分段量化門牌編碼方法研究

于煥菊，李云嶺，蔡永寧

（山東科技大學測繪科學與工程學院，山東青島266590）

一、引 言

門牌號又被稱為“本地人的臉、外地人的眼”，這既是一個城市形象的表達，也是一個城市管理水平的體現。為了方便市民的工作、生活，以及便于城市管理，城市管理者通常要對城市院落、建筑物等空間實體位置給予一個唯一的編碼，即門牌號碼。傳統編號方式一般采取順序編號法，即沿街道兩旁以自然數作為序號從街道始端往末端順序編號，序號從小到大的排列暗含了街道的方向。這種編號沿用了幾十年，曾給市民出行、戶籍管理、郵政遞送、消防應急等帶來諸多便利。隨著城市發(fā)展和城市格局的不斷變化，該編碼系統的穩(wěn)定性出現了問題，斷號、跳號、重號、錯號的現象極為普遍，門牌號的權威性受到了損害［1］。目前，郵遞員根據郵件地址在實地找不到地方，工商人員按照注冊地址找不到企業(yè)，110、120、129等應急指揮中心因門址不能精準定位而采用道路和標志性地名進行粗略定位，這一切都說明了門牌號空間位置標識功能問題嚴重。

美國是門址編碼應用最早、最廣泛的國家，早在20世紀70年代就建立了全國的地址編碼標準，成功地應用于Tiger數據庫系統，在歷次全國人口普查統計中發(fā)揮了巨大作用［2］。Esri公司的 Street Geocoding模型較好地解決了街道規(guī)則門址插值的問題，Geocoder已成為全美廣泛使用的門址查詢系統。反觀我國，如火如荼的數字城市建設背后是嚴重的門址亂象，沒有統一的地址編碼基礎，難以實現部門間數據的共建共享，門址編碼整治迫在眉睫。

拋開我國門址管理方面法律法規(guī)有待健全，門址亂象的背后是門址系統缺乏科學性和穩(wěn)健性。現行的門牌往往與單位綁定在一起，而隨著城市拆遷和新增建筑物的變化，系統容易混亂。有人曾嘗試距離編號等新方法［3-6］，其雖能解決編碼跳號、重號問題，但由于編號過大和不便記憶等原因而得不到推行。

二、國內外門址編碼現狀

門牌編號一般是根據城市空間特征選擇不同的編碼方式。世界上主流的編碼是基于街道的順序編碼方法，也有基于街區(qū)進行編碼的城市。盡管都是基于街道編碼，但也有多種編碼規(guī)則。

基于街區(qū)的編碼方式主要在日本、韓國，以及歐洲部分城市。日本多采取“都道府縣+區(qū)市町村+町名+街區(qū)編號+樓房號”的編碼結構，“都道府縣”和“區(qū)市町村”都是地方自治區(qū)域。如東京都臺東區(qū)東上野3丁目19番6號的具體含義為:都道府縣(東京都)+區(qū)市町村(臺東區(qū))+町名(東上野3丁目)+街區(qū)編號(19番)+樓房編號(6號)，省略表示為“東京都臺東區(qū)東上野3-19-6”。原則上“町名”指大馬路圍成的大街區(qū)，“番”則是小巷圍成的小區(qū)塊，“號”則指小區(qū)塊中的建筑物。地址查詢時，找完“町名”后就要找“街區(qū)編號(番)”。日本許多地方自治區(qū)的小街區(qū)編號按照“S”形順序編號，如圖1所示。

圖1 日本街區(qū)的編號軌跡

在確定了“街區(qū)編號”后，接下來找樓房編號，樓房編號的規(guī)則是每十幾公尺編一個號，常采取順時針的方式順序編碼，如圖2所示。街區(qū)編號方法的缺點是弱化了地址查詢過程中街道的作用，但是對街區(qū)內部及街道拐角處的門牌編碼排除了二義性。

