基于子系統協同度評價的區域科技創新能力測度
——以甘肅省為例

杜 英，李睆玲 (甘肅省科學技術情報研究所/甘肅省科技評價監測重點試驗室，甘肅 蘭州 730000)

0 引言

區域科技創新是國家科技創新戰略的重要支撐。科技創新能力的不斷提升推動了高技術產業的發展，促進經濟發展模式的不斷轉型升級[1]。在黨的十九大報告中， “創新驅動發展” “區域協調發展”一再被強調，凸顯了區域科技創新能力在新時代社會主義經濟建設中的重要地位。

持續提升科技創新能力，不僅是科技政策努力追求的方向，更是一個國家和地區經濟增長的內生動力[2]，全面、準確地進行科技創新能力評價對于政府科學決策至關重要。自20世紀90年代，國外學者開始研究區域科技創新能力[3]，隨后的研究越來越深入和全面，逐漸囊括國家、區域、產業、城市、高校等不同的研究主體。由于科技創新系統是一個包括各類主體要素以及其他社會支撐系統、外部資源和環境等非主體要素的復雜系統[4]，因此立足于特定區域的科技創新能力研究顯得更為基礎和重要，相關研究文獻也最多。

關于區域科技創新能力的研究指出，一定區域內創新主體的創新能力水平以及主體間的互動關系等，都會對區域科技創新能力發展產生影響，區域科技創新能力是區域內各種主體和非主體要素的合作協同的結果[4]。因此，如何全面、動態地反映這些要素，準確選擇指標建立系統評價體系，合理運用多種方法進行有效測度就成了區域科技創新能力評價的難點。從這些關鍵環節出發，本文選取系統理論中三螺旋理論的分析視角，從區域科技創新子系統交互影響的內在機制角度構建評價指標體系，該體系能夠對某一區域或多個區域的科技創新能力發展進行深入評價，同時綜合采取縱向TOPSIS評價加橫向子系統耦合分析的方法，全方位探討區域科技創新能力的動態趨勢和影響因素，以期通過更加準確的評價和分析，提高科技創新政策實施的針對性。

1 區域科技創新能力評價研究現狀

區域科技創新能力是指以實現區域經濟增長為目標，以人力資本集聚為核心，將技術創新轉換為新產品、新工藝和新服務的綜合能力[5]。突出區域科技創新能力的根本目標在于提升本地經濟發展的能力[3]，關鍵在于合理配置和利用特定地區的資源要素[4]。

國外在區域科技創新能力評價方面的權威指標如美國國家科學基金會 (NSF)的 《科學與工程指標》，主要從R&D經費及人員投入、論文數量及引用率、高技術和知識密集型產業的比例以及科研人才培養等方面進行評價。此外，聯合國開發計劃署 (UNDP)、經濟合作與發展組織 (OECD)等國際機構也從不同角度提出區域科技創新能力的評價指標。除了這些組織機構，國外許多學者也非常關注這一問題。Zabala等對歐洲區域創新系統進行評價，主要采用創新輸入與輸出兩個層級指標[6]；Pinto等的評價體系包括經濟結構、勞動力市場、技術創新和人力資本4個維度[7]；Maghsoudi等認為在創新能力評估中，要盡可能考慮創新過程，重視投入過程的公正性和中間產出[8]。

中國科學技術發展戰略研究院每年發布的 《中國區域科技創新評價報告》是學術界開展評價指標體系構建研究的重要參考依據。國內學者構建的評價指標體系主要包括科技創新基礎、科技創新環境、科技創新投入、科技創新產出和科技創新效益等指標要素，并基于不同視角分設下級指標，進而構建評價指標體系。部分相關文獻歸納情況見表1。

從評價內容看，現有研究大多基于投入與產出之間的關系展開，對各子系統間的聯系沒有足夠重視；對區域科技創新能力發展趨勢，以及各子系統發展趨勢的相互影響程度所進行的分析并不多見。從評價方法看，學者通常采用層次分析法、因子分析法、數據包絡分析法、灰色關聯度法[9]、熵權法[10-13,15]、回歸分析[1,10,15]等，對不同地區、不同層次的科技創新能力進行分析。這些方法各有適用范圍，如層次分析、因子分析法、主成分分析法及灰色關聯度等主要側重對指標體系進行合理化，數據包絡法關注投入產出效率測算，回歸類方法注重探討科技創新能力的影響因素，耦合度分析有助于分析和衡量系統整體的協調程度。考慮到區域科技創新能力的系統性特征，單獨使用某一評價方法難以全面綜合刻畫從評價結果到影響因素再到變化趨勢的全貌。近年來，學者開始嘗試整合兩種以上的評價方法，如通過熵權—TOPSIS法[11]、熵權法+耦合度分析[12-13]、結構方程模型+因子分析[14]、耦合度分析+門限回歸[15]、因子分析+聚類分析+指數分析[16]等。本研究關注區域科技創新能力的多系統交互性，從創新系統三螺旋理論出發構建區域科技創新能力評價指標體系，通過熵權-TOPSIS-耦合協調模型[17]，首先縱向測度科技創新能力發展趨勢，然后橫向分析各內部因素之間的耦合協調度，從而全方位評價區域科技發展能力，識別制約科技創新能力發展的主要因素。

