基于三支决策的黄河流域城市高质量发展研究

张晓琴,李 宇,陈佳佳

(山西财经大学 统计学院,山西 太原 030006)

一、引 言

中国特色社会主义进入新时代以来,中国经济发展也进入了新时代。这一转变的基本特征,就是习近平总书记在党的十九大报告中指出的,中国经济已由高速增长阶段转向高质量发展阶段。作为“十四五”开局之年,高质量发展成为当前经济工作的价值取向和前进方向,是对经济增长质量和效益的双重发展追求。高质量发展不仅是新阶段经济发展的战略选择,而且是解决中国社会主要矛盾变化、新旧动能转变的必然举措,通过与“创新、协调、绿色、开放、共享”新发展理念的融合,使区域经济发展战略完成升级转变,成为中国经济多层次、高水平发展的重要推动力。

黄河流域是中华民族最主要的发源地,在中国生态屏障保护和经济地带建设中占据着重要的地位,对人类文明的发展有着巨大的影响。2019年底,黄河流域九省区常住总人口、流域面积、地区生产总值分别占全国的30.05%、36.91%、25.11%。但流域内城市存在发展不均衡、不充分的情况,山东省每平方公里GDP为4 500.79万元,在黄河流域九省区中排名第一;河南省为3 249.05万元/平方公里,仅次于山东省;而青海省最低,每平方公里GDP仅有41.19万元,地区发展差异巨大。2019年9月,习近平总书记明确提出了黄河国家战略,至此,“黄河流域生态保护和高质量发展”成为国家重大发展战略之一,黄河流域高质量发展也迎来了重大机遇。区域作为承载社会经济活动的地域单元,是落实高质量发展的重要纽带。黄河国家战略的实施,将加快推进中国区域协调、中西部地区崛起。因此,以流域内城市为主体,展开高质量发展方面的研究,对中国打赢脱贫攻坚战、全面建设小康社会有一定的现实意义。本文将考察黄河流域不同类型城市的高质量发展机制与时空演化模式,以期为黄河流域高质量发展提出一些思考和对策建议。

二、文献综述

城市发展是近年来的热门研究,为推进黄河流域城市群高质量发展,就要对其发展水平有全面深刻的认识。关于城市高质量发展的研究,主要集中在高质量发展科学内涵、战略设计、评价体系构建与测度、实证检验影响因素等方面。张贡生以人民对美好生活的需求为根本目标,从整体性、系统性、生态优先、绿色发展等角度深刻诠释了高质量发展的科学内涵[1]。任保平等认为黄河流域高质量发展战略设计应遵循“共同抓好大保护、协同推进大治理”理念,从“分类、协同、绿色、创新、开放”五个发展维度展开[2]。徐辉等从经济发展、创新驱动、民生改善、环境和生态状况五个角度构建黄河流域高质量发展指标体系,并运用熵权法进行了测度[3]。韩君等从高质量发展的特性内涵出发,围绕“绿色、经济、社会、文化、生态”来构建黄河流域高质量发展评价体系,对九省份高质量发展水平与空间特征进行了分析[4]。张涛进一步构建了企业、行业、区域宏微观一体化测度体系,使高质量发展测度更加细化[5]。

上述研究从多个视角出发,探寻社会主义新时期黄河流域高质量发展的路径,各具特色,值得借鉴。但是,现有黄河流域城市高质量发展的研究很少有对不同类型城市的精准分析,有的文献也仅仅是对上中游、东中西等行政区域的简单划分。鉴于此,本文在众学者的研究基础上,结合黄河流域地域特征,构建反映高质量发展的指标体系,对黄河流域沿线主要城市高质量发展进行测度,并探寻不同类型城市高质量发展的作用机制与演化模式,为黄河流域“几字弯都市圈”实施因地制宜的分类管理政策提供理论依据。关于城市类型的划分,普遍使用系统聚类、Q型聚类等传统聚类或者分类算法,目前还没有学者使用三支决策方法进行城市类型划分,因此,本文将引入三支决策分类方法进行研究。三支决策是姚一豫教授研究决策粗糙集时提出的概念,是一种更一般、有效的决策和信息处理模式[6]。在实际应用中,经常会遇到由于信息缺乏而不能将其准确分类的情况,若将其直接划分进某个类别,则会付出较大的代价,三支决策方法极大地降低了这个代价[7]。因此,三支决策开始受到关注,应用研究也逐渐丰富起来,比如,Nauman等借助三支决策方法筛选恶意软件[8];黄顺亮等利用三支决策方法进行客户细分类研究[9]。本文借鉴学者们对三支决策的应用,在划分城市类型时引入三支决策,这种方法降低了决策风险代价,使分类效果更佳,具有较强的实用性。

