國家級海洋生態文明建設示范區建設水平評價

杜巖 秦偉山

摘要：為進一步提高我國海洋生態文明建設水平，促進海洋經濟社會可持續發展，文章構建評價指標體系，基于BP神經網絡模型，評價我國國家級海洋生態文明建設示范區的建設水平。研究結果表明：根據海洋生態文明建設研究框架以及定性指標和定量指標相結合等4項原則，從海洋經濟運行、海洋資源稟賦、海洋生態環境、海洋管理制度和海洋文化科技5個層面，選取人均GDP等32項指標，構建示范區建設水平評價指標體系;利用BP神經網絡強大的非線性映射能力、容錯能力和聯想記憶能力，對示范區建設水平進行評價，經模擬運算和檢驗，評價結果具有準確性和客觀性;根據最終評價值，我國示范區建設總體處于中等水平，各示范區建設水平存在差異，其中青島市等4地為高水平示范區，煙臺市等4地為較高水平示范區，惠州市等7地為中等水平示范區，東臺市等4地為較低水平示范區，盤錦市等2地為低水平示范區;各示范區應進一步加強優勢和彌補不足，充分發揮引領作用，提高我國海洋生態文明建設整體水平。

關鍵詞：海洋生態文明;BP神經網絡;示范區;海洋綜合管理;可持續發展

中圖分類號：F205;P748? ? 文獻標志碼：A? ? 文章編號：1005-9857（2019）06-0007-07

Evaluation of Construction of Marine Ecological Civilization Demonstration Zone

DU Yan，QIN Weishan

（School of Resource and Environment Engineering，Ludong University，Yantai 264025，China）

Abstract： In order to further improve the level of marine ecological civilization construction in China and promote the sustainable development of marine economy and society，this paper constructed an evaluation index system and evaluated the construction level of China′s national marine ecological civilization construction demonstration zone based on BP neural network model.The research indicated that the framework based on marine ecological civilization construction and 4 principles including the combination of qualitative indicators and quantitative indicators，32 items including per capita GDP were selected from 5 aspects： marine economic operation，marine resource endowment，marine ecological environment，marine management system and marine culture and science，a demonstration system for the construction level of demonstration areas was built.By using BP neural network′s powerful nonlinear mapping ability，fault tolerance and associative memory ability，the construction level of the demonstration area was evaluated.Through simulation and testing，the evaluation results were accurate and objective.According to the final evaluation value，the construction of China′s marine ecological civilization demonstration zone is generally at a medium level，there are differences in the construction level of each demonstration area.Among them，Qingdao city and other 3 places are highlevel demonstration areas.Yantai city and other 3 places are higher level demonstration areas，Huizhou city and other 6 places are mediumlevel demonstration areas，Dongtai city and other 3 places are lower level demonstration areas，Panjin city and other 1 places are lowlevel demonstration areas.The demonstration areas should further strengthen advantages and make up for the shortcomings，give full play to the leading role，and improve the overall level of China′s marine ecological civilization construction.

Key words：Marine ecological civilization，BP neural network，Demonstration area，Integrated marine management，Sustainable development

0 引言

生態文明建設是黨和國家面對日益加大的資源環境約束和社會經濟需求而提出的人-地系統協調發展的重要舉措[1]。海洋生態文明是生態文明的重要組成部分[2]，是我國沿海地區實現人-海關系和諧以及經濟可持續發展的基礎。為推動海洋生態文明建設，2013年原國家海洋局選拔并確定首批國家級海洋生態文明建設示范區（以下簡稱“示范區”）12個，至2016年增至24個。

對于海洋生態文明的內涵和建設，國內學者已有諸多探索[3-9]。而對于示范區的研究仍處于起步階段，且多為解讀現有政策和總結實踐經驗[10-17]，少有定量分析;示范區建設水平評價多著眼于單獨區域，且集中在浙江省和福建省[18-21]。此外，現行《海洋生態文明示范區建設指標體系（試行）》涵蓋5個涉海領域的33項指標，較為全面和系統，但在陸海統籌、指標選取以及定量和定性相結合等方面仍有完善的空間[22]。因此，本研究通過構建更加完善的評價指標體系，基于BP神經網絡模型，綜合評價示范區建設水平，以期進一步明確各示范區的建設目標和路徑。需要說明的是，由于大鵬新區、橫琴新區和三沙市成立時間較短，缺少數據支撐，本研究不予討論。