表1 采取綜合方法進行區域科技創新能力研究的部分文獻歸納

2 區域科技創新能力評價指標體系構建

最早提出區域創新系統概念的學者Cooke認為，區域創新是在地理上相互分工與關聯的生產企業、研究機構和高等教育機構等構成的區域性組織體系[18]，這種體系支持并產生持續的創新。國內學者也支持這種觀點，認為科技創新是各創新主體和創新資源要素如人才、資金、技術基礎等在復雜創新生態環境交互作用下的一種復雜系統[19]。基于創新過程的系統性和動態性，美國社會學家亨利·埃茨科威茲提出的三螺旋理論，強調了官、產、學3個主體在創新過程中的合作關系[20]。三螺旋理論不刻意突出主體，而是強調在知識經濟時代，圍繞著創新3種力量誰都可以成為領導者、組織者和參與者[21]。

互聯網時代的到來促使區域創新的系統化、網絡化程度不斷加深。區域創新要素包括知識技術、人才、信息和資金等，通過內部流動和外部流動推進創新系統的良性運行[21-22]。借鑒創新系統理論和三螺旋理論的觀點，本研究從創新能力耦合角度出發，構建區域創新系統耦合模型和對應的指標體系，見表2。創新支持子系統 (Support，S)主要通過政策扶持、產業引導等方面推進創新環境的優化；創新研發子系統 (Research，R)擔負著知識和技術的開發、人才培養等職能；創新轉化子系統 (Transform，T)負責創新傳播和擴散經濟產出，通過技術成果轉移轉化，促進科技與區域經濟發展的有效結合。

3 模型構建與求解

根據三螺旋理論構建的科技創新能力評價模型，可以從橫向和縱向兩個方面同時測度區域科技創新能力發展，并考察其動態發展趨勢，具體操作思路如下。

首先，指標權重反映了指標在評價過程中的不同重要性，是對指標在決策 (或評價)問題中相對重要性的主觀和客觀反映的綜合測度。熵權法利用評價指標的內在信息來判別指標的效用價值，避免了任何主觀因素的影響，因此比德爾菲法、層次分析法等主觀賦權方法具有更高的可信度[13]。本文采取熵權法來確定各指標的權重。

表2 區域創新能力及耦合度測量指標體系

其次，TOPSIS評價法能獲取每個評價對象之間的相對距離和最優解決方案。通過計算評價對象之間的距離和最優解、最差解，基于相對距離對評價對象進行排序[11]，這是一種簡單實用的計算方法。將熵權法和TOPSIS結合起來，能更客觀、準確地反映區域科技創新能力發展演變趨勢。

最后，耦合度是指兩個或兩個以上系統相互作用的程度。衡量耦合度通常運用容量耦合概念和耦合系數模型，本文采用基于序參量的耦合度測度方法，對區域創新主體各子系統之間的有序性以及區域創新系統的整體耦合協同程度進行測算。耦合度是一個介于0～1之間的值，取值越大，則說明子系統之間處于穩定有序的狀態。

具體計算過程及具體算法如下。

步驟1：確定指標的熵權。

根據信息論原理，熵是對系統無序程度的度量。在評價指標體系中，指標信息熵越小，則表明指標提供的信息越多，在綜合評價中的權重越大。熵權規則是一種基于數據信息負載大小進行權重判斷的客觀賦權方法。由于各指標的客觀權重由測量指標的離散程度決定，因此可以減少對評價結果的主觀影響，使評價結果更加真實。

根據信息熵的定義，在對原始數據進行線性無量綱處理的基礎上，計算第j個測度指標的熵值和熵權為：

(1)

(2)

步驟2：確定每個子系統的熵權。

對于多層結構測量系統，在增加信息熵權的基礎上，利用各指標層的熵權ωj計算相應準則層各子系統的熵權wk。得到各指標對應的各子系統的熵權pj，然后計算各子系統zik的開發分數。假設第k個子系統下有s個測度指標。

