河南省装备制造业的创新空间格局研究

张建伟，刘 倩，姚少莹，杨梦迪

(安阳师范学院 资源环境与旅游学院，河南 安阳 455000)

装备制造业是为各经济部门进行生产制造而提供技术装备的各类制造产业，是助推国民经济发展的基础性产业，是相关产业发展的战略性基点，是工业生产的核心部门[1].装备制造业的发展水平和质量是区域科技水平和生产能力的重要标志，可显示出区域的经济实力与竞争力[2].随着河南省工业化进程的不断加快，装备制造业的产业规模不断扩大，发展迅速，2019年装备制造业增加值增长了17.4%.然而，河南省装备制造业创新能力总体不强，提高装备制造业创新能力迫在眉睫.

国内外围绕装备制造业知识溢出、集群发展、创新网络、非正式联系对装备制造业创新的影响、创新合作伙伴选择、跨国互动、中美装备制造业创新对比、环境规制对装备制造业创新的影响等方面进行了集中研究，其中装备制造业创新网络的研究最为丰富.王缉慈[3]认为在新型工业化道路中，企业只有同本地进行合作结网、加强创新，才能有效地参与国际间的竞争，进入全球价值链.在创新网络方面，研究区域主要集中在中国、上海、东北地区、东营、长三角、长江经济带，主要采用社会网络分析方法[4-5]、创新“二分法”[4]、GIS空间分析方法[5-8]，借助Ucinet和ArcGIS等软件工具，基于专利合作，从多维邻近、地理邻近、研究知识学习(STI)、经验学习(DUI)、产学研合作、官产学创新合作等角度，对创新网络展开相关研究.研究发现,在中国层面，从网络结构看，经验学习是其创新结网的主要方式，从空间尺度看，研究知识学习和经验学习的区域合作重于本地合作[4]，中国装备制造业技术创新能力快速提升，无论是在整体层面，还是各子产业方面同美国相比在技术创新能力上皆有所落后[7]；对于长三角地区，创新网络中心度较高区域内各城市的产学研空间分异特征较为明显其成员多为高校，影响其行为主体建立创新合作联系的重要因素主要有知识规模邻近、地理邻近、行政邻近[8]；民营企业与高校已成为中国装备制造业的重要创新源泉，对于发达地区城市，市域合作已成为产学研创新合作最重要的空间单元[9];对于上海市，不同尺度上的演变特征呈现不同的特点，从本地尺度来看，各合作主体之间的地理距离的重要性凸显，合作主体之间平均距离骤减，区域尺度上，其发展后期才凸显地理邻近的重要性，国家尺度上地理邻近并未显示出明显作用[10]；东北地区官产学网络呈现“核心-边缘”的结构，创新主体极化效应趋于明显[11]；对于东营地区石油装备业，在创新发展方面各邻近因子均起到不同程度的积极作用与联结关系[12-13]；对于上海市而言，产业集群是其装备制造业创新的重要方式[14]，对于东营市石油装备制造业创新网络而言，以知识和经济关系为主[15]；基于对北京的实证研究发现，除汽车装备制造业外的大多数高技术产业的创新活动高度集聚在中心城区[16]；从影响因素看，对于江苏省装备制造业而言，产业集群与生产性服务发展水平是其重要影响因素[2]，从知识溢出角度，在大学和科研机构影响下，产生的本地和跨区域知识溢出效应影响强烈，同时创新网络和地理空间在其中发挥有重要影响[17].在创新伙伴选择上，客户和供应商是中国装备制造企业的首选伙伴，在其之后依次为大学与研究机构、同行业企业[18].从环境规制上看，实行严格的环境制度对促进我国装备制造业的转型存在必然的推动作用[19].在正式和非正式联系方面，对东营石油装备制造业集聚的35家企业调查发现，区域尺度下与跨区域尺度下非正式联系的主体存在很大差别，如区域尺度下的企业衍生、人员流动与高层会议与跨区域尺度下的临时集群、人才环流与知识中介，但在增加信任、降低成本、加强联系、增进技术认知与提供技术支持方面均有巨大的促进作用[20].

