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山东半岛城市群产业空间格局与数量关系研究
单宝燕，中国济南，山东建筑大学，土木工程学院；
王丽娥，中国济南，山东建筑大学，外语学院
摘要
利用2009年和2014年山东半岛城市群8个城市19个行业的数据，计算了产业结构系数，变异系数，相似系数和香农多样性指数，利用8个城市的产业，BP人工神经网络和模糊数学对产业的综合水平进行了研究，并应用GIS对SDPUA产业结构的空间格局进行了分析。我们得到了这些结果和结论：2009年至2014年，第二产业占GDP的比重下降，第三产业增加，8个城市的产业结构系数空间分异明显。 2014年SDPUA的8个城市大多数行业的变化系数比2009年更大。大多数行业变化系数占GDP的百分比都低于2009年和2014年行业产值。SDPUA 8个城市的产业结构相似。 8个城市的综合水平有明显的空间差异，济南和青岛的水平最高，而日照和威海在2009年和2014年都是最低水平。
关键词： 产业结构; 空间格局; 数量关系; BP人工神经网络; 山东半岛城市群; 地理信息系统
第1章、绪论
产业结构通常是指不同产业部门的产业要素比例和产业要素的共生存互动关系。行业结构相对稳定，实际行业盈利能力差异显著。但结构不断进行适度调整，偶尔会突然改变。产业结构由于技术，客户或其他发展，有时会从行业外部转移。产业结构变化与经济增长密切相关。根据经济的空间差异优化产业空间结构。产业结构升级涉及内部结构和经济波动，是总体增长率变动的问题，都是宏观经济的重要方面，两者之间存在相互制约和影响的关系。新古典经济增长理论认为，经济增长是基于竞争均衡假说的资本积累，劳动增加和技术变化之间长期相互作用的结果。有时，工业结构变化会提高一个行业的利润潜力;有时候改变会减少它。行业分析背后的想法是，公司的利润取决于其所处行业的结构。利润不仅仅取决于竞争的数量。它们还取决于顾客和供应商的力量，新进入者和替代品的威胁等四个其他因素。在现代工业建筑中，超过25％的建筑和安装工程总成本归功于工业结构。
21世纪以来，中国区域经济发展呈现出城市群的特征。 近年来，有更多的学者研究了城市群的产业结构和我国的省份。陈红霞和李国平（2011）运用移位分摊法研究了京津冀都市圈产业结构变动对区域经济增长的影响[1]。 他们发现，该地区的产业转移将成为区域发展的趋势之一，产业转移必然促进区域一体化。方富谦，詹新宇（2015）研究发现，改革开放以来，中国产业结构升级对经济波动幅度的稳定作用日益显着[2]。张朝阳等（2008）系统研究了河南五个经济区域产业结构演变与区域经济增长之间的关系，采用转移份额法模型，为优化产业结构，促进区域经济发展提供政策依据[3]。朱志国等（2011）运用移位分析法分析了江苏省产业结构对经济增长的贡献，发现产业结构的主体不是经济增长的主导力量，而是三大产业的贡献，对经济增长来说，第一产业的贡献是最大的[4]。林青，王颖（2009）研究发现，产业结构优化是现代经济可持续发展的重要基础，也是资源环境可持续利用的重要途径[5]。刘家军等研究发现，31个省份的产业结构贡献率波动对区域能效增长的贡献不同[6]。程宇等（2012）以灰色关联分析法为基础，分析了辽南中南城市群的产业结构状况[7]。雷燕君等（2013）研究了产业结构与空间结构的自适应规律，发现产业结构与空间结构之间存在内在的强相关关系，产业结构与产业结构之间存在着不同的特征和最佳匹配模型[8]。产业结构在整个区域经济结构中发挥着重要作用，应该与经济发展水平相适应。合理的的产业结构能够促进经济的快速稳定发展，而不合理的产业结构可能会阻碍经济社会发展的进程。
第2章、研究领域和数据来源
2.1、学习区域
山东半岛城市群（SDPUA）位于山东省，华东地区，山东省，是全省经济最活跃的地区，SDPUA覆盖济南（山东省省会），青岛，烟台，淄博，潍坊威海，东营，日照等22个县级市，600多个镇。 SDPUA的土地面积约为74000平方公里，目前人口约为5000万，约占山东省的47％。 SDPUA无疑是山东最闪亮的亮点。高新技术产业在SDPUA城市取得了长足进步，以电子信息，生物技术，新材料为例。作为省内经济中心和省内社会事务的重要力量，SDPUA高度重视区域发展规划，加快城市化和工业化进程，强化城市功能。 SDPUA（2006 - 2020年）的总体规划由省政府于2006年批准实施，这表明SDPUA将成立并开始快速发展。顺应“大项目 - 产业链 - 产业集群”的发展道路，充分利用各类工业园区，SDPUA城市积极培育特色产业集群，取得了丰硕的成果。
