GIS在经济学研究中的广阔应用前景,区域经济学论文.docx

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1、GIS在经济学研究中的广阔应用前景,区域经济学论文近些年来，随着地理信息系统技术的发展和运用，越来越多的社会科学，尤其是经济学、人口学和社会学都在逐步采用地理信息系统技术。而在经济学中，区域经济学、劳动经济学、人口经济学等学科研究中有不少与地理和空间相关，故而在采用地理信息系统技术上走在其他经济学学科之前。那么在经济学中，地理信息系统到底能够得到如何的应用？怎样有效地在经济研究中运用地理信息系统技术？ 起源于加拿大的地理信息系统 Geographic In-formation System,GIS 技术是一种强大的空间数据分析系统技术。它以计算机为基础，以图层分析为基本思路，包括图层叠加、缓冲

2、区分析、拓扑分析等各种复杂的空间运算和分析，最终以各种地图和图表为表示出形式，非常合适于表示出和分析与空间和区位相关的各种问题。GIS 技术在近三十年来得到了迅速的发展，被广泛运用于气象、地震、洪水及灾祸监控、交通、网管、商业定位等各个领域。在我们国家，随着地理信息系统的发展，随着社会经济对空间和区位等因素的日益重视，地理信息系统在社会科学领域得到了越来越广泛的应用。在经济学领域，研究人员同样越来越多地引入地理信息系统技术来加以分析和应用。因而，GIS 在经济学研究中也具有广阔前景。 本文的组织布置如下。首先扼要介绍了地理信息系统及其基本特征，指出在空间分析方面具有独特的作用，总结了国内已有的

3、应用研究，指出详细实例缺乏和应用操作不细致是现有研究的主要问题。 接着，以详细的经济学研究实例来展示地理信息系统在空间表示出、时空动态演化、区域划分、空间分析等经济研究中的应用。文章的最后，对地理信息系统在经济学的应用进行总结，并指出存在的缺乏并瞻望将来。 一、地理信息系统技术简介 地理信息系统是一种为了获取、存储、检索、分析和显示空间定位数据的信息系统。地理信息系统的处理对象是空间实体，其处理经过正是根据空间实体的空间位置与空间关系进行的 吴信才，2002 . 地理信息与人类的生产和生活密切相关。人类生活在地球上，80% 以上的信息与地球上的空间位置有关。在人类历史长河中，地图一直与人类相伴

4、随，因其能够确定地理位置和指引方位，故而无论在军事还是在生产及生活中，人们都需要利用它。固然能够根据不同的需要，绘制不同的专题地图，但地图在其发展经过中的很长时间里一直是传统意义上相对单一的功能，而且都是手工所绘制的。计算机出现以后，关于机器制图的研究也就成为了地图学家们的一个重要研究内容，希望由计算机来代替手工绘图。与此同时，人们开场用电子计算机来收集、存储和处理各种与空间和地理分布有关的图形和属性数据。机器制图固然使人们摆脱了手工制图的冗杂工序，然而却没有能够进一步扩大地图的功能。 地理信息系统技术则在这方面有了重大的突破，它使得电子地图不仅具有显示、查询、输入和输出的基本功能，而且具备了

5、空间分析的功能。地理信息系统的核心是空间图形数据库，而关键技术则是建立图形元素的空间拓扑关系和图形与属性的联动关系 李裕伟，1998 .加拿大测量学家 R. T. Tomlinson 于 1963 年最早提出地理信息系统这一术语，并且建立了世界上名进行查询，能够得到主题文献数量的分布，如此图1 所示，总体而言，文献数量呈现指数增长态势，十分是自 1998 年以来，相关文献数量增长迅猛。然而，现有国内关于 GIS 在经济学中的应用多以框架分析为主，较少有详细的实例讲明，而且在应用的细节上尚不够清楚。在进行空间自相关分析时，多数仅以单个变量为分析对象，没有考虑到多个变量之间的互相影响。在牵涉区域经

