中国城市技术创新能力的空间特征及影响因素
——基于空间面板数据模型的研究
王俊松 1,2，颜燕 3，胡曙虹 1,2
（1.华东师范大学城市与区域科学学院区域地理系，上海 200062；2.华东师范大学城市与区域科学学院科技创新 与发展战略研究中心，上海 200062；3.首都经济贸易大学城市经济与公共管理学院，北京 100070）
1 数据与方法
城市技术创新能力的指标有很多，主要从投 入和产出两个方面，投入指标主要包括企业研发 投 入 等 ，产 出 指 标 包 括 专 利 授 权 数 、新 产 品 产 值 等。投入指标难以反映一个地区的实际创新能 力。产出指标中，目前缺乏统一的新产品产值的 统计标准，而专利数能够在一定程度上反映企业 的创新能力，本文借鉴已有的研究[3, 9, 15~ 17]，使用城 市专利授权数据反应城市的创新能力。已有的文 献多使用专利授权数量数据，由于笼统的专利授 权数据难以反映实际创新能力，本文进一步将专 利区分成发明授权、实用新型、外观设计 3 个方 面。发明专利是对产品、方法或其改进提出的新 的技术方案；实用新型专利是对产品的形状、构造 做出的适用于使用的新的技术方案；外观专利是 涉及产品的形状、图案或色彩与形状图案的结合 并运用于工业上应用的新设计。其中发明专利的 技术创新水平最高，相对于其他专利更有助于反 应区域实际创新能力。本文的专利数据来源于国 家知识产权局网站中国专利公布公告系统，利用 爬虫程序获得 2003~2013 年中国地级及以上城市 （不包括港澳台地区）发明授权、实用新型、外观设 计专利授权数量。其他城市数据主要来源于历年 中国城市统计年鉴[18]，研发数据来源于国家统计局 企业统计数据汇总。本文选用基尼系数探讨中国 城市专利创新的总体区域分异情况，采用空间自
第37 卷第 1期 2017 年 01 月
地理科学
Scientia Geographica Sinica
Vol. 37 No. 1 Jan ., 2017
王俊松，颜燕，胡曙虹.中国城市技术创新能力的空间特征及影响因素——基于空间面板数据模型的研究[J].地理科学,2017,37(1):11-18.[Wang Junsong, Yan Yan, Hu Shuhong.Spatial Pattern and Determinants of Chinese Urban Innovative Capabilities Base on Spatial Panel Data Model. Scientia Geographica Sinica,2017,37 (1):11-18.] doi: 10.13249/ki.sgs.2017.01.002
1期
王俊松等：中国城市技术创新能力的空间特征及影响因素
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图 1 中国地级市三大专利的 K 密度分布（2003 和 2013 年）
Fig.1 K density of three patents of Chinese prefecture level cities in 2003 and 2013
图 2 2003~2013 年中国城市三大专利基尼系数变化
Fig. 2 Gini index of three patents of Chinese prefecture level cities in 2003-2013
看，2003~2011 年，3 种专利产出以城市为单位的基 尼系数基本不变，仅外观设计专利基尼系数有微弱 降低，2011 年以后，3 种专利产出的基尼系数出现较 明显的降低趋势，表明创新专利产出近年在空间上 出现了较明显的创新扩散趋势。李国平等[9]基于 省区 1997~2008 年的研究发现创新产出的基尼系 数呈上升趋势，本文则发现 2011 年以后基于城市 单位的创新产出基尼系数出现下降，表明创新能 力出现扩散趋势。Crescenzi 等[3]比较了中国、印度