目前虽然装备制造业取得了较为丰富的成果，但是主要从网络、集群、合作联系等方面展开研究的，对装备制造业创新的输入与转出分析以及空间分布及内生影响因素研究较少.虽然对河南省装备制造业创新能力开展了一些研究[21]，但是对河南省装备制造业创新的空间集聚特征、创新网络特征的研究仍较少.

因此，文中利用河南省各地级市的专利数据，运用标准差和变异系数、位序-规模法则、ArcGIS空间分析以及核密度分析，对河南省装备制造业的格局进行研究，同时分析其影响因素，以期为河南省装备制造产业创新能力的提升提供一些有益的参考.

1 数据来源与研究方法

1.1 数据来源

专利是衡量技术创新的重要指标，因此，以专利授权数表征技术创新，通过对国家知识产权局装备制造业专利信息进行爬虫获取，信息包含申请号、公开(公告)号、专利号、分类号、名称、专利权利人及地址、邮政编码等信息，提取出1985—2018年河南省17个地级市的专利数据；除此之外，文中人均GDP、等级公路里程、实际利用省外资金等7个指标数据来源于河南省统计年鉴(2016—2018年).

1.2 研究方法

1.2.1 位序-规模法则 位序-规模法在最早提出时多被城市地理学家用于测度城市规模分布状况，即一个城市与该国其他城市在人口规模排序中的位序关系所存在的规律.奥尔巴赫最早提出该法则，后又被辛格、帕雷托等学者研究转换，目前被广泛应用的是罗特卡公式[22].根据文中需求，结合对数变形，得到文中所需公式[22]907：

lnPi=lnP1-qlnRi,

(1)

其中，Pi为第i位城市装备制造业专利数；P1为首位城市装备制造业专利数；Ri为第i位城市的位序；q为常数，也作为Zipf指数.当q=1时，装备制造业创新体系处于自然状态下的最优分布模式；当q>1时，处于分散化模式；当q<1时，处于均衡化(正态分布)模式.

1.2.2 标准差与变异系数 文中分别采用标准差和变异系数反映1985—2018年河南省各地市装备制造业专利数量的绝对差异和相对差异，即标准差表征绝对差异，变异系数表征相对差异.

1.2.3 核密度分析 为了更直观地呈现河南省装备制造业创新中心点的空间分布，文中选用核密度分析法，在核密度计算中，需要利用R语言编写地址转换为经纬度坐标的程序，实现装备制造业专利分布地址得以批量转换为经纬度坐标.使用ArcGIS 10.2，进行核密度分析，使用相同的分级规模分层设色，使得地图上显现不同层级的核心密度的分布区域.

2 位序-规模法则

根据(1)式，计算出河南省装备制造业创新产出位序-规模双对数关系.观察研究发现，许多年份的装备制造业创新产出数据很难用一条高度拟合的直线或曲线表示出来，数据常出现一个或多个明显的分岔，而从分岔处隔开的2个或3个线段常表现出高度拟合的效果，由此呈现多个无标度区的现象，说明河南省装备制造业创新产出存在多个分形结构，具有明显的分层现象.据此，利用OriginPro软件对1985—2018年河南省装备制造业产出的位序-规模分布进行无标度区的拟合分析,得到表1.通过观察，文中将河南省装备制造业创新产出位序-规模分布划分为3个发展阶段，并逐段分析.

1)1985—1990年为单分型，各地级市装备制造业创新发展均处于较低阶段，呈均衡化分布状态.① 此阶段内各年份装备制造业创新产出均只存在一个无标度区，呈现单分型结构，此阶段内各地级市的装备制造业创新产出均较低，发展差异不大，高位序城市发展不突出，并且各个地级市均在统计范围之内，彼此规模差异基本保持平衡；② 各年份Zipf指数均小于1，整体呈增大趋势，说明该阶段内各地级市装备制造业创新产出呈均衡化分布状态，各地级市创新产出均较低，创新产出发展差异不明显；③ 1985年，专利体系初建，各地级市创新发展均处于初期阶段，作为河南省省会城市，郑州市经济相对发达，制度完善程度较高，相比其他地级市处于绝对首位，随着专利体系不断完善与扩散，创新规模较小的城市步伐加快，逐渐缩小与相对发达城市的差距.

