山西省交通与经济系统耦合协调性的空间自相关研究

海日 张萱

摘 要：以山西省为研究区，通过构建交通与经济系统发展指标体系，运用线性加权模型和标准差方法，定量计算交通与经济系统发展指数，建立耦合协调性模型，得出交通与经济系统协调发展指数。在此基础上，通过全局Moran's I指数、Moran散点图和LISA集聚图分析山西省交通与经济系统协调性的空间自相关性特征。

关键词：交通与经济系统；耦合协调性；空间自相关；Moran's I；LISA

中图分类号：F127 文献标志码：A 文章编号：1673-291X（2016）17-0055-06

区域交通运输系统与经济发展之间存在着密切的相互作用关系，交通运输是区域经济一体化的重要空间依托及表现形式，也是区域整体协调发展和经济潜力充分发挥的前提和基础。区域经济增长与交通运输业发展相互作用、相互影响，交通行业的发展促进区域经济的增长，同样，区域经济的发展也会加快交通基础设施建设的步伐[1]。空间自相关分析是研究地理空间或属性值空间规律的一种方法，可以揭示出各现象的空间关联关系。在国外，空间自相关分析法已应用于流行病学、区域经济等研究领域；在国内，空间自相关分析法已应用于一些自然现象及社会经济现象等方面。但在交通与经济系统协调性研究方面，空间自相关分析法涉及较少。空间自相关分析法可以帮助我们更加深入地分析交通系统与经济系统协调性水平的差异。山西省地处我国中部地区，是连接东西部的桥梁，深入研究交通与经济系统协调性对山西省乃至全国的发展尤为关键。

（一）全局Moran指数

空间自相关是用来检验空间变量与空间邻近位置变量之间的相关性的。一般常用的全局空间自相关指标为全局Moran's I和全局G系数。Moran's I指数常被用于判断某个区域是否存在空间自相关特征，而要判断空间自相关特征是高值还是低值聚集时常采用G系数[2]。本文采用全局Moran's I指数来判断山西省是否存在空间自相关特征，全局Moran's I指数计算公式为：

（一）交通系统与经济系统评价指标体系的建立

评价指标体系的建立是分析交通和经济系统协调性水平的基础，遵循全面性、有效性、可操作性、科学性、数据可获得性等原则，并在借鉴前人[4-6]选取经验的基础上，根据代表性和全面性的要求建立了交通和经济系统的评价指标体系，具体见表1。

（二）指标体系的数据标准化处理

式中， Zi代表标准化后的数据，Xi代表第i项原始数据，X（min）代表第i项原始数据的最小值，X（max）代表第i项原始数据最大值。对于值越大越好的指标采用正向指标计算公式，对于值越小越好的指标则采用负向指标标准化公式进行标准化处理。

（三）指标权重的设定

指标权重的确定就是对指标的相对重要性进行评价，指标权重一般介于0—1之间，各指标权重之和等于1。指标权重的确定有很多方法，可分为客观确定法、主观确定法及主客观确定法等，主要有熵值法、灰色关联度法、变异系数法、神经网络法、层次分析法、复相关系数法、均方差权值法、粗糙集信息熵法等。为了尽量减少研究中某些主观因素及客观因素的干扰，文中采用均方差权值法确定各相关指标的权重。具体计算方法如下：首先计算各指标的标准差值，然后对其所属子系统内进行归一化处理，结果即为各指标值的权重Wi：

（一）交通和经济耦合协调度综合发展水平

对山西省11个地市2003—2012年选取的交通和经济的指标进行测算，分别得出了各地市交通和经济的综合发展指数，具体见表3与表4所示。从表中可以看出，山西省各地市交通综合发展指数比较特殊，身为省会城市的太原市的交通综合发展指数不仅排名倒数第二位，而且还有下降趋势，发展较好的城市有晋中市、运城市、忻州市和临汾市。从各地市经济综合发展指数可以看出，太原市的经济综合发展指数远高于其他地市，但有减小的趋势；最低的是忻州市，运城市倒数第二，其余地市之间差距相对较小。长治市和朔州市经济综合发展指数基本上是逐年较快发展。

（二）交通和经济系统耦合协调发展指数

计算得到2003—2012年山西省11个地市交通和经济系统耦合协调发展指数，具体结果见表5所示。总体来看，各地市交通和经济系统耦合协调度差距较大，但是协调度都不太高。其中，临汾市最高，都在0.7以上，达到了中度协调；太原市、长治市和晋中市都在0.6以上，达到了初步协调；最低的是阳泉市和忻州市，在轻度不协调和勉强协调之间波动。在2003—2012年之间，各地市交通和经济耦合协调性都在波动发展。