1 海洋生態文明建設研究框架

海洋生態文明建設是沿海地區面對海洋環境污染、海洋災害頻發和生物多樣性銳減的嚴峻挑戰，在尊重海洋、順應海洋和保護海洋的前提下，為滿足自身發展需要而不斷形成海洋經濟社會與海洋生態環境的動態平衡;其基本目標是實現海洋經濟運行科學有序、海洋資源利用節約合理、海洋生態環境健康穩定、海洋管理制度健全高效和海洋文化科技蓬勃發展（圖1）。

2 示范區建設水平評價指標體系

構建示范區建設水平評價指標體系應遵循4項原則：①科學性和可獲得性原則，即避免邏輯不明和產生歧義等，且數據來源權威可靠;②區域性原則，即充分考慮不同示范區的區域特色和經濟體量;③普適化原則，即便于公眾理解和參與;④定性指標和定量指標相結合原則，即除定量指標外，設計定性指標并采用專家打分法量化，促進定量指標和定性指標的優勢互補。

參考已有研究成果[23-24]，在《海洋生態文明示范區建設指標體系（試行）》的基礎上修改和補充，保留其主要約束性指標，從海洋經濟運行、海洋資源稟賦、海洋生態環境、海洋管理制度和海洋文化科技5個層面選取32項指標，包括20項定量指標和12項定性指標，構建示范區建設水平評價指標體系（表1）。

其中，定量指標的數據來自2016年21個示范區的相關統計年鑒和公報等資料，個別缺失數據由相鄰年份數據插值補齊;定性指標的數據由來自國內高校和科研院所海洋生態文明、海島和海洋經濟研究領域，并在核心期刊發表過相關學術論文的15名專家，通過結合實際情況和判斷客觀事實打分確定。

3 基于BP神經網絡模型的示范區建設水平評價

3.1 BP神經網絡模型

海洋生態文明建設水平評價涉及諸多因素，且各系統間缺乏明顯的線性關系。本研究基于BP神經網絡模型，對示范區建設水平進行評價，保證評價結果的準確性和客觀性[25]。

BP神經網絡具有極強的非線性映射能力，能夠在對映射關系的數學方程無事先了解的情況下存儲大量的輸入-輸出模式，并提供樣本模式對網絡進行訓練，從而完成由X維輸入空間到Y維輸出空間的非線性映射。此外，BP神經網絡具有強大的容錯能力和聯想記憶能力，較大的樣本誤差甚至個別錯誤對網絡的輸入-輸出規律影響很小[26]。

BP神經網絡模型的拓撲結構由輸入層、隱含層和輸出層3個部分組成，網絡訓練過程由正向傳播和反向傳播2個部分組成。在正向傳播過程中，輸入模式由輸入層經隱含層處理并達到輸出層，如在輸出層沒能得到期望的輸出模式，則進入反向傳播過程，將誤差信號沿原來的路徑反傳，并修改各種神經元的權值，直到出現允許的確定誤差。

本研究采用3層BP神經網絡模型，x1，x2，…，xn是其輸入值;輸入層與隱含層之間的連接權值為ωij （i =1，2，…，n;j =1，2，…，p），隱含層與輸出層之間的連接權值為ωjk （j =1，2，…，p;k =1，2，…，q）（圖2）。

3.2 評價值

采用主成分分析法和層次分析法相結合的方法，確定示范區建設水平評價指標權重。對各項指標經標準化處理后的數據與其權重加權求和，得到各示范區建設水平評價值，并以此作為BP神經網絡模型的期望值，計算公式為：

