城市圖示語言研究

1、城市圖示語言研究摘要：論文探討了城市空間描述的模式：形式美學模式、計算機建模模式、地理元胞機模式、生態(tài)景觀規(guī)劃四種模式，得出這四種模式欠缺的是對地理空間的研究。意象的研究是城市空間研究新的切入點，通過研究人類對空間的認識，才能找到合適的描述城市的方法。同時提出了城市空間描述的意象模式，闡述了其合理性和模式的基本構(gòu)成：詞匯語法規(guī)則語義規(guī)則。關(guān)鍵詞：空間信息 概念模型、城市意象空間信息是人類對于現(xiàn)實世界認識的重要組成部分杜清運，1998。除了人類所共有的文字語言和數(shù)學語言外，地圖被稱為空間信息表達的第三語言。地理信息系統(tǒng)的出現(xiàn)，對地圖在空間信息表達和傳輸不可替代的地位產(chǎn)生了很大程度的沖擊。它以其龐

2、大的數(shù)據(jù)容量、多尺度和多類型數(shù)據(jù)集成處理及靈活多樣的可視化機制形成了相對傳統(tǒng)地圖明顯的優(yōu)勢地位。然而，地理信息系統(tǒng)發(fā)展至今，還遠未到取代地圖（更確切地說是可視化后的地圖）的時候，盡管這是我們的目標。地理信息系統(tǒng)目前所能達到的水平除了在數(shù)據(jù)管理和簡單的數(shù)據(jù)處理與分析功能所顯示的優(yōu)勢外，還遠遠不能滿足對空間信息的使用要求。1 城市空間的幾種描述模式城市研究沒有專門的描述工具，而是借用了地理學和建筑學的一些范疇。但是它們并不是全能的。改進描述城市的方法不但能夠使人們更深入地理解城市中發(fā)生的現(xiàn)象，而且還能促進人們之間的相互了解。隨著城市理論的發(fā)展，在清晰表述價值的基礎上，我們會找到一種更簡單的方法從價

3、值的層面直接描述城市，而不是把城市作為一種與價值相關(guān)的復雜的空間形式來分析。這樣，我們只需在地圖上標畫出城市任何一點到其他點的可能通路，就能免去復雜街道網(wǎng)絡、交通樞紐、社會障礙、人口密度和當?shù)厝祟愋袨榈母蓴_。1.1形式美學模式在這種模式中，城市景觀被分解為一些抽象的形式屬性。首先，城市中的實質(zhì)景觀可以分成為自然因素景觀與人工因素景觀。其中，自然因素景觀可以分為地形與地勢形態(tài)、水岸形態(tài)、山岳形態(tài)及風景區(qū)形態(tài)，人工因素景觀包括都市中的公共空間形態(tài)、建筑形態(tài)、交通設施、街道設施及夜間形象。形式美學模式的理論立足點歸結(jié)為美學價值是抽象景觀對象所固有的，也就是說，美學特質(zhì)存在于景觀的屬性中。這種美可被定

4、義為基本形體、線條、色彩、肌理及它們之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系。以上這些要素在城市空間的描述過程中，主要的是進行詳細分類及描述性工作。如：城市建筑形體具有多重類型學含義，它既是抽象的，可以理解為點、線、面、體諸元素進行的形體構(gòu)成，又是具相的，可以把建筑形體化解為屋頂、墻面、出挑、柱式、人口、臺階、地面等各種構(gòu)件進行的形體組合。形式美學模式研究的重點在于發(fā)掘出城市中一些相對固定的東西，這是一些周期變化不明顯的能起統(tǒng)一作用的點，依靠這些點，人們才能對短暫的東西（如住宅、商店、門面）進行規(guī)劃，城市景觀的美應能反映出對象恰如其分的循環(huán)變化。在這種研究模式下陳曉宇博士在他的博士論文中這樣對城市空間元素進行分類的：城

5、市空間元素大致有三種：參數(shù)化元素：像建筑體塊（包括墻面、門窗、屋面）、道路、室外構(gòu)筑物等，這些元素在設計過程中含義沒有改變，但空間數(shù)據(jù)以及屬性數(shù)據(jù)處于不斷的調(diào)整中，并且可以找出變化的參數(shù)，它們構(gòu)成了城市空間的主體。定形化元素：主要指一些城市小品像路燈、座椅。電話亭，以及環(huán)境配景，像人、樹等。這些元素在不同的規(guī)劃項目以及同一項目的規(guī)劃過程中，形狀、屬性基本保持不變，有時僅僅比例不同，從總體上看，它們是城市規(guī)劃的“配角”，起到烘托氣氛的作用。不規(guī)則元素：像一些形體獨特的建筑、城市雕塑等，它們往往只在某個規(guī)劃中出現(xiàn)，不具有普遍性，卻是城市規(guī)劃無法回避的元素。陳曉宇博士對城市空間元素的分類模式是借鑒了

