基于GIS的城市空间格局要素研究与表达

申淑娟（1985-），女， 河北秦皇岛人，地图学与 地理信息系统专业硕士 研究生，研究方向为 GIS 技术应用。 E- ma il：s he ns hujua n
@ye a h.ne t 收稿日期：2010- 09- 28
摘要：城市的空间格局与社会生活各个方面息息相关，若利用 GIS 卓越的技术能力，探索 城市空间格局的结构性特征、要素关联，挖掘其中的空间关系或其他有意义的结构模式， 将为城市经济发展、资源分配、交通规划等社会问题提供知识支撑。此外若将城市空间格 局与 GIS 空间分析相融合，将有助于架起图形与文本之间的桥梁与纽带，提升 GIS 空间数 据挖掘水平。本文总结了城市空间格局的要素体系，并利用 RCC8 模型和区间代数使之与 GIS 中的空间关系建立对应关联，实现了由城市规划文本生成城市空间格局意向图。丰富 了城市空间格局的规律性、本质性知识，弥补了多种空间关系集成研究的不足，为图形和 文本的关联性知识挖掘奠定了基础。 关键词：城市空间格局；格局要素（道路，组团）；空间关系；GIS；RCC8 模型；区间代数
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系，将为城市其他规律地挖掘提供 方法，为城市形态的形成与演变提 供参考经验，丰富城市规划中的相 关知识。
城市空间格局目前尚未形成 一个能被广泛接受的概念框架。许 多学者从不同角度对此进行了多 方面的探讨。笔者通过多方面调查 研究将城市空间格局定义如下：城 市空间格局是城市物质格局的集 中体现，是城市中各种物质要素的 空间位置关系及其变化特征，是城 市发展到特定阶段、反映特定社会 文化背景、表现城市特色风貌的城 市物质空间形态的总体反映，具体 表现为城市的空间布局、空间形式 和空间规模等。
空间格局类型
SR 格局 =｛SR 组团，SR 道路，SR 轴｝
0引言
城市空间格局同交通、用地、 就业、经济等有着密切的关联,其 特征及规律的研究对解决城市空 间的演化与扩张、有序与无序、是
否过度蔓延、空间密度的分布、内 部功能结构的重组等众多的城市 相关问题有重要作用。空间关系是 城市格局形成、发展、演变的内在 因子，也是分析城市格局如何作用 于交通、经济、人口等社会要素的
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Fig.2
图 2 图形要素与 GIS 空间关系的关联 The mapping relationship between graphic elements associated
The Research and Expression of the Elements Formed Urban Spatial Pattern Based-on GIS
SHEN Shu-juan1，SUN Yi-zhong1，ZHAO Xiao-qin2 （1.Key Laboratory of Virtual Geographical Environment of MOE，Nanjing Normal University, Nanjing
重要途径。当前，城市空间格局中 空间关系的研究较为鲜见，缺乏对 格局要素空间关系的深入探讨与 提炼和面向图形特征的格局空间 关系的剖析。因此挖掘城市空间格 局的规律，建立空间格局的要素体
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1 空间格局要素体系
分析中国 40 多个城市规划资 料中的“城市总体布局”内容，并且 在网上搜集了相关的城市布局形 态、交通、结构等关于总体架构的 描述文字，总结城市空间格局的要 素体系。从整体架构来看，城市空 间格局划分为外部轮廓格局（总体 结构格局）和内部功能要素的格局 （功能要素格局）。内部要素又分为 了道路、公共空间、城市中心、城市 轴线、自然要素的格局。从宏观大 尺度的角度上来看空间格局，城市 中心与公共空间都属于中尺度范 围，同时由于城市中心和公共空间 的类型及其范围边界较为模糊，并 且通常和属性相关联，若仅仅从图 形的结构上归纳特征，是不够实际 的。所以，本文从大尺度空间来观 察空间格局，从图形学的空间结构 上来选择要素，摒弃了城市中心和
图 1 城市空间格局要素体系 Fig.1 The elements system of urban spatial pattern
和块状 3 种，带状和块状的组团形 态又分为单中心的与多中心的。单 中心的城市主要从伸展轴即轴线 上来判别特征，多中心的组团则靠 中心间的连线来寻找特征。星状组 团为多中心的，且中心间大多存在 主次之分。组团布局的几何特征从 空间关系、图形比例、数量等方面 来提取。道路格局分为方格网、环 状、放射状 3 种，大多从空间关系 上来寻求几何图形上的特征，从而 加以区别。
公共空间这两个中尺度要素。按照 目前城市规划中的大多数的取向， 取发展轴作城市空间格局的布局 状态的描绘因子，如图 1 所示。
其中组团类型分为带状、环状
GIS 的研究目标是点、线、面几 何对象，GIS 的核心是利用空间分 析的方法研究空间关系，即对点、 线、面来进行分析与建模。对于城 市规划图等图形中的空间关系的
= （{ b，b）i ，（m，m）i ，（o，o）i ，（s，
f），（d），（si，f）i ，（d）i ； {fi，di，si，f} ×{mi，bi}，{fi，di，si，f}
×{m，b}，{mi，bi} ×{fi，di，si，f}，{m，b}
×{fi，di，si，f}
{mi，bi} ×{mi，bi}，{b，m} ×{mi， bi}，{mi，bi} ×{b，m}，{b，m} ×{b，m}，{fi， di，si，f }×{fi，di，si，f }； ；}
