地址模型下的城市網格劃分方法

陳曉東，余勁松弟

(福州大學 數字中國研究院(福建)，福建 福州 350003)

地理網格既是統(tǒng)一空間定位的基礎，又是多源異構空間數據組織和交換的框架，還是社會經濟要素空間分析和管理的新框架[1].近年來，地理網格被廣泛用于城市方面，不同于大尺度的地理網格應用，城市網格方面的應用偏向于不規(guī)則網格劃分，網格劃分涉及的空間要素主要包括行政邊界、道路、自然要素(如河流)和人文要素(如人口分布)等4類.這些空間要素中的一種或多種進行排列組合，都能進行城市空間網格劃分.對于綜合應用的網格劃分說，一般是以行政邊界和道路為基礎，綜合自然要素和人文要素進行網格細分，例如土地執(zhí)法監(jiān)察網格[2]、地理國情監(jiān)測網格[3]等.

在這類網格劃分體系下存在幾個問題：一是行政邊界具有多級特征，在網格劃分中如何選取合適的尺度；二是道路的選取多是基于道路原始等級進行定性的挑選，道路選取存在限制，不能量化選??；三是結合人文要素的網格細分，自動化程度較低，不利于網格的更新.鑒于此，本文將地址模型引入網格劃分領域，分析現有網格劃分中道路選取涉及的關鍵指標，提出一種基于地址模型的城市網格劃分方法.

1 相關領域的研究動態(tài)

1.1 道路選取的相關理論

道路是路網中的獨立個體，具有多種特征和指標，按照不同的特征或指標從路網中選取道路，得到的道路選取結果差異很大.在道路選取時，主要是根據道路的重要程度來進行主次選取，優(yōu)先選擇重要度高的道路[4].針對不同的道路選取需求，從道路的特征體系中選取多項指標，建立道路的綜合評估模型，常以道路重要性值來評估.道路重要性定義的模型主要分為3種[5]：幾何單指標模型、結構單指標模型和多指標綜合模型.幾何單指標模型，是指設置單項道路幾何指標(如道路長度、道路寬度)的閾值，進行道路的選取.結構單指標模型，是指設置單項道路結構指標(如節(jié)點度、鄰近中心性、中介中心性)的閾值，進行道路的選取[6-8].多指標綜合模型，是指根選取多項道路指標，綜合評估道路的重要性，進行道路的選取.

1.2 地理網格的相關理論

國外對地理網格的研究起步較早，如1929年，Granean開始把網格作為分析自然和地理現象的基本單元[9]；Sahr等[10]闡述了以經緯度來劃分地球網格的方法；Dutton[11]提出了全球層次坐標(global hierarchical coordinates)方法，通過對地球進行八面體的四分三角形網格逐級劃分，形成全球多級網格.Amiri等[12]提出一個基于內接正方體的數字地球框架，其中全球四邊形格網是按二叉樹剖分而成.

國內對地理網格的應用主要集中在城市管理[13-15]、空間分析[16-17]和資源整合[18-19]等方面.目前，在城市區(qū)域內的網格劃分方法[20]主要有4種：1)按規(guī)則網格的劃分，是指將地理空間劃分成一系列的，按行列排列的同一大小的網格單元[21]；2)按道路街區(qū)的劃分，是指以城市中重要道路為邊界進行地理網格劃分[22]；3)按行政區(qū)劃劃分，是指以多級行政區(qū)劃邊界為網格邊界，按照省-市-區(qū)/縣-鄉(xiāng)鎮(zhèn)/街道-社區(qū)的逐級劃分，再對最低級的行政網格進行規(guī)則或不規(guī)則網格細分[23]；4)按組合要素劃分，是指以行政區(qū)劃和道路為基礎，融合人文要素或自然地物，以多要素組合的方式進行地理網格劃分[24-25].

2 面向網格劃分的道路選取方法

2.1 道路指標選取

縱觀城市形成和發(fā)展的歷史進程，道路的修建影響著城市形態(tài)和人類活動，作為城市空間的基礎框架，其重要性不言而喻，更被認為是城市的“指紋”[26].道路在其設計和規(guī)劃過程中，就已被劃分為多個不同的道路等級.這些不同的道路等級一般對應不同的行車環(huán)境，如道路的行車時速限制、道路上紅綠燈的設置間距、道路的寬度及路面質量等許多與行車密切相關的因素[27].

