论文 空间句法理论及其在gis空间分析中的应用

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1、空间句法理论及其在GIS空间分析中的应用陈媛媛张真解放军信息工程大学测绘学院河南郑州450052摘要：二十多年来，空间句法理论在分析城市形态结构方面取得了许多成功的研究成果。然而这样一套有用的分析方法还没有引起GIS界的重视。我们认为空间句法的理论可以发展成为GIS的分析方法。本文提出了一种空间认知的方法作为空间句法的理论基础，然后用空间句法的视区分割分析几个在城市和建筑水平上的例子。接着，分析了空间句法的不同之处，并提出了相应的改进模型及其应用。关键词：空间句法，空间分析，认知，GIS，空间分割，形态分析变量，视区1.引言空间分析是GIS区别于其他计算机系统

2、，如计算机辅助制图系统，计算机地图制图，空间数据库和图像处理系统的主要特征之一。过去10年中，人们在研究GIS空间分析的理论与方法，提高现有GIS分析功能方面作了大量的努力。但是现有的GIS仍然需要新的分析和建模方法，这是由于随着GIS应用范围的扩大，对GIS的分析功能提出了更高的要求，传统的分析功能显然不能满足日益增长的需求。如何提高和扩展GIS的分析与决策能力是GIS研究者面临的重要课题。过去二十年中，空间句法提出了一套计算方法来研究城市形态结构，进而研究人的空间行为如何受空间形态的影响。空间句法广泛应用在城市人流的分析与预测，城市居民被窃的空间分布，交通

3、排放污染的控制和复杂城市系统中的导航上。空间句法可以集成到城市GIS中以提供分析和预测功能，并可进一步发展成为新的空间模型。2.空间句法的原则空间句法是一套进行城市形态分析的理论和工具，然而空间句法的基本原则和广泛的应用价值还没有引起GIS界的注意，为此首先对它作简要的介绍。2.1.空间分割任何一个城市系统都是由两部分组成：空间物体和自由空间。空间物体主要是建筑物，而自由空间是指物体隔开的，人可以在其中自由活动的空间。自由空间具有连续性特征，即从任何一点可以到达空间的任何其它点。对空间句法而言，自由空间是一个非常重要的概念，有时又叫它开空间。空间句法着眼于自由

4、空间的表示。根据城市环境的自由空间所呈现的情况，空间句法大致有三种空间分割方法。若建筑或建筑群比较密集，一般采用所谓的轴线方法。它的基本原则是：首先画一条最长的轴线代表一条街道，而后画第二长的轴线与第一线相交，直至整个自由空间或者街道由一系列轴线连接，所画的轴线图称作轴线地图。732第二种空间分割办法是对开空间呈现非线性的情况，这种方法是所谓的凸多边形方法，由于实际分割中很难保证分割的唯一性，所以这种方法对城市系统而言不是很适用的方法。相反，这种方法对建筑物或者建筑群内部房间或者走道的布局却很适用。因为每一个房间或走道都是一个凸多边形，而且边界是相对确定的。第

5、三种分割方法也是对开空间呈现非线性的情形，只是从可视性观点看，这种分割方法更为精确，不像第一种由一轴线来代表一段笔直的街道，这种方法是基于视区的概念。视区是一个从某一确定点可视的区域，以形式化的语言表达，即：“在一个大尺度的欧式三维空间R，其中的每一个点x，相应的视区V(x)是由所有从该点可视的点集合构成。”2.2.形态分析变量基于空间分割方法，空间句法可导出相应的连接图，即将分割的每一部分作为图的结点，图的连接取决于每一部分之间是否相交或相连。如轴线图到连接图的转换只需将相应的轴线变为结点，并将相应的轴线交点变为结点之间的连线即可。由连接图，可以导出一系列的

6、形态分析变量。首先，连接值N(i)是与第i个部分空间相交的其它部分空间数。在连接图上，就是与第i个结点相连的结点数N(i)=k，其中k是与第i个结点直接相连的结点数。第二个形态变量是控制值C(i)，控制值表达了这样一种信息，那就是一个空间对与之相交的空间的控制程度。其中k是与第i个结点直接相连的结点数，N(j)是与第j个结点的连接值。深度值是指某一结点距其它所有结点的最短距离。因此，一个结点深是指该结点距离其它所有结点远，而一个结点浅则是指该结点距离其它所有结点近。深度值不是一个独立的形态变量，可它是计算集成度的一个中间变量。假设dij是连接图上任何两点i和j

7、之间的连接距离，那么，总深度值是：，平均深度值是：第三个形态变量是集成度。如果说连接性控制值表达的是一个空间和与之相交的其它空间的关系，那么，集成度表达的则是一个和其他更多空间的关系。根据所考虑的结点情况，集成度分全局集成度和局部集成度。全局集成度表达的是一个空间与其它所有空间的关系。所以所有结点都在计算考虑之中，而局部集成度则是一个空间与其它几步（即最短距离）之内的空间关系，所以不是所有结点在计算考虑之中。集成度有下面的ID（i）和RID（i）来表达，，，这里是一个连接图的总结点数。，这里，是用来标准化集成度值。732以上形态变量可以用来描述空间在不同水平上

8、的结构特征。连接值，控制值，局部集成度