是成都、重慶經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)及交通運(yùn)輸通道子系統(tǒng)的規(guī)模性指標(biāo)、結(jié)構(gòu)性指標(biāo)和效益性指標(biāo).依據(jù)1.4節(jié)中數(shù)據(jù)擬合的方法，在中觀層面上，對(duì)圖2中的微觀指標(biāo)分別進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合.定義E={Ek}={Ea,Eb,Ec,Ed,Ee,Ef,Tg,Th,Tj}為擬合后的中觀指標(biāo)信息，其中{Ea,Eb,Ec}為成都的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，{Ed,Ee,Ef}為重慶的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，{Tg,Th,Tj}為交通運(yùn)輸通道指標(biāo).表2為具體擬合數(shù)據(jù)值.

表2 擬合數(shù)據(jù)值Table 2 The values of fitting data

(2)Pawlak粗糙集約簡(jiǎn).

Pawlak粗糙集約簡(jiǎn)是用來確定大量信息中的關(guān)鍵屬性[10].以往關(guān)于協(xié)同度的研究[3-7]，只說明了整個(gè)系統(tǒng)的協(xié)同關(guān)系，卻沒有強(qiáng)調(diào)在協(xié)同分析中指標(biāo)的具體作用.為了研究具體指標(biāo)的影響，本文提出了經(jīng)典的Pawlak粗糙集約簡(jiǎn)方法.約簡(jiǎn)步驟如下：

Step 1計(jì)算條件屬性A.

根據(jù)表 2中E={Ek}={Ea,Eb,Ec,Ed,Ee,Ef,Tg,Th,Tj}的具體取值范圍[10]，定義條件屬性Ak∈A的取值為

Step 2計(jì)算決策屬性D.

依據(jù)Ak的取值，定義決策屬性Dk∈D的取值為

Step 3指標(biāo)約簡(jiǎn).

將年份1998—2014依次標(biāo)號(hào)為1～17，定義整個(gè)域?yàn)镚={1,2,…,16,17}.按照式(5)和式(6)，表3為條件屬性和決策屬性的具體取值[10].

依據(jù)表3，條件屬性A和決策屬性D的劃分為

表3 決策表Table 3 Decision table

因此，正域?yàn)?/p>

依據(jù)正域，區(qū)分函數(shù)[10]為

式中：π為區(qū)分函數(shù)；∨為析取范式；∧為合取范式[10].

區(qū)分函數(shù)可以通過具體的析取范式、合取范式，約簡(jiǎn)出具有代表總體發(fā)展趨勢(shì)特征的指標(biāo)，即關(guān)鍵協(xié)同指標(biāo).而那些被約簡(jiǎn)掉的，無法反映總體特征的，即為不協(xié)同指標(biāo).

依據(jù)區(qū)分函數(shù)，約簡(jiǎn)的協(xié)同指標(biāo)a、d、e、g、j依次為成都經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)的規(guī)模性指標(biāo)，重慶經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)的規(guī)模和結(jié)構(gòu)性指標(biāo)，交通運(yùn)輸通道子系統(tǒng)的規(guī)模性和效益性指標(biāo)，剩余的中觀指標(biāo)為不協(xié)同指標(biāo).

(3)約簡(jiǎn)結(jié)果驗(yàn)證.

依據(jù)1.4節(jié)的方法，在宏觀層面上分別對(duì)子系統(tǒng)所涉及的協(xié)同指標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，并與圖3中未約簡(jiǎn)系統(tǒng)進(jìn)行比較.

由表4可知，約簡(jiǎn)指標(biāo)系統(tǒng)與未約簡(jiǎn)系統(tǒng)的相關(guān)性均在0.9以上.因此辨識(shí)的關(guān)鍵指標(biāo)具有有效性和合理性.

表4 約簡(jiǎn)指標(biāo)相關(guān)關(guān)系Table 4 The correlation table of the reduction index

2 分析

以往研究分析了系統(tǒng)間整體的協(xié)同關(guān)系，而忽略了具體指標(biāo)的影響.本文從微觀，宏觀，中觀3個(gè)層面，采用性能化的評(píng)估方案考量了系統(tǒng)的協(xié)同演化過程，挖掘了不協(xié)同指標(biāo)并提出了改善建議.