Mi=∑Ci×Wi（1）

式中：Mi表示示范區建設水平評價值;Ci表示單項指標數據;Wi表示單項指標權重。

3.3 節點數

根據示范區建設水平評價指標體系，將32個指標作為模型的輸入節點，即輸入層的節點數為32。輸出層為計算所得訓練值，即輸出層的節點數為1。

隱含層的節點數越少，從樣本中獲取有效信息的能力越差;而隱含層的節點數過多，會造成網絡訓練的時間較長和誤差較大。因此，應選取恰當數量的隱含層節點，既有利于從樣本中獲取有效信息，又可盡量減少運算造成的誤差。綜合考慮示范區建設的實際情況，隱含層節點數的計算公式為：

式中：l表示隱含層的節點數;m表示輸出層的節點數;n表示輸入層的節點數;a的取值范圍為1～10的整數。

結合訓練樣本數值和式（2）確定隱含層節點數的大致范圍后，在該范圍內逐次增加隱含層的節點數，根據輸入值和輸出值對BP神經網絡進行反復訓練，并選定若干樣本進行檢驗，使輸出的誤差減至可接受的程度，以最小誤差對應的節點數作為隱含層的節點數[27]。

3.4 模擬運算和檢驗

計算21個示范區建設水平評價值，作為BP神經網絡模型的期望值，并選取最大值的青島市和最小值的徐聞縣作為檢驗樣本，其余作為訓練樣本。若訓練所得模型適用于2個不同樣本，表明模型的普適性較好。

根據式（2）計算隱含層節點數的取值范圍為[6，15]，通過模擬訓練后選擇最小誤差值對應的個數15為隱含層的節點數。訓練函數采用Trainlm函數，訓練精度為le4，最大訓練次數為10 000，訓練目標函數誤差為0.000 1，lr值為0.05，mc值為0.9。將21個示范區的期望值輸入BP神經網絡模型并進行5次模擬訓練，從而得到最佳訓練值。

經比較，訓練樣本和檢驗樣本的期望值和訓練值的差異均較小，表明BP神經網絡模型能夠準確模擬各示范區建設水平（表2）。

3.5 示范區等級

示范區在我國沿海地區海洋生態文明建設中均處于領先和模范地位，但各示范區仍存在建設水平的差異。本研究基于BP神經網絡模型計算各示范區建設水平的最終評價值，并結合實際情況，將21個示范區分為5個等級，即高水平示范區、較高水平示范區、中等水平示范區、較低水平示范區和低水平示范區（表3）。

由表3可以看出，各示范區建設水平差異較大，其中青島市建設水平最高;長島縣是建設水平最高的縣級示范區，且高水平示范區在各海區均有分布，表明示范區建設水平與其行政區劃級別和地理位置無直接關系;示范區建設水平評價值的平均值為2.337 7，表明我國示范區建設總體處于中等水平，有待進一步提高。

3.5.1 高水平示范區

青島市是我國重要的現代海洋產業發展先行區，海洋生態文明建設起步較早，各項指標得分均居于示范區前列，發展較為全面，尤其海洋管理制度建設是我國海洋生態文明建設的標桿。

作為山東省唯一的海島縣，長島縣經濟體量較小，但擁有豐富的海洋資源，海洋資源稟賦指標得分在示范區中遙遙領先，發展潛力較大。近年來，長島縣大力促進海洋第一產業向海洋第三產業的轉型升級，更加注重海洋經濟和生態環境的協調發展，取得顯著成效。

三亞市是擁有“東方夏威夷”美譽的旅游城市，海洋文化底蘊深厚，旅游業等海洋第三產業對經濟增長的拉動作用顯著，海洋經濟運行和海洋文化科技2項指標得分最高。

廈門市是我國東南沿海地區的重要城市，已形成較成熟的海洋產業體系和發展機制，且海洋管理制度和海洋文化科技2項指標得分較高，表明具有較強的海洋生態文明建設意識。

3.5.2 較高水平示范區

煙臺市是環渤海城市群的中心城市和東北亞地區的重要港口，擁有豐富的海洋資源，但海洋經濟運行指標得分不高，主要是由于其經濟發展對海洋的依賴程度較低，尚未建立完善的海洋產業發展機制。