6、济的分析中，对于影响区域经济发展的众多因素并没有构成综合有效的测量与分析。这些都不利于 GIS 在经济学中的推广。本文尝试结合详细实例阐述 GIS 在经济学中的应用，就 GIS 技术的时空扩散分析、中国人口迁移基本规律分析、区域划分与区域经济分析和空间相关与缓冲区分析为例来加以讲明地图和 GIS 在经济学中的应用。【图1】 二、GIS 技术在中国科研教育机构的时空扩散分析 新技术的扩散是技术经济学研究的一个重要内容，它往往牵涉空间和时间的扩散分析，而时间和空间往往又是密不可分的两个分析角度，因而经常需要同时进行时空扩散的动态分析。在研究这一问题时，往往首先需要了解技术时空扩散的基本情况，也就是

7、讲，需要进行时间和空间的扩散表示出。在这方面，GIS 技术就具有强大的时空表示出能力，能够直观地将技术时空扩散的动态经过予以表示出。【图2】 GIS 技术本身在中国的兴起与扩散近期几年得到了广泛的关注。限于数据的可获得性，要全面地研究 GIS 在全国各个部门的扩散几乎不可能，但就某个行业或者部门内的扩散进行研究，在一定程度上能够基本反映 GIS 技术本身的扩散规律。相对而言，GIS 在科研和教育机构的扩散数据能够通过文献反映出来，而且 20 世纪 90 年代以前，GIS 的用户主要分布于国内的教育科研机构，因而文献计量学成为一种有效的数据获取方式。在获取了 GIS 技术在中国科研教育机构的时空

8、扩散相关数据以后 王智勇，2002 ,就能够用 GIS 来加以表示出。图 3 至图 8 进一步显示了 GIS 技术的时空扩散经过。图中以颜色的深浅不同来表示采纳 GIS 技术机构数量的多少。这样，当我们把多幅图放到一起时，在时间和空间范围内 GIS 技术的扩散情况就得以清楚明晰地显示了。换言之，这一组图既从时间的角度也从空间的角度表示出了 GIS 技术的扩散，利用GIS 软件的图形输出模块，比拟好地解决了时间和空间尺度同时表示出的问题。从 GIS 技术的时空扩散动态经过中能够看出 GIS 技术时空扩散的几个基本特征：【图3-8】 首先，GIS 技术在科研教育系统的扩散与一个地区原有的科研教育实

9、力有着密切的联络，往往科研教育实力越强的地区越早接受和采纳 GIS 技术。 其次，GIS 技术在科研教育系统的扩散与一个地区的经济发达水平密切相关。经济发展水平越高的地区，往往越早接受和采纳 GIS 技术，并且从采纳数量来看也更占有优势。 再次，GIS 技术在科研教育系统的扩散是一种跳跃式的扩散经过。从总体上讲，科研教育水平和经济发展水平越高的地区越有可能更早接受和采纳GIS 技术，并且采纳者的数量也越多，但 GIS 技术从一个地区到另一个地区的扩散并不是连续而是跳跃式的进程，换言之，技术扩散的地缘联络并不特别密切，空间传递性并不显著 王智勇等，2007 . 三、中国省际人口迁移的基本分析 人

10、口迁移的基本规律及其内在机理一直是人口经济学研究的一个重要问题。人口迁移既牵涉地区经济差异分析，也牵涉地缘分析，这也就是人口迁移的收益与成本分析。一个经济发展水平较高的地区显然首先会吸引邻近地区人口的迁入，其次才是较远地区人口的迁入； 由于地域的相邻性，迁移人口从一个地区迁到另一个邻近地区也更容易适应迁入地的生活，由于相邻的两个地区无论是从气候还是生活习惯都比拟接近，这样就大大地降低了迁出人口的迁移成本，使得迁移具有更大的现实可能性。在人口迁移的分析中，必然会牵涉不同地域的相对地理位置关系，然而假如仅仅用普通数据来表示出则显然不够直观，以中国的行政区划为例，固然研究者们都比拟熟悉中国各省区的地