2)1991—2012年为二分型结构，创新产出结构趋向正态分布，各地级市创新产出差异逐步减小.① 此阶段内，1991—2001年无标度区一中的Zipf值多大于1，说明这一时期中大城市的创新产出呈分散化模式分布.1991年经国务院批准第一批国家高新区成立，河南省以郑州市为代表的大城市发展较为迅速.无标度区二中的Zipf值多小于1，说明此阶段规模较小的城市装备制造业创新发展呈均衡化分布状态.② 2001年后各年份2个无标度区中的Zipf值均在1以下，说明该时期各地级市装备制造业创新产出呈正态分布模式，在2个无标度区中Zipf值基本呈下降趋势，各城市创新产出规模集中化明显.③ 济源市因地理位置、经济状况以及创新投入等因素的影响，发展动力不足，创新能力较低，创新产出长期处于落后状态，发展潜力巨大.

3)2013—2018年为回归单分形结构，各地装备制造业创新均有长足发展.① 该时期仅存在一个无标度区，且各年份均完整地将各地级市纳入统计范围之内，说明该时期各地级市的装备制造业创新产出规模均有所发展，高位序城市的发展优势相对减弱，位序规模趋向稳定.② 此阶段内，各年份Zipf值均在0.7左右徘徊，且R2均在0.9以上，说明该阶段内各地级市装备制造业创新发展基本呈均衡化分布状态，各地级市创新产出发展到较高阶段，差异相对减弱.③ 从1985年专利体系初建发展至今，河南省各地级市陆续建立高新技术开发区、产业集聚区等，装备制造业创新体系日渐完善，再加上郑州市、洛阳市、新乡市的技术发展的辐射和带动作用，各地级市装备制造业创新逐渐趋于稳定.

3 河南省各地级市创新产出的时空演变

3.1 时间差异演变

从图1可以看出，1985—2004年河南省装备制造业创新的绝对差异(标准差)增长缓慢，从1985年的25.307增至2004年的317.651，20年增长了292.344，这是由于2004年以前河南省装备制造业创新产出水平相对较低，绝对差异较小；2004—2010年这7年各地装备制造业创新绝对差异出现明显增长，2010年增至1 361.665，增幅明显加大，这一时期各地级市创新产出均有明显增加，但各地增长幅度差异也逐渐加大；2010—2018年绝对差异持续增加，且增幅极大，到2018年各地装备制造业创新产出的绝对差异达到1 0642.43，各地装备制造业创新呈现明显不平衡状态.1990年之前，各地装备制造业创新产出相对差异(变异系数)呈下降趋势，各地区均有所发展，拉低了相对差异；1990—2005年变化不大，基本保持在1.2左右；2005—2008年相对差异变化明显，从2005年的1.249 069猛然增高至2007年的1.696 069，随后突降至2008年的1.342 692，之后缓慢增长，说明郑州、洛阳、新乡等市条件较好的地区发展迅速，拉大相对差异，创新空间布局进一步优化.

图1 1985—2018年河南省装备制造业专利数标准差和变异系数

总之，1990年之前，各地装备制造业创新产出绝对差异缓慢增长，而变异系数即相对差异发生明显下降.其余年份绝对差异明显增长，相对差异也呈增长态势，表明河南省各地级市装备制造业创新产出的集中效应和不均衡性明显.

3.2 空间结构演变

采用聚类分析方法将河南省装备制造业创新分为“高、较高、一般、低”4个等级，分析1985—2018年河南省各地级市专利数量空间结构演变(图2)，郑州市作为省会城市，不仅是高校与高新人才的聚集区，而且拥有高数量与大规模的高新工业区，也是郑州市稳居高点区的有利条件；而三门峡、鹤壁、商丘、周口、漯河、驻马店、信阳7个地级市在33年间均位于低点区.

