基于云模型的城市创新生态系统健康性评价研究——以安徽省地级市为例

史竹生

(安徽工业大学 商学院，安徽 马鞍山 243032)

引言

自从我国提出经济发展向创新驱动发展转型以来，城市作为我国创新体系的基本区域组成单位，越来越受到政府、学界和媒体的关注。我国关于城市创新的研究和重点布局兴起于21世纪初，2005年国务院提出了“建设创新型国家”的重大战略目标任务，并在《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006～2020年)》中提出力争到2020年进入创新型国家行列[1]。至此，国内许多城市相继都提出建设创新型城市的目标，并将提高城市创新生态系统能力作为城市发展的重要任务。创新生态系统是生态学理论与创新理论相结合而涌现出的一种新的创新形式，城市创新生态系统建设作为国家创新和企业创新之间的桥梁越来越备受关注。本研究在对城市创新生态系统健康性内涵进行深入挖掘的基础上，结合城市创新生态系统健康机理研究成果，考虑到指标体系构建的重要原则。运用云模型方法定量分析2013年安徽省16个地级市的创新生态系统发展健康性发展水平，最后有针对性地提出促进安徽省城市创新生态系统可持续健康发展的、具有可操作性的建议。

一、研究现状

对创新生态系统的评价研究多集中在健康性、健康及效率、适宜度、创新绩效、风险评估等方面。苗红等结合生态学理论，从活力、组织、恢复力、服务性、企业衍生、对邻近系统的破坏性及外部输入性等方面，构建了生态系统健康评价指标体系，提出了区域创新生态系统健康的内涵与评价方法，建立了生态系统健康评价指标体系及评价标准，提出了区域创新生态系统健康的内涵与评价方法[2]。周青等在构建区域创新生态系统适宜度评估指标体系的基础上，采用生态位综合评估模型对我国部分区域进行了实证分析[3]。罗亚非等运用稳健主成分分析法，对区域技术创新绩效进行了较为全面的分析与研究[4]。张运生等构建了企业创新生态系统风险评价指标体系，对系统风险进行了测算[5]。在指标设计方面，Hollanders等通过构建创新效率评价体系，将21个国家进行分类，将这些国家划分为创新领导者、创新追随者、温和创新者，追赶国家四个类型。通过评价分析，他们认为创新效率是创新驱动、知识创造、创新和创业三个方面的结合，创新产出包括可应用的成果和智力成果两部分[6]。李洋选取40家互联网企业为研究对象，探索性的采用因子分析法对创新生态系统整体进行健康度评价，对企业创新效率进行了描述[7]。韩英将区域创新生态系统运用在区域适宜度评价中，利用生态位模型分析评价，分析评价了国内2007年至2016年30个省市的区域创新生态系统适宜度情况[8]。研究视角上，国内外学者对创新生态系统的研究多是围绕国家创新和企业创新层面展开，其中只有部分研究涉及到了区域层面，专门针对城市创新生态系统的研究比较少见。本研究拟在总结前人对城市化与生态系统研究成果的基础上，充分考虑城市创新生态系统中城市化发展与生态环境保护两个重要因素，基于指标体系的构建，对样本城市的测算结果进行综合评价和比较分析，评估各样本城市创新生态系统的健康状况及其发展趋势，发现各样本城市创新生态系统发展中存在的问题和不足，探寻影响城市创新生态系统健康性的关键因素。

二、城市创新生态系统健康性评价模型构建

(一)指标体系的构建

基于城市创新生态系统相关指标数据的科学性和可获得性等原则，考虑到城市创新生态系统中城市化发展与生态环境保护这两个重要因素，本文构建了将城市化发展水平和生态环境发展水平的评价指标作为城市创新生态系统健康性评价体系[9]，具体分别如表1和表2所示。

表1 城市化指标体系

表2 生态环境指标体系

(二)研究方法

1.数据标准化方法

本文采用的标准化计算公式为：

(1)

(2)

其中，Zij为标准化值，zij为第i个样本的第j个观测值，zkj第j个指标的目标值。

2.权重确定方法

熵值法是利用评价指标将固有信息进行有序化并将差异确定为权重的一种客观赋权方法，该方法在于避免主观因素带来的偏差和能够真实反映指标的相对变化[10]，因此，本文采用熵值法来确定各项指标的权重，具体计算步骤如下：

设Zij表示第i个样本的第j个标准化值(i=1,2,…,k;j=1,2,…,l)，其中k和l分别表示样本和指标的个数。

第一步，根据式(1)或式(2)对数据进行标准化处理。

第二步，根据式(3)求第j项指标在第i个样本下的比重Mij：

(3)

第三步，根据式(4)计算第j项指标的熵值Wj：

(4)

第四步，根据式(5)求取第j项指标的差异性系数Pj：

Pj=1-Wj

(5)

第五步，根据式(6)计算指标Zj的权重Hj：

(6)

3.云模型处理方法

云模型概念最早由李德毅院士提出，通常用于处理数据间定性和定量映射的转换，是一种处理定性概念和定量表示的不确定性转换模型的方法。云模型在实现定性概念表述中，首先会产生无次序的云滴，云滴确定度反映了概念大小，其次生成的云滴越多越能反映定性概念的整体情况，云模型能将事物的模糊性和随机性很好地结合起来[11]。云发生器有正、逆两种发生器，本文采用逆向云发生器得到的云模型数字特征值(Ex,En,He)，来反映出数据的特征情况。逆向云发生器是以一组云滴Drop(xi,yi),i=1,2,3,…,n为样本，获取定性概念的云模型数字特征值(Ex,En,He)，实现将数值转换为定性语言值的过程。逆向云发生器操作方法如图1所示：