11、理分布，然而每个省区与周边省区之间详细是怎样接壤的这样一个问题却往往难以用文字语言来准确描绘叙述。利用 GIS 的空间表示出能力，能够更好地表示出区域相邻关系，进而更好地探寻人口迁移的基本规律。以 2000 年的人口普查数据为例来加以讲明。 图 9 显示的是中国各省区 15 岁以上迁入人口的基本情况。能够明显地看到，迁入人口较多的省区基本都集中在沿海地区。这在很大程度上反映了沿海较高的经济发展水平对于外来人口的吸引。除此之外，还能够看到，新疆、四川和云南这三个省份也是迁入人口较多的地区。这三个地区相比照较特殊，是政策指引下导致的人口迁入，例如新疆建设兵团等。广大的西部地区迁入人口较少，在很大程

12、度上是因地区经济发展水平较低而无力吸引外来人口所导致。与迁入人口相对应的是各省区迁出人口的基本情况。图 10 显示的是各省区 15 岁以上迁出人口的基本情况。从图中也比拟明显地能够看出迁出人口的一些基本特征。迁出人口较多的地区基本上都是中南部地区，如湖南，江西和湖北等。西部地区的四川迁出人口数量最多。由于中部地区与沿海发达地区距离较近，因而在沿海发达地区较高经济发展水平的吸引下，其迁出人口数量也就较多。以广州为中心的珠江三角洲较多地吸引了来自邻近的广西、湖南、江西和湖北等省区的外来人口。而以上海为中心的长江三角洲则较多地吸引了来自邻近的安徽、河南和湖北等省区的外来人口。广大的西部地区迁出人口则

13、相对要少得多，这在很大程度上是由于距离沿海发达地区较远、迁移成本较高所导致的。【图9-10】 利用 GIS 的空间表示出功能，还能够对详细的省区迁出及迁入人口流向加以具体分析，从中能够更好地揭示人口迁移的一些基本影响因素。 迁入人口最多的省区为广东省，而迁出人口最多的省区为四川省 包括了重庆市的数据 ,下面分别以这两个省区来加以分析。图 11 显示了迁入人口最多的广东省迁入人口来源数量分布情况。能够看到，迁入人口主要来自与广东省相邻的广西，湖南，江西以及相对较近的四川、湖北、河南等省区。而距离广东较远的新疆、内蒙古和青海等省区迁入广东的人口数量相对就少得多。西藏迁入广东的人口数量为零，很大程度

14、上反映了高原地形及宗教等因素在迁移成本中所起的重要作用。这讲明，地缘相邻性在人口迁移中具有重要的影响作用。除此之外，从图中可以以看到，北京、陕西、甘肃和江苏等省份也有较多数量的人口迁入广东，这几个省份的教育与科研实力相对较强，这在一定程度上反映了广东省对于高素质人才的吸引。【图11】 图 12 显示迁出人口最多的四川省 包括重庆市数据 迁出人口去向数量分布情况。从图中能够看出，四川省的外迁人口主要分布于沿海发达地区，这在很大程度上反映了经济发展水平对于外迁人口的强有力吸引。除此之外，还能够注意到，四川迁入新疆、西藏和云南的人口数量也比拟多，这种情况反映的是政策对于人口迁移的影响。能够看出，四川

15、省人口迁出至周边地区的数量相对也较多，例如迁出至陕西、湖北、湖南和贵州等省区的人口数量相对较多，这同样反映了迁移经过中的地缘邻近性因素的影响。【图12】 人口迁移的数据包含了较多的信息，十分是空间分布的信息，而以 GIS 来表示出则愈加方便与直观，更有利于发现华而不实的基本规律。以上的分析表示清楚，省际人口迁移中，除了经济水平的区域差异以外，地缘因素也值得引起注意。 四、区域分类与区域经济分析 区域经济发展的不平衡，一个很重要的因素在于不同的地理位置，即相当一部分区域差异能够归因于地理因素。事实上，任何一个地区的经济发展都离不开它所处的地理位置和基本的地理特征。区位对于区域经济而言，具有重要的