圖2 街區(qū)內樓房的編號規(guī)則

在巴西、阿根廷及法國的一些鄉(xiāng)村，采取距離編號的方法命名門牌號，即測量門牌位置與街道起點間的距離，將這個距離值作為門牌的號碼［7］，編碼的規(guī)則如圖3所示。該方法的優(yōu)點是保證了街道中所有的門牌編碼的唯一性，但是號碼可數性較差，一條街道上的門牌號除了具有距離意義外無任何規(guī)律，當距街道始端較遠時號碼變得非常大，不便于記憶和使用。

圖3 距離編號法

在19世紀中期或更早些時候，英國普遍采用一種往返式順序編號法，即號碼從始端先沿街道的一側往末端連續(xù)編號，到末端后再沿另一側返回始端，如圖4所示。該方法雖然保證了街道一側的編號連續(xù)性，但街道兩側相對位置的號碼相差甚大，不能保證兩側門牌號同步遞增，在街道一側某位置不能預測對面的門牌號大體范圍。該方法現在已很少使用。

圖4 往返式順序編碼

目前常見門址編碼是沿街道“奇偶式”順序編號法，即單雙號門牌各占街道一側，從始端往末端由小到大編排，編碼規(guī)則如圖5所示。該方法要求街道兩側編號同步前進，保證了兩側號碼的齊次性。

圖5 奇偶式編碼

當街道很長時，順序編號的值會變得很大，因此在許多國家和地區(qū)往往采取“對街道進行分段”的辦法，降低門牌號的長度。特別是在美國、加拿大，由于這些國家比較重視街道和門址的規(guī)劃，有些城市不但對門牌進行了編號，對街道也編號管理。美國紐約通過與某街道相交的其他道路編碼即可判定該道路內門牌號碼的范圍［8］。

三、門牌系統的空間特征分析

1.門牌的空間框架

門牌是關于空間實體的編碼標識，編碼的行進路線與城市空間格局有關，也與人們查詢定位空間實體位置的習慣有關。不同的行進路線決定了編碼的組織方式，也影響著編碼的穩(wěn)健性［9］。門牌編碼的基本空間框架主要有街區(qū)框架和街道框架兩大類。

以街區(qū)為單位實施門牌編碼的城市，前提是城市結構屬于區(qū)塊結構，每個街區(qū)具有功能上的同構性。這些城市弱化了城市街道的貫通作用，強化了小范圍的區(qū)域功能。該框架下編碼的最大優(yōu)點是不管街區(qū)內建筑物是面向街道還是位于街區(qū)內部，它們的編號屬于同一編碼體系，編號之間具有連續(xù)性。由于街區(qū)編碼是大區(qū)域套小區(qū)塊，編碼的組織管理適合采用層次模型。

基于街道的門牌體系是一種線性特征編碼規(guī)則，它體現了人們沿街查詢定位的思維模式。街區(qū)內建筑物被劃分為臨街和不臨街兩類，臨街建筑物各有街道歸屬，不臨街建筑一般根據主大門便捷通達的原則劃分街道歸屬，一旦確定了所有建筑的街道歸屬，便可按照相應的街道編碼規(guī)則進行門牌的編碼。基于街道框架編碼最大的優(yōu)點是便于沿著街道查詢地址，不足之處是街區(qū)內部的門牌編號會對整個編碼系統產生影響。如圖6所示的東風大街11號和福壽大街30號兩棟建筑，它們是街區(qū)內相鄰建筑物，但根據可通達原則分屬于不同的街道，因此其編碼體系也不相同。

圖6 相鄰建筑物具有不同編碼系統

一個影響街道編碼系統穩(wěn)健性的原因是編碼路線不是一直沿著街道前進，而是經常性出現“拐彎”。如圖7所示，在東風大街9號東側，有個向北的胡同，門牌號跟進去轉了一圈出來時，在胡同口的另一側已經到了27號，形成了沿街門牌號的跳號。

