城市本體理論的發(fā)展綜述

董 君 張 卓

(1.東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150040;2.哈爾濱工業(yè)大學(xué)建筑學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150000)

近年來，本體理論得到突飛猛進的發(fā)展，并在多種領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，針對城市學(xué)科的本體研究也逐漸成為熱門。本體理論在知識的交流和共享方面具有很大的優(yōu)越性，自提出以來，主要被應(yīng)用于計算機和人工智能等領(lǐng)域。本文對當(dāng)前國際上城市本體理論的發(fā)展現(xiàn)狀進行概述，為城市學(xué)科的發(fā)展提供新的研究思路。

1 概述

人們開始關(guān)注本體在城市規(guī)劃中的應(yīng)用，最初是為實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫之間的互操作性而帶來的技術(shù)難題所引發(fā)的。隨著城市的發(fā)展和信息全球化的推進，往往需要將不同區(qū)域的數(shù)據(jù)庫連接起來，執(zhí)行更為復(fù)雜的任務(wù)。而原有的城市信息數(shù)據(jù)庫建立的時間、方法、目的各不相同;不僅如此，城市在不斷的發(fā)展中逐漸形成了自己的特色，這導(dǎo)致在不同地區(qū)的城市建設(shè)中，使用的規(guī)劃手段發(fā)生了改變，特別是使用的專業(yè)術(shù)語開始產(chǎn)生分歧。因此，人們迫切的需要建立一種城市規(guī)劃和設(shè)計的平臺，它必須能夠?qū)⑺信c城市相關(guān)的參與要素和要素之間的關(guān)系集合起來。此外，這一平臺本身包含的信息，還可以隨著時代的發(fā)展而不斷變化，并因地點的不同而有所差異。這種綜合性極強的城市系統(tǒng)模型被稱為“城市本體”。

2 城市本體理論的發(fā)展

2.1 早期探索階段

2002年，INSA-Lyon大學(xué)城市規(guī)劃和計算機專業(yè)的學(xué)生合作，成功構(gòu)建了包含了800個概念的街道規(guī)劃數(shù)據(jù)庫，首次證實了城市本體理論的可行性，被視為城市本體研究的起點。2005年，“城市知識平臺(UKA)”項目啟動，并成功地探索和開發(fā)了一種跨學(xué)科、多專業(yè)人員合作的知識平臺。UKA項目主要解決兩方面的問題，一是將眾多有著不同教育背景、工作環(huán)境、法律體制的個人、團體、專業(yè)結(jié)合起來共同解決復(fù)雜的城市問題;二是將參與了該項目的專家及城市開發(fā)的利益相關(guān)者各自具備的知識、經(jīng)驗、專業(yè)技能集合起來，共同研究城市問題。

2.2 初步形成階段

2005年，為促進本體在城市規(guī)劃中的應(yīng)用，改善信息系統(tǒng)、利于參與者及城市規(guī)劃專家之間的交流，“城鎮(zhèn)本體”項目啟動。項目首次提出了城市本體的概念，并圍繞“本體如何實現(xiàn)城市系統(tǒng)的互操作性”“如何利用現(xiàn)有資源構(gòu)建城市本體模型”以及“本體在城市領(lǐng)域的應(yīng)用”這三個主題展開。項目主要針對城市市政工程領(lǐng)域，更強調(diào)實用性，隨后構(gòu)建的一系列城市本體都基于此展開，因此都可以被統(tǒng)稱為UCE本體。

2007年，Métral等綜合以往經(jīng)驗，依據(jù)概念分類的層次關(guān)系，確定了自下而上、自上而下、綜合補充的本體設(shè)計方法，并廣泛用于城市本體的設(shè)計和編輯。

2.3 理論實踐階段

隨著城市本體研究的深入，UCE本體模型相繼構(gòu)建，這些本體初步實現(xiàn)了不同系統(tǒng)之間的互操作性。這個階段是城市本體從理論向?qū)嵺`的過渡，人們開始關(guān)注城市本體的應(yīng)用價值。主要的城市本體案例包括:道路系統(tǒng)本體:最早構(gòu)建的城市本體，主要用于輔助規(guī)劃師掌握道路規(guī)劃知識。道路系統(tǒng)本體的結(jié)構(gòu)相對簡單，它包括1 000多條道路的相關(guān)術(shù)語及關(guān)系，并以語義網(wǎng)絡(luò)的形式呈現(xiàn)(見圖1)。當(dāng)用戶對某一概念進行查詢時，可以搜索到與之相關(guān)的所有概念，從而較為全面的了解知識含義。在未來的開發(fā)中，隨著數(shù)據(jù)的增加，減少新增近義詞之間的語義歧義成為道路系統(tǒng)本體需解決的主要問題。URMOPRO:即城市形態(tài)變遷本體，主要用于構(gòu)建描繪城市演變過程的歷史數(shù)據(jù)庫，積累形態(tài)學(xué)知識。URMOPRO對現(xiàn)有的形態(tài)學(xué)概念進行分類，并從形態(tài)變化的時間、空間和聚合程度三個方面研究概念之間的關(guān)系。除了幫助用戶了解不同的城市形態(tài)，URMOPRO還希望用戶運用自身的經(jīng)驗開發(fā)出新的形態(tài)關(guān)系，今后將在形態(tài)學(xué)知識的可視化管理方面進行完善。