本文的贡献及创新之处在于:(1)研究方法上,首次将三支决策方法引入经济学领域,对黄河流域城市类型进行细分,并给出该方法对于面板数据的处理,为今后经济社会领域中的分类问题提供一种新方法。(2)研究视角上,本文构建了具有针对性、能够切实反映黄河流域城市高质量发展状况的指标,对主要城市进行了测度,并利用时空演化树模型细致、清晰地分析了不同类型城市的演化进程和高质量发展变化。本文全面分析了黄河流域不同类型城市高质量发展的时空演化机制,为研究城市高质量发展提供了新的思路与方法。研究框架如图1所示。

图1 研究框架

三、指标选取与数据说明

(一)指标选取

对于高质量发展的内涵,目前学术界尚未有统一定义,研究的主流方法是通过构建高质量发展评价指标体系,进而测度地区的高质量发展水平。关于指标体系的构建,李金昌等基于理论内涵和社会主要矛盾的转变,从5个维度构建了高质量发展指标体系,包括:经济活力、创新效用、绿色发展、人民生计与社会谐和[10]。任保平、朱晓萌侧重从“贸易、金融、投资、信息技术、制度、社会”六个层面构建了高质量开放发展评价体系[11]。基于上述内容,本文按照客观性、全面性与数据可得性原则,从经济发展、社会进步和生态环境三个视角出发,构建反映黄河流域城市高质量发展的指标体系。体系包括5个二级指标和21个三级指标,具体设置如表1所示,表1给出了三级指标的描述性统计结果。

表1 黄河流域城市群高质量发展指标体系

(二)数据说明

黄河流域包含七大城市群,分别是:山东半岛城市群、中原城市群、关中平原城市群、兰西城市群、晋中城市群、呼包鄂榆城市群、宁夏沿黄城市群,本文以这七大城市群作为目标对象展开研究。国家物流枢纽是全国物流网络中的重要平台与枢纽核心,具有服务项目全、辐射面积大、集聚能力强、运行效能高等特点。城市作为承载节点,对整个枢纽网络的运作起着决定作用。本文在黄河流域高质量发展研究的基础上,依托国家发展和改革委员会与交通部联合部署的国家物流枢纽布局承载城市,提出“黄河流域枢纽经济圈”,探究城市在枢纽经济圈中的地位与功能,强化城市间辐射、引领作用,推动黄河国家战略走更高层级的高质量发展道路。考虑到数据可得性与城市代表性,本文研究对象为黄河流域七大城市群中入选国家物流枢纽承载城市建设名单的21个城市,包括:太原、临汾、西宁、兰州、银川、呼和浩特、鄂尔多斯、包头、西安、宝鸡、郑州、安阳、洛阳、商丘、南阳、信阳、济南、潍坊、青岛、日照、烟台。考虑到黄河流域城市高质量发展水平每年的变化幅度较小,因此每间隔5年做一次分析,样本选取年份为2010年、2015年和2019年,分别对应3个“五年规划”的收官之年(由于2020年的数据获取存在时延,因此使用2019年的数据代替)。数据来源于EPS平台、《中国城市统计年鉴》《国民经济和社会发展统计公报》以及政府工作报告;部分专利数据来源于各地知识产权局;地图数据来自中科院资源环境科学与数据中心(http:∥www.resdc.cn/)。部分缺失数据根据该地区往年数据借助EXCEL软件构造相应模型(包括线性模型、指数模型、对数模型、多项式模型等)进行趋势拟合补齐。

四、基于邻域的三支决策方法介绍

三支决策的思想是把整体划分为3个独立的部分,即正域、负域、边界域,根据对象所属区域的不同,分别对其做出接受、拒绝和延迟处理三种决策。在解决实际问题的过程中,人们经常会用到三支决策的思想,它的使用不仅仅局限于决策判断上,还可以应用到很多方面。为方便理解,本文给出邻域三支决策的基本思想与理论。

(一)三支决策基本思想

首先给出决策表的概念,即城市信息表,可将其表示为四元组[12]:

S=〈U,A,V={Val|al∈A},f〉

(1)

其中,U={x1,x2,…,xn}是城市对象集,n为城市个数;A={a1,a2,…,am}是城市属性集,本文为城市评价的指标,m为指标个数;V表示属性值域集,即指标的取值范围;f:U→V为映射函数,表示每个城市在各个指标上的取值。

通过阈值和映射函数,三支决策可将U划分为三个独立的域,即:正域(POS)、负域(NEG)和边界域(BND),针对三个域,能相应地构造三支决策规则。本文中,正域中的城市是综合实力高、辐射能力强,属于黄河流域枢纽经济圈的核心城市;负域中的城市发展水平相对落后,属于黄河枢纽经济圈的边缘城市;边界域中的城市则是在目前条件下难以明确划分,需要进一步观察。在粗糙集中,通常用等价类的形式来描述对象x。设R⊆U×U为对象集U上的等价关系,给定城市x,它的等价类可记为[x]R=[x]={y|y∈U,xRy}。基于贝叶斯风险决策最小的原则,可构造出最小风险化的三支决策规则:

若P(X|[x])≥α,则判定x∈POS(X);

若β

若P(X|[x])≤β,则判定x∈NEG(X)。

(2)

下面确定阈值α、β,通常可由分类代价表(见表2)给出[13]。表2中,aP、aN、aB为对城市进行的分类动作,即分别把对象划分到正域、负域、边界域,每种分类动作都有对应的分类代价。如果一个城市满足条件P,则λPP、λNP、λBP分别表示采取三种分类动作的代价;如果一个城市满足条件N,则λPN、λNN、λBN分别表示做出三种分类动作的代价。

表2 分类代价表

分类代价表中的代价值满足如下关系:

(3)

基于表2,可以将阈值表示出来:

(4)

(二)邻域粗糙集理论

在邻域系统中[14],给定决策表S(式1),当城市xi∈U时,xi的领域粒子δ(xi)定义为:

δ(xi)={xj|xj∈U,Δ2(xi,xj)≤δ}

(5)

其中,δ是邻域参数,ω为权重,δ的确定由如下公式给出:

δ=min(Δ(xi,xj))+ω·(max(Δ2(xi,xj))-min(Δ2(xi,xj))),0<ω<1

(6)

其中,Δ2(xi,xj)为对象xi与xj之间的欧式距离,由于经典的聚类距离大多是关于截面数据的距离,反映不出指标的动态发展趋势,无法预测其未来的发展轨迹和所属类别,对此,李因果、何晓群提出了一类针对经济问题的面板数据聚类距离的计算[15]。面板数据中,任意两个城市xi与xj之间的欧式距离可表示为:

(7)

在邻域系统中,三支决策还可以用另一种形式表示:δ(x)表示邻域粒子;决策类{D1,D2,…,Dg}是对U的划分,城市x属于某一类Dk(k=1,2,…,g)的概率可表示为:

Dk的正域、边界域、负域分别表示为:POS(α,β)(Dk)δ、BND(α,β)(Dk)δ、NEG(α,β)(Dk)δ;在式(2)基础上邻域三支决策规则可定义为:

若α≤P(Dk|δ(x))≤1,则x∈POS(α,β)(Dk)δ;

若β

若0≤P(Dk|δ(x))≤β,则x∈NEG(α,β)(Dk)δ。

(8)

(三)基于邻域的三支决策分类步骤

基于上述理论与思想,参考相关文献[16],给出基于邻域的三支决策城市分类步骤:

第一步:归一化指标值。{x1,x2,…,xn}表示城市;{a1,a2,…,am}表示评价指标;根据归一化指标值可以将城市初步划分决策类{D1,D2,D3},即初始分类包括“核心城市”“发展城市”和“边缘城市”三类。

第二步:制定分类代价表,由式(4)确定阈值α、β。为得到最小化分类代价条件下的分类代价表,建立目标优化函数如下[12]:

min cost=λPN·NPN+λNP·NNP+λBN·NBN+λBP·NBP

(9)

其中,分类代价值λPN、λNP、λBN、λBP满足式(3);NPN表示将核心城市判断为边缘城市的个数,NNP表示将边缘城市判断为核心城市的个数,NBN表示将发展城市判断为边缘城市的个数,NBP表示将发展城市判断为核心城市的个数。

第三步:根据式(5)计算每个城市的领域粒子。其中,领域参数δ由式(6)确定;城市之间的欧式距离由式(7)确定。

第四步:计算城市属于各决策类的条件概率P(Dk|δ(xi))。

第五步:按照式(8),由条件概率和阈值α、β可以得到每个决策类的正域、负域以及边界域。

五、实证分析

为对黄河流域高质量发展开展研究,首先,要把高质量发展水平量化出来,科学制定指标体系、量化方法是准确认识高质量发展的前提和基础;其次,可利用邻域三支决策分类方法细分城市功能类型,以便探讨不同类型城市在黄河流域枢纽经济圈中的空间联系;最后,运用时空演化树模型来展示不同类型城市的高质量发展时空机制。

(一)黄河流域城市高质量发展水平的空间分布

对于高质量发展水平的测算,常采用多指标综合评价方法,即将多个指标加权成一个指标,反映评价对象的综合值。权重由主观赋权和客观赋权两种方法确定,由于主观赋权易受人为因素影响,因此计算权重时常采用客观法。熵值法是客观赋权的方法之一,可以用来修正指标中不合理的权重,一个指标蕴含的信息量越大,它的信息熵越小、权重越大。本文运用熵值法对黄河流域21个中心城市2010年、2015年、2019年3个年份的高质量发展水平进行测度,包含表1中的21项评价指标,运用熵值法进行城市高质量发展水平测度的步骤如下:

1.数据标准化

由于指标的单位与数量级均存在差异,为了消除这种差异带来的影响,在进行测度前,需要按照如下公式对数据进行标准化处理:

(10)

其中,xij(i=1,2,…,n;j=1,2,…,m)表示城市i在第j项指标中的数值。

2.计算指标比重

(11)

3.计算指标熵权

(12)

4.计算城市高质量发展得分

(13)

图2 不同年份黄河流域枢纽城市高质量发展得分

根据式(10)～(13)可计算得到21个城市在2010年、2015年和2019年的高质量发展得分,计算结果如图2所示,并将计算结果的描述性统计分析汇总到表3。根据表3的描述性统计结果得到以下结论:第一,从时间上看,黄河流域枢纽城市高质量发展水平整体呈逐年上升趋势,2015年各地区之间的发展差异较2010年增大,2019年的标准差结果则显示地区发展差异较2015年缩小。第二,从地区上看,各城市之间存在明显的发展不均衡问题,青岛(0.680 4)、西安(0.525 0)、郑州(0.502 0)等黄河下游城市高质量发展水平显著高于西宁(0.138 7)、银川(0.146 1)等黄河上游城市。

表3 高质量发展得分的描述性统计表

运用ArcGIS10.6软件将城市高质量发展得分可视化,并结合图2结果进行分析。在ArcGIS10.6软件中,采用自然间断点分级法,对三个年份黄河流域城市高质量发展得分进行差距分级(如图3～图5所示),可将21个城市的高质量发展水平划分为4个等级,分别为:“领先水平”“中等偏上水平”“中等偏下水平”和“相对落后水平”,其中“0”值表示无数据的地区,文中城市出现的先后次序按照高质量发展得分从大到小排序。从图3～图5可以看出,城市的高质量发展水平呈现出明显的地区差异,颜色越深的城市,高质量发展水平越好。

从图3可以看出,2010年黄河流域城市高质量发展处在领先水平的为青岛、济南、西安、郑州(取值在0.355 101～0.635 4之间,占到研究区总数的19.05%),这些城市自古以来就是交通发达的地方,经济基础雄厚,创新驱动能力与社会民生水平都有较高的发展,有着天然的发展优势,是黄河流域发展的核心城市。处在中等偏上水平的城市为潍坊、烟台、太原、鄂尔多斯(取值在0.261 301～0.355 1之间,占到研究区总数的19.05%),这几个城市枢纽运输能力较强,是核心城市聚集区的重要组成部分。处在中等偏下水平的城市为呼和浩特、包头、日照、兰州、洛阳(取值在0.168 401～0.261 3之间,占到研究区总数的23.81%),这些城市地理位置分布较零散,经济实力相对落后,发展状态较差。相对落后的城市有银川、西宁、信阳、南阳、安阳、临汾、商丘、宝鸡(取值在0.000 001～0.168 4之间,数量最多,占到研究区总数的38.10%),这些城市多位于西部和中部,多为位置偏远、经济欠发达的地区,受到核心城市的辐射带动作用较小。4个等级的均值比为0.541 0∶0.335 6∶0.238 7∶0.136 4,表明城市高质量发展之间存在较大的差距,存在一定程度的发展不平衡和不充分。

图3 2010年黄河流域城市高质量发展水平分布图

图4 2015年黄河流域城市高质量发展水平分布图

图5 2019年黄河流域城市高质量发展水平分布图

从图4可以看出,2015年黄河流域城市高质量发展处在领先水平的为青岛、郑州、西安(取值在0.450 601～0.738 5之间,占到研究区总数的14.29%),;处在中等偏上水平的城市为济南、潍坊、烟台、太原、鄂尔多斯(取值在0.223 401～0.450 6之间,占到研究区总数的23.81%);处在中等偏下水平的城市为兰州、日照、南阳、洛阳、呼和浩特、包头(取值在0.156 701～0.223 4之间,占到研究区总数的28.57%);相对落后的城市有信阳、银川、西宁、临汾、宝鸡、安阳、商丘(取值在0.000 001～0.156 7之间,占到研究区总数的33.33%)。4个等级的均值比为0.582 4∶0.353 9∶0.208 6∶0.125 6,与2010年相比,在2015年,前两个等级高质量发展均值有了明显提高,而后两个等级均值减少,说明原发展水平较高的城市发展更好,而初期发展较落后的城市反而继续落后,城市之间仍然存在一定程度的不平衡发展问题。

