一种城市形态中的空间可视分析方法

第35卷 第4期测 绘 学 报Vol.35,No.11 2006年11月ACTAGEODAETICAetCARTOGRAPHICASINICANov.,2006

文章编号:1001-1595(2006)04-0385-05中图分类号:P208 文献标识码:A

一种城市形态中的空间可视分析方法

———以武汉中南地区为例

应 申1,李 霖1,3,王 红1,高玉荣2,彭晓艳1

(1.武汉大学资源与环境科学学院,湖北武汉430079;2.武汉市勘测设计研究院,湖北武汉430022;3.武汉大学测绘遥

感信息工程国家重点实验室,湖北武汉430079)

SpatialVisibilityAnalysisofUrbanMorphology

YINGShen1,LILin1,3,WANGHong1,GAOYu-rong2,PENGXiao-yan1

(1.SchoolofResourceandEnvironmentScience,WuhanUniversity,Wuhan430079,China;2.WuhanGeotechnicalEngineer-

ingandSurveyingInstitute,Wuhan430022,China;3.LIESMARS,WuhanUniversity,Wuhan430079,China)

Abstract:Spatialvisibilityanalysisisanovelmethodinurbanmorphologyandspatialconfiguration,whichisanim-

portanttoolinspacesyntax.Thepaperfirstdiscussestheconceptsofvisibilitycentricity,andquantifiestheparame-

tersofvisibilityanalysisonviewpointstoexploreurbanmorphologyofstreetnetworkwithpedestrianmovement.

Thedistributionsofcentricitiesdecidetheconfigurationofcityinfrastructuresaboutpedestrian.Thepapertakes

WuhanZhongnandistrictasanexampleandidentifiesthetheory.

Keywords:visibilityanalysis;spacesyntax;urbanmorphology

摘 要:空间可视分析是空间句法的重要依据,是进行城市空间形态分析的新方法。在视域的行为指导原理

上,采用可视集中性的概念来进行可视分析,进而通过可视分析各参数的具体量化,包括视域面积、视线长度

等,将其应用到具体的城市街道形态中,分析各参数量化大小的分布情况。研究城市形态中可视分析通过“视

域法则”影响人的行为,从而潜在决定城市内有关行人等基础设施的布局情况,现实中的设施分布也证明了这

种分析的正确性。以武汉市中南地区为分析实例,说明上述各过程,验证城市形态对空间设施分布的影响。

收稿日期:2005-05-10;修回日期:2006-06-22基金项目:国家基础测绘资金项目(1469990324232)作者简介:应 申(1979-),男,安徽界首人,博士,讲师,主要从事空间分析、多尺度和制图综合、GIS应用研究。E-mail:shy@whu.edu.cn关键词:可视分析;空间句法;城市形态

空间句法在GIS中提供一种新的建构模型

的方式[1],它的发展使城市形态在社会理论中不

再是被动的,而是主动的[2,3]。空间句法是城市

设计的一个理论、方法和工具,对网状空间的空间

布局结构通过直线逼近人的运动,去解释人们的

行为与社会活动;同时,它能分析空间模式之间的

关系,描绘和定量城市空间的各种模式特征,来控

制形态变量分析城市功能,评估城市空间相互之

间的通达性和集成程度。这些空间分析技术通常

和统计结合使用来分析空间模式[3,4]。空间可视

分析作为空间句法的重要分析工具,开始应用到

城市形态中。

Gibson的行为理论[5]说明个体感知环境并运用视域来指导其行为。Penn和Turner[6]也指

出:当人在自然状态下只是简单地向有进一步行

走空间的地方运动,而该空间是通过最简单直接

的感觉来决定的,典型的就是视域,称之为视域法

则。因此可以预先来计算个体在环境中的各种视

域,利用该信息来指导个体的运动行为和各种分

析决策。空间可视分析的研究表明,空间布局对

城市社会功能的各个方面有普遍的影响,其中

80%是对行人[7]和交通[8]。

城市形态中的空间可视分析主要研究城市布

局中的空间要素(如街道网)及人在其中的可视

性,通过构建城市空间的可视域,可以揭示其空间

内的运动趋势和空间模式,包括连通性、通达性、分隔性、次序性和分组性,进而经过人类的感知和

认知映射,特征化城市空间布局[4,9],进而分析人

的行为和指导城市规划。文章首先论述了可视集

中性的内涵,探讨可视分析的本质,进而通过空间

可视分析的不同参数,分析了其在城市空间形态

中的表现及其潜在影响。

1 几何集中性与可视集中性

城市空间中的目标都定位在一定的位置上,

人们通过“看”和“行为”来进行交互[3]。人们对

城市空间的感知客观上取决于复杂空间的自然

性,主观上依赖于“自我中心”,而其中“视域法则”

是潜意识的决定。从经验上讲,城市中是充满着

人或个体的“看”和“行为”的,并且“看”指导“行

为”,空间句法中通过空间可视分析,来构造人的

自然运动和智能反应来证明这点[3]。城市空间

的这种感知可以通过分析其几何性和可视性来进

行。

空间的自然通达性可用图形的几何集中性来

表示,几何集中性是图形深度的概念,在各点间采

用均一的距离。视觉通达性用可视集中性表达,需

要考虑的视域和视线长。几何集中性主要反映在

几何中心上,成环状向外扩展,通常正方形的几何

集中性最强,长方形的几何集中性较差(如图

1)[3]。

图1 几何集中性[3]