2.2、数据来源
SDPUA的8个城市是本文的研究单位，8个城市的数据来源于山东省2009年和2014年的统计年鉴。本研究所用数据按现价计算。本文中的工业指标如下：
第一产业
A：农林牧渔业;
第二产业
B：采矿业
C：制造
D：电力，天然气和水的生产和供应
E：建筑业
第三产业
F：运输，仓储和邮政业
G：信息传输，计算机服务和软件行业
H：批发和零售贸易
I：住宿和餐饮业
J：金融部门
K：房地产;
L：租赁和商业服务
M：研究，技术服务和地质勘探
N：水，环境和公共设施
O：常驻服务和其他服务
P：教育
Q：健康，社会保障和社会福利
R：文化，体育和娱乐
S：公共行政和社会组织
为了简单表达，使用了工业指标的数量。例如，字母“A”表示农业，林业，畜牧业，渔业等。
2.3、 方法
2.3.1、产业结构指数
产业结构系数反映了经济
一个地区的发展水平。 公式1,2和3可以
计算它。
P1 = G2 / GDPtimes;100％（1）
P2 = G3 / GDPtimes;100％（2）
P3 =（G2 G3）/ GDPtimes;100％（3）
P1为第二产业指数，P2为第三产业指数，P2为第二产业和第三产业指数，GDP为国内生产总值，G2为第二产业产值，G3为第三产业产值。 变异系数（CV）是概率分布或频率分布的标准化度量。 它被定义为标准偏差s与平均m的比值，如公式4所示。
CV = s / mtimes;100％（4）
相似系数是用于比较样本集的相似性和多样性的统计量，定义为公式5。
其中Sij是i城市与j城市产业结构的相似系数。 xik是城市i的k产业，xjk是本文中城市i的k产业。 多样性指数是反映数据集中有多少种不同类型的定量指标
同时考虑到基本实体在这些类型中分配的平均程度。 香农指数一直是一个受欢迎的多样性指数，它也被称为香农的多样性指数。 它按公式6计算。
其中pi是属于感兴趣的字符串中第i种字母类型的字符的比例。
2.3.2、BP人工神经网络
人工神经网络是模拟生命形态和人类神经系统的微观生理结构。前馈神经网络是最重要和最广泛使用的人工神经网络之一。许多算法都是针对前馈神经网络，误差反向传播（EBP）算法（简称为BP算法）是一种被广泛使用并可以接近任何非线性函数的算法。 BP人工神经网络（BPANN）的学习过程是通过错误的反向传播来不断调整权重，并最终将过程中的错误最小化。整个网络学习过程分为两个阶段;第一阶段是从网络底部向下计算出来的。如果网络结构和权重已设置，则输入已知的学习样本。根据公式计算各层的输出神经元。第二阶段是修改权值和偏差值。 Matlab是非常广泛的应用程序，它有一个专用的神经网络工具箱。面对项目的实际问题，直接调用工具箱可以更快解决问题。
第3章、SDPUA产业结构的空间和定量分异
3.1、产业结构系数的空间差异
用公式1,2和3计算产业结构系数。 P1是第二产业占GDP的百分比，P2是第三产业占GDP的百分比，P3是第二和第三产业占GDP的百分比。 从SDPUA各城市P1，P2，P3的结果可以看出城市的产业发展水平及其空间特征。 结果如表1和图1和图2所示。所有地图均由ARCGIS10.0制作。
从表1和图1和图2的结果可以得出以下结论：（1）2009年至2014年，第二产业占全国城市生产总值的比重有所下降，淄博最低，为7.6左右 日照减少最少，约为1％。 （2）2009年至2014年，第三产业占全国城市生产总值的比重有所上升，淄博增幅最大，约为7.62％，日照增幅最小，约为1.08％。 （3）日照，潍坊，青岛，烟台，威海，济南等二，三产业的比重从2009年到2014年有所上升，但淄博和日照的比重有所下降。 （4）SDPUA各城市P1，P2，P3行业结构系数在2009年和2014年均有明显的空间分异特征，青岛，淄博，东营系数最高，潍坊和日照系数最低 2009年和2014年。