圖7 胡同口的跳號

正是因為門牌編號軌跡與街道前進方向的不一致，才對街道門牌系統的線性連續(xù)分布造成了影響。為了保證街道框架下門牌系統的穩(wěn)健性，本文設計了兩種方案避免主干街道門牌號的拐彎:一種方案是副號編碼法，即將沿胡同進入街區(qū)內部的建筑以胡同口處門牌號的副號進行編碼，如胡同處編號為11號，則胡同內的編號為11(1)、11(2)…;另一種方案是復合編號法，即將胡同進行命名或編號，然后對胡同內建筑物重新編號，如東風大街張家胡同1號，即將張家胡同與東風大街主干線上的門牌號同等看待，在此基礎上再針對胡同內建筑物進行編號。兩種方法雖有不同，但相同之處是取直了東風大街門牌號的編號軌跡，保證了主干街道上沿街門牌號的連續(xù)性，如圖8所示。

圖8 胡同(虛線)內的門牌編號不影響街道直線編號

2.門牌的空間指位特征

門牌號之所以受到大家的認可，主要是因為它具有較強的空間指位特征，人們不需要記住煩瑣的位置描述，利用簡潔的門牌便可快速、準確地進行定位。最初，統治者因征兵、治安、稅收等目的需要［10］，給每家每戶一個編號，即將門牌固定在各家的門口，那時門牌號的空間指位是住戶;隨著城市建筑物形式及空間格局的變化，門牌號的空間指位特征也在悄悄地發(fā)生著變化，院落是一組建筑物的集合體，多家共享相對獨立，院落的出現使門牌號由單戶獨有變成了多戶共享;后來又出現了高樓大廈等大型建筑，許多單位和住戶共享大廈的立體空間，門牌又成為大型建筑體的編號。從門牌號的英文翻譯也可以看到這樣的變化，一開始門牌號譯為house number，現在許多地方翻譯為 building number。

從每戶一牌到多戶一牌，從單戶住宅點到院落面再到大廈體，門牌的空間指位對象在不斷升級，這種變化使門牌從每家每戶的指位功能中解脫出來，從而更加專注于標識完整的空間實體。

門牌與其空間框架之間的關系是衡量門牌系統合理性、穩(wěn)健性的關鍵。在以街道為框架的門牌系統中，街道可看做是門牌號的容器。由于街道呈線狀空間特征，并且門牌數量是可數的，因此門牌號所標識空間實體在街道中呈現出的空間特征只能是線段，如同將院落、大廈等投影到街道上，如圖9所示。

圖9 建筑物在街道中的一段位置

完全按照現狀計算空間實體在街道上的投影，投影段之間恐怕長短不齊，若能預先將街道劃分段落，然后將門牌號與各分段綁定，則無論是否有建筑物，街道上某個位置的門牌號已經確定了，這就是量化編碼法。而距離編號測度的是門牌位置點與街道始端之間的距離，理論上這樣的點在街道中可定出無數個，即使距離值取整數，門牌號的數量之多、數值之大也是很難被接受的，建議有關城市慎重使用。圖10是兩種編碼在街道上的空間特征。

圖10 距離編號與量化編號空間特征比較

四、分段量化編碼技術

Dale L Zimmerman認為街道越長，門牌號編號越大，門址編碼的匹配誤差越大［11］，因此從頭到尾對一條街道順序編碼的傳統做法并不可取。借鑒美國紐約市分段編碼的做法，對量化編號方法進行改造，筆者提出了門牌的分段量化編碼方法。

1.兩個前提條件

1)只有臨街單位、建筑物才允許分配整數門牌號，拐入胡同或在臨街建筑后面的建筑物只能使用副號，如東風大街11(2)。

2)沿街每棟建筑只能有一個整數門牌號，其他附屬于該建筑的門店只能使用支號，如東風大街11-1。

2.街道分段的劃分

這里所說的分段是指利用街道(包括規(guī)劃未建)之間的交叉關系，將完整的街道劃分成不同的區(qū)段，量化編碼時基于每個區(qū)段分別進行，如圖11所示。

圖11 街道區(qū)段劃分

3.分段量化規(guī)則

按照奇偶序號編碼規(guī)則，假定每個區(qū)段門牌編號有2N個，則街道兩旁單數和雙數的門牌數量分別為N個。

設第i個區(qū)段的長度為Si，則在第i路段每個門牌號的量化長度Li=Si/N。

理論上，在該區(qū)段從起端往終端每量取Li的長度，便可設置一個門牌號。

結合城市道路密度的規(guī)劃要求，楊佩昆教授結合公交運行、交通信號控制系統的要求，得出適宜的干路交叉口間距為500 m左右的結論［12］。筆者統計了濰坊中心城區(qū)街道的區(qū)段長度(如圖12所示)，可以看到400～1000 m之間的區(qū)段占絕大多數，大于1500 m的區(qū)段很少，只是在外環(huán)等交通外圍主干街道上偶爾出現。