Fig.1 Geometriccentricity[3]

对上述4个图形,图形内所有的点能看到其

他的点,所以从视域角度来说这4个图形没有什

么差别。但可视集中性却大不相同,通过下图来

说明几何集中性和可视集中性的计算。图2(a)

中给出了被分割的两部分格子点对间距离的均

值,可见当黑格由边缘向中心移动时,整体的几何

集中性增加,这就是几何向心性法则[3]。可视集

中则是和几何集中完全不同的规律,图2(b)是可

视集中的计算,如果从布局的观点来分析,发现当

可视分割从中心向边缘移动时,整体的可视性在增强,即使按单向可视的话,每个格子看到其他格

子的数目也随线性长度增加而增大,图2(b)中从

上到下每个图形的可视集中度计算结果分别为

4+3+2+1+4+3+2+1=20,5+4+3+2+1+

3+2+1=21,6+5+4+3+2+1+2+1=24,7+

6+5+4+3+2+1+1=29,8+7+6+5+4+3+

2+1=36,计算结果表明可视性是从中心到边缘

增加的。有关原理的详细信息可参见文献[3]。

这也是为什么平面上角落的可视集中性强的原

因。可以将计算方法由线性扩展到平面的4方向

或8方向,进而可分析平面的几何集中性和可视

集中性。

(a) (b)

图2 几何集中性和可视集中性的计算[3]

Fig.2 Computationofgeometriccentricityandvisibili-

tycentricity[3]

几何集中、可视集中的分布是大不相同的。

几何集中性反映了同心环模式,而可视集中性反

映了线的中心网络。大量的实验计算表明平面上

的几何集中性要比线性空间的更强烈;而线性空

间的可视集中性要比平面的更突出。很显然,在

表达城市的空间特征和功能性上,可视分析更具

有说服力。尽管两者都是发现中心,但几何集中

是聚焦在一个也许并不重要的点(面)上,将很多

与中心相连的次要的甚至无关紧要的街道的重要

性都扩大化了。几何集中性过多地考虑一些与中

心相连的非重要的街道,从而降低了与中心较远

的主要街道的影响。而可视集中,将与中心相连

的街道进行区分,其集成中心可扩展到主要的街

道上,并且也不受它们距离可视中心的远近的影

响。这也是为什么用可视集中而不是几何集中来

分析城市空间的有关运动(如人流)的原因。对可

视集中来说,视点分布的越离散,其集中性越强,

这是因为可视集中是从整体来考虑的,它不再对

中心点考虑太多的视点,角落的可视集中性相对

得到加强,线性空间的可视集中性也得到加强。

经验观测表明人活动的频率与可视的集中度

是一致的,在实际的生活中,可视集中度高的空间683测 绘 学 报 第35卷有更多的活动。视觉集中处是行人运动趋势集中

的地方,对城市规划来说适宜修建广场、公园等公

众设施。

2 武汉中南地区空间可视分析

城市范围一般比较广阔,其空间结构不是人

在实地一下子能看得过来的,但可以从我们对局

部的理解来体验整个城市布局。空间可视分析中

有两个重要的分析手段:可视线分析和视域分析。

这两种空间分析和建模技术结合了统计方法[10],

能够对不同空间(建筑物,城市,地形)中的可视或

潜在可视情况进行分析建模。通过可视域的计

算,可以得到重要的空间布局信息,特别是视点突

出点(主导视点),依据视域法则可分析城市形态

中的人流分布,用来指导城市规划。Hillier[11]指

出,空间形态能使某些地方产生一定的吸引性来

影响人流。Desyllas和Duxbury[12]分析了伦敦市

中心的GILES街附近的城市形态、街道和人流的

关系,指出视域大小和人流分布的相关关系。

2.1 数据准备

为具体研究空间可视分析与空间形态之间的

关系,文章选取武汉市中南地区附近(泛指)为研

究范围(如图3(a)所示),以城市街道网络图为研

究对象,通过在城市街道上均匀布局视点源(图3

(b)),进而进行空间形态的空间可视分析。

(a) (b)

图3 武汉中南地区主要街道图和视点布局

Fig.3 StreetnetworkofWuhanZhongnandistrictand

uniformviewpointsconfiguration

2.2 可视分析的参数

可视分析的参数包括视域面积、视域周长、最

长(短)视线(射线)、最长(短)直径以及其组合比、

统计值等,文章只讨论视域面积和视线长参数。

视域是视点在多边形(街道)中360°内看到的区

域。视线半径是可视域内的视线旋转一周的辐射

长度,它是从视点发出的视线到阻挡物的距离,主

要有最长半径、最短半径、平均半径、视线直径及统计值等,其中视线直径是两个成180°的半径的

和。有关参数的具体计算详见文献[10]。

2.3 空间分析

为了便于分析,文章将各视点计算得到的面

积或视线长度等参数值转移到视点上来表示,通

过视点的色阶来表示其等级。将可视分析结果量

化到视点上,更有利于分析作为视点载体的人的

空间认知,进而分析人流运动的趋势。

首先对均匀布满街道的视点进行可视计算,

将每个视点的视域面积划分50个等级,绘制出视

点的视域面积图,如图4,视点的颜色代表着其视

域面积等级,浅灰色表示可视面积最小,深色表示

可视面积最大。由图分析可以得到,视点的视域

面积最大的地方在中南路与武珞路的交叉点处

(丁字口),而视域较大的视点多集中在丁字路口