图2 1985—2018年河南省各地市专利数量空间结构演变

1985年河南省处于创新产出最弱时期，高点区主要集中于郑州市，其次是洛阳市，其余地级市均处在一般或低点区，极化现象较为突出；1990年较高点增加至3个地级市，分别为洛阳市、新乡市、南阳市，低点区数量有减少但降幅不大；1995年由于整体数量的提高，较高点降至洛阳1个地级市，但低点区明显大幅度减少；2000年开封、焦作、商丘、安阳、平顶山5个地级市由一般转变为低点区，低点区数量出现大幅增长，空间分布结构出现极化现象；2005年与2000年相比，除郑州、洛阳、新乡3个地级市，其余地级市均落至低点区，创新产出空间分布结构极化现象严重；2010年与2005年相比创新产出能力有所提高，焦作、许昌、南阳3市进入一般阶段，其中许昌市25年来首次脱离低点区，创新发展进入的新阶段；2015年新乡发展迅速，首次升入较高点区，焦作则重新落至低点区；对照2018年与2015年，河南省创新产出空间变化较小，结构趋于稳定，但其中许昌市8年间创新产出能力大涨，2018年许昌市进入较高点区，创新发展进入新阶段.

总的来说，河南省的创新产出空间结构在1985—2018年间基本稳定，豫南地区多数城市仍然为低点区，创新产出能力较弱.由于郑州市的中心效应，由郑州市向外辐射的豫北地区多为较高点区或一般区，郑州市、洛阳市等装备制造业历史悠久的城市在创新产出上较为稳定且高产，同时也在政策、地缘关系等因素的影响下形成了洛阳市、新乡市、许昌市等次核心区.

4 河南省各地市创新产出的核密度分析

为了更进一步探讨河南省装备制造业的创新产出能力，文中采用核密度分析法，从更小地理尺度深入探讨河南省创新能力发展情况.文中选定1985—2018年的专利数据，通过ArcGIS 10.2软件进行核密度分析并通过自然断点法分为“低值区、较低值区、中值区、较高值区、高值区”5个等级，得出下列8个年份的核密度图(图3).

至1985年河南省各地级市处于装备制造业发展初期阶段，郑州市高值区聚集最为密集，其次为洛阳市、开封市，而郑州市以南地区装备制造业密度值较低，整体呈现北密南疏的现象.

1990—1995年豫北地区装备制造业发展历史悠久、基础完善、发展迅速，1991年和1992年，郑州市和洛阳市高新技术开发区也分别被批准为国家及高新区，初步形成了以郑州市为核心区、以洛阳市为次核心区向外围城市扩展的“核心区-次核心区”结构布局，而豫南地区的装备制造业空间格局和规模与1995年相比差异不大.

2000—2010年，豫北地区创新产出数量增长迅速，装备制造业聚集趋势依旧，核密度高值区扩大趋势向好，豫北地区装备制造业发展趋势主要呈现“东北—西南”走向，其中郑州市高新开发区将2000年确定为“创新年”并实施以提高创新能力为目的的“2436工程”，2009年经科技部批准，郑州市高新开发区进入首批国家创新型科技园区建设行列，郑州市迅速占据绝对的核心位置；2004年洛阳高新技术开发区入选首批河南省知识产权试点园区，并随着新乡市高新技术开发区进入发展新阶段，洛阳市、新乡市逐渐成为次核心区；豫南地区创新产出的空白逐渐填补，南阳、信阳等市出现装备制造业小型集聚现象.

至2015年河南省装备制造业核心区域面积不断扩大，深化了郑州市创新产出的核心地位，同时提高了洛阳与新乡创新产出的地位，形成了装备制造业连片发展格局，且主要聚集于豫北地区.以郑州市、新乡市、洛阳市为中心，国务院于2016年批准建设郑洛新国家自主创新示范区，以期建成高新示范核心区.豫南地区除南阳市之外，无明显聚集现象，南阳市西侧出现初期创新产出城市小型集聚带.

至2018年，河南省装备制造业创新产出基本呈现“十”字形分布，创新产出集聚区交点为郑州市，东西向分布：洛阳—郑州—新乡—濮阳；南北向分布：安阳—鹤壁—新乡—郑州—新郑—许昌—平顶山—漯河—驻马店—信阳；其中新乡市长垣县产业集聚区与许昌市长葛市产业集聚区均为河南省省级高新技术产业开发区，具备良好的发展优势，对照2010年均实现新突破.

5 影响因素分析

5.1 指示选指

交通因素一直是产业发展的重要因素，并且市场规模、政府行为、资金投入等因素也逐渐为人们所关注，大量理论与实证研究也证明其在装备制造业发展中发挥了巨大作用.根据上述信息并结合数据的可获取性，文中选用以下几个指标.

