京津冀協同創新發展地圖系統設計及應用

李梅 張紅 孫艷艷 苗潤蓮

摘要：[目的/意義]推動協同創新是有序疏解北京非首都功能、推動京津冀協同發展的戰略選擇和根本動力。[方法/過程]基于京津冀協同發展戰略需求，提出基于GIS的協同創新發展地圖系統的設計依據、思路和總體框架，并圍繞創新資源存量與空間分布分析、創新主體間關聯分析、創新空間格局的信息集成展示等方面進行案例分析。[結果/結論]結果表明，系統能夠有效地處理創新資源空間與屬性數據，能夠直觀展示京津冀創新資源空間分布情況、協同創新發展態勢，對揭示資源的空間分布特征、剖析存在的問題起到輔助作用，為京津冀協同創新發展水平和效率評價提供支撐。

關鍵詞：京津冀? ?創新資源? ?協同創新? ?地圖系統? ?應用案例

分類號：G322;P208

DOI：10.13266/j.issn.2095-5472.2020.017

引用格式：李梅， 張紅， 孫艷艷， 等. 京津冀協同創新發展地圖系統設計及應用[J/OL]. 知識管理論壇， 2020， 5（3）： 191-199[引用日期]. http：//www.kmf.ac.cn/p/212/.

1? 引言

進入21世紀，基于信息物理融合系統的第四次工業革命悄然來臨，世界各國將大數據和人工智能技術作為奪取新一輪競爭制高點的重要抓手。面對新的科技革命，中國將自主創新居于國家發展戰略的重要位置，黨的十八大提出“實施創新驅動發展戰略”，十九大提出“創新是引領發展的第一動力”[1]。與此同時，中國十分重視區域性協同創新共同體建設，以京津冀、長江經濟帶等國家戰略區域科技創新能力提升為新動力，通過打造區域協同創新共同體，統籌和引領區域一體化發展，推動北京、上海等優勢地區建成具有全球影響力的科技創新中心。

京津冀是國家戰略布局的重點區域之一，協同創新成為該地區快速提升創新驅動能力的現實途徑以及三地推進協同發展的著力點和務實舉措[2]。自《京津冀協同發展規劃綱要》頒布實施以來，三地在區域、產業、微觀主體等多個層面開展廣泛協作，協同步伐日趨加快。近五年來，京津冀三地通過設立分支機構、共建協同創新平臺、共建園區和聯盟、聯合發布政策、優化產業和創新布局等方式，促進創新要素流動和創新主體互動，加強城市間的分工協作與聯系，取得顯著成效。但協同創新相關數據均分散在線上線下各個角落，且處于不斷變化中，難以整合與利用。因此，利用情報采集加工技術，對這些反映協同創新狀態的基礎數據進行定期跟蹤、采集和歸類儲存，并以適宜的可視化方式呈現，對京津冀協同創新現狀評估和發展趨勢預判具有重要意義。

隨著計算機技術的不斷發展，可視化技術越來越多地被應用到地圖學中，地理信息系統（Geographic Information System，GIS）的地圖可視化技術能夠對大量的空間數據進行處理，形象而具體地顯示其空間特性，給予人們深刻與意想不到的空間洞察力，越來越受到人們的青睞。目前，地圖可視化廣泛應用到社會、經濟、自然、環境等各領域，但科技領域的應用成果較少，處于探索階段。耿曉博[3]、胡海英[4]和李梅[5]圍繞科技資源的地圖可視化開展研究，樊傳浩 [6]構建市域協同創新水平動態評價及可視化分析模型，從靜態和動態角度進行整體及分項評價分析，將結果以地圖可視化的方式進行呈現。在實踐方面，京津冀科技資源數字地圖平臺、浙江省科技創新云服務平臺、上海市產業地圖、東莞創新地圖、寧波市創新云服務平臺、甘肅省科技創新能力數字地圖等，通過地圖的方式展示創新主體和載體空間分布以及服務資源，但針對區域協同創新的專題地圖系統尚未見報道。筆者擬在區域協同創新的理論研究成果基礎上，結合京津冀協同創新的舉措、方式和實現路徑等，采用互聯網信息采集加工、GIS等技術，開發設計京津冀協同創新發展地圖系統，為決策者和研究人員及時把握協同創新態勢、制定相關政策、開展評價研究等提供信息情報支撐。