6、亞力山模式語言的思想，并把這種思想通過計算機進行實現(xiàn)，使設計人員在計算機營造的三維世界中建設未來的城市空間，雖然人們?nèi)匀粡亩S平面上感受創(chuàng)作思想，但設計過程的思想已經(jīng)完全處于三維空間之中，調(diào)用任何一個元素都必須考慮空間關(guān)系，設計的注意力不再集中于幾張視圖而是集中于真正的設計對象城市空間。1.2計算機建模模式因建模需要我們對地表景觀對象及其空間特征進行了分析與抽象，最后定義了點地物類、線地物類、面地物類、復雜地物類、原型體地物類和DTM地物類6種地物對象類：l）點地物類：在現(xiàn)實世界中呈點狀分布、可由一個離散點就能確定其空間位置的景觀對象或現(xiàn)象。它可以是一些只具有空間位置、顏色信息，而無空間度量（

7、面積或長度）的普通三維空間點、三維點狀符號（矩形、（橢）圓形、菱形、星形）；也可以是一些既具有空間位置、顏色信息，又具有空間度量（高度或半徑），甚至具有紋理的其他點狀類型的景觀對象，如水井、電線桿、路燈，樹木、塔、人、動物等。2）線地物類：在現(xiàn)實世界中呈線狀、帶狀、長條狀、環(huán)狀分布，可抽象為一些相互連接的線段，并可由系列（兩個以上）連續(xù)三維空間結(jié)（節(jié)）點描述其空間位置的景觀對象或現(xiàn)象。它可以是具有空間位置、顏色信息，并具有長度度量的空間任意形狀的普通線段或曲線；也還可以是具有其他空間度量（如高度、寬度、半徑），甚至具有紋理的其他線狀類型的景觀對象，如電纜線、管道、道路、圍墻、柵欄等。3）面地物

8、類：在現(xiàn)實世界中呈面狀，或可由封閉多邊形（三個以上點）確定其空間位置和描述其基底形態(tài)的景觀對象或現(xiàn)象。它可以是普通的空間多邊形；或是具有顏色（或紋理）充填的面狀地物（如草地、水面）；也可以是根據(jù)所要構(gòu)建的景觀對象的特征。按一定的構(gòu)建規(guī)則，通過對面狀基底進行三維擴展得到的一些較規(guī)則的棱柱體、棱錐體（如建筑物、上堆等）。4）原型體地物類：它也是利用點、弧段（環(huán)）、多邊形三種基本幾何拓撲元素，按一定的規(guī)則組合在一起形成的一類三維原型體景觀對象。5）復雜地物類：由若干點、線、面狀景觀對象組合而成。一個復雜對象包含多個子對象，而其本身又可以是組成更高層次復雜對象的一個子對象。在構(gòu)成復雜對象的子對象之間存

9、在著層次關(guān)系，其最低層次為點對象，最高層次為次一級的復雜對象，或面對象。6）DTM地物類：表達DEM及其表面景觀信息的一個特殊類。1.3地理元胞機模式地理元胞自動機模型由（1）地理元胞及狀態(tài)；（2）元胞空間；（3）鄰居定義；（4）演化規(guī)則；構(gòu)成，它是一個時空動態(tài)模型，具有明顯的時空耦合特征，特別適合于地理空間系統(tǒng)的動態(tài)模擬。圖1 地理元胞自動機模型：擴展的元胞自動機模型引自周成虎，2000Fig.1 Geography Cellular Automata model: patulous Cellular Automata model一、地理元胞及狀態(tài)在地理元胞自動機中，元胞可以是被賦予特定涵義

10、的地理實體，例如交通流中的汽車、街道人流中的個人等。但在更多的時候，元胞被賦予某些連續(xù)地理現(xiàn)象的抽象劃分的涵義，如土地利用中的地塊、森林中的一叢樹木等。在元胞涵義定義基礎上，相應的元胞狀態(tài)則有可能是汽車的行駛狀態(tài)，個人的行走方向、速度，土地利用類型劃分（如工業(yè)用地、園圃地、農(nóng)業(yè)用地、休閑用地等），樹木的高度、材質(zhì)、濕度、生長狀況等地理實體的狀態(tài)。二、元胞空間在地理元胞自動機模型中，元胞空間的概念可以很自然地轉(zhuǎn)變?yōu)榈峡栕鴺梭w系下的地理空間。三、鄰居定義元胞自動機模型中的鄰居概念，在地理上則體現(xiàn)為空間近鄰關(guān)系。而模型中的近鄰作用是有其地理學意義的，如計量地理學中的距離衰減模型、地理引力模型等，都