图1 逆向云发生器

第二步，利用权重，通过对各个进行逻辑运算得到新云称为模拟云，得到最终各城市评价云模型。模拟云理论的浮动云计算公式如下：

(7)

(8)

(9)

其中，Vi为第i个指标的权重，(Exi,Eni,Hei)为第i个指标的云模型参数，n为指标的总和。

4.云模型评价

为了便于城市创新生态系统健康性评价，本文采用云模型中客观公平的黄金分割模型驱动法。此方法主要基于黄金分割率的云概念，将给定的论域看成语言变量，每个语言变量都用云模型来表达这些语言值，可以有效地避免数据处理中人工的干预[12]。其云的熵和超熵依据与论域中心的距离而判断，越接近论域的中心，云的熵和超熵越小，其中规定，相邻云的熵和超熵中是以0.618倍一次增大，一般取三到五个奇数个数的云。一般的，在化[0,1]之间，将论域分成5个评价等级，对应很差，差，中等，好，很好：C1=(0.000,0.103,0.013),C2=(0.309,0.064,0.008),C3=(0.500,0.039,0.005),C4=(0.691,0.064,0.008),C5=(1.000,0.103,0.013)。

图2 评价集

三、实证分析

(一)原始数据处理

本文选用2013年安徽省16个地级市数据对安徽省城市化与生态环境协调发展的区域差异进行比较分析。数据主要来自2014年安徽统计年鉴及16地市年鉴，还有部分数据源于安徽城镇化发展报告。各地级市数据经云模型方法处理，结果如表3和表4所示：

表3 安徽省16个地级市城市化指标数据云模型结果

表4 安徽省16个地级市生态环境指标数据云模型结果

(二)权重的确定

利用熵值法计算得到安徽省各地级市2013年各项指标的权重，具体结果如表5所示：

表5 城市化与生态环境各指标的权重

(三)评价结果及分析

将各分指标云模型数据和各指标权重代入式(7)、(8)、(9)，最终计算出安徽省16个地级市创新生态系统健康性评价水平。结果如表6所示：

表6 安徽省16个地级市城市化与生态环境的协调发展水平

由表6可知，安徽省16个地级市创新生态系统健康性发展水平较高的有合肥、芜湖、马鞍山、淮南和淮北，健康性均达到中等以上；池州、黄山得分较低，健康性均在中等以下，铜陵、滁州、蚌埠、安庆、六安、阜阳、亳州、宿州和宣城等城市健康性略低于全省中等以下水平。这说明，安徽省城市创新生态系统总体发展水平较低，并且城市间差异性较为明显。城市创新生态水平健康性水平排名靠前的为合肥、芜湖、黄山和淮南；安庆、亳州、铜陵、蚌埠、池州、阜阳、滁州、淮北、宣城、马鞍山、六安和宿州城市健康性水平普遍较低。总体来说，全省城市间生态环境发展水平差异较大，大部分地级市还处于较低水平。

为了更加直观且清晰地展示出各地级市的协调情况，本文借助云模型图形对其进行空间可视化分析。从安徽省16个地级市的创新生态系统协调发展状况可将安徽省城市健康性水平划分为三种类型：第一类为良好健康型，此类只有合肥市、芜湖市、黄山市和铜陵市；第二类为中等健康型，有淮南市、马鞍山市、淮北市、安庆市、亳州市、滁州市和蚌埠市；第三类为勉强健康型，包括宣城市、阜阳市，六安市、池州市、宿州市。

图3 健康性评价云模型分类图

四、研究结论与建议

综合上述实证结果，可以得到如下结论：

第一，2013年安徽省各地市城市创新生态系统健康性整体水平较高，但各地市差距明显。16个地级市均步入了协调发展阶段，说明安徽省整体上城市化和生态环境协调发展状况较好，但是良好健康型的城市只有合肥市、芜湖市、黄山市和铜陵市，其他大部分地市处于中等健康型发展阶段，还有5个城市仅处于勉强健康型发展阶段，达到良好健康型以上的地市所占比例太少。这说明安徽省地级市创新生态系统健康性发展水平普遍存在脱节现象，差距十分明显。这些说明了城市创新生态系统健康性发展进程对城市创新发展的推动作用较弱，需要进一步推动城市创新生态系统健康性发展。

第二，每个城市在关注自身创新发展的同时，也要主动学习健康性较高城市的先进经验，加强城市之间的交流与合作，这样必将提升自身创新生态系统的发展速度。在改善城市创新生态系统健康性实践中，城市化与生态环境协同发展至关重要，具体可形成以政府投入为引导、企业投入为主体、社会资本广泛参与的城市创新生态系统体系。再次，每个城市应结合自身发展特点，吸取先进城市健康性经验，围绕“开放、创新、诚信、宽容、务实”的创新精神，加快城市创新生态系统建设，完善城市化与生态环境协调发展创新模式，加大改革投入，为城市创新提供优质公共服务和社会环境。

第三，为了更好地提高城市创新生态系统健康性水平，安徽省各城市间可以建立信息化合作平台，通过平台将城市之间连接起来。过去城市的创新发展受到区城、交通、资源等条件制约，现在通过区域间合作平台完全可以将分散的、海量的资源聚集起来，实现各种资源要素的对接，尤其是人才、知识、资金和技术的对接，有助于推动开放共享、相互融合、实现供需精准匹配，提高各城市资源的利用效率。加强组织创新、促进城市之间的技术合作，进行组织创新，这对整个城市创新生态系统的健康性的提升都有非常大的帮助。