从图5可以看出,2019年黄河流域城市高质量发展处在领先水平的为青岛、西安、郑州、济南(取值在0.387 001～0.667 4之间,占到研究区总数的19.05%);处在中等偏上水平的城市有潍坊、烟台、太原、鄂尔多斯(取值在0.266 301～0.387 0之间,占到研究区总数的19.05%);处在中等偏下水平的城市为日照、南阳、洛阳、信阳、兰州、包头、呼和浩特(取值在0.159 201～0.266 3之间,占到研究区总数的33.33%);相对落后的城市有安阳、商丘、宝鸡、西宁、银川、临汾(取值在0.000 001～0.159 2之间,占到研究区总数的28.57%)。处在第4等级的城市数目逐年减少,尤其是南阳和信阳近年来入选国家物流枢纽承载城市后开始加大项目与设施建设、谋求创新升级、振兴乡村产业,为高质量发展注入新的动能,在经济发展和社会民生方面有了较大进步,分别上升了一个梯队,但换来的代价是空气质量相对变差。4个等级的均值比为0.560 2∶0.339 3∶0.225 2∶0.143 9。与2015年相比,在2019年,前两个等级高质量发展水平均值减少,后两个等级的均值增加,说明原发展水平较高的城市发展速度开始减缓,而发展较落后的城市注入新的动能后逐渐取得新成效,城市之间发展不平衡有了缩小的态势。

综合来看,黄河流域中下游地区高质量发展水平较高,上游地区发展水平较弱,东西差异较明显,呈现东高西低的空间模式,九省区之间发展不平衡、不充分,相互合作松散。具体来看,下游地区整体经济发展、创新驱动能力较强,可继续保持高效发展,追求稳中向好的发展态势;中游地区高质量发展水平处在中间位置,究其原因主要是其传统产业转型升级步伐滞后,内生动力不足,需要在绿色发展的前提下大力培育新动能以待转型发展;上游地区的经济发展能力和社会民生都落后于平均水平,但其生态环境状况较好,这些城市应借助高水平城市的带动作用,进一步加强区域联动,充分发挥自身的发展潜力,从而提高黄河流域整体的高质量发展能力。

(二)基于邻域三支决策的城市类型划分

1.城市初始分类

关于城市类型的划分依据有很多,学者们根据自身研究需要选择相应的特征指标进行城市类型划分。本文构建了包括“经济实力”“创新驱动”“枢纽保障”“社会民生”和“生态环境”在内的五类指标体系,其中,经济实力反映地区的价值创造能力和开放活力,创新驱动体现城市的科技创新能力,枢纽保障体现当地的物流运输发展水平,社会民生体现人民对美好生活的需要,生态环境反映城市的绿色发展承载能力。为研究黄河流域不同类型城市在黄河流域枢纽经济圈中的所处位置与功能类型,本文在五个二级指标中选择可体现城市之间联系的“经济实力”和“枢纽保障”两个二级指标,进行基于三支决策的城市类型划分。首先,利用两类指标标准化后的得分总和进行等距离散划分,将21个城市初步划分为核心城市、发展城市、边缘城市,对U的划分如表4所示。

表4 城市初始分类

2.分类代价表和阈值的确定

分类代价表的制定需要有专业的知识储备,通常由专家给出,具有一定的主观色彩。本文在约束条件下用最小化代价函数来给出决策代价表和阈值,保证了阈值的客观性和实际应用性。对于城市类型划分来说,城市状态可以表示为核心城市和边缘城市,根据指标可以采取相应的三种决策动作:接受(判断为核心城市)、拒绝(判断为边缘城市)、延迟(判断为发展城市)。并且设定λPP=λNN=0,即:城市实际为核心城市时,判断为核心城市的代价;实际为边缘城市时,判断为边缘城市的代价,均为0,由此来制定分类代价表。根据分类步骤,需要先给定一组决策代价初始值,将初始值带入分类算法中进行优化。本文利用R3.4.3软件,将城市指标值带入分类算法中,最小化分类代价式(9),从而得到满足条件式(3)的决策代价值,得到几组决策代价值后,可由式(4)计算得到相应的几组阈值。Yager曾提到过三种最常用的(α,β)阈值组合,分别为(0.5,0)、(0.8,0.3)和(1,0.5),其中(0.5,0)和(1,0.5)对风险的预测过于积极或消极,而(0.8,0.3)是风险中性的预测组合,符合人们日常的决策习惯[17]。因此,本文选取了一组取值最接近(0.8,0.3)的阈值,即α=0.667,β=0.273,从而确定相应的分类代价表,如表5所示。

表5 分类代价表

3.确定城市的领域粒子

计算邻域粒子之前,需要先确定式(6)中权重ω的值,通过改变权重ω的值,可得到相对应的领域粒子,从而有不同的分类结果。当ω取值在(0,1)区间内、步长为0.1时,分段取值可得到对应的分类代价,如图6所示,可以看出ω越大,分类代价也就越小。由式(6)可知,领域参数δ的取值随ω变化,ω越大δ越大,但是,δ过大会使相似度不高的城市归到同一邻域类,δ过小则会出现邻域类中城市过少或只有本身的情况,因此ω的取值需在中间位置附近。由图6可知,ω在(0.4,0.7)区间内对应的分类代价变化幅度剧烈,因此本文在(0.4,0.7)区间内将ω的步长缩短为0.01,再次进行分段取值,结果如图7所示。

