基于人工神经网络的扬州长江岸线布局优化

2020-11-29周东泉江苏省水利勘测设计研究院有限公司

珠江水运 2020年12期

周东泉江苏省水利勘测设计研究院有限公司

施梦圆河海大学水利水电学院

田志军姜中清江苏省水利勘测设计研究院有限公司

1.研究背景

“共抓大保护、不搞大开发”，推动长江经济带高质量发展，是以习近平同志为核心的党中央作出的重大战略部署。为全面贯彻落实习近平总书记在推动长江经济带发展座谈会上的讲话精神，2019年，江苏省委省政府两次召开长江大保护现场推进会议，强调要突出问题导向，坚持系统推进，坚决打好长江生态保护修复攻坚战，奋力推动我省长江经济带生态优先、绿色发展走在前列。

长江岸线是长江经济带建设的重要载体和基础支撑，是区域经济社会发展和生态环境空间格局构建的关键要素。扬州境内长江岸线西起仪征小河口，东至江都立新涵，是江苏国土空间开发最重要的东西轴线组成部分。扬州长江岸线的开发利用有力促进了境内沿江产业带的布局，成为扬州经济腾飞和社会发展的重大引擎。但是，由于长江岸线资源长期的高强度开发使用，导致扬州沿江岸线开发利用布局不合理、使用效率低、重开发利用轻保护治理等问题日益突出。为落实长江大保护国家战略，迫切需要对扬州长江岸线现状布局进行优化，提高岸线资源集约利用水平。

2.扬州岸线利用现状及存在问题

2.1 岸线利用现状

扬州市境内长江岸线总长度约为71 km，其中涉河项目总数187项，占用岸线总长度约为40.8km。涉河项目的分布情况如下。

（1）岸线利用项目数量分布

从项目类型数量分布来看，码头工程项目数最多，有65 项，占比34.8%；其次是取排水设施，有55项，占比29.4%；其余主要为穿江设施、生态环境整治工程项目以及防洪护岸整治工程。

（2）岸线利用项目占用长度分布

已利用岸线长度约为38.8km，岸线利用率为54.6%，其中生产型岸线长度35.3km，占已利用岸线长度的91.1%。

（3）岸线利用项目开发时间分布

上世纪九十年代开始，长江岸线的开发利用强度逐渐增强。2000 年扬州市长江岸线利用长度为6.3km，2018年增加到38.8km，新增岸线利用长度32.5k m。从开发利用项目数来看，十八年间新增项目119个，占岸线利用项目总数的64.0%。

2.2 存在问题

（1）岸线开发利用率较高，生产型岸线利用占比大。目前，扬州市长江岸线开发利用率54.6%，在全省沿江八市中位居第二。已利用岸线中，生产型岸线比重高达91.1%，而城市生活游憩和取水口等生活岸线利用仅占4.9%，比重偏低。生态岸线预留考虑不足，纯自然状态的自然滩地岸线资源有限。

（2）岸线利用布局不尽合理，资源利用效益有待提高。不少利用项目挤占了规划保留区或者防洪工程用地，对长江河势及防洪安全造成不利影响；沿江化工、造船等产业同质化现象严重，恶性竞争加剧，进一步恶化了岸线资源开发布局。岸线利用整体效率不高，存在“占而不用、深水浅用、多占少用”现象，专用码头多，公用码头少，小码头多，大码头少，一些一般性码头占用深水岸线，部分企业占用岸线过长，有些码头或造船企业处于闲置之中，造成岸线资源的闲置和浪费。

（3）岸线利用不够规范，清理整治难度大。在持续多年的沿江大开发、大发展的背景下，由于片面追求经济发展速度，致使一些项目没有依法履行基本建设程序，存在未批先建，少批多建，边批边建，批建不符，以及占而不用、多占少用、深水浅用、乱占乱用等不规范问题，有的违建项目时间长，已成为历史遗留问题，给清理整治工作带来较大难度。当前，清理整合已停产或倒闭的船舶工业岸线，整顿沿江散乱小微企业占用岸线和推动港口布局优化，加强低效港口资源整合等工作任务很重，推进难度大。

持续多年的沿江大开发，导致岸线开发无序和不合理问题。一些项目未依法履行基本建设程序，存在未批先建、少批多建、批建不符现象，部分违建项目时间长，历史遗留问题较多，给清理整治工作带来较大难度。