16、影响。在很大程度上，区位优势是通过降低运输成本而促进地区经济发展的，具有良好区位优势的地区往往有良好的交通条件，运输成本低，因此容易吸引外来投资，逐步改变原有的产业构造，通过发展新兴产业，改变落后的产业构造，进而有力促进地区经济发展，这在很多的研究中都得到印证 王智勇、Geir Inge Orderud,2007 .然而，怎样才能有效地表示出一个地区的交通条件？ 交通条件指数是区域经济分析中的一个重要变量，用于测量地区交通条件，但怎样量化是一个难点。国内一些研究采用对铁路沿线县域经济发展水平进行对照来印证交通条件的重要性 肖燕和孙壮，2020 ,但并没有经过回归分析。交通主要是公路和铁路以及航

17、空运输，水运也是一种运输方式，但相比于当代交通工具，其作用要小得多。以地形地势最为复杂的云南省为例，受地形地势的影响，云南省境内交通成本相对要高。云南省的交通以公路为主，骨干公路覆盖了云南省一半以上的县市，铁路在云南省分布非常有限，主要集中于昆明周边地区。云南的大多数县市都没有铁道路经过，由于铁路比公路在一定程度上有更高层次的效率，使得运输成本愈加低廉，故而铁路交通对于所经县市区域的影响理论上是非常显著的。1910 年滇越铁路 昆明至越南河内 的全线开通运营给云南经济带来极为显著的影响，密切了云南与世界各国的贸易往来，极大地促进了云南矿产品的出口，逐步地 出现了围绕滇越铁路构成的以昆明为中心的

18、近代商业网络 顾继国和杨金江，2001.受地形地势的影响，航空在云南经济发展中也起到越来越大的作用，十分是对于云南的旅游业而言，意义愈加重大。云南是全国机场分布最多的省份之一，当前有 12 个机场分布在各处。促进旅游资源的开发是很多机场建设的一个重要初衷，比方大理机场、香格里拉机场和西双版纳机场等等。在这些机场开通运营之后，显著地促进了该区域及邻近区域的经济发展，十分是第三产业得到快速发展。【图13-14】 从图 15 能够看到，云南的机场相当一部分分布于外围区域，这些区域多数属于公路和铁路不容易修建的区域，航空则成了一个重要的交通方式。通过地理信息系统软件 ArcGIS,能够很方便地把公路和

19、铁路交通图与行政区划图层叠加，进而确定公路和铁道路能否经过某个县市 用 0 和 1 来表示 .同样，能够确定机场所在的县区，而把机场附近的区域设定为显著遭到交通条件影响的县区。无论是何种交通方式，都能够将县区划分成有无某种交通设施，可用虚拟变量加以表示出，进而通过回归分析确定它们对于县域经济发展的影响程度 王智勇，2020 .除了采用交通条件来对区域加以区分以外，往往还能够根据城市的中心对外围影响来加以划分。【图15】 在分析县域经济增长与城市化之间的关系经过中，我们经常需要考虑城市体系以及城市的辐射范围，以对应于空间经济计量学中关于地理质心和地理距离的要求。仍以云南省为例，为了准确划分云南省

20、不同县域的城市化进程及其所处的地理位置对县域经济发展的影响，我们首先确定云南省的城市等级体系，然后再确定城市影响距离，进而能够确定城市影响的县域范围，把云南省的县域经济加以划分成不同的类别。 每一个省的城市体系都是由省会城市、地级市、县级市和县构成的，云南省也不例外。昆明是云南省省会，而且也是最大的城市，在云南省的经济发展中呈现一枝独秀的格局。在很大程度上，不同城市体系的一个显著区别就在于人口规模的差异。我们以 2000 年普查数据为基础，来确定不同规模的城市，并加以划分。根据五普数据，云南省除了昆明市以外，其他的城市都没有超过一百万人口的规模。 值得注意的是，云南省 17 个地级地区中，并非

21、每个地区都设市，例如文山地区境内就没有市，州设在文山县 2018 年文山撤县设市 .因而，能够根据不同的城市规模来加以分类。为了测量不同的县域所处的地理位置对其经济的影响，我们把所有县市加以区位分类。考虑到不同城市的影响范围存在一定的差异，我们设定省会城市的影响距离为 50 公里，地级市、县级市及州驻地县的影响距离为 40 公里。也就是讲，假定在这一距离范围内 相当于 1 小时左右的车程，无论是自驾车还是客运车 的劳动力能够比拟方便地到城市就业，进而构成城乡一体化的劳动力市场。【表1】 从图 16 能够看到，根据不同的城市等级及其影响距离对云南省全部县域加以分类，划分成四类县域： 1 昆明及其