計算各子系統在相應準則層wk中的熵權：

(3)

計算各指標pj對應子系統的熵權：

(4)

計算第i年zik各子系統的創新能力得分：

(5)

步驟3：基于TOPSIS計算科技創新能力系統綜合評價系數Ci。

Ci值越大，說明科技創新能力的可持續性越強。因此，Ci從宏觀上反映了區域科技創新能力的整體發展狀況。具體步驟如下：

①確定各子系統的正理想解Z+和負理想解Z-，可表示為：

(6)

(7)

(8)

(9)

③計算與理想解的相對貼近度，并對性能排序。第i年區域科技創新能力發展體系可持續發展綜合評價系數Ci表示為：

(10)

步驟4：計算區域科技創新能力的耦合協調度。

本文定義了3個交互子系統，通過測度3個系統之間的耦合協同程度，綜合評判區域創新系統的發展水平。3個創新主體子系統的耦合關聯度函數為：

(11)

4 實證結果分析

4.1 樣本選取與數據來源

甘肅省位于中國西部欠發達地區，經濟發展水平落后，人均GDP連續多年居全國倒數第一。但另一方面，相對于經濟發展，甘肅省在科技創新方面具備一定實力，2015—2018年科技創新評價綜合水平指數均位列全國第18位。這說明甘肅省科技創新能力潛力較大，但科技發展對經濟社會的帶動作用還沒有得到充分發揮。如果不能促進科技、經濟、社會3個系統的協調發展，創新能力方面的相對優勢也會逐漸消失。因此，在國家大力推動創新驅動戰略的大背景下，如何做好創新引領區域發展這一課題對甘肅省尤為迫切。本文擬通過對甘肅省科技創新能力發展的評估，在驗證本研究方法有效性的同時，為實踐中的區域創新能力建設工作提供一些有價值的建議。

本研究的指標數據取自 《國家統計年鑒 (2010—2018)》和 《甘肅發展年鑒 (2011—2018)》 《甘肅科技統計年鑒 (2011—2018)》 《中國區域科技創新評價報告 (2012—2019)》，部分原始數據采用相關計算公式進行轉換。

4.2 指標權重計算

利用式 (1)～ (4)計算甘肅省區域科技創新能力發展指標的熵和熵權，結果見表3。從計算結果可見，創新轉化子系統在區域科技創新能力發展中所占比重較大，其次是創新研發子系統，創新支持子系統所占比重相對較小。

表3 甘肅省區域科技創新能力發展體系指標熵權得分

4.3 創新能力綜合評價結果

基于各層熵權值采用式 (5)計算甘肅省科技創新能力發展水平得分，結果見表4。為了便于分析，刻畫近年來甘肅省科技創新能力的發展趨勢，如圖1所示。

表4 2010—2017年甘肅省科技創新能力各子系統發展水平得分

圖1 甘肅省科技創新能力評價結果

由圖1可見，2010—2017年甘肅省科技創新能力發展總體呈上升趨勢，發展勢頭良好。2010—2017年甘肅省科技研發子系統從0.017提高到0.336，表明甘肅省在科研投入和產出方面取得較好發展成績。科技轉化子系統綜合得分呈現逐年遞增的趨勢，并在2015年達到峰值0.201，說明甘肅省在促進科技成果轉化、科技支持地方經濟發展方面做了大量工作，處于快速發展期。這也與實際情況相符：自2010年以來，甘肅省出臺了一系列加強創新轉化的政策文件，并積極推進蘭白試驗區與蘭白自創區的建設，使得科技創新轉化有了抓手和平臺。創新支持子系統變化緩慢，這主要是因為甘肅省經濟發展較為落后，在信息水平、經濟發展水平、產業結構優化水平等方面發展較為緩慢。總體看，科技創新對經濟的支持不斷加大，且創新支持子系統的發展速度和貢獻度在2014年后有加速的趨勢。

在得到創新能力評價結果之后，采用式 (6)～ (10)計算2010—2017年科技創新能力子系統與理想值之間的距離，確定貼近系數，以分析甘肅省科技創新能力發展的總體發展趨勢。結果見表5和圖2、圖3。

