空間句法理論及其在GIS空間分析中的應(yīng)用.pdf

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1、空間句法理論及其在GIS空間分析中的應(yīng)用陳媛媛張真解放軍信息工程大學(xué)測繪學(xué)院河南鄭州450052摘要：二十多年來，空間句法理論在分析城市形態(tài)結(jié)構(gòu)方面取得了許多成功的研究成果。然而這樣一套有用的分析方法還沒有引起GIS界的重視。我們認(rèn)為空間句法的理論可以發(fā)展成為GIS的分析方法。本文提出了一種空間認(rèn)知的方法作為空間句法的理論基礎(chǔ)，然后用空間句法的視區(qū)分割分析幾個在城市和建筑水平上的例子。接著，分析了空間句法的不同之處，并提出了相應(yīng)的改進模型及其應(yīng)用。關(guān)鍵詞：空間句法，空間分析，認(rèn)知，GIS，空間分割，形態(tài)分析變量，視區(qū)1.引言空間分析是GIS區(qū)別于其他計

2、算機系統(tǒng)，如計算機輔助制圖系統(tǒng)，計算機地圖制圖，空間數(shù)據(jù)庫和圖像處理系統(tǒng)的主要特征之一。過去10年中，人們在研究GIS空間分析的理論與方法，提高現(xiàn)有GIS分析功能方面作了大量的努力。但是現(xiàn)有的GIS仍然需要新的分析和建模方法，這是由于隨著GIS應(yīng)用范圍的擴大，對GIS的分析功能提出了更高的要求，傳統(tǒng)的分析功能顯然不能滿足日益增長的需求。如何提高和擴展GIS的分析與決策能力是GIS研究者面臨的重要課題。過去二十年中，空間句法提出了一套計算方法來研究城市形態(tài)結(jié)構(gòu)，進而研究人的空間行為如何受空間形態(tài)的影響?？臻g句法廣泛應(yīng)用在城市人流的分析與預(yù)測，城市居民被竊

3、的空間分布，交通排放污染的控制和復(fù)雜城市系統(tǒng)中的導(dǎo)航上?？臻g句法可以集成到城市GIS中以提供分析和預(yù)測功能，并可進一步發(fā)展成為新的空間模型。2.空間句法的原則空間句法是一套進行城市形態(tài)分析的理論和工具，然而空間句法的基本原則和廣泛的應(yīng)用價值還沒有引起GIS界的注意，為此首先對它作簡要的介紹。2.1.空間分割任何一個城市系統(tǒng)都是由兩部分組成：空間物體和自由空間?？臻g物體主要是建筑物，而自由空間是指物體隔開的，人可以在其中自由活動的空間。自由空間具有連續(xù)性特征，即從任何一點可以到達空間的任何其它點。對空間句法而言，自由空間是一個非常重要的概念，有時又叫它開

4、空間?？臻g句法著眼于自由空間的表示。根據(jù)城市環(huán)境的自由空間所呈現(xiàn)的情況，空間句法大致有三種空間分割方法。若建筑或建筑群比較密集，一般采用所謂的軸線方法。它的基本原則是：首先畫一條最長的軸線代表一條街道，而后畫第二長的軸線與第一線相交，直至整個自由空間或者街道由一系列軸線連接，所畫的軸線圖稱作軸線地圖。第二種空間分割辦法是對開空間呈現(xiàn)非線性的情況，這種方法是所謂的凸多邊形方法，由于實際分割中很難保證分割的唯一性，所以這種方法對城市系統(tǒng)而言不是很適用的方法。相反，這種方法對建筑物或者建筑群內(nèi)部房間或者走道的布局卻很適用。因為每一個房間或718走道都是一個凸

5、多邊形，而且邊界是相對確定的。第三種分割方法也是對開空間呈現(xiàn)非線性的情形，只是從可視性觀點看，這種分割方法更為精確，不像第一種由一軸線來代表一段筆直的街道，這種方法是基于視區(qū)的概念。視區(qū)是一個從某一確定點可視的區(qū)域，以形式化的語言表達，即：“在一個大尺度的歐式三維空間R，其中的每一個點x，相應(yīng)的視區(qū)V(x)是由所有從該點可視的點集合構(gòu)成?！?.2.形態(tài)分析變量基于空間分割方法，空間句法可導(dǎo)出相應(yīng)的連接圖，即將分割的每一部分作為圖的結(jié)點，圖的連接取決于每一部分之間是否相交或相連。如軸線圖到連接圖的轉(zhuǎn)換只需將相應(yīng)的軸線變?yōu)榻Y(jié)點，并將相應(yīng)的軸線交點變?yōu)榻Y(jié)點之

6、間的連線即可。由連接圖，可以導(dǎo)出一系列的形態(tài)分析變量。首先，連接值N(i)是與第i個部分空間相交的其它部分空間數(shù)。在連接圖上，就是與第i個結(jié)點相連的結(jié)點數(shù)N(i)=k，其中k是與第i個結(jié)點直接相連的結(jié)點數(shù)。第二個形態(tài)變量是控制值C(i)，控制值表達了這樣一種信息，那就是一個空間對與之相交的空間的控制程度。k1Ci()=∑j=1Nj()其中k是與第i個結(jié)點直接相連的結(jié)點數(shù)，N(j)是與第j個結(jié)點的連接值。深度值是指某一結(jié)點距其它所有結(jié)點的最短距離。因此，一個結(jié)點深是指該結(jié)點距離其它所有結(jié)點遠(yuǎn)，而一個結(jié)點淺則是指該結(jié)點距離其它所有結(jié)點近。深度值不是一個獨立

7、的形態(tài)變量，可它是計算集成度的一個中間變量。假設(shè)dij是連接圖上任何兩點i和j之間的連接距離，那么，nn∑dij總深度值是：，∑dij平均深度值是：MDi()=j=1j=1n?1第三個形態(tài)變量是集成度。如果說連接性控制值表達的是一個空間和與之相交的其它空間的關(guān)系，那么，集成度表達的則是一個和其他更多空間的關(guān)系。根據(jù)所考慮的結(jié)點情況，集成度分全局集成度和局部集成度。全局集成度表達的是一個空間與其它所有空間的關(guān)系。所以所有結(jié)點都在計算考慮之中，而局部集成度則是一個空間與其它幾步（即最短距離）之內(nèi)的空間關(guān)系，所以不是所有結(jié)點在計算考慮之中。集成度有下面的ID

8、（i）和RID（i）來表達，2MDi-1(())IDi()IDi=()RIDi=()n-2，，