22、周边县区，这是以省会城市为核心的区域。 2 地级市或州驻市及周边县区，这是主要受地级市影响的区域。 3 小城市或州所在县及周边县，这是以小城市及州驻县为核心的区域。 4 边缘县，这是没有遭到任何城市或州驻地县影响的县域，他们几乎没有遭到城市化的影响。【图16】 为了进一步验证区域划分的合理性，能够用县域社会经济数据来加以印证，考虑从县域经济发展水平、城市化和工业化等几个指标体系来衡量。从表 2 能够看到，根据不同城市规模和劳动力市场来加以划分的结果在统计上有着显著的差异，而且呈现明显的规律，即越是靠近大城市的县市，人均 水平越高，城市化率也越高，而且人口规模越大。值得指出的是，县域经济发展也与

23、县域面积密切相关，从表 2 中能够注意到，越是靠近大城市的县市，他们的面积越小，相反，越是边缘区域，县域面积越大。从另一个角度来看，只要县域面积小，才更有可能处于城市辐射范围之内，更容易与城市构成一体化的劳动力市场 王智勇，2020 .假如对处于边缘区域的县域再进一步细分，则能够对云南省的县域构成愈加细致的分类体系。【表2】 五、空间分析 空间分析是 GIS 的主要功能，也是 GIS 与计算机制图软件相区别的主要特征。空间分析是从空间物体的空间位置、联络等方面去研究空间事物，以及对空间事物做出定量的描绘叙述。随着空间经济计量学的发展，GIS 的空间分析模块也得到越来越多人的关注。 在区域经济发

24、展中，存在着很多空间自相关的现象。Tobler 1970曾指出 地理学第一定律 :任何东西与别的东西之间都是相关的，但近处的东西比远处的东西相关性更强。空间自相关分析在地理统计学科中应用较多，有多种指数能够用以计算自相关程度，但最主要的有两种指数，即 Moran 的 I指数和 Geary 的 C 指数。Moran I 指数主要用来度量变量的空间自相关关系，其取值范围为-1,1,假如大于 0,则表示清楚呈现正相关，系数越大，则相关性越强，假如小于 0 则呈现负相关关系。在很多地理信息系统软件中，已经集成了空间自相关的分析模块，能够很方便地计算出自相关指数。例如，Arc-GIS9. 3 以上版本就

25、能够实现空间自相关指数的计算。我们以云南省为例，利用 ArcGIS 来计算一些经济变量的空间自相关 Moran I 指数。 表 3 给出了云南省县域经济指标的 Moran I 指数变化。据此，能够从表中分析不同变量的演变，表中的变量在 2018 年都呈现显著正相关关系，表示清楚这几个变量在空间上呈现积聚的趋势，也就是讲，经济发展水平高和低的县域都呈现集聚现象。但是可以以注意到，这几种变量 Moran I 指数的动态演变经过并不一样。最值得注意的是产业构造的变化。第二产业比例 Moran I 指数逐年降低，表示清楚空间自相关性在削弱，意味着工业化空间聚集的现象在减弱，即呈现分散化的趋势。而第三产

26、业比例则经历了从负值到正值的经过，第三产业从空间负相关转向正相关，表示清楚第三产业的空间聚集趋势加强。假如采用 GeoDA 中的 LISA 分析模块，做出 LISA 图，能够分析积聚的空间态势及其演化，这在一些文献中已有介绍。【表3】 在经济研究中，有时候需要了某个变量的空间影响范围，比方铁路沿线多大范围的区域可能会遭到影响？ 或者沿某个湖泊范围多远距离的区域会对湖泊的污染造成影响？ 这些问题的解决，在很大程度上能够用 GIS 的缓冲区分析 Buffer 功能来加以解决。以河南省县域经济发展为例，假如我们想确定铁路沿线区域遭到铁道路影响的区域，则能够以铁道路为基线，设定沿线一定距离的区域可能会