从图7可以看出,分类代价较小的点对应的ω取值有8个,分别是:0.54、0.64、0.65、0.66、0.67、0.68、0.69、0.70。其中,ω取值为0.54、0.64、0.65时得到的分类结果一致;取值为0.66和0.67时得到的分类结果一致;取值为0.68、0.69和0.70时得到的分类结果一致,由此可得到三组分类结果。由于青岛的综合指标值排在第一,可确定为核心城市,在比较分类结果时,可参考青岛被分入核心城市正域中来判断最佳分类,类似地,还可以参考个别能确定类别的城市来进行判断。比较三组分类结果,可确定第一组分类的结果较好,因此,选取了第一组里最接近中间位置的ω取值,即ω=0.54,此时对应的分类代价为5.2。在此基础上,计算城市属于各决策类的条件概率P(Dk|δ(xi)),结果如表6所示。

表6 条件概率表

图6 权重ω在区间(0,1)对应的分类代价

图7 权重ω在(0.4,0.7)对应的分类代价

4.城市分类结果分析

根据表6和决策阈值(α=0.667,β=0.273)可对城市类型进行划分,分类结果如表7所示,采用邻域三支决策分类方法将21个城市按照相似程度划分为5个功能类型。正域中的城市保持初始分类不变;边界域中的城市则是从初始分类中分离出来,以便进一步观察的城市;负域为空集。按照各类型城市在黄河枢纽经济圈中所处的位置与作用进行分析,结果如下:

类型Ⅰ:包括青岛和郑州,它们在黄河流域枢纽经济圈中处于核心位置,位于黄河中下游,是流域内城市高质量发展的“明灯”。青岛作为“一带一路”重要节点城市,具有独特的港口布局,对外开放优势明显,物流枢纽体系完善,科技创新能力强,足以带动黄河流域下游地区协同发展。郑州作为中原地区交通枢纽重要城市,人口众多,文化底蕴深厚,是黄河流域高质量发展的关键点和发力点,不仅要带动黄河流域“几字弯都市圈”协同发展,而且要带动中原地区崛起,发挥好郑州力量。

类型Ⅱ:济南、潍坊和烟台属于该类型,是属于黄河流域枢纽经济圈中具有发展前景的城市,这类城市处于下游地区,港口经济比较发达,第三产业增加值占比高于平均水平,创新驱动能力较强,承接核心城市的辐射引领作用,是黄河流域发展的中坚力量。该类城市具有独特的区位优势,在对自身巩固与提升的前提下,还要与中原城市群展开积极合作,推进黄河流域沿线城市一体化发展。

类型Ⅲ:太原、呼和浩特、鄂尔多斯、西安属于该类型,这类城市多为中游地区,介于类型Ⅰ、Ⅱ之间,具有一定的发展潜力,此类城市需强化与Ⅰ类城市的空间联系,有望成为新的枢纽中心。太原、呼和浩特和西安都是省会城市,位置优越,资源丰富,在黄河国家战略和国家物流枢纽承载城市的政策红利下,产业升级与转型将迎来新的良机,需要给予重点关注。西安作为黄河流域仅有的两个国家中心城市之一,有着特殊且重要的地位,是连接中西部区域发展协作的桥梁,高质量发展水平逐年上升,加强区域联动,有望带动黄河流域中西部地区形成区域发展新格局。鄂尔多斯经济总量与铁路货运量在三个年份都排名第一,有一定的综合经济实力,但科技创新能力相对较弱,应积极寻找新发展机遇,深化领域创新改革,补足弱点。

类型Ⅳ:包括临汾、西宁、兰州、银川、宝鸡、安阳、商丘与南阳,此类城市处于枢纽经济圈中的边缘位置,地理位置较为分散,多为黄河中上游,经济发展能力较低,核心城市对其的辐射带动作用较弱,这类城市与Ⅰ类城市各方面的差距都很大。黄河国家战略以生态保护为基础,临汾、兰州、银川这三个城市都有黄河穿流而过,在流域生态保护上发挥着重要作用,是黄河流域的生态安全屏障。此类城市应重点依托生态保护,打造绿色产业新模式,创新高质量发展路径。

类型Ⅴ:包头、洛阳、信阳、日照属于此类型,该类城市为中下游地区,经济发展水平较为接近,介于类型Ⅱ、Ⅳ之间,由于地理区位优势,受到核心城市辐射带动作用较明显,若发展较好,可再上一个层级,反之也可降为类型Ⅳ城市。包头是能源型城市,产业结构类型单一,发展动能缓慢;洛阳与信阳拥有较发达的交通条件,但整体经济规模较落后;日照拥有优越的港口位置,但与周围城市对比没有突出优势,高质量发展水平较低。该类城市应突出其优越区位,借力周边核心城市做好自身品牌建设,助力沿黄城市共同发展。