2? 京津冀協同創新發展地圖系統設計依據與思路

京津冀協同創新發展地圖系統是地圖可視化技術在協同創新領域的應用，其總體設計應遵循協同創新相關研究和實踐成果。從研究現狀來看，20世紀70年代，德國物理學家赫爾曼·哈肯首次提出“協同”概念之后，協同論逐漸與創新論、區域創新系統等交叉融合，指導和引領著區域協同創新實踐活動。國外對協同創新研究起步較早，以微觀（企業）層面的實證研究為主，揭示其內涵、動因、要素和模式，國內研究則集中在定義與內涵、機理機制、協同創新網絡、模式、效率評價等方面。已有研究表明，差異化主體的協同博弈過程就是區域協同創新過程的本質，創新要素的流動、知識與創新的集聚擴散是關鍵[7]。龔軼等[8]從“地方空間”和“流動空間”兩個維度以及“產業”和“創新”兩個層面構建城市群協同創新的四層次系統，即環境層、資源和要素層、產業分工/聯系層、協同創新網絡層，其中“流動空間”特征表現為城市群內各項創新要素的流動。高建新[9]認為區域協同創新受到諸多創新政策、區域經濟發展水平等關鍵宏觀環境因素的制約。結合已有研究成果以及創新的空間集聚特征，筆者認為創新資源要素協同、創新主體和載體協同、產業創新空間協同、創新政策協同等能夠很好地指示一個區域協同創新發展水平狀態。從現實路徑來看，當前京津冀主要采取以下舉措來促進區域協同創新：①政府通過區域發展戰略目標布局優化與政策銜接不斷優化創新環境，并對重點產業功能區和節點區域進行優化整合，構建整個區域的創新體系構架;②在政府引導和支持下，市場通過產業技術聯盟、協同創新平臺、基于互聯網的虛擬研發組織等載體，促進區域產業協同創新和創新資源共享;③企業、高校等主體則通過項目或成果合作、分支機構或分院設立等，加快創新成果的轉化應用。

基于上述研究和實踐成果，京津冀協同創新發展地圖系統從資源要素協同、主體協同、產業協同、布局協同、政策協同5個方面進行內容框架設計，系統地展示近年來京津冀協同創新發展狀態和成效，為科學評價京津冀協同創新水平和效率提供基礎支撐。

3? 京津冀協同創新發展地圖系統總體框架設計

京津冀協同創新發展地圖系統（以下簡稱“地圖系統”）是面向區域協同創新而開發的電子地圖，能夠用靜態和動態地圖的方式集中展現京津冀協同創新的進展、成效，定期跟蹤發展動態、重點和熱點問題，及時向用戶提供形式多樣、交互性強的信息。

3.1? 技術框架

地圖系統基于面向服務的架構（SOA）和.NET體系設計理念，利用Web Services方法實現一種松散耦合的異構式環境的集成，并通過地理信息服務標準規范實現統一管理，便于地理信息數據調用與擴展，實現在廣域網絡（如Internet）環境下的業務集成和互操作。

地圖系統分為基礎設施層、數據層、系統服務層和應用層?；A設施層通過服務器管理平臺對各個系統節點進行管理和支撐。數據層基于關系數據庫對基礎空間數據、科技機構數據、創新政策數據、園區空間數據、產業數據、互動數據、重點區域數據等進行存儲和處理。同時，建立規范的數據庫結構，實現不同子庫之間的關聯。系統服務層基于Web中間件、SuperMapiServer、iObjects、iDesktop等軟件進行數據管理、地圖可視化展示、管理服務等，借助統一的平臺進行功能集成和數據的統一共享。應用層圍繞資源要素協同、主體協同、產業協同、布局協同、政策協同五大內容板塊開展應用，為政府決策提供情報支撐，具體技術框架如圖1所示：

3.2? 數據庫與地圖系統功能設計

數據庫是整個系統的基礎和重要支撐，能夠實現京津冀協同創新數據的存儲和利用，為科學決策和服務提供基礎數據流和存放運行結果。根據協同創新的內涵理解、政府決策需求，綜合考慮空間可視化表達，將京津冀協同創新數據歸納為：創新資源要素數據、主體互動數據、產業數據、重點區域數據、聯合發布政策數據等。數據采集方式采用自采和購置，數據來源包括政府官網、各類統計年鑒、新聞報道、調研數據等。根據協同創新數據結構，完成數據庫表和數據結構設計、字段設計和標準制定。從系統構成來看，該系統由數據管理子系統、地圖可視化展示子系統、運行維護子系統構成，集成支撐五大內容板塊的運行，具體結構如圖2所示：