利用ArcGIS软件和Geoda软件对2003—2012年山西省交通与经济耦合协调发展指数做全局空间自相关性分析，得到每年的全局Moran's I指数值分别为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。这表明，山西省交通与经济耦合协调性并非随机分布，而是呈现出一定的空间关联特征。在2003—2012年之间呈现出正的空间自相关特征，即交通与经济耦合协调性在空间上为集聚特征。利用显著性检验公式（2）对其检验，结果表明，除2006年山西省交通与经济系统耦合协调性存在显著的空间正相关，其他年份其空间自相关性不显著。

对2003—2012年山西省交通与经济耦合协调发展指数做局部空间自相关分析，得到Moran散点图、热点分析图和LISA集聚图，具体见图1、图2和图3所示。

通过Moran散点图可以看出，交通与经济系统耦合协调性在不同年份具有不同的空间自相关特征：2003年和2004年的空间自相关特征表现一致，长治市、晋城市、运城市、晋中市和临汾市表现为高-高的空间自相关特征，即这5个市为高观测值区，并且被高观测值区所包围；吕梁市和阳泉市表现为低-高的空间自相关特征，即这两个市为低观测值区，被高观测值区所包围；忻州市和朔州市表现为低-低的空间自相关特征，即这两个市为低观测值区，并被低观测值区所包围；大同市和太原市表现为高-低的空间自相关特征，即这两个市为高观测值区，被低观测值区所包围。在2005年和2006年只有大同市变为低-低的空间自相关特征。在2007年，已经没有城市表现为低-高的特征，相比2006年，吕梁市变为高-高的空间自相关特征，阳泉变为低-低的空间自相关特征。在2008年、2009年和2011年各市空间表现相同，相比2007年，晋城市和阳泉市变为低-高的特征，大同又变为高-低的特征。在2010年，大同变为低-低的特征。到了2012年，晋中市、吕梁市、长治市、临汾市为高-高的特征；运城市、晋城市和阳泉市为低-高的特征；朔州市和忻州市为低-低的特征；太原市和大同市为高-低的空间自相关特征。

通过Moran散点图和热点图可以看出，2003—2012年空间自相关特征相对稳定，只有个别城市稍有变化。总体上，晋城市、长治市和临汾市为热点；阳泉市和吕梁市为低-高特征。说明晋城市、长治市和临汾市交通与经济系统的耦合协调性水平相对较高，阳泉市和吕梁市协调性水平相对较低。

LISA集聚图是在显著性水平P≤0.05的水平下绘制出来的，LISA集聚图能够清晰地表现出通过显著性水平检验的局部空间自相关地区。由于从2003—2012年，LISA集聚图在2004年、2005年、2006年和2007年比较显著，故本文只做出这4年的LISA集聚图（见表3所示）。从图中我们可以看出，在2004年和2005年聚集图特征一致，太原市表现为高-低特征，说明太原市相对于周边地市交通与经济系统的耦合协调度稍高，即高于忻州市、阳泉市、吕梁市和晋中市；在2006年，临汾市表现为高-高的特征，即为热点，说明临汾市比周边地市的耦合协调度都更高，朔州市和忻州市表现为低-低的特征，即为冷点，说明朔州市和忻州市的耦合协调度比周边地市都较低。随着时间的推移，从2007年以后各地市都没有显著的相关性，没有冷点也没有热点，各地市交通与经济系统的耦合协调性呈现出随机分布的空间特征。

通过以上分析，可以得出如下主要结论：2003—2012年山西省交通与经济系统耦合协调度较低，各地市交通与经济系统的协调度发展水平差异较大；太原市、晋城市、运城市和阳泉市还出现了不同水平的下降，临汾市水平最高，这十年间变化不大，其余地市出现了较小程度的增加。十年间交通与经济系统的耦合协调度都呈现出空间自相关特征，即协调度呈现不同程度的集聚状态，且2006年表现得最为强烈。而通过局部空间自相关分析得出，山西省各地市间交通与经济耦合协调性存在空间异质性，并随时间发生变化。总体来讲，山西省南部的耦合协调度高于北部。基于以上分析，从交通与经济发展的互动关系出发，山西省应加强交通基础设施建设来大力提高交通与经济系统的耦合协调性水平，以保证经济的可持续发展。

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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