基于用地现状数据的城市空间格局要素提取及格局模式研究

摘要

城市空间格局是城市发展的骨架，引导着城市的功能建设，进而影响整个城市的全面可持续发展。我国现阶段正处于城市化加速发展期，很多城市正面临空间重构与调整的历史机遇。一个剧变中的城市，其空间格局必定处于动态的变迁与发展之中，而从宏观角度观察城市空间格局的演变，可以洞察到城市发展的基本走向和未来趋势。
　　城市空间格局在规划设计中往往具有一定的周期性，其实质上是一种未来发展蓝图。然而，城市空间格局是动态的，规划周期内某一时间节点的现状格局不仅为现状与规划的空间格局对比、演变等提供方法支撑，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，那么有没有一种方法，从城市现状入手来洞察城市空间格局的现状与走向？城市空间格局是城市空间格局要素通过综合与抽象，以不同组合方式在空间上的布局。目前城市空间格局要素的识别与提取方法主要包括实证法和模型法，实证法数据获取不易，模型法在识别标准、合理性运用等方面研究也较为弱化。因此，如何准确有效地提取出城市空间格局要素？提取后的各要素在城市空间形成的布局模式又有哪些模式？传统的城市空间格局模式研究主要关注模式的定性提炼过程，而要素的形态特征及其组合形式缺乏相应的模式判别和表达的方法支撑。这些问题的研究和解决可望建立一种新的城市空间格局研究方法。
　　针对以上问题，本文以城市用地现状数据为基础挖掘城市用地现状图中隐含的空间格局规律，以“特征分析”—“要素提取”—“模式研究”为研究主线，在深入分析城市空间格局和城市用地现状图要素特征的基础上，采用空间数据挖掘方法识别和提取城市空间格局要素，并结合实证法和模型法对城市空间格局素构成的模式进行研究。本文主要研究内容与成果如下:
　　(1)城市空间格局及其要素特征分析
　　首先，通过辨析相关概念并结合研究数据特性，论文系统地界定了城市空间格局的概念和基本特征;然后，从要素性质和尺度特性两个角度确定了城市中心、城市轴线、城市组团、城市轮廓、城市道路骨架作为城市空间格局的刻画要素;最后，分别描述了格局各要素的定义内涵、属性特征、几何形态特征、要素间关联特征以及要素与建设用地空间分布的关联规律。城市空间格局及其要特征分析为城市尺度的空间格局研究提供了有益的探索，同时为基于城市用地现状数据提取格局要素提供了理论依据。
　　(2)面向用地现状数据的城市空间格局要素的识别和提取
　　分析了现有城市空间格局各要素的提取方法，以格局要素特征为约束条件，分别提出了基于图论和信息熵的城市中心提取方法，基于面状要素主骨架线提取的城市轴线识别方法，基于场论空间聚类的城市组团提取方法、基于平面点集重构的城市轮廓提取方法，基于Stroke模型和复杂网络分析的城市道路骨架提取方法，通过与其它算法进行对比分析，验证了提出算法的合理性和优越性。
　　(3)基于实证法和模型法的城市空间格局模式研究
　　首先，通过实证法提炼出我国几种典型的城市空间格局模式类型，包括带状、团状、放射状、环状和跨越式，分析了每个模式的要素规律特征，然后从格局要素特征的角度分别提出了基于自动分类的城市中心测度方法、基于空间关系模型的城市组团和轴线测度方法、基于几何结构的轮廓和道路骨架测度方法，这些测度体系可以构成格局模式的判别规则，最后以判别规则为约束条件采用要素符号化和地图综合算子提出了城市空间格局意向图表达方法。
　　(4)城市空间格局要素提取及其格局模式的应用研究
　　通过不同城市提供的用地现状数据验证了本文提出的格局要素提取和格局模式研究方法，将实验结果与相应的城市总体规划成果进行了对比分析，实验结果一方面验证了要素提取方法和模式测度的准确性和有效性，另一方面通过现状与规划的空间格局进行对比，可以探究现状与规划不符的缘由，体现了本研究的实用性。

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摘要

图目录

表目录

第1章绪论

1．1选题背景及研究意义

1．1．1选题背景

1．1．2研究意义

1．2国内外研究现状

1．2．1城市空间格局研究现状

1．2．2城市空间格局要素识别与提取研究现状

1．2．3城市空间格局模式研究现状

1．2．4当前研究存在的问题

1．3研究目标与研究内容

1．3．1研究目标

1．3．2研究内容

1．4研究方法与技术路线

1．4．1研究方法

1．4．2技术路线

1．5论文的结构

第2章城市空间格局及其要素特征分析

2．1城市空间格局的界定

2．1．1城市空间格局的不同表述

2．1．2城市空间格局概念的界定

2．1．3城市空间格局的基本特征

2．2城市空间格局要素的确定与界定

2．2．1城市空间格局要素的确定

2．2．2城市空间格局各要素的界定

2．3城市空间格局各要素特征分析

2．3．1要素特征分析

2．3．2要素间的关联特征

2．3．3要素与用地关联分析

2．4本章小结

第3章基于用地现状的城市空间格局要素提取方法

3．1基于空间聚类的城市中心提取方法

3．1．1城市中心性表达

3．1．2顾及空间位置及属性特征的聚类方法

3．1．3城市中心的范围界定

3．2基于场论的城市组团提取方法

3．2．1城市空间片区划分

3．2．2基于场论的城市组团提取

3．3基于平面重构的城市轮廓提取方法

3．3．1相关定义

3．3．2算法过程

3．3．3实验分析

3．4基于图论的城市轴线提取方法

3．4．1方法原理

3．4．2算法流程

3．4．3实验结果与分析

3．5基于复杂网络分析的城市道路骨架提取方法

3．5．1道路等级划分的描述方法

3．5．2道路等级结构的划分方法

3．5．3道路骨架的测度指标

3．5．4城市道路骨架划分

3．5．5道路网骨架层次划分一致性分析

3．6本章小结

第4章城市空间格局模式研究

4．1典型城市空间格局模式及其特征

4．1．1带状城市空间格局

4．1．2团状城市空间格局

4．1．3放射状城市空间格局

4．1．4环状城市空间格局

4．1．5跨越式城市空间格局

4．1．6城市空间格局模式汇总

4．2典型城市空间格局模式定量描述

4．2．1城市中心测度

4．2．2城市轮廓测度

4．2．3城市组团与轴线测度

4．2．4城市道路骨架测度

4．3城市空间格局模式判定与可视化表达

4．3．1城市空间格局模式判定

4．3．2城市空间格局意向图生成

4．4本章小结

第5章城市空间格局要素提取与格局模式的实例研究

5．1研究样本概况

5．2提取过程与验证

5．2．1扬州市提取过程与验证

5．2．2文山市提取过程与验证

5．3格局模式判别与表达过程

5．3．1扬州市空间格局模式判别与表达

5．3．2文山市空间格局模式判别与表达

5．4本章小结

第6章结论与展望

6．1主要工作与结论

6．2创新点

6．3研究展望

参考文献

在读期间发表的学术论文及研究成果

致谢