BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型在水庫移民后期扶持評估中的應(yīng)用

劉文錚

(遼寧江河水利水電新技術(shù)設(shè)計研究院有限公司，遼寧 沈陽 110003)

水庫移民后期扶持監(jiān)測評估工作是一項基礎(chǔ)性工作，是全面了解和掌握水庫移民后期扶持政策實施情況的重要手段，也是積極實行“水利行業(yè)強監(jiān)管”的水利改革發(fā)展總基調(diào)的重要舉措[1]。開展監(jiān)測評估工作，對后期扶持政策實施情況進行跟蹤監(jiān)測，及時掌握情況，評估實施效果，保障資金使用安全和后期扶持政策順利實施，對維護移民群眾合法權(quán)益、促進庫區(qū)和移民安置區(qū)經(jīng)濟發(fā)展和社會穩(wěn)定具有重要意義。

根據(jù)收集的樣本數(shù)據(jù)，運用統(tǒng)計分析、對比分析、參與式評價、綜合評價等方法進行分析評價[2-3]。水庫移民后期扶持政策實施情況監(jiān)測評估的主要內(nèi)容，包括后期扶持人口核定與動態(tài)管理情況、直補資金發(fā)放情況、項目實施情況、資金的使用管理情況、政策實施效果等方面[4]。

1 研究區(qū)概況

遼陽縣是遼東半島的對外開放縣之一，隸屬于遼寧省遼陽市，位于遼陽市中南部，地處東經(jīng)122°35′04″-123°41′00″，北緯40°42′19″-41°25′22″。遼陽縣現(xiàn)有199個行政村，其中179個為移民村；人口總戶數(shù)為131389戶，總?cè)丝跒?59864人。移民總?cè)丝跒?8054人，截止到2021年末，核實到人移民人口為11368人，統(tǒng)籌人口6686人。

遼陽縣的深山叢林具有極好的水源涵養(yǎng)能力，泉水溪流匯成大河，蘊藏著豐富的水利資源。境內(nèi)水系主要分為黃海水系和渤海水系，共有流程5km以上的大小河流86條，其中10km以上的大小河流29條，太子河、渾河2大水系在境內(nèi)形成水網(wǎng)。水陸交通便利，其中較大的河流有太子河、湯河、藍河、北沙河等。建有大、中、小型水庫9座，其中：大型水庫有1座，中型水庫有2座，小型水庫有6座，水庫總庫容22.8億m3。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源分析

水庫移民數(shù)據(jù)收集是一項復(fù)雜的工程，收集方法也有很多種，根據(jù)項目進度和實際開展工作情況，均采用調(diào)查抽樣的方法進行。按照SL/T 779—2019《大中型水庫移民后期扶持監(jiān)測評估導(dǎo)則》要求，監(jiān)測評估應(yīng)以縣為基本單元開展。年度監(jiān)測評估應(yīng)以年度預(yù)算和年度計劃為依據(jù)逐年開展，并區(qū)分當年預(yù)算和往年未完成預(yù)算在監(jiān)測年度的執(zhí)行情況。監(jiān)測評估應(yīng)開展現(xiàn)場監(jiān)測，采取文獻調(diào)研、抽樣調(diào)查、典型調(diào)査、重點調(diào)查、個案調(diào)查等方法收集相關(guān)信息；評估應(yīng)以定量為主，采取定量與定性相結(jié)合的方法開展。監(jiān)測方法應(yīng)與國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計調(diào)查方法相銜接，宜使用大數(shù)據(jù)和互聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)新方法。監(jiān)測評估內(nèi)容、方法和對象應(yīng)在一定時期內(nèi)保持相對穩(wěn)定，保證監(jiān)測評估數(shù)據(jù)的連續(xù)性和可比性。

本次選取具有代表性的首山鎮(zhèn)、興隆鎮(zhèn)、劉二堡鎮(zhèn)、小河北鎮(zhèn)、黃泥洼鎮(zhèn)、唐馬寨鎮(zhèn)、穆家鎮(zhèn)、柳壕鎮(zhèn)、河欄鎮(zhèn)、隆昌鎮(zhèn)等10個鎮(zhèn)的數(shù)據(jù)作為樣本訓(xùn)練值。同時，將八會鎮(zhèn)、寒嶺鎮(zhèn)、下達河鄉(xiāng)、吉洞峪鄉(xiāng)、甜水鄉(xiāng)等5個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的數(shù)據(jù)作為采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的檢測數(shù)據(jù)樣本，最終進行15個樣本選擇點的水庫移民后期扶持綜合監(jiān)測評估。