3.2.1? 資源要素協同

人、財、物、信息等創新資源的稟賦是區域協同創新的基礎，摸清各地區資源稟賦對區域協同創新的形成與發展具有重要意義。地圖系統通過地址匹配技術實現了企業（國家級高新技術企業、中關村高新技術企業、獨角獸企業等）、高校、科研院所等創新主體的定位;通過數據庫關聯，以機構為載體，整合相關人才、成果、項目、基礎設施等資源要素，并用點分布圖、熱力圖、統計圖表等可視化方式呈現，實現京津冀創新資源要素空間分布、分區統計和詳情展示，為向用戶直觀展示京津冀資源分布動態、發現存在問題、挖掘資源和評價現狀提供基礎依據。

3.2.2? 主體協同

主體協同是地圖系統的核心內容，由分設機構（中關村企業、高校等）、協同創新平臺（含共建研發機構、共建實驗室、共建聯盟、共建園區）、項目與成果合作、技術轉移與技術市場等部分構成。地圖系統通過互聯網采集技術，跟蹤獲取相關信息，綜合采用關聯關系圖、等級符號圖、分段設色圖、復合統計圖、熱力圖等專題地圖方式，對京津冀協同創新態勢進行可視化分析，能夠全面、直觀地了解到京津冀協同創新成效、發展態勢，為揭示階段特征和問題、評價京津冀協同創新效率提供科學依據。

3.2.3? 產業協同

產業協同選取人工智能、新一代信息技術、節能環保、新材料等重點發展產業，以產業資源與基礎信息地圖可視化為目的，為用戶整合相關產業領域的機構、人才、成果等信息，供用戶迅速查找相關產業和技術資源，方便用戶查看技術前沿。

3.2.4? 布局協同

創新資源空間布局是北京以及京津冀產業功能定位在空間上的具體體現，也是優化創新資源配置、實現高質量發展的重要基礎。因此，布局協同模塊涵蓋中關村科學城、懷柔科學城、未來科學城、北京經濟技術開發區在內的“三城一區”、京津冀“2+4+46”產業合作平臺、京津冀產業發展軸等重要功能區和關鍵節點，并將其基礎信息在地圖上進行集成展示與分析，例如，京津冀產業發展軸圍繞京保石線、京津線、京秦線3個產業發展軸，采集加工沿線地區的人口、經濟、社會、資源與環境、主導產業、創新資源等信息，以電子地圖的方式進行集中呈現，可進行空間屬性查詢，方便用戶快速查找和瀏覽目標地區的基本情況信息。

3.2.5? 政策協同

政策協同是當前京津冀協同發展的關鍵。近幾年，國家和三地政府聯合在各個領域密集出臺相關政策措施，京津冀政策一體化取得階段性成效。政策協同模塊梳理分析各領域聯合發布政策信息，向用戶提供查詢、分類統計、發布機構關聯展示等功能，便捷用戶查看政策信息。

4? 京津冀協同創新發展地圖系統應用案例分析

基于京津冀協同創新發展地圖系統，選取資源要素協同、主體協同和布局協同3個內容板塊進行案例分析，發現該系統在分析京津冀創新資源存量與空間分布現狀、創新主體關聯分析、信息集成展示等方面具有輔助作用，能夠為科學決策提供情報支撐。

4.1? 創新資源存量與空間分布分析應用

區域創新要素的配置效率取決于自身的要素稟賦及其組合方式，創新資源的稟賦是地區從事創新活動的要素基礎，是影響區域創新績效的因素之一，其空間分布的非均質性，表現為一定時期、特定區域創新資源的存量特征以及區際要素配置優化整合的動態演化過程[7]，而空間布局是影響創新資源時空配置的重要因素[10]。有關研究表明，創新主體之間的合作受空間距離的影響，距離越近的創新主體之間更容易形成合作與互動關系[11]。因此，厘清京津冀三地創新資源存量和差距，分析創新資源空間分布特征和問題，有利于研判創新資源分布格局狀態，幫助科技管理者和科學研究者從區域整體角度把握創新發展趨勢。通過地圖系統可得出以下幾點結論：