關于道路選取方法的研究更多地集中于對道路幾何特征、拓撲特征及空間分布特征的分析.通過各種分析方法，得到道路重要性評價的各項參數，并確定權值進行計算[28].在道路重要性評價中，為避免單指標評價結果的局限性，更多的是采用多指標的綜合評價方法.常用的道路特征因素，可分為以下4類[29-30]：1)以道路等級、道路限制速度等為代表的語義特征；2)以道路長度、道路寬度等為代表的幾何特征；3)以節(jié)點度、接近中心性等為代表的拓撲特征；4)結合道路周邊地物的空間分布特征.

在網格劃分中，所涉及的道路相關因素主要有面向主次干道劃分的幾何特征、涉及快速路等的語義特征和包含省道、縣道等的行政因素，很少考慮道路的拓撲特征和關聯特征.盡管拓撲特征不屬于獨立的道路個體特征，但從提升道路選取的準確性上，需要從空間分布特征上擴展.空間分布特征可以分為兩類：一是道路網的空間分布特征；二是道路周邊關鍵地物的空間分布特征.文中側重從第2類空間分布特征上，進一步地完善道路選取方法.計算道路周邊關鍵地物的空間分布特征，常以創(chuàng)建道路緩沖區(qū)來建立關系，需要考慮緩沖區(qū)的范圍、緩沖區(qū)的交叉歸屬等問題.相比于以空間關系來計算空間分布特征，文中提出以語義關系來計算空間分布特征的方法，通過解析道路周邊相關地物的地址，提取出地物地址中對應或關聯最密切的道路，以道路頻數值表達，也可以看作是一種關聯特征，如圖1所示.

圖1 道路指標選取

結合不同類型特征的城市道路選取方法[31]，以及網格劃分中涉及的道路相關因素，文中選取的幾何特征指標是指道路長度和道路寬度，語義特征指標是指道路限制速度，關聯特征指標是指道路頻數值.這樣可以實現一種包含道路語義特征、幾何特征和關聯特征的道路選取方法.

2.2 指標權重的計算方法

以多指標特征進行道路選取，需要確定多個指標的權重系數，以保證選取方法的科學性和完整性.多指標的定權方法主要有兩種[32]：一是功能驅動賦權法；二是差異驅動賦權法.功能驅動的賦權法一般根據決策者或專家對各指標的認知程度來確定權重系數，主觀性較強.差異驅動的賦權法認為指標的權重由各指標在被評價對象間的變異程度和對其他指標的影響程度來確定.

常用的差異驅動的賦權法主要有標準差法、離差最大法和熵值法[27].熵值法可根據各指標所提供的信息量的大小來確定各指標的權重，能夠反映指標信息熵值的效用價值，具有較高的可信度[33].因此，采用熵值法進行指標定權，有如下5個主要計算步驟.

步驟1計算標準化值si，j.即

(1)

式(1)中：xi，j為第i條道路的第j個指標.

步驟2計算第j項指標下，第i條道路占該指標的比重pi，j.即

(2)

步驟3計算第j項指標的熵值ej.即

(3)

式(1)中：k=1/ln(n)；xi，j為第i條道路的第j個指標.

步驟4計算信息熵值冗余度dj.即

dj=1-ej.

(4)

步驟5計算各項指標權重wj.即

(5)

3 基于地址模型的網格劃分模型

文中提出的采用地址模型的城市網格劃分方法，是以地址在長期應用中形成的模型體系為參考的.在分析地址與網格關系的基礎上，綜合了面向網格劃分的道路選取方法，設計了網格劃分結構及劃分要素的選取方法，實現網格劃分體系的優(yōu)化.

3.1 地址與網格的解析

3.1.1 地址與網格的關系 地址與網格看起來是毫不相關的兩個概念，但是在城市空間中兩者卻有著密切的關系.地址是常用的空間位置描述方式，其構成要素對應著城市空間的某一實體；城市網格則是根據一定規(guī)則對城市空間的劃分，也是對城市空間實體的劃分，兩者的關系如圖2所示.從圖2可知：以構成城市空間的兩類實體要素為紐帶，可以建立地址的構成要素和網格的基礎單元之間的關系.