圖1 道路系統(tǒng)本體結(jié)構(gòu)示意圖

2.4 理論發(fā)展階段

2009年，城鎮(zhèn)本體項目閉幕，閉幕式圍繞“城市本體在未來的發(fā)展”這一主題展開。會議肯定了本體在城市規(guī)劃項目中的作用，并詳細探討了現(xiàn)有的城市本體如何適應(yīng)城市的發(fā)展等問題。為了更好地指導(dǎo)城市建設(shè)，研究人員希望將GIS，3D城市模型、CIM等現(xiàn)有的數(shù)據(jù)系統(tǒng)與城市本體結(jié)合，為城市規(guī)劃提供更加全面的技術(shù)支撐。

如今，越來越多的國家參與到城市本體的研究中，為實現(xiàn)不同國家城市信息的共享和交流，人們已經(jīng)著手構(gòu)建一種可視的多語言本體平臺。隨著用戶需求的增多，城市本體的內(nèi)容將得到進一步的完善和豐富，城市將會向著更加多元化的角度不斷推進。

3 城市本體的現(xiàn)狀問題

國外的城市本體研究在很多方面為中國提供了借鑒，對比國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，可以看出中國的城市本體研究仍然存在一些不足:

1)研究成果分散。國內(nèi)本體的研究機構(gòu)數(shù)量雖多，但不同的機構(gòu)基本為獨立研究，彼此之間缺少溝通，不能即時共享研究資料和成果，雖然在城市相關(guān)領(lǐng)域取得一些成就，研究成果卻比較分散，尚未形成較為完整的城市本體研究體系。

2)學(xué)科特色不夠突出。城市本體具有指導(dǎo)城市規(guī)劃和建設(shè)的作用，因此需要大量具有城市學(xué)科專業(yè)知識的研究人員。目前的研究多以計算機專業(yè)為主，城市學(xué)科的人員很少參與，所以在數(shù)據(jù)的推理及異構(gòu)集成等技術(shù)層面相對突出，但缺少城市學(xué)理論支撐，難以在城市規(guī)劃和設(shè)計活動中真正發(fā)揮作用。

3)研究時間短，經(jīng)驗不足。城市本體可以協(xié)調(diào)城市規(guī)劃和設(shè)計活動中不同學(xué)科以及不同利益參與者之間的矛盾，在實踐應(yīng)用中往往需要根據(jù)用戶需求不斷做出調(diào)整。然而中國的本體研究經(jīng)驗尚淺，少數(shù)與城市學(xué)科相關(guān)的本體雖然得以構(gòu)建，但時間短，用戶反饋少，使用中可能出現(xiàn)的問題尚未被發(fā)現(xiàn)，因此難以保證本體進一步的更新和維護。

4 結(jié)語

當(dāng)前中國正處于城鎮(zhèn)化深入發(fā)展的關(guān)鍵時期，城市的形態(tài)布局規(guī)劃、城鄉(xiāng)一體化、可持續(xù)發(fā)展等問題越來越受到人們的重視。然而，中國各區(qū)域的發(fā)展還存在一定差異，且缺乏協(xié)調(diào)性。未來的城市發(fā)展應(yīng)更加注重科學(xué)合理性，以增進不同地區(qū)間的協(xié)調(diào)聯(lián)動。城市本體理論推動了城市規(guī)劃和設(shè)計的信息化進程，它從跨學(xué)科知識融合和多專業(yè)人員交流兩方面解決了城市知識的共享，為未來城市的多元發(fā)展提供新的思路。

［1］劉紅閣，鄭麗萍，張少方.本體論的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀［J］.信息技術(shù)快報，2005，3(1):1-12.

［2］崔 巍.用地理本體實現(xiàn)地理信息系統(tǒng)互操作［J］.測繪信息與工程，2004，29(1):20-22.

［3］李 陽，翟 軍，陳 燕.用本體實現(xiàn)智能交通系統(tǒng)的語義集成［J］.信息技術(shù)，2005(6):10-14.