3.2、 SDPUA行业的变化系数
用公式4计算SDPUA中8个城市19个行业的变异系数。 结果如图3所示。由于这8个城市的国内生产总值不同，有必要计算所有行业的国内生产总值占国内生产总值的百分比。 结果如图4所示。
从图3和图4的结果可以得出如下结论：（1）2014年SDPUA中8个城市的行业变化系数均大于2009年，除矿业，教育文化，体育和休闲产业外， 娱乐公共行政和社会组织。 （2）2014年7个行业的变化系数占GDP的比重小于2009年，2014年12个行业占GDP的比例均大于2009年。（3）大部分行业 占GDP的百分比低于2009年和2014年的行业CV。
3.3、SDPUA城市产业结构相似系数
用公式5计算了SDPUA中8个城市19个行业的相似系数（sij）。 结果如表2所示。在表2中，矩阵的下三角部分是2014年的结果，矩阵的上三角部分是2009年的结果。
从表2的结果可以得出两个结论：（1）2009年和2014年SDPUA产业结构的大部分相似系数均大于0.9，表明SDPUA 8个城市的产业结构为 类似。 （2）2014年SDPUA产业结构的相似系数比2009年更高，说明2009年至2014年产业结构变得更加相似。
3.4、SDPUA产业多样性和综合水平的空间分布
用公式6计算Shannon的产业结构多样性。 结果显示在表3和图5中。
从表3和图5的结果可以看出，济南和日照的产业结构多样性最高，青岛和威海的产业结构在2009年和2014年最低。为了计算行业综合水平 在SDPUA的8个城市中，使用了BP神经网络和模糊数学。使用模糊数学，制作列车矩阵p，其是具有相同列0,0.111,0.222,0.333,0.444,0.555,0.666,0.777,0.888,0.999的8乘19设计矩阵，并且目标向量t 是[1 2 3 4 5 6 7 8 9 10]，主程序代码如下：
net=newff(minmax(p),[19,1],{#39;tansig#39;,#39;purelin#39;},#39;traindw#39;);
net.trainParam.epochs=5000;
net.trainParam.goal=0.001;
net=train(net,p,t); y=sim(net,p);
error=y-t; res(m)=norm(error)
x=[the production value of all the industries of cities in
SDPUA in 2009 or 2014]
lmax=max(x)
for i=1:h
for j=1:l
xb(i,j)=x(i,j)./lmax(j);
end
end
y=sim(net,xb)#39;;
该程序的结果如表4和图6所示。
从表4和图6的结果可以看出，济南和青岛的综合水平最高，日照和威海的综合水平在2009年和2014年都最低。
第4章、结论
根据以上结果，我们可以得出SDPUA中8个城市产业结构的结论如下：
SDPUA中8个城市的产业结构系数具有明显的空间分异特征，中等和中等城市的变化趋势 第三产业占GDP的比例不同。
大多数产业占国内生产总值的百分比变异系数均小于这两个在2009年和2014年行业。
2009年和2014年SDPUA 8个城市的产业结构类似，并且趋于相似。
产业结构和产业结构的多样性 8个城市的综合水平具有明显的空间分异特征。
致谢
本文得到教育部人文社会科学研究计划基金项目（NO.12YJA790019）资助;中国住房和城乡建设部科学技术项目（编号：2012-R8-22）。
参考文献
[1]陈红霞，李国平。产业结构变动对京津冀都市圈区域经济增长影响的实证研究[J]。中国地理科学，2011，21（6）：708-714。
[2]傅方谦，新宇瞻。产业结构升级对中国经济波动的稳定效应[J]。经济和政治研究，2015年，（3）1：18-41。
[3]张朝阳，曾磊，卢琦。河南省产业结构演变与经济增长研究[J]。生态经济，2008
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