11、在一定程度上反映了地理相鄰實體間的相互作用。四、演化規(guī)則演化規(guī)則是元胞自動機模型的核心，它決定了元胞自動機的動態(tài)演化過程。地理元胞自動機模型中的規(guī)則集中體現(xiàn)了空間實體間的相互作用，這種相互作用根據(jù)不同應用而被賦予了不同的地理涵義。1.4生態(tài)景觀規(guī)劃模式生態(tài)模式按照景觀生態(tài)學理論原理把景觀結(jié)構(gòu)的基本元素分為斑塊（鑲嵌體）、廊道、基質(zhì)和網(wǎng)絡四種。它們是景觀生態(tài)學用來解釋景觀結(jié)構(gòu)的基本模式，普遍適用于各類景觀，包括荒漠、森林、農(nóng)田、草原、郊區(qū)和建成區(qū)景觀（Forman and Godron， 1995a）。斑塊是構(gòu)成景觀重要部分的塊狀區(qū)域，如園林綠地是都市景觀中鑲嵌體的類型、是相對自然的成分。廊道是

12、串聯(lián)各鑲嵌區(qū)的帶狀區(qū)域，道路是典型的廊道類型，具有明顯的人工特性；主要斑塊集合構(gòu)成景觀基質(zhì)。斑塊、廊道、基質(zhì)之間復雜的相互聯(lián)系形成網(wǎng)絡。這一模式為比較和判別景觀結(jié)構(gòu)、分析結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系和改變景觀提供了一種通俗、簡明和可操作的語言。這種語言和景觀與城鄉(xiāng)規(guī)劃師及決策者所運用的語言尤其有共同之處，因而景觀生態(tài)學的理論與觀察結(jié)果很快可以在規(guī)劃中被應用，這也是為什么景觀生態(tài)規(guī)劃能迅速在規(guī)劃設計領域內(nèi)獲得共鳴的原因之一。目前，哈佛大學設計研究生院的高級研究中心（包括設計學博士計劃）中已專門設有景觀規(guī)劃與生態(tài)這一方向，使景觀生態(tài)學真正與規(guī)劃設計溶為一體。運用這一基本語言，景觀生態(tài)學探討地球表面的景觀是怎樣

13、由斑塊、廊道和基質(zhì)所構(gòu)成的，如何來定量、定性地描述這些基本景觀元素的形狀、大小、數(shù)目和空間關(guān)系，以及這些空間屬性對景觀中的運動和生態(tài)流有什么影響。圍繞著這一系列問題的觀察和分析，景觀生態(tài)學得出了一些關(guān)于景觀結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系的一般性原理，為景觀規(guī)劃提供了依據(jù)。2 幾種模式的分析筆者認為陳曉宇博士對城市空間元素的分類僅是一種對現(xiàn)實世界的物質(zhì)元素，按某些相似性或出現(xiàn)的頻率進行分類，以便于計算機數(shù)據(jù)庫的管理。沒有涉及到人類對現(xiàn)實世界的認識問題，只要是現(xiàn)實世界存在的物質(zhì)，按照一定的規(guī)則就可以進行分類，是人類對現(xiàn)實世界的一種直觀認識。計算機建模模式是為了能實現(xiàn)計算機對信息處理的需要，按物質(zhì)的外觀進行抽象，點

14、狀物抽象成幾何表達的點、線狀物抽象成幾何表達的線等，強調(diào)的是各幾何要素之間的連接關(guān)系，對具有完整、獨立意義的地理實體作為個體存在的事實沒有足夠的重視，在GIS中是將地理特征表達為帶有分類屬性的幾何對象，然后以層（Layer）為概念組織、存儲、修改和顯示它們，但分層概念是根據(jù)人們已有的認識和經(jīng)驗對客觀世界進行硬性分割的，在真實的客觀世界中，用戶感知到的地理現(xiàn)實世界是一個個地理實體，如道路、建筑、山和種族移民區(qū)域等，如僅僅實現(xiàn)計算機的信息處理功能是很膚淺的。通過上述對地理元胞自動機的分析我們可以理解城市地理元胞自動機模型的地理空間構(gòu)成大體為：土地利用類型、交通層、控制因素層三部分。但這種分類無法實