（1）京津冀區域創新資源存量豐富。其中，京津地區創新資源空間集聚度高，地區分布不平衡現象凸顯。基于教育部、科技部等政府官網發布數據，經整理統計得出，截至2018年，京津冀地區高等院校300多家，科研院所2 000多家;國家級高新技術企業達3.5萬家，科技型企業數量超過60萬家;國家級科技企業孵化器共84家，總估值3 378億美元。從具體分布情況來看，北京的創新資源以海淀區東南部為核心，集中分布在西城區、東城區、朝陽區等地理位置相鄰的地帶，天津的資源集中在城區和濱海新區，河北的資源集中在石家莊城區。由此可見，整合三地創新資源，打破資源不平衡狀態是京津冀協同創新的關鍵。

（2）京津冀創新資源正處于點狀集聚向塊狀集聚快速演變的階段。以國家級高新技術企業為例，對微觀主體的空間分布進行分析，可知這些企業在集聚效應和選擇效應的綜合作用下，具有明顯的“大集聚、小分散”的空間分布特征，具體分布見圖3。企業資源分布以北京、天津為兩個中心形成了大集聚，河北中心城市為多個分散點，同時呈現出一定的隨機性。五年來，隨著京津冀協同發展戰略的不斷推進，區域內各節點的互動關系不斷強化，節點外部經濟日益提高，但跨空間、跨行業的知識溢出能力仍然比較弱。

4.2? 創新主體關聯分析應用

區域協同創新需要通過要素流動、主體間的互動等來實現，創新主體之間的互動是區域協同創新的首要推動力。跟蹤監測創新主體間的互動數據是反映京津冀區域協同創新狀態的重要指標?！爸黧w協同”板塊通過地圖可視化手段挖掘、呈現出空間聯系、互動狀況、輻射范圍和詳細信息，揭示主體之間的協同關系。通過分析得出以下結論：

（1）中關村是京津冀加速實現協同創新的積極探索者和引領者。近年來，中關村通過建立生產基地、跨區域并購、共建園區等多種方式逐步加快跨區域布局步伐，實現三地創新資源和產業對接以及比較優勢的協同，為落實創新驅動戰略、轉變發展方式探索新路徑。通過分析近5年中關村分支機構設立情況得出，截至2019年，在津冀兩地建立分支機構的中關村企業總數累計達8 065家，相比2014年增加6 533家[12]，年均增長約40%，其中天津為3 746家，河北為4 319家。此外，中關村還通過支持創新型孵化器、加速器等在津冀兩地設立分支機構，開展創業孵化服務，加強中關村創業服務機構的輻射帶動作用，加快促進北京創新成果在津冀地區的轉化應用。

（2）加快共建園區和聯盟建設，推動要素集聚與產業協同發展。截至2018年3月，京津與河北共建各類科技園區55個、創新基地65個[13]。目前，跨京津冀園區鏈建設成效顯著，中關村在京津冀地區的共建園區已達20多個，輻射雄安新區、天津、秦皇島、保定、石家莊、廊坊等大多數城市，形成以共建園區為載體的區域創新網絡，為創新要素流動和集聚、產業集聚發展提供堅實的基礎，具體分布如圖4所示。

（3）共建機構和平臺成為促進主體間協同創新發展突破口。據調查，大多共建機構和平臺均有當地政府的參與，推進效率較高。從這些研發機構的空間聯系來看，北京與天津、石家莊等中心城市和邯鄲、唐山、保定、秦皇島、廊坊等節點城市都建立了聯系，尤其是與天津的機構合作較緊密，圍繞京津線形成共建研發機構的核心區域，合作領域主要包括農業、先進制造、文化創新、環保等多個領域。

（4）創新要素協同跨區域流動加快，為京津冀協同創新帶來新動能。近6年來，北京流向津冀技術合同成交額累計達1 063億元，年均增速到達30%以上，京津冀協同發展成效顯著。2014年2018年三地聯合專利申請數量均保持在4 000件左右，授權量保持在3 000件左右，三地聯合創新態勢明顯[14]。從2016年合作領域來看，三地在文體、光學、電子信息、化學、材料、航空航天、建筑、電力、節能環保等多個領域出現合作，但其中一部分是北京在津冀的分公司或子公司，說明京津冀跨區域技術合作強度有待提升，合作模式有待探索。另外，從2014-2018年京津冀氮化鎵技術專利合作情況來看，北京的研發機構與天津、河北合作較少，與長三角、珠三角合作較多，說明京津冀三地在氮化鎵等新技術領域的知識產權深度合作有待加強。

總的來說，在國家戰略推動下創新主體之間、各地政府之間的協作日趨加強和緊密，多種協同方式并存，成效顯著，但尚處于點對點階段，不同區域和主體間的內在需求和聚合力協同仍需要加強，相關機制有待完善。