圖2 地址與網格的關系

從網格的角度上，城市空間可以被看作多個地塊組成的完整空間，它的數學定義分別為

(6)

式(6)中:CCS，CGS，CPS分別表示完整空間、網格空間和實體空間；Ni是自然要素所表達的地塊；Si是人文要素所表達的地塊，城市空間可以看作由自然要素和人文要素地塊構成的完整空間；Gi是網格單元，城市空間也可以看作由網格單元構成的網格空間；Ai是地址的構成要素所表達的實體，城市空間還可以看作由地址要素表達的實體構成的實體空間.

3.1.2 地址模型與網格的關系 中文地址模型包含地址要素及其構成地址的規(guī)則[34]，地址的組合規(guī)則體現了地址要素在空間中的關系.地址數據是空間數據基礎設施(SDI)的重要組成部分，其形式為自然語言，是公眾交換空間信息最常用的方式[35].地址數據是空間數據位置的主要描述方式之一，對于匯聚、關聯和分析空間數據具有重要意義，體現了城市空間中實體的組合方式及關系.近年來，國家和地方逐步加強了地址的規(guī)范化管理，制定了一系列關于地址數據、編碼和模型的標準文件，如表1所示.

表1 地址參考標準表

由表1可知：地址結構總體上是由大范圍區(qū)域到小范圍區(qū)域，再由小范圍區(qū)域到精確的位置點或面.地址結構和構成要素是復雜的，不同的標準對其的定義也不盡相同，但要素的主體范圍是相對穩(wěn)定的，區(qū)別主要在于分層、分級和優(yōu)先級的差異.行政區(qū)劃要素和道路要素都屬于地址結構的前兩個部分，城市空間主體中的任一對象的位置都可以用行政區(qū)劃、道路和門牌號的形式來表達.即通過行政區(qū)劃和道路，可以將數據或管理要素劃分到不同的空間中.

行政區(qū)劃邊界常用于網格劃分中，但因邊界的多級特征，使邊界尺度的選取具有不確定性，過大或過小的尺度都不利于網格的應用.地址作為最常用的空間位置表達方式，在日常生活中的使用極其頻繁，并在長期實踐中形成具有實際應用支撐的體系結構，對于行政區(qū)劃的層次劃分有極大的參考價值.在表14個主要地址相關標準中，GB/T 23705-200《數字城市地理信息公共平臺地名》、CH/Z 9010-2011《地理信息公共服務平臺地理實體與地名地址數據規(guī)范》和DB35/T 1765-2018《標準地址編制規(guī)范》都只將行政區(qū)劃劃分到鄉(xiāng)鎮(zhèn)街道級.這說明在實際應用中一般只涉及到鄉(xiāng)鎮(zhèn)街道級，即在網格劃分中行政區(qū)劃層級劃分到鄉(xiāng)鎮(zhèn)街道級就已經滿足絕大多數的應用需求.然而，對于道路劃分要素的選取，一般是以道路在城市規(guī)劃中的重要性來選取，不足以明確道路在具體應用中的重要性，還可能造成劃分結果的冗余，不利于后續(xù)的應用與分析.不同道路選取下網格劃分模擬圖，如圖3所示.

(a)要素A與道路疊加

道路遍布在整個城市空間，相當于城市的骨架.從道路網中抽取部分道路進行網格劃分，有兩點需要考慮，即選多少道路和選哪些道路.選多少是選取量、道路比例，以及網格劃分密度等方面的問題，這里主要結合圖3來探討如何準確的選取道路的問題.

從圖3(b)可知：如果面向A要素，選取主要道路劃分網格，因為空間要素的分布是不均衡的，且與不同道路并不一定存在相關性，網格劃分會存在冗余和不準確的情況.從圖3(c)可知：如果通過A要素涉及的地址信息來獲取其中的道路信息，輔助于道路要素的選取，可提升網格劃分的質量.