2.2 研究方法

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是簡單的計算單元因素構(gòu)成的一種非線性分析系統(tǒng)，能及時進行大量信息的處理、分析、保存和檢索等，是一種簡化、抽象的計算方法。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)屬于前饋網(wǎng)絡(luò)分類，主要思想就是通過n個樣本輸入，即x1、x2、x3、…、xn，以其相對應(yīng)的m個樣本目標值作為輸出，即y1、y2、y3、…、ym。將網(wǎng)絡(luò)實際輸出值z1、z2、z3、…、zm與目標輸出值之間的誤差來進行修改權(quán)衡，使其網(wǎng)絡(luò)實際輸出值與樣本目標值盡可能接近，即輸出的誤差最小[5]。

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)主要有4部分組成，即輸入順傳播、輸出誤差逆?zhèn)鞑?、網(wǎng)絡(luò)循環(huán)記憶訓(xùn)練、結(jié)果識別，具體流程如圖1所示。

圖1 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)運算流程框圖

算法步驟如下[6-7]：

(1)隱含層與輸出層的神經(jīng)元輸出

(1)

式中，qj—隱含層輸出j個神經(jīng)元；f—傳遞函數(shù)；ωij、ωjk—神經(jīng)元連接權(quán)；xi—輸入樣本模式；θ—偏置；zk—輸出層輸出k個神經(jīng)元；g—傳輸函數(shù)。

(2)網(wǎng)絡(luò)實際輸出值與目標輸出值之間的誤差計算

(2)

式中，yk—輸出樣本值；δ—誤差值，需要對δ進行調(diào)整，調(diào)整的順序為首先調(diào)整隱含層到輸出層的誤差權(quán)值迭代，其次進行輸入層到隱含層的誤差權(quán)值迭代調(diào)整，從而使誤差越來越小，滿足精度要求[8]。

根據(jù)相關(guān)學(xué)者的研究成果，結(jié)合水庫移民后期扶持工作的開展效果，考慮評價指標體系影響因素的大小，將水庫移民后期扶持監(jiān)督評估等級分為5級[9]，即優(yōu)秀、良好、一般、合格、不合格，相對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)向量輸出為(0 0 0 0 1)、(0 0 0 1 0)、(0 0 1 0 0)、(0 1 0 0 0)、(1 0 0 0 0)。

3 分析與結(jié)果

3.1 綜合評價指標建立

水庫移民后期扶持監(jiān)測評估體系是要對實行移民村和非移民村中符合政策和享受條件的具有代表性的樣本用戶進行調(diào)查、統(tǒng)計和分析。通過對具體數(shù)據(jù)進行對比，來滿足監(jiān)測評估的綜合評價目的。因此，評價指標體系的建立能夠全面地反應(yīng)當?shù)厮畮煲泼袢罕姷膶嶋H生活、生產(chǎn)發(fā)展水平，具體指標在選取中應(yīng)考慮以下幾方面的原則：指標全面性原則、科學(xué)合理性原則、可靠可測性原則、定量與定性相結(jié)合原則、以人為本原則。指標體系按照3層次設(shè)計，即目標層、影響層、指標層。具體水庫移民后期扶持綜合評估指標體系，如圖2所示。

圖2 水庫移民后期扶持綜合評估指標體系框圖

3.2 綜合分析

通過BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)樣本訓(xùn)練優(yōu)化算法，在選取的10個鎮(zhèn)作為樣本訓(xùn)練，仿真訓(xùn)練過程設(shè)置如下：構(gòu)建一個3層的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對水庫移民后期扶持監(jiān)測評估，本文構(gòu)建23個相關(guān)綜合評價指標進行5個方面映射，利用選取的10個鎮(zhèn)作為樣本訓(xùn)練，建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型框架，在滿足一定精度情況下完成循環(huán)學(xué)習(xí)訓(xùn)練過程，并利用網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)模式模擬5個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的綜合評估效果。采用梯度下降動量和自適應(yīng)算法訓(xùn)練BP網(wǎng)絡(luò)，目標誤差為1×10-3，學(xué)習(xí)率為0.035，最大迭代次數(shù)為2000。

根據(jù)選取的首山鎮(zhèn)、興隆鎮(zhèn)、劉二堡鎮(zhèn)、小河北鎮(zhèn)、黃泥洼鎮(zhèn)、唐馬寨鎮(zhèn)、穆家鎮(zhèn)、柳壕鎮(zhèn)、河欄鎮(zhèn)、隆昌鎮(zhèn)等10個鎮(zhèn)的移民樣本數(shù)據(jù)作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練樣本，經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)模式的訓(xùn)練學(xué)習(xí)，構(gòu)建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，指標數(shù)據(jù)選取是通過數(shù)據(jù)分析中的方法收集，同時對目標期望的輸出是按照水庫移民后期扶持政策中的指導(dǎo)方法劃定的等級標準進行劃分，并相對應(yīng)的進行輸出值輸出。選取的訓(xùn)練樣本的輸出結(jié)果評定結(jié)果，見表1。