15、現(xiàn)面向?qū)ο蠓椒āＩ鷳B(tài)模式是一種科學家在實際工作中，為了方便地描述空間結(jié)構(gòu)長期探索出的一種形式語言。斑塊廊道基質(zhì)模型是一種機械的對景觀的描述，沒有反應出人類認識現(xiàn)實世界的本質(zhì)，但斑塊廊道基質(zhì)模型在定量、定性地描述景觀元素的形狀、大小、數(shù)目和空間關(guān)系方面是可行的、成功的。空間區(qū)域框架僅有一個，但其上的各種自然、社會、經(jīng)濟和人類思維信息是無窮的。人類可以按照自己的思維認識和改造自然，這種思維模式是無窮的。不同學科，不同領域和部門可以按照自己的規(guī)則和需要對空間區(qū)域上各要素建立不同的模型，建模方式也是無窮的。隨著人類科學技術(shù)的進步，關(guān)于區(qū)域空間地理信息會越來越多?？臻g概念一方面表達一定的地理認知，同時又

16、是計算機所要表達的對象，空間概念具有不同的抽象層次，例如：“點”、“線”、“面”這幾個概念表達的空間概念屬于數(shù)學上的“幾何空間”，“森林”、 “土地”等則是一種“地理的”空間概念，“水”資源則是一種“地理應用”的空間概念，三個層次上的空間概念描述了地理學對地理系統(tǒng)不同的研究角度，從而表達了三種不同的地理認知（即幾何的、地理的和應用的地理認知）。綜上所述，這四種模式欠缺的是對地理空間的研究，只有通過對人類如何認識地理空間的研究，才能找到合適的描述城市的方法，而城市意象的研究正是非常合適的研究途徑。3 城市空間的意象描述模式3.1 意象模式的合理性意象是一種具有自學習能力的具有空間形象感的地理形象

17、化思維模式，它既提供了一種地理信息的組織方式，同時，它又為地理信息、知識提供了一種形象化的表達模式魯學軍，1999。通過城市意象來分析城市空間結(jié)構(gòu)，是現(xiàn)代城市空間結(jié)構(gòu)研究的方法之一顧朝林，2001。與其他城市空間結(jié)構(gòu)分析方法相比，城市意象空間分析的最大特點是重視研究城市內(nèi)居民個人或群體對城市環(huán)境的感應，而感應是人類行為決策的基礎許學強 1998。上述幾種對城市空間的描述模式，其對空間概念的描述是以地理現(xiàn)實的觀點為基礎，首先表示了每個點的含義，然后再在點表示的基礎上構(gòu)造整體的空間表示。這種空間表示的構(gòu)造，不符合人們對地理空間的分解層次，這種表示往往是“只見樹木，不見森林”。人們認識事物總是保持著

18、從宏觀到微觀、逐步分解的認識規(guī)律，對地理空間的認識也是如此，首先是認識到所關(guān)心的空間現(xiàn)象或事物的整體；然后對其進行多層次的分解，最后才能認識到空間中點的地理含義。人們是根據(jù)地理性質(zhì)區(qū)分地理現(xiàn)象的，而且還通過對地理性質(zhì)從廣至窄的劃分，形成了科學認識模型中的概念體系。在傳統(tǒng)城市空間描述模式中，只側(cè)重于對地理現(xiàn)象的幾何形態(tài)的表示，而地理性質(zhì)的表示只采用了標圖方式的簡單方法，即每個圖形內(nèi)容對應一個屬性內(nèi)容，沒有表示出這種地理性質(zhì)上的概念體系。最多也只是采用區(qū)分專題間的方式進行分層（coverage）。這種分層表示最多只是對地理性質(zhì)進行了一次劃分，并且往往還不能保持表示的一致性。意象模式既可以表示人們對

19、地理現(xiàn)象認識的地理性質(zhì)的概念體系，按照人們對地理空間認識的分解和抽象，表示出地理空間的結(jié)構(gòu)和相應的各種復雜對象，還可以支持較完備的空間關(guān)系集的表示。改變了基于點、線、面的模式的限制，一個完整目標（例如，在城市意象中，道路、建筑物等均為完整目標）可能被打斷成很多個地理實體。通過城市意象的研究可以提供一個共同認識世界的模式，減少領域科學家、數(shù)據(jù)收集者和GIS技術(shù)人員存在的重要的概念差異，和它們對現(xiàn)實世界抽象方式、任何用計算機組織和結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的方式上存在的差異。在地理認知的基礎上對真實世界的信息進行抽象和概括，形成地理信息系統(tǒng)中的空間概念模型。3.2意象模式的基本構(gòu)成傳統(tǒng)的城市空間描述模式是從已形成