威海市與煙臺市具有一脈相承的悠久海洋開發歷史，且海洋文化保護氛圍較好。海洋經濟運行和海洋生態環境2項指標較煙臺市更有優勢，尤其海洋生態環境指標得分位列示范區第二。

嵊泗縣位于舟山群島北部，擁有眾多天然良港，是長三角城市群的海上門戶，經濟發展具有明顯的海洋型特征。舟山群島新區成立以來，嵊泗縣借助政策東風，海洋產業迅速發展，海洋經濟運行指標得分僅次于三亞市。但由于海島生態環境脆弱，嵊泗縣受海洋污染事件影響較大，海洋生態環境指標得分低于示范區平均水平。

與嵊泗縣類似，洞頭區也是我國海洋經濟發展較好的代表性海島縣（區），海洋資源稟賦和海洋生態環境2項指標得分均居于示范區前列，但海洋管理制度尚不完善。

3.5.3 中等水平示范區

中等水平示范區代表我國海洋生態文明建設的普遍水平。惠州市是廣東省的海洋大市，擁有較好的海洋經濟發展基礎，同時海洋生態環境指標得分較高。象山縣海洋生態環境較好，但其他方面亟須進一步提高。晉江市海洋經濟發展態勢較好，但在海洋管理制度和海洋生態環境方面存在不足。南通市和東山縣各項指標得分較均衡，基本處于示范區平均水平。旅順口區海洋經濟運行和海洋生態環境2項指標得分在本等級示范區中最高，但在海洋管理制度和海洋文化科技方面存在不足。北海市海洋經濟運行指標得分在本等級示范區中最低，但海洋生態環境較好。

3.5.4 較低水平示范區

東臺市海洋管理制度指標得分處于示范區平均水平，但其他指標得分較低。玉環縣海洋生態文明建設的不均衡性較顯著，海洋經濟運行和海洋資源稟賦2項指標得分均居于本等級示范區首位，但海洋生態環境較差。日照市海洋管理制度指標得分位列本等級示范區第二，但海洋資源稟賦指標得分最低。南澳縣海洋生態環境指標得分較高，但其他指標得分在示范區中較低。

3.5.5 低水平示范區

本等級示范區各項指標得分均低于示范區平均水平。盤錦市是我國重要的石油和石化工業基地，經濟發展的陸地型特征明顯，產業結構單一且能耗較高，可開發利用的海洋資源較稀缺，導致其海洋生態文明建設水平較低。

徐聞縣海洋資源稟賦和海洋生態環境較好，但社會經濟基礎較差，且必要的基礎設施薄弱，海洋經濟運行指標得分較低，同時缺乏完善的海洋管理制度，導致其海洋生態文明建設水平在21個示范區中居于最末位。

4 結語

本研究根據《海洋生態文明示范區建設指標體系（試行）》，從海洋經濟運行、海洋資源稟賦、海洋生態環境、海洋管理制度和海洋文化科技5個角度，基于BP神經網絡模型，綜合評價示范區建設水平，是對示范區確立以來發展成果的檢驗，對于發揮示范區的引領作用、推動海洋生態文明建設和實現海洋經濟可持續發展具有重要意義。

作為復雜非線性系統的研究方法，神經網絡模型已被廣泛應用于城市發展預測、城市競爭力評價和城市建設水平評價等領域，具有科學性、合理性和可行性。本研究后續將進一步完善評價指標體系。

各示范區應從自身實際出發，進一步確定建設目標和路徑。高水平示范區應總結先進經驗，繼續在海洋生態文明建設各方面加大發展力度，保持并擴大建設成果;較高水平示范區應補齊“短板”，創新海洋生態文明建設模式;中、低水平示范區應針對不足之處，科學整合和配置各類資源，完善海洋生態文明建設機制，加快發展步伐。

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