(1)在宏觀層面，采用秩相關(guān)分析方法研究了協(xié)同關(guān)系，分析發(fā)現(xiàn)：

①成都、重慶經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)之間和成都、重慶經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)與交通運(yùn)輸通道子系統(tǒng)之間均具有較強(qiáng)的協(xié)同關(guān)系，這進(jìn)一步驗(yàn)證了建立成渝城市群的合理性.

②2012—2014年，交通運(yùn)輸通道發(fā)展滯后于經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)，這是由于交通運(yùn)輸通道不能為經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供強(qiáng)有力的支撐.根據(jù)協(xié)同理論[5]，可以預(yù)測(cè)，2014年以后，經(jīng)濟(jì)將促進(jìn)交通運(yùn)輸通道的快速發(fā)展，兩者將繼續(xù)保持動(dòng)態(tài)平衡.目前第4條成渝高速公路——成資渝高速公路的在建，以長(zhǎng)江干線為核心的“一主三輔”的長(zhǎng)江上游水運(yùn)航道的規(guī)劃在某種程度上驗(yàn)證了本文結(jié)論的正確性.

(2)在中觀層面，深層次研究了各項(xiàng)指標(biāo)的影響，分析發(fā)現(xiàn)在Pawlak粗糙集約簡(jiǎn)中，有一些指標(biāo)被約簡(jiǎn)掉，這是因?yàn)檫@些指標(biāo)不能反映其子系統(tǒng)的發(fā)展程度或趨勢(shì)，即為不協(xié)同指標(biāo).這些指標(biāo)與其相關(guān)子系統(tǒng)的發(fā)展呈現(xiàn)差異或不一致性，因此應(yīng)采取對(duì)應(yīng)措施促使不協(xié)同指標(biāo)所涉及到的行業(yè)加快發(fā)展，使成渝城市群經(jīng)濟(jì)與交通運(yùn)輸通道達(dá)到更高的協(xié)同水平.提出建議如下：

①成都經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)性、效益性指標(biāo)為不協(xié)同指標(biāo).針對(duì)結(jié)構(gòu)性指標(biāo)，可調(diào)整其第一、二、三產(chǎn)業(yè)的相對(duì)比例；對(duì)效益性指標(biāo)，可選擇提高地區(qū)生產(chǎn)總值指數(shù)，具體的措施如應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)，提供更多崗位機(jī)會(huì)等.

②重慶經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)效益性指標(biāo)為不協(xié)同指標(biāo).可加強(qiáng)成渝間的生產(chǎn)合作交流，提高生產(chǎn)總值，重視人均GDP水平.

③交通運(yùn)輸通道子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)性指標(biāo)為不協(xié)同指標(biāo).可以調(diào)整公路、鐵路、水路運(yùn)輸方式之間的結(jié)構(gòu)比例，提高結(jié)構(gòu)性指標(biāo)影響.具體措施如在完善公路、鐵路路網(wǎng)及水運(yùn)航道的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步加強(qiáng)路網(wǎng)、航道間的無縫銜接.目前成渝城市群間主要運(yùn)輸通道為公路與鐵路網(wǎng)，因此，可著力開展公路、鐵路的轉(zhuǎn)運(yùn)銜接，加大成渝城市群間大宗貨物的運(yùn)輸.

3 結(jié)論

為了衡量成渝城市群的發(fā)展程度和影響機(jī)制，本文采用性能化的評(píng)估方案，建立了成渝城市群經(jīng)濟(jì)與交通運(yùn)輸通道協(xié)同演化表征方法.通過建立完整的評(píng)估方法體系，利用秩相關(guān)分析和Pawlak粗糙集約簡(jiǎn)，科學(xué)分析了協(xié)同演化趨勢(shì)，確定了不協(xié)同指標(biāo)的影響機(jī)制，并相應(yīng)地提出了改進(jìn)的建議.本文仍有一些局限性，由于重慶市于1997年從四川省的行政區(qū)劃分離，單獨(dú)建市，因此選取的數(shù)據(jù)量有限.同時(shí)在未來的研究中，將采用編程的方法來實(shí)現(xiàn)更多復(fù)雜指標(biāo)的約簡(jiǎn).

[1]中華人民共和國(guó)國(guó)務(wù)院.國(guó)務(wù)院關(guān)于成渝城市群發(fā)展規(guī)劃的批復(fù)[R].國(guó)函,2016.[State Council of the People's Republic of China.Reply of the State Council of the People's Republic of China on the development planning of Chengdu-Chongqing city group[R].Letter,2016.]

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