山西省交通與經濟系統耦合協調性的空間自相關研究

海日 張萱

摘 要：以山西省為研究區，通過構建交通與經濟系統發展指標體系，運用線性加權模型和標準差方法，定量計算交通與經濟系統發展指數，建立耦合協調性模型，得出交通與經濟系統協調發展指數。在此基礎上，通過全局Moran's I指數、Moran散點圖和LISA集聚圖分析山西省交通與經濟系統協調性的空間自相關性特征。

關鍵詞：交通與經濟系統；耦合協調性；空間自相關；Moran's I；LISA

中圖分類號：F127 文獻標志碼：A 文章編號：1673-291X（2016）17-0055-06

區域交通運輸系統與經濟發展之間存在著密切的相互作用關系，交通運輸是區域經濟一體化的重要空間依托及表現形式，也是區域整體協調發展和經濟潛力充分發揮的前提和基礎。區域經濟增長與交通運輸業發展相互作用、相互影響，交通行業的發展促進區域經濟的增長，同樣，區域經濟的發展也會加快交通基礎設施建設的步伐[1]。空間自相關分析是研究地理空間或屬性值空間規律的一種方法，可以揭示出各現象的空間關聯關系。在國外，空間自相關分析法已應用于流行病學、區域經濟等研究領域；在國內，空間自相關分析法已應用于一些自然現象及社會經濟現象等方面。但在交通與經濟系統協調性研究方面，空間自相關分析法涉及較少。空間自相關分析法可以幫助我們更加深入地分析交通系統與經濟系統協調性水平的差異。山西省地處我國中部地區，是連接東西部的橋梁，深入研究交通與經濟系統協調性對山西省乃至全國的發展尤為關鍵。

（一）全局Moran指數

空間自相關是用來檢驗空間變量與空間鄰近位置變量之間的相關性的。一般常用的全局空間自相關指標為全局Moran's I和全局G系數。Moran's I指數常被用于判斷某個區域是否存在空間自相關特征，而要判斷空間自相關特征是高值還是低值聚集時常采用G系數[2]。本文采用全局Moran's I指數來判斷山西省是否存在空間自相關特征，全局Moran's I指數計算公式為：

（一）交通系統與經濟系統評價指標體系的建立

評價指標體系的建立是分析交通和經濟系統協調性水平的基礎，遵循全面性、有效性、可操作性、科學性、數據可獲得性等原則，并在借鑒前人[4-6]選取經驗的基礎上，根據代表性和全面性的要求建立了交通和經濟系統的評價指標體系，具體見表1。

（二）指標體系的數據標準化處理

式中， Zi代表標準化后的數據，Xi代表第i項原始數據，X（min）代表第i項原始數據的最小值，X（max）代表第i項原始數據最大值。對于值越大越好的指標采用正向指標計算公式，對于值越小越好的指標則采用負向指標標準化公式進行標準化處理。

（三）指標權重的設定

指標權重的確定就是對指標的相對重要性進行評價，指標權重一般介于0—1之間，各指標權重之和等于1。指標權重的確定有很多方法，可分為客觀確定法、主觀確定法及主客觀確定法等，主要有熵值法、灰色關聯度法、變異系數法、神經網絡法、層次分析法、復相關系數法、均方差權值法、粗糙集信息熵法等。為了盡量減少研究中某些主觀因素及客觀因素的干擾，文中采用均方差權值法確定各相關指標的權重。具體計算方法如下：首先計算各指標的標準差值，然后對其所屬子系統內進行歸一化處理，結果即為各指標值的權重Wi：

（一）交通和經濟耦合協調度綜合發展水平

對山西省11個地市2003—2012年選取的交通和經濟的指標進行測算，分別得出了各地市交通和經濟的綜合發展指數，具體見表3與表4所示。從表中可以看出，山西省各地市交通綜合發展指數比較特殊，身為省會城市的太原市的交通綜合發展指數不僅排名倒數第二位，而且還有下降趨勢，發展較好的城市有晉中市、運城市、忻州市和臨汾市。從各地市經濟綜合發展指數可以看出，太原市的經濟綜合發展指數遠高于其他地市，但有減小的趨勢；最低的是忻州市，運城市倒數第二，其余地市之間差距相對較小。長治市和朔州市經濟綜合發展指數基本上是逐年較快發展。

（二）交通和經濟系統耦合協調發展指數

計算得到2003—2012年山西省11個地市交通和經濟系統耦合協調發展指數，具體結果見表5所示。總體來看，各地市交通和經濟系統耦合協調度差距較大，但是協調度都不太高。其中，臨汾市最高，都在0.7以上，達到了中度協調；太原市、長治市和晉中市都在0.6以上，達到了初步協調；最低的是陽泉市和忻州市，在輕度不協調和勉強協調之間波動。在2003—2012年之間，各地市交通和經濟耦合協調性都在波動發展。