地址模型的構成要素具有多種類型，同類要素之間也存在層次關系，多級網格模型也對應著多級結構和多類構成要素.從網格的角度看，地址模型的構成要素可分為三類，即行政區(qū)劃要素、道路要素和其他要素(如建筑物).若多級網格模型為由行政區(qū)劃要素和道路要素構成的兩層多級結構，那么行政區(qū)劃網格就對應著地址模型中行政區(qū)劃要素對應的行政實體.結合道路要素對行政區(qū)劃網格的細分，就是以地址模型中道路要素對應的城市空間中的道路實體，與上級網格邊界構成閉合多邊形，其他要素輔助于多級網格模型劃分要素的選取.

3.1.3 地址要素與網格的關系 從幾何形態(tài)上看，地址要素分為點狀、線狀和面狀地址要素.在城市網格的劃分框架中，一般是以面或線進行組織劃分，如湖泊、行政邊界線、道路中心線等.因此，在分析地址要素與網格關系中，以面狀和線狀地址要素為中心，探討其與構成網格的三要素格點、格邊和格元之間的關系.文中以行政區(qū)劃級(省、市、區(qū)/縣、鄉(xiāng)鎮(zhèn)/街道)、基礎要素級(建筑物群和建筑物)的面狀地址要素，和以街路巷中道路為代表的線狀地址要素，探討地址要素與網格要素的關系.

地址要素與格元主要有如下兩種關系.1)面狀地址要素與格元的關系.指在地址模型中行政區(qū)劃級(省、市、區(qū)/縣、鄉(xiāng)鎮(zhèn)/街道)的地址要素對應著行政區(qū)劃網格中不同級別的格元，且根據地址要素中行政區(qū)劃之間層級關系，格元間也存在著對應關系；以建筑物群和建筑物為代表的基礎地址要素對應著格元內的面狀地理實體，用于輔助格元的劃分.2)線狀地址要素構成的封閉多邊形與格元的關系.其中道路是最基礎的線狀地址要素.從鄉(xiāng)鎮(zhèn)/街道網格劃分開始，格元是由道路和行政邊界，或道路和道路組成的閉合多邊形.

地址要素與格邊主要有如下兩種關系.1)面狀地址要素與格邊的關系.其中行政區(qū)劃級的面狀地址要素就對應著基礎的網格單元，其本身就是多條格邊按一定順序組合而成；在后續(xù)的網格劃分，以行政區(qū)劃劃分的網格單元邊界部分將作為下一層級部分網格單元的格邊.2)線狀地址要素與格邊的關系.道路是城市空間天然的分割線，是城市空間的基礎框架，作為格邊的重要組成部分，一條道路可能作為一條格邊或多條格邊.

地址要素與格點主要有如下兩種關系.1)面狀地址要素和格點關系.其中行政區(qū)劃級的面狀地址要素是由多條格邊構成，格點是該類面狀地址要素的格邊連接點.2)線狀地址要素與格點的關系.線狀地址要素交叉點、線狀地址要素和行政邊界的交叉點為格點，格點一般為線狀地址要素的起點或終點.

3.2 模型參數及變量

建立網格劃分模型需要綜合考慮劃分空間的特征、網格的表達能力和應用擴展的適應性，以執(zhí)行最優(yōu)化的網格劃分操作.其中，道路劃分要素的選取隨著具體應用的變化而不斷變化，需要一個額外的模型對道路要素選取方法進行定義.因此，將該網格劃分模型分為網格劃分結構和道路要素選取兩個部分進行研究，模型所涉及的重要參數和變量如表2，3所示.

表2 模型輸入參數

表3 模型中間變量

3.3 網格劃分結構

從管理和數據兩個層面來看，網格結構可以是單層的，也可以是多層的，多層的網格結構更有利于多層次的應用.但網格結構并不是層次越多，越復雜越好，因此本節(jié)結合地址結構來制定網格劃分結構.

在以行政區(qū)劃邊界為核心的網格劃分中，基本上完全繼承了行政區(qū)劃的結構，將一個城市首先劃分為市級-區(qū)縣級-鄉(xiāng)鎮(zhèn)(街道)級-社區(qū)(村)級4級網格結構，然后基于社區(qū)(村)級的網格細分，可以看做是5層的網格劃分結構.在以行政區(qū)劃邊界和道路為基礎的網格劃分中，對于行政區(qū)劃邊界的選取范圍，沒有明確的標準，一部分劃分到鄉(xiāng)鎮(zhèn)(街道)，另一部分劃分到社區(qū)(村).因此，文中從地址模型的角度，來驗證具體到哪一層的行政邊界就能滿足絕大多數的網格劃分需求.