新古典经济学家熊彼特认为创新是现代经济 增长的核心 。 [1] 罗默则认为技术进步是经济增长 的内生变量[2]。随着中国经济发展进入新阶段，创 新在经济发展中的作用日益提升。党的十八大以 来，国家提出实施创新驱动的发展战略，强调科技 创新是提升国家综合国力的战略支撑，并将其摆 在国家发展全局的核心地位。国家“十二五”规划 提出进一步推进创新型国家建设的战略。各地方 政府纷纷将营造创新环境、提升创新能力作为地 区发展的重要任务。但并非所有的地区都有能力 吸引创新要素，实现创新驱动的发展。创新有其 显著的特点，一是高度集聚在少数城市，即使在美 国这样的创新大国，创新产出也高度集聚在硅谷、 波士顿 128 号公路等少数地区，新兴国家的创新活 动尤其高度集聚在少数地区[3]；二是创新存在空间 溢出特征，由于知识的可复制性和流动性，创新存 在地区间的空间溢出效应，由于创新活动中的缄
力。政府支持、工业基础、高等教育资源、创新投入、经济外向度显著影响城市技术创新能力水平的提升，且政府
支持和城市高等教育资源对城市技术创新能力的影响出现增强趋势。
关键词：城市；专利；技术创新能力；空间面板数据；趋势面分析
中图分类号：K902
文献标识码：A
文章编号：1000-0690(2017)01-0011-08
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地理
市或区县的研究可以克服研究知识溢出过程中空 间尺度过大的问题，但难以反应全国整体的创新 空间格局的演化趋势。另外，随着近几年国家创 新驱动发展战略的实施，创新空间格局出现新的 变化，需要进一步分析空间创新格局的新趋势并 从动态的角度探讨影响创新空间格局的因素。
本文采用地级市尺度的研究，使用多种方法 探讨中国城市技术创新能力的空间分异特征及影 响因素。① 采用较长时间的数据探讨城市技术 创新能力的动态变化，尤其是近几年国家实施创 新驱动发展战略后的空间发展变化；② 充分考虑 地级单元的空间相关性，探讨地级尺度水平上的 创 新 溢 出 情 形 ；③ 基 于 多 年 空 间 滞 后 和 空 间 Durbin 面板数据模型探讨创新能力差异的决定因 素及变化；④ 充分考虑不同类型的专利创新的空 间差异性。
∑∑ ①
基尼系数可以表示为
G
=
1 2N2μ
i
j
| |||
xi
X
xj
| |||
增强，推动了创新的区域扩散和空间溢出。② 发明专利、外观专利和实用新型专利的创新水平依次降低，空间
集聚程度依次提高，空间相关性依次提高。③ 固定效应面板数据的空间滞后模型和空间 Durbin 模型的计量结
果发现，城市技术创新能力存在显著的空间溢出效应，邻近城市技术创新能力的提升有助于提升该市的创新能
摘要：基于 2003~2013 年城市专利数据采用基尼系数、趋势面分析、空间动态面板数据模型等方法探讨了中国城
市技术创新能力的空间分布和影响因素。研究发现：① 中国创新能力高的城市高度集聚在沿海三大区域及内
地的区域中心城市，随着时间推移，创新能力在空间上呈现扩散的趋势。城市技术创新能力的空间相关性逐渐
已有的研究显示专利创新的空间格局具有一定的 锁定效应或路径依赖效应[9]。从各专利产出的空 间扩散趋势看，专利产出分布主要呈现以中心城 市为核心向外扩展的趋势。 2.2 中国城市技术创新能力的集聚与空间分布差 异变化
基尼系数和 Theil 系数是反应区域差异的重要 指标①。本文计算了 2003~2013 年，以地级行政单 元为单位的 3 种专利产出的基尼系数（图 2），结果 表明，① 三大专利产出的基尼系数在 2003~2013 年间均保持在较高水平，高于 0.78，表明创新活动 仍然高度集聚在少数城市。② 发明授权、外观设 计、实用新型专利的基尼系数依次降低，反映了这 几种专利创新水平的差异，发明专利创新技术含 量和难度系数最高，专利产出高度集聚在少数城 市，外观设计其次，实用新型专利创新含量最低， 在 空 间 上 最 为 分 散 ；已 有 的 研 究 表 明 ，知 识 越 隐 性、复杂和系统化，越倾向于集聚在少数地区[21]，发 明专利涉及的知识更加复杂和系统，显然较其他 两种专利更加集聚。③ 从基尼系数的变化趋势
