基于用地现状数据的城市空间格局要素抽取与格局自动构建方法

The construction method of urban spatial pattern in planning and design often takes the forward process from the planning to the expression, reflected in the expression of urban planning graphic and text description. But the status pattern could be extracted and constructed from the existing urban land-use map reversely. Not only providing the methodological foundation of urban spatial pattern evolution, comparative and quantitative analysis between existing conditions and planning, but also laying a theoretical basis of failing in scientific decision during planning process , and then expanding the application of geographic information science in the professional field. This research uses the idea of reverse thinking and reverse process, taking“priori analysis－element extraction－pattern construction” as the main clue of the research, using the existing map and text as training sample, summarizes the elements and their features of the urban spatial pattern, researches on measure index about characteristics of the spatial pattern elements, analyzes the similarities and differences between the expression of the urban land use map and the existing spatial map, then explores the extraction rules and the methods based on the characteristic elements. The element selection and extraction of urban spatial pattern will be realized with the multiple period urban land-use maps of Beijing and Yangzhou as an example. The mapping mechanism and construction algorithm between extracting elements and spatial pattern are established, and urban spatial pattern is structured automatically by method of establishing the spatial pattern based on interval algebra.

城市空间格局在规划设计中的构建方法往往采用从规划构思到表达的正向过程，体现于城市规划图形表达与文字描述之中，而现状空间格局可从城市用地现状数据中反向提取并构建。这不仅为现状与规划的空间格局对比、演变、定量分析提供方法支撑，也为规划实施过程中常发生现状与规划不符的缘由探究提供支持，并且对拓展地理信息科学的应用具有十分重要意义。本项目采用逆向思维和反向过程的研究思路，以“先验剖析”—“要素抽取”—“格局构建”为研究主线，以城市空间格局已有的图形与文本表达为训练样本，凝炼空间格局的刻画要素及其特征，研究格局要素特征的度量指标，剖析用地现状图和已有空间格局表达间的异同性，探讨基于规则的要素抽取方法。以北京市、扬州市多个时期用地现状数据为实例，抽取空间格局要素及语义信息，采用基于区间代数的空间格局构建方法，建立抽取要素与空间格局图之间的映射机制与构建算法，进而实现城市空间格局的自动构建。

城市空间格局在规划设计中的构建方法往往采用从规划构思到表达的正向过程，体现于城市规划图形表达与文字描述之中，而现状空间格局可从城市用地现状数据中反向提取并构建。这不仅为现状与规划的空间格局对比、演变、定量分析提供方法支撑，也为规划实施过程中常发生现状与规划不符的缘由探究提供支持，并且对拓展地理信息科学的应用具有十分重要意义。本项目采用了逆向思维和反向过程的研究思路，以“先验剖析”—“要素抽取”—“格局构建”为研究主线，以城市空间格局已有的图形与文本表达为训练样本，凝炼空间格局的刻画要素及其特征，研究格局要素特征的度量指标，剖析用地现状图和已有空间格局表达间的异同性，探讨基于规则的要素抽取方法。以南京、杨州、江阴等多个城市的用地现状数据为实例，抽取空间格局要素及语义信息，采用基于区间代数的空间格局构建方法，建立抽取要素与空间格局图之间的映射机制与构建算法，进而实现城市空间格局的自动构建。主要研究内容有：①城市空间格局要素表达规律及其特征分；②基于规则的城市空间格局要素识别与抽析；③基于区间代数的城市空间格局自动构建。取得的主要结果有：①基于多约束的平面点集形状重构方法（城市边界要素提取）；②面向属性空间分布特征的空间聚类（城市中心或组团提取）；③基于空间突变特征的城市边缘区提取方法; ④中国40个城市的空间格局表达规律分析; ⑤城市空间格局及要素的空间关系集成表达。在四年的资助期间，发表科研论文12篇：其中SCI检索6篇、 EI检索4篇（一级学报3篇）、核心期刊2篇，录用科研论文2篇（SCI检索1篇、核心期刊1篇）；获得发明专利授权2个、申请发明专利2个、获得软件著作权8个；获得省部级科技进步二等奖2项；国家标准1个（主要编写者）；参加国内外会议10次；培养博士生3人（毕业1人）、硕士研究生8人（毕业6人）。项目成果在丽水、南京、扬州、江阴、张家港等10个城市得到应用。