① 交通因素,交通通达程度是影响装备制造业的重要因素之一，文中选取等级公路里程指标以表达交通通达程度；② 市场规模,考虑到人均消费水平和近年来网购、代购以及微商的兴起，文中选用人均生产总值和国际互联网用户数2个指标；③ 政府行为,政府支持对装备制造业发展的影响也是不容忽视的，其最直接的表现形式就是政府资金的支持，因此文中选用了科技占财政支出比重这一指标；④ 资金投入,除了政府财政的支持，社会企业在科技创新上的投入是装备制造业创新资金的重要来源，因此实际利用省外资金、实际利用外资以及R&D(research and development)经费内部支出也是研究装备制造业创新的重要指标(表2).

表2 装备制造业创新发展影响因素分析指标选取

5.2 结果分析

为了探讨河南省创新发展的影响因素，文中以上述指标作为自变量，以专利数据表征装备制造业创新程度作为因变量，因各个指标数据单位不同，故需先进行指标标准化，再通过SPSS进行运算分析.

经相关性检验与因子分析后，发现KMO(Kaiser-Meyer-Olkin)值为0.729，表明自变量之间有较强的共线性，需首先进行因子分析.因此，采用主成分分析法将指标分为2个主成分之后进行回归分析.发现第1主成分F1与实际利用省外资金、国际互联网用户数、实际利用外资、R&D经费内部支出有较强相关性，因此将以上4个指标归入第1主成分中；第2主成分与人均国内生产总值、等级公路里程、科技占财政支出比重相关性较强，因此将其归入第2主成分中，从而得到回归方程：

Y=0.869F1+0.326F2+1×10-13,

其中R2为0.862，2个主成分的拟合效果较好.之后通过因子分析得到回归模型：

回归模型显示：① 文中所选取的指标都对河南省装备制造业创新有正向影响.X5～X7的回归系数均在为0.19以上，其中，企业内部的支持对装备制造业创新的影响需重点关注，X7的回归系数在7个指标中最高，达到0.219 215；② 市场需求对河南省装备制造业创新也具有重要的拉动作用，X3与X2的回归系数分别为0.206 260,0.124 425，也就是说，国际互联网用户数和人均生产总值每增加1%，对河南省装备制造业创新产出就分别有0.206 260和0.124 425的贡献率，说明经济发展水平越高，人们需求越旺盛，也就越拉动装备制造业创新产出；③ 与资金和市场相比，政府支持与交通因素的拉动作用就相对较小，表征政府支持的X4的回归系数为0.136 14，交通因素的正向影响尤低，X1的回归系数低至0.043 499，说明政府支持和交通在与河南省装备制造业创新上的联系效果仍有待提升.

6 结论

1)1985—2018年，河南省装备制造业的创新产出符合位序-规模法则，大多年份呈现正态分布(均衡化)模式，无标度区无明显变化，说明河南省各地级市装备制造业创新产出的分布特征在不同时期虽有变化，郑州市长期处于核心地位，1991—2012年各地区发展差异突出，其余年份由于种种原因与其他地级市的发展差异相对较小.

2)不管是1985年，还是2018年，郑州市装备制造业创新产出均处于绝对首位，但近年来，随着各地经济的发展、市场的扩展，洛阳市、新乡市、许昌市等地区创新能力有所提高，创新产出增加，形成次核心区.

3)不管是绝对差异和相对差异，还是核密度分析，都表明河南省装备制造业集聚明显.多年来，河南省各地级市装备制造业创新产出不平衡，豫南地区多数城市装备制造业聚集较弱，创新能力发展空间较大，而豫北地区由于政策推动、较发达城市的中心效应等因素，形成了创新能力高、创新发展迅速的装备制造业聚集区.

4)影响河南省装备制造业创新发展的因素具有多样性，文中所选用的因素对河南省装备制造业创新发展均有积极作用，从回归模型的结果来看，创新资金的投入对装备制造业发展有着至关重要的作用，随后便是市场规模因素的影响，相比之下，政府支持的拉动作用就略显不足，它对装备制造业创新产出的贡献率为0.136 140，交通因素对装备制造业创新的影响更是微乎其微，等级公路里程每增加1%，对装备制造业创新产出的贡献率仅为0.043 499.