默知识依赖于面对面地交流，创新活动的知识溢 出效应随着距离的增加迅速下降；三是创新能力 是动态发展的。因此，需要从较小的空间尺度探 讨创新能力的空间分布特征，并充分考虑创新能 力的空间依赖性和动态特征。
当前围绕创新能力的研究主要包括以下几个 方面：① 基于投入和产出及创新环境等综合指标 的创新能力评价研究[4~8]；② 创新活动及创新资源 配置效率[7, 8]；③ 创新活动的空间分布与空间集聚 特征[3, 9, 。 11~13] 但是当前对创新能力空间分布的研 究主要是基于省区层面的研究或是一个省内的研 究，以省区为单位的研究容易忽视省区内部城市 之间创新能力的异质性[5]；尽管已有的研究发现省 区之间存在较强的空间依赖和空间溢出效应 ， [9,11] 但由于地理距离带来的信息衰减，且创新过程中 意会知识的传播依赖于面对面的交流[14，15]，创新溢 出往往发生在较小的空间尺度上。对省区内部城
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
收稿日期：2016-01-05；修订日期：2016-05-30 基金项目：国家自然科学青年基金项目(41301117)资助。[Foundation: National Nature Science Foundation of China (41301117).] 作者简介：王俊松（1983-），女，安徽利辛人，讲师，博士，主要从事创新和区域发展研究。E-mail：wjsenjoy@
科学
37 卷
相关系数探讨中国城市技术创新能力的集聚情 形，基于趋势面分析考察城市创新分布的空间趋 势，最后基于空间面板数据模型探讨城市创新能 力的影响因素。
2 中国城市技术创新能力分布的空 间特征
2.1 城市技术创新能力的整体分布及变化 为考察中国城市创新的空间分布，本文利用
ArcGIS 核密度分析工具，设置搜索半径为 15 km、 输出单元半径为 1.5 km，分别作 2003 和 2013 年中 国 城 市 发 明 授 权 、实 用 新 型 、外 观 设 计 专 利 授 权 量的 K 密度图（图 1）。可以发现：① 中国创新能 力高的城市主要分布在沿海地区，尤其集中在以 北京为中心的京津地区、以上海为中心的长三角 地区和以深圳为中心的珠三角地区，这些地区拥 有 的 多 样 化 的 产 业 结 构 [19] 和 丰 富 的 人 力 资 本 条 件，成为吸引创新活动的高地。这种格局与已有 的研究结论[20]一致。② 发明专利、实用新型、外 观设计专利授权量的空间分布在宏观上基本一 致，也存在一定差异。发明专利更加集聚在东部 沿 海 地 区 ，尤 其 高 度 集 聚 在 北 京 地 区 ，这 与 北 京 科研院所众多，拥有雄厚的基础科研实力密切相 关，而实用新型和外观设计专利产出则主要集聚 在长三角和珠三角地区。这两种专利是在已有创 新的基础上根据市场需求的再创新。长三角和珠 三角地区的市场化水平较高，企业有较强动力对 产品进行实用性和外观方面的创新改进，所以这 两种专利在市场化水平更高的长三角和珠三角地 区集聚度更高。③ 2003~2013 年，创新专利授权 数量的空间分布逐渐向内陆地区扩展。2013 年， 发 明 专 利 分 布 主 要 集 聚 在 北 京 地 区 ，除 北 京 外 ， 以 上 海 、深 圳 、武 汉 为 核 心 的 地 区 也 拥 有 较 多 的 发 明 专 利 产 出 ；深 圳 市 以 华 为 、中 兴 等 研 发 创 新 企 业 为 依 托 ，发 明 专 利 不 断 上 升 ；以 上 海 为 中 心 的长三角地区是发明专利产出的最大集中连片 区。实用新型专利分布更加分散，2003 年，实用 新型专利产出主要分布在上述三大地区和在山东 半岛、辽东半岛地区；2013 年，实用新型专利分布 进一步扩展，以上海、苏州、杭州、宁波为核心的极 化区进一步扩大。外观设计专利呈现以长三角和 珠三角两大极核为中心不断扩张的分布态势，尤 其以长三角的外观设计专利产出的核密度最高。