国家级海洋生态文明建设示范区建设水平评价

杜岩 秦伟山

摘要：為进一步提高我国海洋生态文明建设水平，促进海洋经济社会可持续发展，文章构建评价指标体系，基于BP神经网络模型，评价我国国家级海洋生态文明建设示范区的建设水平。研究结果表明：根据海洋生态文明建设研究框架以及定性指标和定量指标相结合等4项原则，从海洋经济运行、海洋资源禀赋、海洋生态环境、海洋管理制度和海洋文化科技5个层面，选取人均GDP等32项指标，构建示范区建设水平评价指标体系;利用BP神经网络强大的非线性映射能力、容错能力和联想记忆能力，对示范区建设水平进行评价，经模拟运算和检验，评价结果具有准确性和客观性;根据最终评价值，我国示范区建设总体处于中等水平，各示范区建设水平存在差异，其中青岛市等4地为高水平示范区，烟台市等4地为较高水平示范区，惠州市等7地为中等水平示范区，东台市等4地为较低水平示范区，盘锦市等2地为低水平示范区;各示范区应进一步加强优势和弥补不足，充分发挥引领作用，提高我国海洋生态文明建设整体水平。

关键词：海洋生态文明;BP神经网络;示范区;海洋综合管理;可持续发展

中图分类号：F205;P748    文献标志码：A    文章编号：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

生态文明建设是党和国家面对日益加大的资源环境约束和社会经济需求而提出的人-地系统协调发展的重要举措[1]。海洋生态文明是生态文明的重要组成部分[2]，是我国沿海地区实现人-海关系和谐以及经济可持续发展的基础。为推动海洋生态文明建设，2013年原国家海洋局选拔并确定首批国家级海洋生态文明建设示范区（以下简称“示范区”）12个，至2016年增至24个。

对于海洋生态文明的内涵和建设，国内学者已有诸多探索[3-9]。而对于示范区的研究仍处于起步阶段，且多为解读现有政策和总结实践经验[10-17]，少有定量分析;示范区建设水平评价多着眼于单独区域，且集中在浙江省和福建省[18-21]。此外，现行《海洋生态文明示范区建设指标体系（试行）》涵盖5个涉海领域的33项指标，较为全面和系统，但在陆海统筹、指标选取以及定量和定性相结合等方面仍有完善的空间[22]。因此，本研究通过构建更加完善的评价指标体系，基于BP神经网络模型，综合评价示范区建设水平，以期进一步明确各示范区的建设目标和路径。需要说明的是，由于大鹏新区、横琴新区和三沙市成立时间较短，缺少数据支撑，本研究不予讨论。

1 海洋生态文明建设研究框架

海洋生态文明建设是沿海地区面对海洋环境污染、海洋灾害频发和生物多样性锐减的严峻挑战，在尊重海洋、顺应海洋和保护海洋的前提下，为满足自身发展需要而不断形成海洋经济社会与海洋生态环境的动态平衡;其基本目标是实现海洋经济运行科学有序、海洋资源利用节约合理、海洋生态环境健康稳定、海洋管理制度健全高效和海洋文化科技蓬勃发展（图1）。

2 示范区建设水平评价指标体系

构建示范区建设水平评价指标体系应遵循4项原则：①科学性和可获得性原则，即避免逻辑不明和产生歧义等，且数据来源权威可靠;②区域性原则，即充分考虑不同示范区的区域特色和经济体量;③普适化原则，即便于公众理解和参与;④定性指标和定量指标相结合原则，即除定量指标外，设计定性指标并采用专家打分法量化，促进定量指标和定性指标的优势互补。

参考已有研究成果[23-24]，在《海洋生态文明示范区建设指标体系（试行）》的基础上修改和补充，保留其主要约束性指标，从海洋经济运行、海洋资源禀赋、海洋生态环境、海洋管理制度和海洋文化科技5个层面选取32项指标，包括20项定量指标和12项定性指标，构建示范区建设水平评价指标体系（表1）。

其中，定量指标的数据来自2016年21个示范区的相关统计年鉴和公报等资料，个别缺失数据由相邻年份数据插值补齐;定性指标的数据由来自国内高校和科研院所海洋生态文明、海岛和海洋经济研究领域，并在核心期刊发表过相关学术论文的15名专家，通过结合实际情况和判断客观事实打分确定。