長期應用中形成了具有體系結構和規(guī)則的地址模型，它的實例化表現為地址，是一種最常用的，便于人們認識的空間位置描述方式.任何一個空間數據都有其對應的地址信息，基于地址的結構及要素的層次規(guī)則，就能實現數據的語義切分.網格劃分是空間層次上的劃分，對于管理網格或數據網格，都是為了更精確和高效地解決需求問題.因此，地址的語義切分對于網格的空間層次劃分具有指導意義.

在地址模型中行政區(qū)劃要素屬于地址結構中的第一大層次，對于一個城市空間的地址來說，可以分為3個層次，如圖4所示.地址可作為網格中所有信息的組織和管理的匯集和聯系的紐帶，通過地址中的行政區(qū)劃結構來設計網格中的行政區(qū)劃結構，增強了網格匯聚、關聯和整合信息的能力，有利于網格的應用.

圖4 地址的三段式結構

道路可以劃分單層網格，也可以劃分多層網格.理想狀態(tài)下，基于道路等級就能進行多級網格的劃分，道路的等級層次較多，例如GB/T 51328-2018《城市綜合交通體系規(guī)劃標準》中按道路功能可分為8個等級.在現有的多要素組合的網格劃分結構中，一般也會將多等級的道路，用于多層的網格劃分中，但是道路選取標準不同，有的以主次干道和一般道路等為標準，有的以高速公路、國道和省道等為標準，對同一網格的劃分，不同的道路選取會產生不同的網格劃分結果.

文中對道路選取方法進行了量化，選擇與道路等級關系最密切的指標，綜合道路的關聯特征，進行道路選?。蝗缓?，基于多特征計算的道路重要性值進行道路選取和分層.考慮到網格的深度和區(qū)分度，一般將道路分為兩層，對于更細尺度的網格劃分需求，可根據道路重要性值選取道路，進行網格的細分.

3.4 道路要素選取模型

在前面道路選取方法的基礎上，建立基于道路多項指標和指標權重計算方法的道路要素選取模型，計算道路重要性值，并將其應用于網格劃分中的道路選擇和分層.

通過多項指標來構建道路選取模型，破除單一指標或規(guī)劃建設定級對于道路選取的局限性，在綜合現有道路選取方法涉及的幾何特征和語義特征兩大關鍵因素，加入面向具體應用地址中計算出的道路頻數值，實現更準確的道路選取.因此，以PDR中提取出PRL，PRW和PRS為基礎，加入PAD中提取出的PRP，計算PRI，構建道路要素選取模型為

PRI=λ1PRL+λ2PRW+λ3PRS+λ4PRP.

(7)

式(7)中:系數λ1，λ2，λ3和λ4通過熵值法計算，表示各指標的權重.基于以上4個變量計算出PRI，作為道路重要性值，參考各級道路比重信息，以PF來計算PV，實現道路要素的選取和分層.

3.5 網格劃分流程

圖5為具體的網格劃分流程，有以下4個主要步驟.

圖5 網格劃分的基礎流程

步驟1應用主題的地址數據的處理和解析.該步驟是為了貼合應用主題，確定行政區(qū)劃網格劃分的層級，提取出道路及計算頻數，即同一條道路出現的次數.

步驟2基礎地圖數據準備和處理.包括行政區(qū)劃數據處理、道路數據處理和輔助圖層(如建筑物、山地、水體等)的選取，得到多級行政區(qū)劃面和邊界線，以及多類道路融合的完整道路網數據，要求各類數據要有統(tǒng)一的空間參考系和完整的屬性信息.

步驟3道路劃分要素的提取方法.參考以道路幾何特征為基礎的主次干道的道路劃分和以速度為基礎的道路劃分，設計以道路頻數值、道路幾何特征(長度、寬度)和道路限制速度等4個指標為基礎的道路選取模型；然后，通過熵值法分別計算4個指標的權重，根據指標權重和指標值，計算用于道路選取的道路重要性值；最后，參考各級道路比重信息，根據頻數分布，確定重要性提取閾值，用于道路的提取與劃分.