27、遭到铁路的影响，在 ArcGIS 中，利用 Buffer 功能，就能够很方便地把这些区域给标示出来 见图 17 .【图17】 在图 17 中，以很多圆圈连成串而构成的一条带状区域就是以铁道路为基准而构成的缓冲区域，据此能够判定，缓冲区内包括的县市，设定缓冲区域虚拟变量，通过回归分析来确定铁道路对区域经济的影响程度。 六、结论 地图能够用来表示出很多语言难以准确描绘叙述的信息，而以地图为主要载体的地理信息系统在空间表示出和空间分析方面具有独到的优势。在经济学研究中，不少问题都与空间相关，尤其是空间经济学的发展，使得地理信息系统在经济研究中的应用有着越来越广泛的空间。通过几个详细例子的分析，本文以

28、为，地图和 GIS 技术为经济研究提供了便利的分析工具，并且将来其应用前景愈加广阔。在牵涉空间数据或者具有空间属性的数据时，都能够用 GIS来加以表示出与分析，它能够揭示与空间分布与变化相关的一些规律，十分是采用叠加和缓冲区分析，能够有效地观察到经济变量之间的相关关系。而且通过对区域进行分类，有助于深切进入分析和揭示区域经济发展中的内在机制，十分是关于地理因素对区域经济发展的影响，了解资源禀赋、人口积聚、产业构造变迁等因素在经济增长中的作用。在国际经济学研究中，往往会牵涉国别比拟，贸易和资金的国际往来分析，用 GIS 能够清楚明晰地刻画出国与国的区别，贸易和资金的往来与变化等等。而在区域经济发

29、展和区域分类研究等领域，总体而言，只要研究的对象牵涉空间分布与区域比拟，都能够利用 GIS 来加以分析。除了空间表示出以外，利用 ArcGIS 等软件的缓冲区和图层叠加分析工具，能够愈加深切进入地分析空间分布与变化的内在动因。 事实上，时至今日，把社会经济及人口数据与地理坐标相结合，已经成为经济学十分是区域经济学研究的一个重要发展方向，在这些领域的学术论文中，能够观察到越来越多的地图表示出和空间分析结果。这些都充分讲明了地理信息系统技术在经济研究中越来越多的应用。 然而，需要指出的是，尽管以空间经济计量为手段的空间分析已经获得了较大的进展，但采用地理信息系统技术来进行空间经济计量分析的功能与模

30、块发展仍然还有较长的路要走。尽管诸如 ArcGIS这样的地理信息系统软件和诸如 GeoDA 这样的空间分析软件能够实现加权空间回归分析，但遭到算法等方面的限制，其结果并不理想，尚有较大的改良余地。而一些专门的经济计量分析软件，诸如 STA-TA、Eviews 等，在空间加权回归分析方面的功能模块仍然较为薄弱，尚待发展。尽管如此，随着空间分析技术的进一步发展以及经济计量软件本身的改良，在主流经济计量分析软件中，势必会出现专门的空间分析模块。这也使得地理信息系统技术在经济研究中有愈加广阔的应用前景。当前，一些统计分析软件已经在这方面获得了突破性的进展，比方 R软件能够直接读取 shp 格式的地理数

31、据文件，甚至能够利用互联网抓取相关的空间数据。从这个角度来看，GIS 在经济学研究中具有非常辽阔的应用前景。 以下为参考文献： 1吴信才。 地理信息系统在中国N. 中国教育报，2002 - 01 - 18,第 7 版。 2李裕伟。 空间信息技术的发展及其在地球科学中的应用J. 地学前缘，1998, 02 : 335 -340. 3Vandeveer,Lonnie R. ,Steven A. Henning,Gary A.Kennedy,and Huizhen Niu. Land Values at the Rural - UrbanFringe: A Spatial Econometric AnalysisJ. Valuation 2000:Papers and Proceedings,2000,101 - 113,ISBN 0 - 922154 -60 - 0.