3 基于BP神经网络模型的示范区建设水平评价

3.1 BP神经网络模型

海洋生态文明建设水平评价涉及诸多因素，且各系统间缺乏明显的线性关系。本研究基于BP神经网络模型，对示范区建设水平进行评价，保证评价结果的准确性和客观性[25]。

BP神经网络具有极强的非线性映射能力，能够在对映射关系的数学方程无事先了解的情况下存储大量的输入-输出模式，并提供样本模式对网络进行训练，从而完成由X维输入空间到Y维输出空间的非线性映射。此外，BP神经网络具有强大的容错能力和联想记忆能力，较大的样本误差甚至个别错误对网络的输入-输出规律影响很小[26]。

BP神经网络模型的拓扑结构由输入层、隐含层和输出层3个部分组成，网络训练过程由正向传播和反向传播2个部分组成。在正向传播过程中，输入模式由输入层经隐含层处理并达到输出层，如在输出层没能得到期望的输出模式，则进入反向传播过程，将误差信号沿原来的路径反传，并修改各种神经元的权值，直到出现允许的确定误差。

本研究采用3层BP神经网络模型，x1，x2，…，xn是其输入值;输入层与隐含层之间的连接权值为ωij （i =1，2，…，n;j =1，2，…，p），隐含层与输出层之间的连接权值为ωjk （j =1，2，…，p;k =1，2，…，q）（圖2）。

3.2 评价值

采用主成分分析法和层次分析法相结合的方法，确定示范区建设水平评价指标权重。对各项指标经标准化处理后的数据与其权重加权求和，得到各示范区建设水平评价值，并以此作为BP神经网络模型的期望值，计算公式为：

Mi=∑Ci×Wi（1）

式中：Mi表示示范区建设水平评价值;Ci表示单项指标数据;Wi表示单项指标权重。

3.3 节点数

根据示范区建设水平评价指标体系，将32个指标作为模型的输入节点，即输入层的节点数为32。输出层为计算所得训练值，即输出层的节点数为1。

隐含层的节点数越少，从样本中获取有效信息的能力越差;而隐含层的节点数过多，会造成网络训练的时间较长和误差较大。因此，应选取恰当数量的隐含层节点，既有利于从样本中获取有效信息，又可尽量减少运算造成的误差。综合考虑示范区建设的实际情况，隐含层节点数的计算公式为：

式中：l表示隐含层的节点数;m表示输出层的节点数;n表示输入层的节点数;a的取值范围为1～10的整数。

结合训练样本数值和式（2）确定隐含层节点数的大致范围后，在该范围内逐次增加隐含层的节点数，根据输入值和输出值对BP神经网络进行反复训练，并选定若干样本进行检验，使输出的误差减至可接受的程度，以最小误差对应的节点数作为隐含层的节点数[27]。

3.4 模拟运算和检验

计算21个示范区建设水平评价值，作为BP神经网络模型的期望值，并选取最大值的青岛市和最小值的徐闻县作为检验样本，其余作为训练样本。若训练所得模型适用于2个不同样本，表明模型的普适性较好。

根据式（2）计算隐含层节点数的取值范围为[6，15]，通过模拟训练后选择最小误差值对应的个数15为隐含层的节点数。训练函数采用Trainlm函数，训练精度为le4，最大训练次数为10 000，训练目标函数误差为0.000 1，lr值为0.05，mc值为0.9。将21个示范区的期望值輸入BP神经网络模型并进行5次模拟训练，从而得到最佳训练值。

经比较，训练样本和检验样本的期望值和训练值的差异均较小，表明BP神经网络模型能够准确模拟各示范区建设水平（表2）。

3.5 示范区等级

示范区在我国沿海地区海洋生态文明建设中均处于领先和模范地位，但各示范区仍存在建设水平的差异。本研究基于BP神经网络模型计算各示范区建设水平的最终评价值，并结合实际情况，将21个示范区分为5个等级，即高水平示范区、较高水平示范区、中等水平示范区、较低水平示范区和低水平示范区（表3）。

由表3可以看出，各示范区建设水平差异较大，其中青岛市建设水平最高;长岛县是建设水平最高的县级示范区，且高水平示范区在各海区均有分布，表明示范区建设水平与其行政区划级别和地理位置无直接关系;示范区建设水平评价值的平均值为2.337 7，表明我国示范区建设总体处于中等水平，有待进一步提高。

3.5.1 高水平示范区

青岛市是我国重要的现代海洋产业发展先行区，海洋生态文明建设起步较早，各项指标得分均居于示范区前列，发展较为全面，尤其海洋管理制度建设是我国海洋生态文明建设的标杆。

作为山东省唯一的海岛县，长岛县经济体量较小，但拥有丰富的海洋资源，海洋资源禀赋指标得分在示范区中遥遥领先，发展潜力较大。近年来，长岛县大力促进海洋第一产业向海洋第三产业的转型升级，更加注重海洋经济和生态环境的协调发展，取得显著成效。