利用ArcGIS軟件和Geoda軟件對2003—2012年山西省交通與經濟耦合協調發展指數做全局空間自相關性分析，得到每年的全局Moran's I指數值分別為0.066 9、0.076 9、0.184 2、0.458 3、0.272 6、0.081 8、0.088 3、0.120 5、0.019 0和0.034 6。這表明，山西省交通與經濟耦合協調性并非隨機分布，而是呈現出一定的空間關聯特征。在2003—2012年之間呈現出正的空間自相關特征，即交通與經濟耦合協調性在空間上為集聚特征。利用顯著性檢驗公式（2）對其檢驗，結果表明，除2006年山西省交通與經濟系統耦合協調性存在顯著的空間正相關，其他年份其空間自相關性不顯著。

對2003—2012年山西省交通與經濟耦合協調發展指數做局部空間自相關分析，得到Moran散點圖、熱點分析圖和LISA集聚圖，具體見圖1、圖2和圖3所示。

通過Moran散點圖可以看出，交通與經濟系統耦合協調性在不同年份具有不同的空間自相關特征：2003年和2004年的空間自相關特征表現一致，長治市、晉城市、運城市、晉中市和臨汾市表現為高-高的空間自相關特征，即這5個市為高觀測值區，并且被高觀測值區所包圍；呂梁市和陽泉市表現為低-高的空間自相關特征，即這兩個市為低觀測值區，被高觀測值區所包圍；忻州市和朔州市表現為低-低的空間自相關特征，即這兩個市為低觀測值區，并被低觀測值區所包圍；大同市和太原市表現為高-低的空間自相關特征，即這兩個市為高觀測值區，被低觀測值區所包圍。在2005年和2006年只有大同市變為低-低的空間自相關特征。在2007年，已經沒有城市表現為低-高的特征，相比2006年，呂梁市變為高-高的空間自相關特征，陽泉變為低-低的空間自相關特征。在2008年、2009年和2011年各市空間表現相同，相比2007年，晉城市和陽泉市變為低-高的特征，大同又變為高-低的特征。在2010年，大同變為低-低的特征。到了2012年，晉中市、呂梁市、長治市、臨汾市為高-高的特征；運城市、晉城市和陽泉市為低-高的特征；朔州市和忻州市為低-低的特征；太原市和大同市為高-低的空間自相關特征。

通過Moran散點圖和熱點圖可以看出，2003—2012年空間自相關特征相對穩定，只有個別城市稍有變化。總體上，晉城市、長治市和臨汾市為熱點；陽泉市和呂梁市為低-高特征。說明晉城市、長治市和臨汾市交通與經濟系統的耦合協調性水平相對較高，陽泉市和呂梁市協調性水平相對較低。

LISA集聚圖是在顯著性水平P≤0.05的水平下繪制出來的，LISA集聚圖能夠清晰地表現出通過顯著性水平檢驗的局部空間自相關地區。由于從2003—2012年，LISA集聚圖在2004年、2005年、2006年和2007年比較顯著，故本文只做出這4年的LISA集聚圖（見表3所示）。從圖中我們可以看出，在2004年和2005年聚集圖特征一致，太原市表現為高-低特征，說明太原市相對于周邊地市交通與經濟系統的耦合協調度稍高，即高于忻州市、陽泉市、呂梁市和晉中市；在2006年，臨汾市表現為高-高的特征，即為熱點，說明臨汾市比周邊地市的耦合協調度都更高，朔州市和忻州市表現為低-低的特征，即為冷點，說明朔州市和忻州市的耦合協調度比周邊地市都較低。隨著時間的推移，從2007年以后各地市都沒有顯著的相關性，沒有冷點也沒有熱點，各地市交通與經濟系統的耦合協調性呈現出隨機分布的空間特征。

通過以上分析，可以得出如下主要結論：2003—2012年山西省交通與經濟系統耦合協調度較低，各地市交通與經濟系統的協調度發展水平差異較大；太原市、晉城市、運城市和陽泉市還出現了不同水平的下降，臨汾市水平最高，這十年間變化不大，其余地市出現了較小程度的增加。十年間交通與經濟系統的耦合協調度都呈現出空間自相關特征，即協調度呈現不同程度的集聚狀態，且2006年表現得最為強烈。而通過局部空間自相關分析得出，山西省各地市間交通與經濟耦合協調性存在空間異質性，并隨時間發生變化。總體來講，山西省南部的耦合協調度高于北部。基于以上分析，從交通與經濟發展的互動關系出發，山西省應加強交通基礎設施建設來大力提高交通與經濟系統的耦合協調性水平，以保證經濟的可持續發展。

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Abstract：In Shanxi Province as the study area， by constructing the index system of transportation and economy system development， using linear weighted model and standard difference method. The quantitative calculation of transportation and economy system development index， the coupled coordination model is established that system of traffic and economy coordinated development index. On this basis， through the global Moran's I index and Moran scatter plot and Lisa concentration diagram analysis of spatial autocorrelation characteristics of Shanxi Province transportation and economy system coordination.

Key words：transportation and economic system； coupling coordination； spatial autocorrelation； Moran's I； LISA