20、的城市格局來分析，城市空間反映了城市過去的特征，或者說是設計的變化過程，沒有對城市空間構(gòu)成要素進行研究，也即沒有考慮用影響城市格局變化的因素來解釋城市格局的形成原因，筆者認為這些影響因素是大量的，而且難以區(qū)分因素的輕重，例如：人口、交通、經(jīng)濟等。實際上，城市格局的形成主要受人工的影響，道路的修筑，房屋的建設等，城市構(gòu)成要素的結(jié)合就是城市規(guī)劃者的作品，筆者希望從規(guī)劃者在規(guī)劃這些構(gòu)成要素時主要受那些因素的影響的角度進行城市空間描述的研究。意象模式的基本結(jié)構(gòu)是詞匯、語法規(guī)則和語義規(guī)則三位一體形式的系統(tǒng)。詞匯的層次結(jié)構(gòu)是意象模式構(gòu)成的具體實現(xiàn)，例如：林奇把城市意象分解為下列五項要素：（1）路徑（pat

21、hs）。（2）界線或邊沿（edges）。（3）區(qū)域（districts）。（4）樞紐或節(jié)點（nodes）（5）標志（landmarks）。這五項要素就是詞匯。語法是它的框架詞匯間的相互作用規(guī)律，語義則是框架的個性化。詞匯是一種語言系統(tǒng)的基礎，是構(gòu)成語言系統(tǒng)的相對獨立單位，如自然語言中的音素、語素、詞、短語等。詞匯從屬于一個層次結(jié)構(gòu)，在語法和語義規(guī)則的雙重作用下，詞匯在形式和意義上均由組合關(guān)系形成從低級到高級、從簡單到復雜的分層結(jié)構(gòu)。語法規(guī)則是存在于不同層次的詞匯之間的組合或運算規(guī)則。通過語法，較低層次的詞匯通過組合運算形成高層次的詞匯。語義規(guī)則是語言學領域中描述語言符號與它所代表的對象之間的結(jié)

22、構(gòu)關(guān)系的規(guī)則系統(tǒng)。語義規(guī)則的引入是為了彌補單純的語法規(guī)則在空間信息構(gòu)造上的不足語法規(guī)則僅僅決定語言的共生結(jié)構(gòu)，而語義規(guī)則將共性同代表的對象相聯(lián)系，形成空間信息傳達的個性結(jié)構(gòu)。語義規(guī)則不能單獨起作用，它必須和語法規(guī)則一起決定如何由簡單到復雜地構(gòu)造較高級的地理實體，形成不同綜合程度地理意義的語言單位之間的組合可能性。4 結(jié)束語由于地理信息系統(tǒng)的發(fā)展歷史只有短短的20多年時間，更由于其發(fā)展的直接動因是計算機技術(shù)的發(fā)展，地理信息系統(tǒng)的研究人員在地理信息的數(shù)字化技術(shù)、存貯技術(shù)、更新維護技術(shù)和可視化技術(shù)等方面傾注了太多研究心血，使其發(fā)展到今天的技術(shù)水準。然而，地理信息系統(tǒng)只要涉及智能化程度較高的處理和分析

23、就顯得無能為力，至今地理信息系統(tǒng)的終極目標空間分析的方法還只有幾種。究其原因，地理信息系統(tǒng)環(huán)境下空間信息自身研究的缺乏是主要因素。在地理信息系統(tǒng)中，由于要用計算機來取代人，知識成為核心問題，迫切需要對過去憑經(jīng)驗和直覺行事的知識基礎進行總結(jié)和重構(gòu)，使其成為計算機可以接受和實現(xiàn)的形式。在現(xiàn)階段，認識到空間信息本身結(jié)構(gòu)研究的重要性之后，就是迫切需要找到一個合適的理論框架來包容和指導空間信息結(jié)構(gòu)的研究。參考文獻1、 Du Qingyun, Structure, Representation And Understanding Of Spatial Information, Mapping Scienc

24、e And Technology University Wuhan Transaction 1998, 23（4）：388392杜清運，空間信息結(jié)構(gòu)、表達及其理解機制，武漢測繪科技大學學報，1998，23（4）：3883922、 Zhang xiaoyu, Way Of Computer Urban Design, Degree Thesis Of University Tongji,1996張曉宇，計算機城市設計方法，同濟大學博士學位論文，19963、 Lu xuejun, Study On Connotation Of Geographical Cognition Theory, Acta Geographica Sinica, 1998,53(2)魯學軍，地理認知理論內(nèi)涵分析，地理學報 1998，53（2）4、