三亚市是拥有“东方夏威夷”美誉的旅游城市，海洋文化底蕴深厚，旅游业等海洋第三产业对经济增长的拉动作用显著，海洋经济运行和海洋文化科技2项指标得分最高。

厦门市是我国东南沿海地区的重要城市，已形成较成熟的海洋产业体系和发展机制，且海洋管理制度和海洋文化科技2项指标得分较高，表明具有较强的海洋生态文明建设意识。

3.5.2 较高水平示范区

烟台市是环渤海城市群的中心城市和东北亚地区的重要港口，拥有丰富的海洋资源，但海洋经济运行指标得分不高，主要是由于其经济发展对海洋的依赖程度较低，尚未建立完善的海洋产业发展机制。

威海市与烟台市具有一脉相承的悠久海洋开发历史，且海洋文化保护氛围较好。海洋经济运行和海洋生态环境2项指标较烟台市更有优势，尤其海洋生态环境指标得分位列示范区第二。

嵊泗县位于舟山群岛北部，拥有众多天然良港，是长三角城市群的海上门户，经济发展具有明显的海洋型特征。舟山群岛新区成立以来，嵊泗县借助政策东风，海洋产业迅速发展，海洋经济运行指标得分仅次于三亚市。但由于海岛生态环境脆弱，嵊泗县受海洋污染事件影响较大，海洋生态环境指标得分低于示范区平均水平。

与嵊泗县类似，洞头区也是我国海洋经济发展较好的代表性海岛县（区），海洋资源禀赋和海洋生态环境2项指标得分均居于示范区前列，但海洋管理制度尚不完善。

3.5.3 中等水平示范区

中等水平示范区代表我国海洋生态文明建设的普遍水平。惠州市是广东省的海洋大市，拥有较好的海洋经济发展基础，同时海洋生态环境指标得分较高。象山县海洋生态环境较好，但其他方面亟须进一步提高。晋江市海洋经济发展态势较好，但在海洋管理制度和海洋生态环境方面存在不足。南通市和东山县各项指标得分较均衡，基本处于示范区平均水平。旅顺口区海洋经济运行和海洋生态环境2项指标得分在本等级示范区中最高，但在海洋管理制度和海洋文化科技方面存在不足。北海市海洋经济运行指标得分在本等级示范区中最低，但海洋生态环境较好。

3.5.4 较低水平示范区

东台市海洋管理制度指标得分处于示范区平均水平，但其他指标得分较低。玉环县海洋生态文明建设的不均衡性较显著，海洋经济运行和海洋资源禀赋2项指标得分均居于本等级示范区首位，但海洋生态环境较差。日照市海洋管理制度指标得分位列本等级示范区第二，但海洋资源禀赋指标得分最低。南澳县海洋生态环境指标得分较高，但其他指标得分在示范区中较低。

3.5.5 低水平示范区

本等级示范区各项指标得分均低于示范区平均水平。盘锦市是我国重要的石油和石化工业基地，经济发展的陆地型特征明显，产业结构单一且能耗较高，可开发利用的海洋资源较稀缺，导致其海洋生态文明建设水平较低。

徐闻县海洋资源禀赋和海洋生态环境较好，但社会经济基础较差，且必要的基础设施薄弱，海洋经济运行指标得分较低，同时缺乏完善的海洋管理制度，导致其海洋生态文明建设水平在21个示范区中居于最末位。

4 结语

本研究根据《海洋生态文明示范区建设指标体系（试行）》，从海洋经济运行、海洋资源禀赋、海洋生态环境、海洋管理制度和海洋文化科技5个角度，基于BP神经网络模型，综合评价示范区建设水平，是对示范区确立以来发展成果的检验，对于发挥示范区的引领作用、推动海洋生态文明建设和实现海洋经济可持续发展具有重要意义。

作为复杂非线性系统的研究方法，神经网络模型已被广泛应用于城市发展预测、城市竞争力评价和城市建设水平评价等领域，具有科学性、合理性和可行性。本研究后续将进一步完善评价指标体系。

各示范区应从自身实际出发，进一步确定建设目标和路径。高水平示范区应总结先进经验，继续在海洋生态文明建设各方面加大发展力度，保持并扩大建设成果;较高水平示范区应补齐“短板”，创新海洋生态文明建设模式;中、低水平示范区应针对不足之处，科学整合和配置各类资源，完善海洋生态文明建设机制，加快发展步伐。

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