步驟4根據步驟1中確定的行政劃分的層級和步驟3的道路提取方法，從基礎地圖數據中提取劃分要素，依據網格劃分結構，進行多級行政區(qū)劃邊界和道路的依次疊加，對于最低級網格劃分，可結合輔助圖層進行細分，實現兩層多級的城市網格劃分.

4 網格劃分實現

4.1 數據準備

選擇的研究區(qū)域為福州市鼓樓區(qū)，位于福州市市區(qū)西北部，為福州全市的經濟中心、文化中心、政治中心及現代金融服務業(yè)中心，也是福州市初等、中等教育資源最雄厚的區(qū).實驗選取的數據包括地址數據和基礎地圖數據，如表4所示.地址數據是從高德地圖中爬取的39 095條POI(point of interest)數據，基礎地圖數據包括四級行政區(qū)劃邊界、3 146條各級路段和輔助圖層的矢量數據.

表4 實驗選取的數據

4.2 網格劃分實現

POI數據具有數據種類多、數據數量大，且能夠反映城市區(qū)域特征等特點.在人口分布、基礎設施建設和事件發(fā)生較為密集的區(qū)域，POI數據的分布也較為密集.因此，文中以POI地址數據為例，實現POI網格劃分.

文中通過ArcGIS，MySQL和Python進行數據處理和網格劃分操作.首先是進行行政邊界的處理.為了建立行政區(qū)劃網格單元間的關系，在行政區(qū)劃網格的劃分，采用下級行政邊界線切割上級行政區(qū)劃網格單元的方式.執(zhí)行這項操作，需要將下級的行政區(qū)劃面轉為線，并剔除與上級行政區(qū)劃網格單元存在相交的邊界部分；然后，基于上級行政區(qū)劃網格單元內部的下級行政區(qū)劃邊界，對該網格單元進行劃分.由一個上級行政區(qū)劃網格單元劃分多個下級行政區(qū)劃網格單元.這種網格單元的劃分方式，可以使下級網格單元保留上級網格的屬性信息，有利于建立網格單元間的聯系.本案例要執(zhí)行網格操作，需要提取鼓樓區(qū)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)街道的內部行政邊界，對鼓樓區(qū)的空間區(qū)域進行劃分，得到10個鄉(xiāng)鎮(zhèn)/街道級的網格單元.

其次，在完成基于行政邊界的網格劃分后，需要選取道路進行網格的再次劃分，而道路選取首先要完成POI地址分析和處理.通過Python調用第三方的工具庫，進行POI地址數據的處理，經過地理編碼和分詞處理后，得到包含標準地址和關鍵字段信息.關鍵字段信息包括多級行政區(qū)劃信息、道路信息、門牌號、建筑物群/建筑物、樓層等信息.根據鄉(xiāng)鎮(zhèn)/街道名，計算每個鄉(xiāng)鎮(zhèn)/街道網格內的POI數據總量，發(fā)現數據樣本在各網格內的分布較為均勻，如圖6所示.圖6中：N為數據樣本數.因此，可以繼續(xù)進行道路關聯特征和道路基礎指標的計算，實現面向網格劃分的道路要素選取，而不需要考慮因POI在不同的網格單元內分布過度不均，造成道路選取結果分布也極不均衡的情況.

圖6 POI數據分布圖

道路長度、道路寬度和道路限制速度是文中道路指標體系中的3個基礎指標.其中，道路長度可以通過ArcGIS中幾何計算得到相對準確的數值，但是道路寬度和道路限制速度就需要道路數據有著對應的屬性信息.因此，該方法對道路的質量要求較高.文中道路數據的屬性信息比較完整，原始數據就包含了這3項指標.因此，將指標計算的重點轉向關聯特征.

檢查Python處理后POI數據中的道路信息的完整度，對于缺失的道路信息，結合地址結構和地址特征詞，通過正則表達式從POI的地址中提取道路信息；然后，根據道路名之間的語義關系，計算道路的頻數值，將頻數值指標與其他3個基礎指標匯總成表，通過Python編寫熵值法計算代碼，計算4個指標的權重，得到道路頻數(c)、道路長度(l)、道路寬度(w)、道路限制速度(v)的權重分別為0.495 701，0.222 723，0.208 422、0.073 153.因此，本實驗的道路重要性(RI)計算公式為

RI=c×0.495 701+l×0.222 723+w×0.208 422+v×0.073 153.

