基于人工神經網絡的揚州長江岸線布局優化

周東泉 江蘇省水利勘測設計研究院有限公司

施夢圓 河海大學水利水電學院

田志軍 姜中清 江蘇省水利勘測設計研究院有限公司

1.研究背景

“共抓大保護、不搞大開發”，推動長江經濟帶高質量發展，是以習近平同志為核心的黨中央作出的重大戰略部署。為全面貫徹落實習近平總書記在推動長江經濟帶發展座談會上的講話精神，2019年，江蘇省委省政府兩次召開長江大保護現場推進會議，強調要突出問題導向，堅持系統推進，堅決打好長江生態保護修復攻堅戰，奮力推動我省長江經濟帶生態優先、綠色發展走在前列。

長江岸線是長江經濟帶建設的重要載體和基礎支撐，是區域經濟社會發展和生態環境空間格局構建的關鍵要素。揚州境內長江岸線西起儀征小河口，東至江都立新涵，是江蘇國土空間開發最重要的東西軸線組成部分。揚州長江岸線的開發利用有力促進了境內沿江產業帶的布局，成為揚州經濟騰飛和社會發展的重大引擎。但是，由于長江岸線資源長期的高強度開發使用，導致揚州沿江岸線開發利用布局不合理、使用效率低、重開發利用輕保護治理等問題日益突出。為落實長江大保護國家戰略，迫切需要對揚州長江岸線現狀布局進行優化，提高岸線資源集約利用水平。

2.揚州岸線利用現狀及存在問題

2.1 岸線利用現狀

揚州市境內長江岸線總長度約為71 km，其中涉河項目總數187項，占用岸線總長度約為40.8km。涉河項目的分布情況如下。

（1）岸線利用項目數量分布

從項目類型數量分布來看，碼頭工程項目數最多，有65 項，占比34.8%；其次是取排水設施，有55項，占比29.4%；其余主要為穿江設施、生態環境整治工程項目以及防洪護岸整治工程。

（2）岸線利用項目占用長度分布

已利用岸線長度約為38.8km，岸線利用率為54.6%，其中生產型岸線長度35.3km，占已利用岸線長度的91.1%。

（3）岸線利用項目開發時間分布

上世紀九十年代開始，長江岸線的開發利用強度逐漸增強。2000 年揚州市長江岸線利用長度為6.3km，2018年增加到38.8km，新增岸線利用長度32.5k m。從開發利用項目數來看，十八年間新增項目119個，占岸線利用項目總數的64.0%。

2.2 存在問題

（1）岸線開發利用率較高，生產型岸線利用占比大。目前，揚州市長江岸線開發利用率54.6%，在全省沿江八市中位居第二。已利用岸線中，生產型岸線比重高達91.1%，而城市生活游憩和取水口等生活岸線利用僅占4.9%，比重偏低。生態岸線預留考慮不足，純自然狀態的自然灘地岸線資源有限。

（2）岸線利用布局不盡合理，資源利用效益有待提高。不少利用項目擠占了規劃保留區或者防洪工程用地，對長江河勢及防洪安全造成不利影響；沿江化工、造船等產業同質化現象嚴重，惡性競爭加劇，進一步惡化了岸線資源開發布局。岸線利用整體效率不高，存在“占而不用、深水淺用、多占少用”現象，專用碼頭多，公用碼頭少，小碼頭多，大碼頭少，一些一般性碼頭占用深水岸線，部分企業占用岸線過長，有些碼頭或造船企業處于閑置之中，造成岸線資源的閑置和浪費。

（3）岸線利用不夠規范，清理整治難度大。在持續多年的沿江大開發、大發展的背景下，由于片面追求經濟發展速度，致使一些項目沒有依法履行基本建設程序，存在未批先建，少批多建，邊批邊建，批建不符，以及占而不用、多占少用、深水淺用、亂占亂用等不規范問題，有的違建項目時間長，已成為歷史遺留問題，給清理整治工作帶來較大難度。當前，清理整合已停產或倒閉的船舶工業岸線，整頓沿江散亂小微企業占用岸線和推動港口布局優化，加強低效港口資源整合等工作任務很重，推進難度大。

持續多年的沿江大開發，導致岸線開發無序和不合理問題。一些項目未依法履行基本建設程序，存在未批先建、少批多建、批建不符現象，部分違建項目時間長，歷史遺留問題較多，給清理整治工作帶來較大難度。

3.基于人工神經網絡的布局優化

3.1 樣本資料處理

為了綜合考慮揚州長江沿岸187個岸線樣本布局的合理性，選取岸線開發適宜性、生態敏感性、岸線利用類型（生產、生活、生態岸線）以及合法（規）性四大評價指標對其進行綜合評價，將岸線分為合理、較合理岸線、較不合理、不合理岸線四類。采用“評分”[2-3]方式對評價指標進行量化，根據四大評價指標的定量標準，對揚州市長江沿岸187項岸線利用項目進行“評分”，分值越高代表滿意程度越大。