表1 選取的訓(xùn)練樣本輸出結(jié)果評定結(jié)果

根據(jù)選取的八會鎮(zhèn)、寒嶺鎮(zhèn)、下達河鄉(xiāng)、吉洞峪鄉(xiāng)、甜水鄉(xiāng)等5個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的數(shù)據(jù)作為采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的檢測數(shù)據(jù)樣本，對模型的的數(shù)據(jù)進行樣本監(jiān)測評估，具體結(jié)果見表2。從表2中可以看到，運用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進行輸出的下達河鄉(xiāng)輸出綜合評估結(jié)果為優(yōu)秀，吉洞峪鄉(xiāng)輸出綜合評估結(jié)果為良好等。

表2 選取的檢測樣本的輸出結(jié)果評定結(jié)果

根據(jù)2021年遼陽縣水庫移民后期扶持政策監(jiān)測評估實施情況、后期扶持資金的使用管理情況、后期扶持政策實施效果進行跟蹤監(jiān)測和系統(tǒng)進行綜合評估，進行分析比較后發(fā)現(xiàn)，遼陽縣首山鎮(zhèn)東王莊村搬遷安置工程完成后，對發(fā)展農(nóng)村的精神文明建設(shè)，對進一步構(gòu)建和諧社會意義重大。提高了基礎(chǔ)設(shè)施水平，健全了功能配套和農(nóng)民生活配套設(shè)施，改善了人居環(huán)境，提高了群眾生活質(zhì)量。

遼陽縣劉二堡鎮(zhèn)自來水改造工程建設(shè)，一定程度上減少了水源污染問題，減少了水資源浪費，減少了疾病的傳播途徑，促進了農(nóng)村改灶、改廚、改廁和改造環(huán)境。

穆家鎮(zhèn)村民生活水平相比移民搬遷扶持之前已經(jīng)恢復(fù)正常水平，并有大幅度提升。環(huán)境衛(wèi)生用水的增加，農(nóng)民生活習(xí)慣的改變，都大大改善了農(nóng)村生活環(huán)境，有利于中國特色新農(nóng)村建設(shè)。

小河北鎮(zhèn)、黃泥洼鎮(zhèn)、柳壕鎮(zhèn)、甜水鄉(xiāng)的移民生活生產(chǎn)水平還處在恢復(fù)水平，主要影響搬遷前水平較差的村民，在經(jīng)濟收入、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等方面還不適應(yīng)，導(dǎo)致村民整體搬遷以后總體水平較其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)比較滯后。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

在實施水庫移民政策以來，遼陽縣的移民在生活、生產(chǎn)、經(jīng)濟、環(huán)境等方面得到了很大的改善。利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對遼陽縣的15個鄉(xiāng)鎮(zhèn)進行樣本監(jiān)測評估，并與2021年遼陽縣水庫移民后期扶持政策監(jiān)測評估實施情況進行對比，在比較中發(fā)現(xiàn)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型訓(xùn)練得出的綜合監(jiān)測評估結(jié)果與后期扶持政策監(jiān)測評估實施情況基本吻合，說明在選取的23個綜合評價指標及構(gòu)建的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型在移民后期扶持監(jiān)測評估中評價效果是合理有效的。

4.2 建議

(1)隨著示范區(qū)各部門機構(gòu)的職能逐步完善，相關(guān)制度也逐漸完善，各項基礎(chǔ)數(shù)據(jù)指標的統(tǒng)計工作逐步開展，統(tǒng)計數(shù)據(jù)依法依規(guī)公開。有利于解決基礎(chǔ)資料缺乏的問題。

(2)建議增加移民后期扶持項目的多樣性，加大移民生產(chǎn)開發(fā)項目的投入。在解決移民基礎(chǔ)設(shè)施、飲水等生計問題的基礎(chǔ)上，在后續(xù)工作中應(yīng)加強對種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)和加工業(yè)等短、平、快項目的扶持，進而進行產(chǎn)業(yè)扶持，形成特色產(chǎn)業(yè)，拓寬增收渠道。使移民實實在受益。

(3)加強移民技能培訓(xùn)，解決移民就業(yè)問題，尤其是為留守婦女、留守老人等開展適合的技能培訓(xùn)項目，促進移民增收，增加移民獲得感和幸福感。