(8)

將計算出道路頻數值，通過表連接的方式賦值給ArcGIS中的路網數據，在路網數據的屬性表中通過字段計算器，得到每條道路的RI值.根據RI值排序提取參與網格劃分的道路，結合RI值的頻數分布，進行道路分層，實現在行政網格體系下二層的道路網格劃分，如圖7所示.

(a)一級基礎網格(65個) (b)二級基礎網格(226個)

從圖7(a)可知：基于鄉(xiāng)鎮(zhèn)街道級行政邊界和道路重要性(RI)大于300的道路進行劃分，RI值是基于整個道路重要性的頻率分布來確定的，并以中位數和高頻區(qū)間取值進行測試，能把上級網格劃分為同級網格間數量相對均衡的RI值為最優(yōu)值.即選取的劃分要素能把上級網格中大部分的網格單元化為數量均衡的低級網格.從圖7(b)可知：基于道路重要性(RI)小于300，但大于20的道路進行劃分，最低值的確定是依據4個指標和權重計算的，其目的是排除一些4個指標都不突出的道路，縮小道路選取范圍，提高選取效率.

4.3 融合人文要素的效果分析

針對具體的應用，網格劃分要考慮到一些人文要素，例如人口、物件、事件等.一般是在基礎網格劃分后再結合這些因素，通過人工參與進行網格細分.因此，文中用POI數據作為網格劃分關聯的人文要素，模擬在同一鄉(xiāng)鎮(zhèn)/街道網格下，分別按照文中融合POI因素的道路選取和直接按照道路等級選取道路(高速路、國道、省道、縣道、市區(qū)一級道路)進行網格細分.網格劃分的效果對比，如圖8所示.

(a)文中方法的網格細分 (b)基于道路等級的網格細分

由圖8可知：在同樣的鄉(xiāng)鎮(zhèn)街道網格下，兩種道路選取結果對應著兩種網格細分結果.在網格劃分區(qū)域的北部，圖8(a)比圖8(b)劃分的更粗，這是因為鼓樓區(qū)最北部由大塊的綠地和快速公路組成，POI因素的分布密度較低，不需要劃分的過細；在網格劃分區(qū)域的東部、西部和南部，圖8(a)和圖8(b)的劃分差距較??；在網格劃分區(qū)域的中部，屬于鼓樓區(qū)的中心地帶，位于三坊七巷和商圈附近，各種POI因素分布密度極高，圖8(a)明顯比圖8(b)劃分的更細，這是因為有些道路原始的等級或重要性并不高，無法直接選取進行網格細分.但是，在關聯人文要素的網格劃分時，這些道路又很重要，如果不能有效地選出來，那么在疊加人文要素的時候，就不可避免的需要人工調整網格，會影響網格劃分的效率，不利于網格的更新.

5 結論

文中在網格劃分流程中引入地址模型，進一步地驗證了行政區(qū)劃和道路在城市網格劃分中重要性.采用地址模型中行政區(qū)劃和道路要素的結構和層次進行劃分，構建兩層多級的網格劃分結構，以模型中行政區(qū)劃要素的劃分層級確定行政區(qū)劃網格的劃分層次，以地址模型為基礎來解析面向網格應用主題的人文要素地址數據.然后，輔助計算和抽取該應用主題關聯的主要道路及其頻數，結合道路分級的幾何特征和語義特征，構建道路重要性模型，實現定量化的道路選取方法.最后，基于制定的網格劃分結構和網格劃分要素提取方法，進行兩層多級的城市網格劃分.

在同一鄉(xiāng)鎮(zhèn)/街道網格下，分別按照本文融合人文要素的道路選取和基于等級的道路選取進行網格的細分.實驗結果表明，在有效約束條件下，文中方法能更有效地融合兩類劃分要素，并將人文要素信息融入道路選取中，可以實現結合人文要素的自動化網格細分，便于網格的更新.