3.2 模型建立

自組織映射網格作為人工神經網絡模型的一種，采用無監督學習的聚類方式，網絡通過自身訓練，自動對輸入模式進行分類，在樣本判定評價方面存在一定優越性。在本文中，每一個岸線利用項目用一個四維向量來表示，向量的各分量分別表示功能區類型、生態敏感性、“三生”岸線類型和合法（規）性的評價指標值。采用自組織特征映射網絡進行聚類時，設置競爭層為2×2的六邊形結構，即聚類的類別數為。自組織特征映射網絡的采用MATLAB創建，計算流程主要分為定義樣本、創建模型、網絡訓練、測試及結果顯示。

（1）定義樣本。聚類共涉及187個岸線利用項目，每個項目的四個評價指標值用一個四維向量表示。

（2）創建網絡。使用MATLAB神經網絡工具箱中的selforgmap函數創建自組織特征映射網絡，輸入參數只需指定競爭層的大小即可，本文中競爭層為2×2的六邊形結構，即將樣本分為合理、較合理、較不合理和不合理四類岸線。

（3）網絡訓練。使用m a p mimma x函數對樣本數據進行歸一化處理，使用train函數對輸入樣本進行訓練。

（4）測試。自組織網絡的測試與有監督學習網絡中的測試不同，在這里，訓練數據與測試數據是一樣的。將用于訓練的矩陣輸入到網絡中，可以得出每一個樣本的分類標簽。

（5）顯示聚類結果。為了得到正確的顯示結果，統計每一個聚類類別的特征向量數值之和，由于數值越高表示岸線利用項目布局合理性越高，因此，根據統計結果就能判斷不同類別的合理性高低。

3.3 評價結果

模型評價結果表明，在187項岸線利用項目中，不合理岸線利用項目3項，占用岸線總長度2.14km；較不合理岸線利用項目41項，占用岸線總長度6.49km；較合理岸線利用項目80項，占用岸線總長度28.73km；合理岸線利用項目63項，占用岸線總長度34.48km。

3.4 優化方案

（1）優化整合生產岸線。對于評價結果中不合理和較不合理岸線建議清退，共計44項。根據結果顯示，該44項岸線利用項目基本上屬于不符合生態紅線保護規劃和功能區管控要求的生產型岸線，其中碼頭工程13項，船廠16項，均為中小型企業，部分甚至已破產，長期占而不用，造成了寶貴岸線資源的浪費。

清退這部分生產岸線，有利于岸線資源的集約利用，提高岸線利用效率。清退后再對其進行生態修復或生活性改造，提高生活型岸線比例，預留足夠的生態岸線空間，有利于長江經濟帶的可持續發展。

（2）保護提升生活岸線。①保證供水水源安全。推動建設南水北調跨流域調水源頭水源生態涵養區，以及廣陵區夾江清水通道保護區，確保引調水源水質優良、水量充足。②優化沿江生活休閑空間布局。利用一批沿江堤岸、江灘與河口濕地等，打造展現大江風貌的濱江風光帶，例如儀征揚子江公園、開發區東高濕地生態公園、開發區京杭運河河口公園、邗江區潤揚濕地公園、廣陵區三江營濕地公園等濱江濕地公園等，形成獨具濱江風情和魅力且充滿靈氣和活力的城市濱水區，為城市周邊居民提供濱江親水性休憩場所。

（3）拓展修復生態岸線。①加強岸線生態修復。通過綠色生態廊道建設、濕地保護、造林綠化等生態修復，清退產業用地的生態復綠等措施，增加生態岸線比重。②保障岸線安全穩定。加快崩岸治理、鎮揚河段三期等河勢控工程建設，抑制世業洲左汊的發展，穩定和改善鎮揚河段河勢。鞏固長江干流河勢基本格局，保障長江岸線穩定，滿足兩岸經濟社會發展要求。

4.結論和建議

（1）通過對揚州沿線的187項涉河項目分析，表明岸線存在開發利用率高、布局不盡合理及利用不夠規范等問題。

（2）模型評價結果表明，在揚州長江岸線利用項目中，不合理岸線利用項目3 項，占用岸線總長度2.14km；較不合理岸線利用項目41項，占用岸線總長度6.5km；較合理岸線利用項目80項，占用岸線總長度28.7k m；合理岸線利用項目63項，占用岸線總長度34.5km。

（3）建議從優化整合生產岸線、保護提升生活岸線及拓展修復生態岸線三個方面進行揚州長江岸線的布局優化。