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文章编号：1672- 1586（2011）01- 0082- 06
中图分类号：P 208
文献标识码：B
基于 GIS 的城市空间格局要素研究与表达
申淑娟 1，孙毅中 1，赵晓琴 2
（1．南京师范大学 虚拟地理环境教育部重点实验室，江苏 南京 210046；2．南京南瑞科技股份有限公司，江苏 南京 210061）
那么，城市空间格局的类型就 分为以下几种：①带状组团与环状 道路；②带状组团与放射状道路； ③带状组团与纵横状道路；④块状 组团与环状道路；⑤块状组团与放 射状道路；⑥块状组团与纵横状道 路；⑦星状组团与环状道路；⑧星 状组团与放射状道路；⑨星状组团 与纵横状道路。
2 空间格局中空间关系
研究中，空间格局要素都可以抽象 成点、线、面，所以利用 GIS 的空间 关系模型和空间分析能力，是最合 适不过的了。城市格局中的要素与 GIS 空间关系理论的对应关系如 图 2 所示。
间关系一致，因此采用主对象与参 考对象的投影关系对描述方位信 息，形式化定义主方位关系。如图 3 所示，整个城市格局用三元组表 示，每个格局要素都对应各自的表 达元组，根据空间关系确定元组个 数。
在此基础上，整合出每种城市 格局要素的空间关系集成表达公 式如下所示，其中红线表示道路， 黑实线表示组团边界，虚实线表示 轴线。格局描述是基于上述的三元 组，包括对组团、道路和轴线的空
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姨disx（IA） +disy（IA）
4 应用实例
团的空间关系包括面面拓扑关系、 面面方向关系和面面度量关系，城 市道路空间关系为线线拓扑关系、 线线方向关系和度量关系，城市轴 线的关系为线的方向关系。TP 表 示拓扑关系，Dir 表示方向关系， Dis 表示距离关系。拓扑关系采用 RCC8 模型表达，距离关系用欧式 距离公式获得，方位关系以 Goyal 和 Skiadopoulos 的 主 方 位 模 型 为 基础，考虑到主对象及参考对象在 水平轴和垂直轴上的投影关系恰 与 Allen 的区间代数中的 13 种区
with the GIS spatial relations
间关系、几何特点的描述。
SR（A，B）={TP（A，B），DR（A，
B），DIS（A，B）}
=（{ DC，EC，PO，EQ，TPP，NTT
P，TPPi，NTTPi）;
（S，N，W，E，SW，SE，NW，NE，
O）；Distance（A，B）}
210046, China;2.NARI Technology Development Limited Company, Natract: Urban spatial pattern is related to various aspects of social life closely. If the preem－ inent capabilities of GIS can be utilized to explore the structural characteristics and elements association of urban spatial pattern, and to mine the spatial relationship and other meaningful structural schema, many social issues such as economic development, resource allocation, transportation planning and so on can get knowledge support. Besides, the integration of urban spatial pattern and GIS spatial analysis will contribute to erect the bridge and link between graphics and text and raise the level of GIS spatial data mining. This paper summarizes the ele－ ments system of urban spatial pattern. RCC8 model and the interval algebra are also used to construct of the mapping relationship. At last the sketch map of urban spatial pattern was gen－ erated from the urban planning text. This study enriches the regular and the substantive knowl－ edge of urban spatial pattern, compensates for defects of the research of variety spatial relation－ ship integration, and establishes the foundation for the relevance knowledge mining of graphics and text. Keywords: urban spatial pattern; pattern elements (roads, communities); spatial relationship; GIS; RCC8 model; the interval algebra