3.基于人工神经网络的布局优化

3.1 样本资料处理

为了综合考虑扬州长江沿岸187个岸线样本布局的合理性，选取岸线开发适宜性、生态敏感性、岸线利用类型（生产、生活、生态岸线）以及合法（规）性四大评价指标对其进行综合评价，将岸线分为合理、较合理岸线、较不合理、不合理岸线四类。采用“评分”[2-3]方式对评价指标进行量化，根据四大评价指标的定量标准，对扬州市长江沿岸187项岸线利用项目进行“评分”，分值越高代表满意程度越大。

3.2 模型建立

自组织映射网格作为人工神经网络模型的一种，采用无监督学习的聚类方式，网络通过自身训练，自动对输入模式进行分类，在样本判定评价方面存在一定优越性。在本文中，每一个岸线利用项目用一个四维向量来表示，向量的各分量分别表示功能区类型、生态敏感性、“三生”岸线类型和合法（规）性的评价指标值。采用自组织特征映射网络进行聚类时，设置竞争层为2×2的六边形结构，即聚类的类别数为。自组织特征映射网络的采用MATLAB创建，计算流程主要分为定义样本、创建模型、网络训练、测试及结果显示。

（1）定义样本。聚类共涉及187个岸线利用项目，每个项目的四个评价指标值用一个四维向量表示。

（2）创建网络。使用MATLAB神经网络工具箱中的selforgmap函数创建自组织特征映射网络，输入参数只需指定竞争层的大小即可，本文中竞争层为2×2的六边形结构，即将样本分为合理、较合理、较不合理和不合理四类岸线。

（3）网络训练。使用m a p mimma x函数对样本数据进行归一化处理，使用train函数对输入样本进行训练。

（4）测试。自组织网络的测试与有监督学习网络中的测试不同，在这里，训练数据与测试数据是一样的。将用于训练的矩阵输入到网络中，可以得出每一个样本的分类标签。

（5）显示聚类结果。为了得到正确的显示结果，统计每一个聚类类别的特征向量数值之和，由于数值越高表示岸线利用项目布局合理性越高，因此，根据统计结果就能判断不同类别的合理性高低。

3.3 评价结果

模型评价结果表明，在187项岸线利用项目中，不合理岸线利用项目3项，占用岸线总长度2.14km；较不合理岸线利用项目41项，占用岸线总长度6.49km；较合理岸线利用项目80项，占用岸线总长度28.73km；合理岸线利用项目63项，占用岸线总长度34.48km。

3.4 优化方案

（1）优化整合生产岸线。对于评价结果中不合理和较不合理岸线建议清退，共计44项。根据结果显示，该44项岸线利用项目基本上属于不符合生态红线保护规划和功能区管控要求的生产型岸线，其中码头工程13项，船厂16项，均为中小型企业，部分甚至已破产，长期占而不用，造成了宝贵岸线资源的浪费。

清退这部分生产岸线，有利于岸线资源的集约利用，提高岸线利用效率。清退后再对其进行生态修复或生活性改造，提高生活型岸线比例，预留足够的生态岸线空间，有利于长江经济带的可持续发展。

（2）保护提升生活岸线。①保证供水水源安全。推动建设南水北调跨流域调水源头水源生态涵养区，以及广陵区夹江清水通道保护区，确保引调水源水质优良、水量充足。②优化沿江生活休闲空间布局。利用一批沿江堤岸、江滩与河口湿地等，打造展现大江风貌的滨江风光带，例如仪征扬子江公园、开发区东高湿地生态公园、开发区京杭运河河口公园、邗江区润扬湿地公园、广陵区三江营湿地公园等滨江湿地公园等，形成独具滨江风情和魅力且充满灵气和活力的城市滨水区，为城市周边居民提供滨江亲水性休憩场所。

（3）拓展修复生态岸线。①加强岸线生态修复。通过绿色生态廊道建设、湿地保护、造林绿化等生态修复，清退产业用地的生态复绿等措施，增加生态岸线比重。②保障岸线安全稳定。加快崩岸治理、镇扬河段三期等河势控工程建设，抑制世业洲左汊的发展，稳定和改善镇扬河段河势。巩固长江干流河势基本格局，保障长江岸线稳定，满足两岸经济社会发展要求。