表7 基于三支决策的城市类型细分

(三)城市高质量发展机制的时空演化分析

时空分析的目的是,从时空数据出发,运用各种工具,分析时空过程与机理。时空演化树模型是时空数据分析的方法之一。它的思想是借鉴生物学的演化发展理论,对事物发展过程进行梳理,将多维数据中的演化变异展示出来[18]。具体做法是:定义一组新坐标来表示城市系统,在新坐标中,城市按照功能类型和发展阶段集群,呈树形排列,每个城市都遵循着其各自的功能类型发展,从而可以预测城市未来的发展变化[19]。

为进一步研究不同类型城市高质量发展水平的时空演变趋势,本文采用时空演化树将其展示出来,如图8所示。图8中,5个树枝分别代表5个类型的城市,每个树枝上的城市属于同一个类型,定义离树根越远的城市高质量发展水平越高,5类城市高质量发展水平由高到低分别是:Ⅰ、Ⅲ、Ⅱ、Ⅴ、Ⅳ。每个城市从左到右对应三个数字,分别是2010年、2015年、2019年的城市高质量发展水平,共有四个级别:“1”代表领先水平、“2”代表中等偏上水平、“3”代表中等偏下水平,“4”代表相对落后水平,数字越小,高质量的发展水平就越高。

图8 黄河流域高质量发展等级演化树

从图8不同类型城市的时空演化轨迹可以看出,类型Ⅲ的高质量发展水平介于Ⅰ、Ⅱ类城市之间,类型Ⅴ的高质量发展水平介于Ⅱ、Ⅳ之间,此结果与上文三支决策的分类结果相辅相成,进一步验证了利用三支决策进行城市类别划分的有效性与实用性。

类型Ⅰ中,青岛的高质量发展水平三年排名第一,郑州的等级也一直保持在较高的领先水平。青岛和郑州作为黄河流域的核心城市,各项指标均排名前列,经济综合实力高是二者的共同之处。此外,青岛发明专利数以及生态环境高得分也是其稳居第一的原因;郑州的高校在校学生数和社会民生得分较高,使郑州一直保持在领先水平。重视科技创新水平、高层次人才以及生态环境保护是核心城市高质量发展能稳定保持在领先水平的关键。

类型Ⅱ的高质量发展态势良好。其中,济南的发展等级不太稳定,由2010年的领先水平下降到2015年的中等偏上水平,在2019年又上升到领先水平的等级,究其原因,是由于济南2015年的经济发展水平和创新驱动水平整体降低,空气质量达标天数显著减少,这些指标在2019年数值增加后,济南的高质量发展水平再次回到领先水平。在三个年份中,潍坊和烟台高质量发展水平都属于中等偏上。

类型Ⅲ的高质量发展轨迹相对稳定。西安排名从第三名上升到第二名,三个年份均处于领先水平,从演化树呈现的结果来看,预测在下一个评测年度可归类到Ⅰ类城市中,成为新的枢纽核心城市。三个年份里,太原和鄂尔多斯的高质量发展均为中等偏上水平,呼和浩特则属于中等偏下水平,若注重产业升级转型、攻坚改革创新、谋求绿色发展,高质量发展水平有望上一个层级。

类型Ⅳ中除了南阳的发展等级有提高外,其他七个城市的高质量发展等级的演化轨迹相对稳定,大多处于相对落后水平。临汾高质量发展得分逐年降低,尤其到2019年排在了21市最后一名,经济综合实力落后是该城市的短板。银川、西宁、兰州作为三个西部地区的省会城市,高质量发展水平却相对落后,由于地广人稀,更加不易受到流域内核心城市的辐射作用,这些城市更应以新的路径出发,谋发展、求出路,借助国家帮扶政策,发展新的区域聚集中心,带动周边城市发展,做好省会城市“领头羊”。

类型Ⅴ整体的发展水平介于Ⅱ和Ⅳ之间,信阳的等级由前两个年份的相对落后提升到了中等偏下水平,其余3个城市一直处于高质量发展的中下游水平。这些城市的地理位置多分散在核心城市周围,有天然的区位优势,应多加强与黄河流域核心重点城市的联动合作,承接其辐射带动作用,借力发展。

六、结论与政策建议

(一)研究结论

本文从三支决策方法出发,对黄河流域城市高质量发展模式进行探讨,全面深刻地对各个类型城市的高质量发展水平进行量化分析,从城市发展进程中挖掘潜在问题。首先,运用熵值法构建指标体系,对城市高质量发展水平进行测度,并将21个城市的高质量发展水平归纳总结为“领先水平”“中等偏上水平”“中等偏下水平”和“相对落后水平”4个等级。其次,采用邻域三支决策方法对黄河流域城市进行分类,将21个城市划分为5个发展类型,进而分析不同类型城市对周边城市的辐射驱动效应。最后,将城市分类结果与高质量发展等级结合,用时空演化树将其可视化,找出时空演变过程中关键节点城市发展的规律性。具体结论如下:

1.黄河流域城市高质量发展水平与时间呈非线性的上升趋势,存在发展不平衡、不充分的地区差异,但这种差异有缩小的趋势。高质量发展处于领先水平的城市主要分布在西安、郑州、济南、青岛这四个城市之间,而黄河上游的西宁、银川、兰州等高质量发展水平相对落后。随着时间演化,发展水平较高的城市发展速度逐渐减缓,发展较落后的城市注入新的动能后发展速度开始加快,城市之间发展不平衡有了缩小的态势。

2.不同类型的城市功能作用不同。类型Ⅰ的城市处于黄河流域枢纽经济圈的核心,具有辐射引领的功能;类型Ⅱ的城市为具有发展前景的城市类型,具备一定的引领能力;类型Ⅲ的城市介于Ⅰ、Ⅱ之间,具有一定的发展潜力;类型Ⅳ、Ⅴ的城市则是属于黄河流域枢纽经济圈中较边缘的城市,受核心城市辐射带动作用较弱。

3.五种类型城市高质量发展的时空演化轨迹总体稳定,在黄河流域枢纽经济圈中,越处于核心位置的城市高质量发展水平越高。研究发现,产业创新、人才培养、开放合作、绿色发展是核心城市高质量发展走向领先水平的关键。类型Ⅴ的信阳和类型Ⅳ的南阳处在黄河流域枢纽经济圈中的边缘位置,但两个城市的高质量发展水平均有所提高,巩固优化传统产业的同时,积极寻求适合自身发展的模式,对迈向更高水平的高质量发展有一定的促进作用。

(二)政策建议

城市自身的高水平促进了区域枢纽经济圈的形成,区域内各节点城市之间的协调发展更是直接影响到黄河流域“几字弯都市圈”的高质量发展。在黄河国家战略的指导下,针对上述研究结论,本文对黄河流域高质量发展、因地制宜的城市分类管理提出以下政策建议:

1.针对不同类型的城市采取相应的措施,因地制宜。黄河跨越九省区,区域经济差异巨大,正确把握黄河国家战略、更好地利用区域天然条件和资源禀赋,是推进黄河流域高质量发展的关键。郑州、青岛2个Ⅰ类城市,继续打造系列人才政策,保持“高性价比”的同时,进一步强化中心城市在城市群中的模范引领作用,为黄河流域高质量发展提供有价值的参考。潍坊、济南、烟台3个Ⅱ类城市发展态势较好,处于山东半岛城市群,区位条件优越,应发挥海陆优势、开放门户枢纽,助力建设黄河流域科技创新大走廊。太原、呼和浩特、鄂尔多斯这些Ⅲ类城市,应挖掘城市潜力,对当地传统产业制定动态评估机制与退市保障政策,让低效污染企业敢于退出市场,为新兴绿色产业让出一片天地[20]。西安可搭建“产业链创新—交流—互助平台”,提供一系列产业、创新成果转化支持政策。Ⅳ类城市中的银川、西宁、兰州地处生态涵养区,应重点突出生态清洁产业、打造特色农牧业与生态产品。Ⅴ类和Ⅳ类中的其他城市大都处于黄河中下游地带,高质量发展水平较低,缺乏特色产业支撑,在绿色发展的前提下,实行“一城一特色”的发展政策,如地方特色鲜明的城市可开发非遗、生态旅游等文化资源。各类型城市做到宜工则工、宜农则农,充分发挥自身优势,为高质量发展打好基础。

2.强化黄河流域沿线城市间的区域合作,避免边缘城市“被边缘化”。边缘城市的地理位置相对分散,受自然条件及资源禀赋等客观约束导致发展动能不足、发展质量不高,因此,应加强以核心城市为代表的各类型城市之间的区域联动,发挥引领作用,辐射带动周边城市,形成以郑州、青岛、济南、西安、太原、呼和浩特、兰州等为中心的黄河流域“多中心—枢纽经济圈”的开放发展格局,形成一系列上下游互帮互助的科创大走廊。

3.大胆改革谋创新,大力开放求人才。本文通过探寻城市高质量发展的作用机制,发现经济能力、地理区位是基础,产业创新、人才培养是关键。调查结果显示,中国产业创新能力较弱,这是因为创新主体集中在高校、科研院所等单位,科技与产业联动较少,相关部门应做好沟通的纽带,强化科研成果与产业市场之间的关系,制定产业政策时应充分考虑科研成果的转化与利用,让科研成果助力产业创新。高质量发展要靠创新,创新的根本在于人才。黄河流域各城市要大力发展高等教育,培养后备力量,同时,以开放的态度吸引国内外优秀人才,以包容的措施留住人才,政府要大力实施高水平人才的引进政策,加强区域信息知识流共享,培养一批科技创新领军人才,使之成为推动改革创新、促进技术进步的中坚力量。