圖12 濰坊市城區(qū)街道區(qū)段長度分布

因此，若設每個區(qū)段分配100個門牌號，區(qū)段長度以500 m和1500 m分別計算量化距離，則每側各50個門牌的量化長度應為10～30 m，完全能夠滿足門牌標識大廈的要求。

分段量化門牌編碼由區(qū)段號與量化序號兩部分構成，后兩位是段內編號，后兩位之前的部分則為區(qū)段編號。若區(qū)段編號從零開始，按照2N為100進行量化，則形成的編號規(guī)則如圖13所示。

該編碼在形式上與傳統編碼看起來非常相似，編碼小且符合人們使用順序編號的習慣，即使街道過長分段數大于10，編碼最多也就4位，這些優(yōu)點是距離編碼不能比擬的。

圖13 分段量化編碼規(guī)則

五、結束語

分段量化編碼法的提出，較好地解決了門址系統缺乏穩(wěn)健性的問題，并且門牌號的有序性、指位功能得到進一步強化。對比傳統的序號編碼法，該系統具有更強的穩(wěn)健性，在保留了原序號規(guī)則的基礎上，實現了門牌號與街道分段的綁定，系統不會因城市建筑物的增減、易主而產生門牌號的混亂;對比距離編碼法，該系統更符合序號編碼規(guī)則，便于記憶和使用。借用一句古話“鐵打的營盤流水的兵”，分段量化街道就是打造了門牌的營盤，道路兩旁的建筑形式、使用單位可能經常變化，但門牌號卻不會隨之改變。

［1］ 曹旭超，汪曉霞.小門牌，考驗大管理［EB/OL］.2011-03-10［2012-11-10］.http:∥ news.xinmin.cn/domestic/gnkb/2011/03/10/9691549.htm l.

［2］ 王凌云，李琦，江洲.國內地理編碼數據庫系統開發(fā)與研究［J］.計算機工程與應用，2004，40(21):167-168，212.

［3］ 王云貴.量化街道門牌號［J］.中國地名，2011(3):8-10.

［4］ 李秋玲，李紅申.讓“米號制”走向世界［EB/OL］.2005-11-20［2012-11-10］.http:∥www.xiancn.com/gb/news/2005-11/20/content_718419.htm.

［5］ 胡建芳.昆明門牌“距離編號”試點遇難題［EB/OL］.2005-09-12［2012-11-10］.http:∥www.yn.xinhuanet.com/newscenter/2005-09/12/content_5107682.htm.

［6］ 趙國洲.用坐標法配置門牌的若干問題［J］.城市問題，1996(2):49-52.

［7］ REUBEN R R，ANTON T.History of Urban House Numbering［J］.Urban History，2012，39(4):607-613.

［8］ 稚禮佩綸.紐約的街道名稱和門牌［J］.New York City，2001(2):58.

［9］ DUCK H Y，LUCY M B，OSCAR H.Improving Geocoding Practices:Evaluation of Geocoding Tools［J］.Journal of Medical Systems，2004(28):361-370.

［10］ 陳洛.韋昌輝的門牌戶籍理念［J］.廣西教育學院學報，2011(6):1-2.

［11］ DALE L Z，LI J.The Effects of Local Street Network Characteristics on the Positional Accuracy of Automated Geocoding for Geographic Health Studies［J］.International Journal of Health Geographics，2010，9(10):1-10.

［12］ 楊佩昆.重議城市干道網密度——對修改《城市道路交通規(guī)劃設計規(guī)范》的建議［J］.城市交通，2003(1):52-55.