4.3? 創新空間布局地圖中信息集成應用

區域規劃中，通常利用靜態規劃圖展示發展空間布局，但其存在很大的局限性，傳達的信息量十分有限。電子地圖則能夠承載更豐富的信息含量和更廣闊的應用范圍，它以可視化的數字地圖為背景，用文本、圖片、圖表、動畫等多種媒體為表現手段展示區域綜合面貌?！安季謪f同”板塊基于位置和屬性特征信息的多源數據融合，整合并集中展示京津冀創新空間布局中每個重要區域和節點的相關信息，極大地方便決策者和研究人員系統了解現狀，進行比對分析，并從中發現問題。通過對比分析京津冀創新空間布局重要區域和節點得出以下結論：

（1）“三城一區”創新資源分布不均衡、各自發展基礎不一，其中海淀區最為集中，高新技術企業、高校院所、創新平臺總數約占全市近五成，而懷柔、昌平和經濟技術開發區創新資源占比不到一成，創新要素粘性不足;無論是“三城一區”之間還是中關村一區十六園，功能性分工有一定同質化，部分科學領域、項目和產業存在重疊。

（2）從京津冀46個產業承接平臺產業發展方向來看，許多園區的產業方向存在重復現象，例如多半的園區產業方向里都有先進制造業，導致同質化競爭，需要進一步統籌加強，完善頂層設計，錯位發展，優勢互補。

（3）通過分析京津冀產業發展帶沿線地區資源分布和發展現狀得出，一方面，三個產業發展帶周邊已集聚各類企業和園區資源，但從企業總體分布情況來看，隨機性仍較強，與區域發展耦合不夠緊密。北京和天津雖然形成大的集聚，但跨空間知識溢出和輻射帶動能力有待提升，整個京津冀地區還未形成網狀集聚。另一方面，三個產業發展軸沿線除了節點城市之外，大多鄉鎮經濟發展水平較低，創新資源基礎薄弱，主導產業較雜，不利于形成具有強大競爭力和聚合力的產業發展帶，融合發展難度大，應盡快理清這些地區情況，制定產業發展詳細規劃，聚焦實際落實過程中的“卡脖子”問題，出臺針對性和可行性強的政策措施。

5? 結論

實踐證明，由于企業、科研機構等創新活動的主體具備空間屬性，為創新要素與地圖要素、GIS的融合提供了較好的契合點，以地圖方式直觀展現京津冀創新資源空間分布現狀與特征、協同創新的階段性成效與問題、主體間的關聯關系等，為從空間視角研究區域協同創新現象提供良好的支撐。京津冀協同創新發展地圖系統從資源要素協同、微觀主體協同、產業協同、布局協同、政策協同等多個維度詮釋并集中展現京津冀協同創新發展狀態，為區域協同創新評價關鍵指標的獲取提供基礎數據，為相關政策的制定和完善提供科學依據。

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作者貢獻說明：

李? 梅：提出論文寫作思路，設計研究方案和撰寫論文;

張? 紅：參與框架設計和數據采集;

孫艷艷：參與框架設計和數據采集;

苗潤蓮：項目負責人，參與框架設計。

The Design and Application of Map System for Collaborative Innovation and Development of Jing-Jin-Ji Region

Li Mei? ?Zhang Hong? ? Sun Yanyan? ? Miao Runlian

Beijing Institute of Science and Technology Information， Beijing， 100044

Abstract： [Purpose/significance] Collaborative innovation is the strategic choice and fundamental driving force to orderly relieve Beijings non-capital functions and promote coordinated development of Jing-Jin-Ji region. [Method/process] According to the strategic needs of collaborative development of Jing-Jin-Ji Region， this paper proposed the design ideas and general framework of collaborative innovation and development map system based on GIS. Then system application was demonstrated from three aspects， i.e. spatial distribution characteristics and stock analysis of innovation resources， the correlation analysis among innovation subjects， and the information integration display of innovation spatial pattern. [Result/conclusion] It can be concluded that the system can effectively process innovation resource space data and attribute data， and vividly show spatial distribution of innovation resources and collaborative development trend in Jing-Jin-Ji region. It is efficient to track and monitor regional development trend of collaborative innovation in time and is helpful to reveal innovation resources spatial distribution characteristics and existing problems， providing data for the collaborative innovation development level and efficiency evaluation in Jing-Jin-Ji region.

Keyword： Jing-Jin-Ji region? ? innovation resources? ? collaborative innovation? ? map systemcase study