表5 2010—2017年甘肅省科技創新能力評價排名

圖2 甘肅省科技創新能力的正、負理想解變化趨勢

圖3 甘肅省科技創新能力理想解貼近度變化趨勢

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4.4 各子系統耦合度評價結果

根據式 (11)計算各子系統間的耦合協調度，結果見表6和圖4。從表6可知，2010—2017年甘肅省內部各可持續發展子系統之間的協調穩步發展。其中，創新支持-轉化 (S-T)子系統耦合協調度指數變化波動較為嚴重，耦合協調度指數從2010年低耦合、不協調 (0.102)提升到2015年抗結階段 (0.309)，但隨后又有所下降。這一點在甘肅省近兩年綜合科技創新水平指數排名下滑的情況中得到印證。究其原因，在于甘肅省科技創新仍然以政府主導模式為主[21]，在創建蘭白試驗區、蘭白自創區等大型項目的過程中，科技支持產生了較強的推動作用，而在項目落地后自主運行的階段，由于政府的推力減弱，支持和轉化兩個子系統的協調度就會有所降低。

表6 2010—2017年甘肅省科技創新能力各子系統發展耦合協調度得分

創新支持與創新研究 (S-R)、創新轉化與創新研究 (T-R)子系統的耦合協調度增長較為緩慢。這和甘肅省近年來高層次人才流失、院所外遷等問題有很大關系。為了促進科技創新能力的持續提升，保證創新研發子系統的持續投入與平衡發展，需要重視人才保留與招才留智的迫切問題。

3個子系統的總體耦合協調度逐年上升，總體系統 (S-T-R)耦合協調指數從0.185的低度耦合上升到0.408的接近中度協調。總體系統協調度高于兩兩子系統之間的協調度。這些結果清楚表明，區域科技創新能力的協調可持續發展是各內部子系統相互作用的結果。這主要是因為政府主導的科技發展戰略，以及大力推進的蘭白試驗區、蘭白自創區的帶動效應已開始顯現；但另一方面，總體耦合協調度的絕對值還較低，還有很大改進空間，特別是在創新研發和產出方面還需要加大力度。

圖4 甘肅省科技創新各子系統耦合度發展趨勢

5 結論與討論

5.1 結論

(1)從評價指標體系看，與傳統的只反映創新能力水平的評價方式相比，基于創新三螺旋結構的評價體系更加全面地揭示了各創新子系統對區域科技創新能力發展的影響，為區域經濟、社會、科技的協調發展評價提供了良好的理論框架。

(2)從評價方法看，本研究建立的熵權-TOPSIS模型-耦合協調度模型對科技創新能力發展的縱向分析具有重要的應用價值。通過對各年度科技創新能力發展綜合得分的分析，確定各年度當前發展狀況與理想狀態之間的距離，從而明確科技創新能力發展趨勢。因此，該方法對區域科技創新能力發展體系的多維綜合分析具有較好的參考價值。

(3)從應用價值看，本研究運用耦合協調理論分析各子系統的協調發展，從創新支持、創新轉化、創新研發3個方面識別科技創新能力可持續發展的制約因素，該方法可為發展科技創新能力提供有價值的參考，有助于根據區域實際情況提出有針對性的規劃建議。

5.2 討論

(1)注重發展自身優勢和特色。甘肅省雖然經濟發展較為落后，但科技創新實力卻呈現亮點。這就要求在科技創新能力發展中形成自身特色，在科技創新的支持力度方面多下功夫，避免因經濟發展落后而造成人才外流、院所外遷等拖累科技創新能力發展的情況。

(2)加大科技研發投入力度。發展科技創新能力的關鍵是加大對創新的投入，然后將這些創新應用到發展中，提高整體效率。從實證分析結果看，甘肅省的科技創新研發子系統的發展速度較明顯地落后于其他兩個子系統的發展，科研投入和產出水平較低。因此，需深入分析原因，并給予高度關注。

(3)轉變發展模式。從實證分析中可以看到，相對而言創新轉化子系統創新系數較高，表明政府對試驗區建設的重視及投入力度。各個子系統間的耦合協調度不高，還有很大發展空間。甘肅省的科技創新發展更多依賴政府力量的推動，政府下大力氣發展哪一個環節，哪個子系統發展就會比較迅速。從長遠看，這種模式存在很多弊端[23]，必須逐步加以調整。要注重協調科技發展與經濟、社會、教育、環境的關系，在加大科技創新投入的同時，確保創新轉化為經濟發展動力。例如，可以引入市場化機制、完善專利使用制度、創新人才流動機制等舉措，培養和形成良性循環的科技創新生態，充分調動微觀主體的積極性，轉變政府主導的發展模式。

5.3 局限性

區域科技創新能力發展指標體系是一個多層次、多方位、多結構的體系。由于考慮數據的可測量性[24]，本文只考慮了部分指標，對于影響科技創新能力的其他因素如制度因素和政策因素的考慮還不夠全面。因此，需要進一步探索和研究，以期構建更加穩健有效的區域科技創新能力評價體系。